Представим себе ситуацию — нам надо снять рабочие характеристики либо с только что намотанного и теоретически рассчитанного, либо найденного неизвестного трансформатора. Задачка вроде бы нетривиальная — чего может быть сложного в том, чтобы найти, к примеру, коэффициент трансформации? Если трансформатор найденный - то мощность можно и по габаритам прикинуть, ток по сечению провода. При расчете самодельного трансформатора эти параметры заданы. Так то конечно оно так, но как вы найдете такие параметры как мощность электрических потерь, или просадку напряжения питания трансформатора под номинальной нагрузкой? Для рассмотрения данного вопроса нам потребуется сам трансформатор, ЛАТР, несколько измерительных приборов переменного напряжения и немного теории. Описанное ниже пригодно как для трансформаторов, работающих на промышленной частоте, так и для высокочастотных трансформаторов синусоидального напряжения.

Схема замещения

Для простоты расчетов первым делом надо привести вторичную обмотку к первичной. т. е. сделать так, чтобы число витков вторичной обмотки стало равно числу витков первичной обмотки:

При этом приведенные параметры впоследствии обозначаем одним штрихом.

Учитывая коэффициент трансформации , пересчитываем все параметры вторичной обмотки:

Из схемы замещения выпишем три уравнения по законам Кирхгофа:

Режим Холостого Хода.

Назначение:

• Определение коэффициента трансформации

• Определение потерь в стали

Суть холостого хода в следующем — Вторичная обмотка размыкается, а к первичной обмотке подводится Uн. Итого:

Подключаем измерительные приборы так, как показано на рисунке.

Амперметр PA2 показывает ток холостого хода, вольтметр PV3— напряжение на первичной обмотке трансформатора, вольтметр PV4 — напряжение холостого хода на вторичной обмотке трансформатора. Ваттметр PW2 показывает Активную мощность холостого хода, потребляемую трансформатором.

Взглянем на схему замещения:

Из второго закона Кирхгофа следует:

Где, из-за соотношения , Последним слагаемым можно пренебречь. Определяем коэффициент трансформации:

После чего мы уже можем использовать его во всех формулах приведения.

Ток холостого хода, во первых, измеряется прибором, во-вторых, может быть вычислен по следующей формуле:

,

где r₁, r_m, x₁, x_m -активные и реактивные составляющие сопротивлений первичной обмотки и намагничивающего контура трансформатора.

Активное сопротивление первичной обмотки, как и активное сопротивление вторичной обмотки — можно измерить Омметром. Активное сопротивление намагничивающего контура вычисляется по формуле:

,

где Pст – активная мощность, которую нам показывает Ваттметр.

Перемножив показания приборов PA2 и PV2 получим полную мощность, потребляемую трансформатором. Исходя из этого можем вычислить и реактивную составляющую намагничивающего контура, рассчитав коэффициент мощности:

Опыт короткого замыкания:

Вторичная обмотка замыкается накоротко, а к первичной обмотке подводится пониженное напряжение такой величины, чтобы токи в обмотке были номинальными.

В данном режиме определяются:

• Напряжение короткого замыкания

• Электрические потери в обмотках

• 

Амперметр PA1 показывает величину номинального тока первичной обмотки

Ваттметр PW1 показывает величину электрических потерь

Вольтметр PV1 показывает величину напряжения короткого замыкания. По секрету скажу, что именно Uk определяет величину просадки напряжения на вторичной обмотке трансформатора под номинальной нагрузкой.

Из-за того, что величины сопротивлений намагничивающего контура во много раз больше сопротивлений вторичной обмотки, ими можно пренебречь. Таким образом, схема замещения выглядит так:

Определение электрических потерь в обмотках:

Итого мы посчитали все основные характеристики трансформатора.

Артем Кашканов

Литература:

1. А.И. Вольдек, В.В. Попов Электрические Машины. Введение в электромеханику. Машины постоянного тока и трансформаторы: Учебник для ВУЗ-ов. - Спб.: Питер, 2008 — 320с.: ил.