Схема замещения трансформатора
Электрические цепи с трансформаторами сложно рассчитывать из-за магнитной связи между обмотками. Поэтому трансформатор представляют схемой замещения, в которой магнитная связь заменяется электрической цепью. С этой целью обе обмотки «приводят» к одному числу витков, обычно к числу витков первичной обмотки. Приведенные параметры вторичной цепи обозначают буквами со штрихом.
Применение схемы замещения трансформатора предполагает, что мощности:
передаваемая во вторичную цепь
(9.8)
отдаваемая приемнику
(9.9)
затрачиваемая на нагрев обмотки
(9.10)
не изменяются, а углы сдвига 
и 
и соотношение между индуктивными и активными сопротивлениями
обмоток
. (9.11)
Так как 
, то
.
(9.12)
Из (9.8) и (9.12) следует
.
(9.13)
Совместное решение (9.10, 9.11, 9.12) дает
.
(9.14)
Равенство ЭДС первичной и вторичной обмоток позволяет объединить
их электрические цепи в одну цепь (рис. 9.6). Этот участок цепи называют ветвью
намагничивания. В ней 
– активное сопротивление, учитывающее
 |
Рис. 9.6
потери мощности в стали,
— реактивное сопротивление, обусловленное основным магнитным
потоком. В силу равенства 
на векторной диаграмме (рис. 9.7) показаны не МДС, а токи
. (9.15)
Если пренебречь током холостого хода 
и удалить из схемы (рис. 9.6) ветвь намагничивания,
то получим упрощенную схему замещения (рис. 9.8 а), а с учетом 
и 
– схему (рис. 9.8 б).
Упрощенной схеме замещения соответствует
векторная диаграмма на рис. 9.9. Такую схему используют при нагрузке, близкой
к номинальной.
Опытное определение параметров схемы замещения трансформатора
Параметры схемы замещения можно определить по опытам холостого хода и короткого замыкания.
При опыте холостого хода (рис. 9.10 а) вторичная обмотка разомкнута,
а к первичной обмотке подводится номинальное напряжение. В первичной цепи измеряют
напряжение 
,
ток 
, мощность 
. Так как ток холостого хода мал, то потерями мощности
в обмотках можно пренебречь и считать показание ваттметра равным потерям в магнитной
цепи.
По данным опыта определяют полное, активное и индуктивное сопротивление холостого хода
.
а) б)
Рис. 9.10
При этом сопротивления холостого хода, примерно, равны сопротивлениям намагничивающей ветви
.
При опыте
короткого замыкания (рис. 9.10 б) вторичная обмотка замкнута накоротко через амперметр,
к первичной подводится такое напряжение, чтобы во вторичной обмотке протекал номинальный
ток. В первичной цепи измеряются напряжение 
, ток 
, мощность 
. Подводимое напряжение мало, поэтому мал и магнитный поток.
Значит, магнитными потерями можно пренебречь и считать показание ваттметра равным
электрическим потерям в обмотках. Так как 
и 
, ветвь намагничивания можно не учитывать и использовать
упрощенную схему замещения (рис. 9.8 б).
По данным опыта короткого замыкания определяют параметры
Считают,
что 
Опыт короткого замыкания позволяет определить важный параметр трансформатора — напряжение короткого замыкания. Это выраженное в процентах напряжение на первичной обмотке, при котором в накоротко замкнутой вторичной обмотке протекает номинальный ток
.
(9.16)
Для силовых трансформаторов напряжение 
Uк = 5…8%.
Согласно схеме замещения (рис. 9.8)
напряжение короткого замыкания
(9.17)
активная составляющая напряжения короткого замыкания
(9.18)
реактивная составляющая напряжения короткого замыкания
(9.19)
Эти напряжений 
, 
, 
связаны между собой соотношением
.
(9.20)
