Расчет потерь короткого замыкания

Потерями короткого замыкания Рк называется мощность, определяемая по ваттметру при проведении опыта короткого замыкания . Основную часть потерь короткого замыкания, составляют электрические потери в обмотках или, точнее, в обмоточных проводах. Кроме электрических потерь в обмотках, в состав потерь короткого замыкания входят также добавочные потери в проводах, стенках бака и деталях конструкции и потери в отводах.

Электрические потери в обмотках, вызванные нагрузочными токами в них, рассчитываются по основной формуле мощности электрического тока, затрачиваемой в цепи. В заводской практике часто пользуются преобразованной формулой, в которую входят плотность тока и вес обмоточного провода. Так как плотности тока и вес провода у первичной и вторичной обмоток отличаются между собой, то потери в обмотках рассчитываются для каждой из обмоток отдельно и затем суммируются.

Потери в обмотке НН:

кНН = Kп · δНН2 · GНН = 2,40 · 4,222 · 136 = 1256 Вт,

где Кп - коэффициент потерь для медного провода из табл. 5.1[1]; δНН, а/мм2 - плотность тока обмотки низкого напряжения; GНН, кг - вес провода обмотки низкого напряжения.

Потери в обмотке ВН:

PкВН = Kп · δВН2 · GВН = 2,40 · 3,782 · 184 = 1321 Вт,

где Кп - коэффициент потерь для медного провода из табл. 5.1[1];

δВН, а/мм2 - плотность тока обмотки высокого напряжения;ВН, кг - вес провода обмотки высокого напряжения.

Потери в отводах обмотки низкого напряжения вычисляются по эмпирической формуле:

Pотв = (S / 100) · (IфНН / 100) = (1000 / 100 ) · (1443,4 / 100) = 144 Вт.

Потери в отводах обмотки высокого напряжения не вычисляются, так как они малы.

Потери короткого замыкания:

к = PкНН + PкВН + Pотв = 4232 + 5723 + 144 = 2520 Вт.

Расчет напряжения короткого замыкания

Напряжение короткого замыкания генератора, представляющее полное падение напряжения в нем, измеряется у готового генератора при опыте короткого замыкания. Опыт короткого замыкания заключается в том, что вторичную обмотку (обычно НН) замыкают накоротко, а к первичной обмотке через регулятор напряжения РН подводят напряжение. Напряжение поднимают от нуля до тех пор, пока амперметр не покажет номинальное значение тока I1. Так как вторичная обмотка представляет собой замкнутый контур, то в ней также возникнет номинальный ток I2. Ввиду отсутствия внешней вторичной цепи мощность, которую покажет ваттметр, называется мощностью, или потерями короткого замыкания Рк, которые состоят из потерь в обмоточных проводах, добавочных потерь и потерь в отводах.

Напряжение, которое необходимо подвести к одной из обмоток генератора, чтобы в ней установился ток, соответствующий номинальной мощности, при замкнутой накоротко второй обмотке называется напряжением короткого замыкания. Это напряжение Uк компенсирует активные и реактивные падения напряжения в обеих обмотках, вызванные токами I1 и I2, и поэтому является полным падением напряжения в генераторе. Напряжение короткого замыкания составляет несколько процентов от номинального напряжения (от 5,5 до 7,5% для генераторов габаритов I-II-III напряжением до 35 кв). Так как насыщение магнитопровода, а следовательно, потери и ток холостого хода будут при этом весьма малы, то последними при расчете Uк можно пренебречь.

При нагрузке генератора в его обмотках возникают нагрузочные токи, создающие соответствующие намагничивающие силы I1w1и I2w2. Вследствие этого вокруг каждой из обмоток образуются потоки рассеяния. Так как токи в первичной и вторичной обмотках согласно правилу Ленца направлены в противоположные стороны, то оба потока рассеяния, создаваемые намагничивающими силами обеих обмоток, складываются в общий поток рассеяния Фр, проходящий через промежуток между обмотками, называемый главным каналом рассеяния.

Ввиду наличия потоков рассеяния в обеих обмотках должно существовать некоторое реактивное падение напряжения, обозначаемое Uр1и Uр2.

Для расчета реактивного падения напряжения, или иначе напряжения рассеяния, необходимо знать магнитное сопротивление потоку рассеяния данного генератора. Так как расчет действительного потока рассеяния ввиду сложности его формы крайне затруднителен, то вместо него производится расчетболее простого, фиктивного, потока рассеяния Фф, эквивалентного действительному. Направление магнитных линий фиктивного потока принято прямолинейным. Форма фиктивного потока принята как наиболее простая цилиндрическая, с направлением магнитных линий, параллельным оси обмоток. Длина фиктивного потока согласно теоретическим исследованиям Вне обмоток поток рассеяния имеет относительно малую плотность и частично проходит по стальным частям генератора и поэтому встречает малое сопротивление.

Активная составляющая напряжения короткого замыкания:

uа = Pк / (10 · S) = 10099 / (10 · 1000) = 1,01 %, (195)

где Pк, вт - потери короткого замыкания;, вт - мощность генератора.

Приведенный канал рассеяния:

Δ = a12 + (a1 + a2) / 3 = 0,90 + (2,30 + 2,40) / 3 = 2,47 см, (196)

, см - радиальный размер главного канала;, см - радиальный размер обмотки низкого напряжения;, см - радиальный размер обмотки высокого напряжения.

Напряжение на одном витке обмотки:

= UНН / (31/2 · wНН) = 400 / (31/2 · 16) = 14,43 В. (197)

где UНН, в - линейное напряжение обмотки низкого напряжения;НН - число витков обмотки низкого напряжения.

Напряжение рассеяния:

'р = (IфНН · wНН · Dср · Δ · Кр) / (806 · ew · Ho) =

(1443,4 · 16 · 29,20 · 2,47 · 0,97) / (806 ·14,43 · 60,50) = 2,29 %, (198)

где IфНН, а - фазный ток обмотки низкого напряжения;ср, см - средний диаметр главного канала рассеяния.

Напряжение рассеяния с запасом 5%:

uр = 1,05 · u'р = 1,05 · 2,29 = 2,40%. (199)

Напряжение короткого замыкания:

к = (uа2 + uр2)1/2 = (1,312 + 2,402)1/2 = 2,63%. (200)