В процессе преобразования напряжения в трансформаторе возникают потери электрической энергии в обмотках и магнитопроводе, которые преобразуются в теплоту. Чем больше ток нагрузки и напряжение источника, тем сильнее нагреваются обмотки и магнитопровод трансформатора. Чрезмерный перегрев обмоток может вызвать старение и разрушение изоляции, межвитковое короткое замыкание и выход из строя трансформатора. Поэтому для обеспечения продолжительной работы силового трансформатора под нагрузкой заводом-изготовителем задаются параметры, называемые паспортными данными: полная мощность, коэффициент трансформации, напряжение на первичной и вторичных обмотках, токи и т.д. В процессе длительной эксплуатации, особенно при токовых перегрузках, колебаниях первичного напряжения и частоты, повышенной влажности и температуры окружающей среды свойства изоляции ухудшаются, повышаются потери энергии. Поэтому необходимо периодически проверять основные параметры трансформатора. Для этой цели проводят два опыта: опыт холостого хода и опыт короткого замыкания.
Для испытания трансформатора основными являются опыт холостого хода и опыт короткого замыкания.
При опыте холостого хода трансформатора (рис. 106) его вторичная обмотка разомкнута и тока в этой обмотке нет (I 2 = 0), а первичная обмотка включена в сеть источника электрической энергии переменного тока. В таких условиях в первичной обмотке протекает ток холостого хода I 0, который представляет собой малую величину по сравнению с номинальным током трансформатора. В трансформаторах больших мощностей ток холостого хода может достигать значений порядка 5 — 10% от номинального тока. В трансформаторах малых мощностей этот ток достигает значения 25 — 30% номинального тока.
Ток холостого хода I 0 создает магнитный поток в магнитопроводе трансформатора. Для возбуждения магнитного потока трансформатор потребляет реактивную мощность из сети. Активная мощность, потребляемая трансформатором при холостом ходе, расходуется на покрытие потерь мощности в магнитопроводе, вызываемых гистерезисом и вихревыми токами.
Так как реактивная мощность при холостом ходе трансформатора значительно больше активной мощности, то коэффициент мощности (cos φ) его весьма мал и обычно равен 0,2 — 0,3.
По данным опыта холостого хода трансформатора определяется сила тока холостого хода I 0, потери в стали сердечника Р ст и коэффициент трансформации К .
Сила тока холостого хода I 0 измеряется амперметром, включенным в цепь первичной обмотки трансформатора.
Потери в стали сердечника Р ст измеряются ваттметром, включенным в цепь первичной обмотки трансформатора. Это делается на том основании, что потери в проводниках первичной обмотки вследствие малой силы тока холостого хода незначительны и ими можно пренебречь и считать, что при холостом ходе вся мощность затрачивается только на потери в стали.
Коэффициент трансформации трансформатора определится отношением показаний вольтметров, включенных в цепь первичной и вторичной обмоток.
При холостом ходе трансформатора во вторичной обмотке тока нет, следовательно, нет и падения напряжения в этой обмотке, и э. д. с. E 2, индуктируемая во вторичной обмотке, равна напряжению U 2 на зажимах этой же обмотки, т. е. E 2 = U 20.
Напряжение, приложенное к зажимам первичной обмотки трансформатора U 1 практически уравновешивается э. д. с. E 1, индуктируемой в этой обмотке магнитным потоком, и можно считать, что по абсолютной величине это напряжение равно э. д. с.:
U 1 = E 1.
Следовательно, коэффициент трансформации
При опыте короткого замыкания (рис. 107) вторичная обмотка трансформатора замкнута накоротко, т. е. напряжение на зажимах вторичной обмотки равно нулю. Первичная обмотка включается в сеть с таким пониженным напряжением, при котором токи в обмотках номинальные. Такое пониженное напряжение называется напряжением короткого замыкания. Это напряжение обычно составляет 5 — 10% от номинального значения.
По данным опыта короткого замыкания определяется напряжение короткого замыкания, потери на нагревание обмоток трансформатора при номинальной нагрузке и активное, реактивное и полное сопротивления трансформатора при коротком замыкании. Потери в обмотках измеряются ваттметром.
Контрольные вопросы:
1.Как производят опыт холостого хода и короткого замыкания трансформатора?
2.Какие параметры определяются из этих опытов?
3. Для чего проводят данные опыты.