Режим короткого замыкания.

 

Режимом короткого замыкания трансформатора называется режим, при котором вторичная обмотка замкнута накоротко или на очень малое сопротивление. Короткое замыкание в условиях эксплуатации создаёт аварийное состояние, поскольку вторичный ток, а, следовательно, и первичный, увеличиваются в несколько десятков раз по сравнению с номинальными, что может вызвать разрушение трансформатора. Поэтому в цепях с трансформатором должна быть предусмотрена защита, которая при коротком замыкании автоматически отключает трансформатор.

В лабораторных условиях можно провести испытательные опыты по короткому замыканию трансформатора. Для этого опыта на первичную обмотку подаётся очень маленькое (близкое к нулю) напряжение, а зажимы вторичной обмотки трансформатора замыкаются накоротко. Таким образом, в режиме короткого замыкания на трансформатор подаётся очень маленькая мощность. Посредством вольтметра, амперметра и ваттметра измеряются напряжение U1кор, ток I1кор и мощность Р1кор, потребляемая трансформатором. При очень малом напряжении U1, и малом токе первичной обмотки в сердечнике возбуждаются малые магнитные потоки Φкз (основной магнитный поток сцепления уже сравним с магнитным потоком рассеяния, которым пренебрегали в рассматриваемых ранее электромагнитных процессах). Малость магнитных потоков приводит к тому, что потери в стали сердечника становятся близки к нулю (Рст » 0). Вместе с тем при опыте короткого замыкания величины сил токов, а значит и потери в проводниках обмоток такие же, как и при нагрузке. На этом основании можно считать, что при опыте короткого замыкания вся мощность Р1кор затрачивается на джоулевы потери в проводниках обмоток трансформатора:

Р1кор = I12 r1 + I22·r2.

Иногда трансформатор представляют в виде упрощённой эквивалентной схемы, для которой используется понятие активного сопротивления. Активное сопротивлениетрансформатора или сопротивление короткого замыкания RКЗ определяется в режимекороткого замыкания как:

. 46.10

Опыт короткого замыкания служит также контрольным опытом для определения коэффициента трансформации. Так как в этом режиме суммарный магнитный поток в сердечнике очень мал, то в первом приближении намагничивающая сила в первичной цепи I1·n1 уравновешивается размагничивающим действием вторичного тока I2·n2:

I1·n1 @ I2·n2.

Следовательно:

. 46.11

Порядок выполнения работы.

Рис. 46.2.

1. Изучить схему (Рис. 46.2), стационарно собранную на лабораторном столе.

2. Провести опыт холостого хода трансформатора.

Для этого:

a. Проверить положение ключей К1 и К2 во вторичной цепи. Они должны быть разомкнуты.

b. Установить напряжение U1 = 120 В в первичной цепи с помощью ЛАТРа.

c. Снять показания всех приборов и записать их в первую строку Таблицы 46.1.

3. Выполнить измерения в рабочем режиме трансформатора.

Для этого:

a. Замкнуть ключ К1 во вторичной цепи.

b. Напряжение в первичной цепи U1 = 120 В поддерживать постоянным в течение опыта.

c. Изменять ток I2вторичной цепи от 1 до 10 A через 1 A, изменяя сопротивление нагрузки с помощью реостатов R1 и R2.

d. Показания всех приборов свести в Таблицу 46.1.

4. Провести опыт короткого замыкания трансформатора.

Для этого:

a. Напряжение в первичной цепи установить равным 0 (U1 = 0 В)

b. Толькопослетого, как убедитесь, чтовольтметр первичной цепи показывает 0, можно замкнуть ключи К1 и К2во вторичной цепи.

c. С помощью ЛАТРа постепенно увеличивая напряжение в первичной цепи последовательно установить значения тока I2от 2 А до 10 А через 2 А. В Таблицу 46.2 занести показания амперметра и ваттметра (I1 и P1) в первичной цепи.

d. . В Таблицу 46.2 занести показания амперметра и ваттметра (I1 и P1) в первичной цепи.

Таблица 46.1.

U1, В I1, А P1, Вт U2, В I2, А P2, Вт
Режим холостого хода
120[1] 15 43 105
Рабочий режим
        1,0  
        2,0  
        …  
        …  
         

 

Таблица 46.2. Режим короткого замыкания

I2, А 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0
P1, Вт          
I1, А          

 

Содержание отчёта

 

1. Таблицы наблюдений в режиме холостого хода, рабочем режиме и в режиме короткого замыкания.

2. Расчёт коэффициента трансформации К из данных Таблицы 46.1 по формуле (46.3).

3. Величину потерь мощности в стальном сердечнике трансформатора, определённую из Таблицы 46.1.

4. Расчет значений КПД трансформатора в зависимости от тока во вторичной обмотке h = = f(I2). График зависимости h = f(I2).

5. Вычисление значений cosj1 и cosj2 по формулам (46.7) и (46.9). Графики зависимости этих коэффициентов от мощности I2.

6. Расчёт среднего значения активного сопротивления r из данных Таблицы 46.2 по формуле (46.10).

7. Расчёт среднего значения коэффициента трансформации К из данных Таблицы 46.2 по формуле (46.11). Сравнение полученного значения с коэффициентом, рассчитанным по формуле (46.3).

8. График зависимости потерь мощности в проводах обмоток от величины I2 (Pпр = f(I2)) (по указанию преподавателя).

9. Из построенного графика (Pпр = f(I2)) найти то значение тока I2, при котором Pст = Pпр. Убедиться, что положение максимума КПД приходится на это значение тока.

 

Контрольные вопросы

 

1. Какой физический закон лежит в основе работы трансформатора?

2. Какие режимы работы трансформатора предлагается изучить в работе?

3. Что такое коэффициент мощности трансформатора?

4. В каком режиме можно определить коэффициент трансформации?


 


[1] Числа, записанные в этой строке таблицы, являются примером записи результатов.