Векторные диаграммы при нагрузке строят по уравнениям (2.16). Вид векторной диаграммы зависит от характера нагрузки (рис. 2.14).
Рис.2,14
Векторная диаграмма а рис. 2.14 соответствует активно-индуктивной нагрузке, а векторная диаграмма б - активно-емкостной нагрузке.
Сопоставляя обе диаграммы, можно заключить, что при U1 = const и φ2 = const увеличение активно-индуктивной нагрузки вызывает снижение напряжения U/2, а при увеличения активно-емкостной нагрузки напряжение U/2 возрастает. Это объясняется тем, что при активно-индуктивной нагрузке происходит некоторое размагничивание трансформатора (поток Ф уменьшается, так как ток I/2 имеет составляющую, направленную навстречу току Iμr), а при активно-емкостной нагрузке трансформатор дополнительно намагничивается (поток Ф возрастает, так как ток I/2 имеет составляющую, совпадающую c Iμr).
Рис.2.15
Для оценки диапазона изменения напряжения U*2 вводится величина ΔU2 представляющая собой арифметическую разность между вторичным напряжением трансформатора при холостом ходе (U*20) и при номинальной нагрузке (U*2). Напряжение первичной обмотки принимается постоянным и равным номинальному U1=U1н.
(2,18)
Для расчета ΔU2 примем допущение Iμ=0, тогда, используя упрощенную схему замещения (рис.2.15), получим
(2.19)
Уравнению (2.19) соответствует векторная диаграмма, представленная на рис.2.16. Из векторной диаграммы следует, что
Рис.2,16 рис.2.17
Подставляя приближенное выражение для U/2 в уравнение (2.18), получим
Отрезок CD* можно выразить через составляющие напряжения короткого замыкания:
где кнг=I1/I1н. Учитывая, что u*ka = u*k.соsφk, u*kr =u*k.sinφk, получим для ΔU*2 простое выражение
На рис. 2.17 представлена зависимость ΔU2= f (φ2) при кнг=1.
Максимальное снижение напряжения имеет места при φ2=φк, а при φ2 = φк - 90° напряжение U2 не зависит от нагрузки.
Экспериментальное исследование трансформатора
Теоретические положения, рассмотренные выше, лежат в основе расчета и проектирования трансформаторов. Но в силу принятых допущений результаты расчетов требуют экспериментальной проверки. Целью экспериментальных исследований является проверка соответствия расчетных значений параметров схемы замещения трансформатора и основных режимных показателей опытным данным. Основную информацию можно получить из двух опытов: опыта холостого хода и опыта короткого замыкания.
Опыт холостого хода
Схема опыта имеет вид, представленный на рис. 2.18.
Опыт проводят для значений напряжения первичной обмотки U1 =(0,3-1.1)U1н. Регулирование напряжения осуществляется с помощью индукционного регулятора ИР. Измерительный комплект ИК используется для измерения фазных значений токов, напряжений и активной мощности. По данным измерений строят зависимости тока намагничивании Iμ, потерь холостого хода P0, коэффициента мощности соsφ0 =P0/U1Iμ и сопротивления холостого хода. в функции напряжения U1.
Рис.2.19
Вид этих зависимостей показан на рис. 2.19. Их называют характеристиками холостого хода. Из схемы замещения (рвс.2.9) следует, что
В силовых трансформаторах сопротивления r1 и xσ1. в десятки раз меньше сопротивлений намагничивающего контура rμ и хμ. Поэтому с достаточной степенью точности можно считать, что параметры холостого хода равны параметрам намагничивающей цепи:
Это же допущение позволяет считать равными модули ЭДС Е1 и напряжение U1 первичной обмотки и, следовательно, приближенно определить коэффициент трансформации
Ток холостого хода Iμ в силовых трансформаторах лежит в пределах (0,7+10)% I1н,
поэтому электрические потери в первичной обмотке Рэл = r1/I2μ невелики, и все потери холостого хода можно полагать равными потерям в стали P0 ≈Рмг. Потери в стали, как отмечалось выше, пропорциональны E21, а на холостом ходу они будут пропорциональны U21, поэтому зависимость P0 = f (U1) имеет параболический характер. Потери холостого хода Pо и ток холостого хода I0, определенные при номинальном напряжении, являются паспортными величинами трансформатора и приводятся в справочниках.
Зависимость Iμ = f (U1) является обращенной магнитной характеристикой трансформатора, так как U1 ∞ Ф. Нелинейный характер зависимостей Ро = f {U1) и Iμ = f (U1) объясняет и сильную зависимость параметров холостого хода и соsφ0 от напряжения U1.
Соответствие тока намагничивания Iμ, потерь холостого хода P0, коэффициента мощности cosφ0 и параметров r0 и x0 расчетным данным проверяется для номинального напряжения U1 = U1н.