8.4. Работа трансформатора в режиме короткого замыкания
Опыт короткого замыкания (рис. 8.3) проводится в процессе исследований трансформатора для определения электрических потерь мощности в проводах обмоток и параметров упрощенной схемы замещения трансформатора. Этот опыт проводится при замкнутой накоротко вторичной обмотке трансформатора. При этом напряжение на вторичной обмотке U2K = 0:
, (8.12)
При проведении опыта короткого замыкания трансформатора, в отличие от опасного режима короткого замыкания, возникающего в аварийных условиях самопроизвольно, к первичной обмотке трансформатора подводится малое напряжение U1К около 5 % от U1Н, при котором в его обмотках возникают токи, равные номинальным I1K = I1H.
При опыте короткого замыкания вся мощность, потребляемая трансформатором, идет на нагрев обмоток трансформатора, т. е. равна электрическим потерям РЭ в проводах обмоток трансформатора:
PK = PЭ + PМ ≈ R1I1H2 + R2I2H2 + PМ. (8.13)
В выражение для РK входят I1H и I2H – номинальные значения токов, так как опыт короткого замыкания проводится при номинальном значении тока I1K = I1H. Поэтому, с учетом того, что РМ ≈ 0, мощность РK = РЭ, т.е. равна потерям мощности в обмотках трансформатора при номинальной нагрузке.
В соответствии с вышеизложенным, измерив, напряжение, ток и активную мощность, при опыте короткого замыкания, можно определить параметры упрощенной схемы замещения трансформатора при коротком замыкании:
, (8.14)
где RK, XK и ZK – активное, реактивное индуктивное и полное сопротивления короткого замыкания трансформатора соответственно.
8.5. Работа трансформатора в режиме нагрузки
В режиме нагрузки трансформатора (рис. 8.4) получают нагрузочные характеристики трансформатора (рис. 8.5) – зависимости вторичного напряжения U2, коэффициента мощности cosφ1 и коэффициента полезного действия η от тока нагрузки I2 при cosφ2 = const.
Зависимость U2(I2) напряжения на зажимах вторичной обмотки от тока нагрузки является внешней характеристикой трансформатора. Вторичная обмотка трансформатора по отношению к потребителю электроэнергии является источником энергии, поэтому направление тока во вторичной обмотке (рис. 8.1) совпадает с направлением ЭДС Е2 в этой обмотке.
На основании второго закона Кирхгофа для вторичной цепи получим уравнение для внешней характеристики трансформатора:
. (8.15)
Из полученного выражения следует, что изменение тока нагрузки трансформатора приводит к изменению напряжения на зажимах его вторичной обмотки.
Коэффициент полезного действия трансформатора представляет собой отношение полезной мощности к мощности, потребляемой им из сети:
; (8.16)
P2 = U2I2; (8.17)
β = I2 /I2H. (8.18)
где β – коэффициент загрузки трансформатора, РМ – потери в магнитопроводе трансформатора (находят из опыта холостого хода); РЭ – электрические потери в обмотках трансформатора (определяют из опыта короткого замыкания).
КПД трансформатора в номинальном режиме обычно составляет от 80 до 95%.
9. Асинхронные машины
а) б)
Рис. 9.5. Трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором: а) – общий вид: 1 – станина, 2 – обмотка статора, 3 – ротор, 4 – контактные кольца, 5 – щетки, б) – электрическая схема подключения
