энергии электромагнитная мощность обмотки Аа должна быть, равной электромагнитной мощности обмотки аХ, т. е.

элДа = SsuflX = эм а тр-

Действительно,

5э„Ла= (El - £2) /1 = £1 /i (1 - Щ,

SaxEIEiIiil - l/n).

в обычном двухобмоточном трансформаторе вся мощность во-вторичную цепь передается электромагнитным полем, т. е. 5эмтр= = EiIiwEzh. Из сравнения выражений для электромагнитной-мощности автотрансформатора и трансформатора следует, что электромагнитная мощность автотрансформатора в п1(п-1) раз меньше электромагнитной мощности трансформатора. Следовательно, амплитуда магнитного потока в автотрансформаторе также может быть в п1(п-1) раз меньше по сравнению с трансформатором, т. е. в п1(п-1) раз меньше поперечное сечение и масса стали магнитопровода. Так как для возбуждения магнитного поля с меньшей амплитудой требуется меньшая реактивная энергия, то. коэффициент мощности автотрансформатора несколько выше, чем у трансформатора.

Вес обмоточного провода автотрансформатора также примерно в п1(п-1) раз меньше веса обмоточного провода трансформатора при одинаковых плотностях тока. Это объясняется тем, что у трансформатора на сердечнике имеется две обмотки - первичная с числом витков Wi, поперечное сечение которой рассчитано на ток h, и вторичная с числом витков Wz, поперечное сечение которой рассчитано на ток h- У автотрансформатора также две обмотки, но одна из них Аа имеет число витков Wi-Wz [в nj{n-1) раз меньше, чем у трансформатора] из провода, поперечное сечение которого рассчитано на ток h, а другая аХ с числом витков. Wz из провода, поперечное сечение которого рассчитано на ток hz=h-h, т. е. на ток, в п1(п-1) раз меньший, чем у трансфор.ма-тора.

Средняя длина витка обмоток автотрансформатора существенно меньше, чем у трансформатора, так как меньше поперечное сечение стержня магнитопровода, также меньше числа витков и поперечное сечение провода одной из обмоток.

Поэтому активные и индуктивные сопротивления обмоток автотрансформатора меньше, чем у трансформатора. Следовательно, автотрансформатор обладает большей стабильностью напряжения-при изменениях нагрузки и для него с большей точностью выполняется равенство i]i = -£1.

Меньшая масса активных материалов автотрансформатора не сравнению с трансформатором обусловливает меньшие потери, а-следовательно, более высокий КПД.

Существенным недостатко.м автотрансформатора является наличие электрической связи между сетью и приемником энергии,.

что не позволяет применять его, если приемник энергии имеет заземленный полюс (в выпрямительных устройствах).

Следует иметь в виду, что токи короткого замыкания в автотрансформаторе существенно больше, чем в трансформаторах, из-за меньших сопротивлений обмоток. Поэтому аварийное короткое замыкание для автотрансформатора представляет большую опасность.

Достоинства автотрансформаторов тем больше, чем ближе к единице коэффициент трансформации. Поэтому автотрансформаторы применяются при небольших коэффициентах трансформации {п=\-2). Автотрансформатор рассчитывается так же, как и обычный трансформатор, но расчетной мощностью является электромагнитная мощность, и авготрансформатор заменяется эквивалентным трансформатором, в котором первичной обмоткой является обмотка Аа с числом витков Wi-W2, первичное напряжение (Ji-Uz, ток /ь вторичной обмоткой является обмотка аХ с числом витков W2, вторичное напряжение Uz, гок hz - h-h.

1.7. ОПЫТЫ ХОЛОСТОГО ХОДА И КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ ТРАНСФОРМАТОРА

Параметры эквивалентной схемы замещения и эксплуатационные характеристики трансформатора могут быть определены или рассчитаны по данным опытов холостого хода и короткого замыкания.

Эксплуатационные характеристики трансформатора могут быть определены и непосредственно его испытанием. Если подключить к трансформатору какую-либо нагрузку и изменять ее, то по показаниям приборов можно определить, как будет изменяться напряжение на зажимах вторичной обмотки и КПД трансформатора. Однако при испытании нагруженного трансформатора происходит очень бо1Ьшой расход электроэнергии (тем больший, чем больше мощность трансформатора) и для имитации активной, индуктивной и емкостной нагрузки необходимо очень громоздкое оборудование (реостаты, индуктивные катушки и конденсаторы). Кроме этого, непосредственное испытание трансформатора дает очень неточные результаты.

Для проведения опытов холостого хода и короткого замыкания требуются сравнительно малые затраты энергии и отпадает надобность в громоздком нагрузочном оборудовании, т. е. в реостатах, катушках индуктивности и конденсаторах. Кроме того, эксплуатационные характеристики определяются с высокой точностью.

При проведении опыта холостого хода к первичной обмотке трансформатора подводится номинальное напряжение Ui, измеряемое вольтметром Vi (рис. 1.16). Амперметр А в первичной цепи дает возможность определить ток холостого хода /о, величину которого принято измерять в процентах от номинального тока первичной обмотки (в %) io=(h/hu)lOO.

Обычно трансформаторы малой мощности рассчитываются так, чтобы при номинальной нагрузке потери в стали были равны потерям в обмотках, что обеспечивает (как будет показано в § 1.9) максимальное значению КПД при номинальной нагрузке.

Рис. Ы|6. Схема для опыта холостого хода

Рис. 1Л7. Схема для опыта короткого замыкания

При холостом ходе потери во вторичной обмотке отсутствуют, а в первичной обмотке относительно малы вследствие небольшого значения тока холостого хода /о, тогда как потери в стали при холостом ходе остаются практически равными потерям в стали при номинальной нагрузке. Следовательно, потери в обмотках при холостом ходе существенно меньше потерь в стали, т. е. можно считать, что Ро = Рст- Так, например, у трансформаторов мощностью более 200 ВА ток холостого хода обычно составляет (0,1-0,3)/iH. У трансформаторов меньшей мощности он может достигать значения (0,4-0,6)/ш-

По данным опыта холостого хода определяются коэффициент трансформации п; сопротивления Zq, Хо и Гр эквивалентной схемы замещения и коэффициент мощности cos фо.

Эти величины определяются по следующ'им фор .мулам:

o = Pfl/O ; = [/ Z2 - cos Фо = Po o IH

При опыте короткого замыкания вторичная обмотка трансформатора замкнута накоротко (рис. 1-17), а к первичной обмотке подводится такое пониженное напряжение Uk, при котором по обмоткам протекают номинальные токи. Это напряжение называется напряжением короткого замыкания и измеряется оно в % от номинального, т. е. и,(= ([/ /[/хп) 100 и составляет величину порядка =3,0-10,0%.

При столь малом напряжении магнитный поток будет незначителен, следовательно, будет мал и намагничивающий ток, т. е.

Окз = 0.

Поэтому можно считать, что НС первичной обмотки трансформатора идет лишь на компенсацию НС вторичной обмотки. Таким образом, пренебрегая намагничивающим током, уравнение Магнитного равновесия можем записать как IiWi + l2Wz = 0, откуда