2.5.Векторные диаграммы трансформатора

Уравнения трансформатора (2.16) могут быть решены аналитическим или графическим методом. Графический метод решения основан на построении векторных диаграмм. Он является более наглядным и часто используется для качественного анализа различных режимов работы трансформатора.

2.5.1.Режим холостого хода

В режиме холостого хода первичная обмотка трансформатора включена в сеть на напряжение , а вторичная разомкнута . Для этого режима справедливы уравнения

(2.17)

Ток первичной обмотки представляет собой намагничивающий ток трансформатора. Построение векторной диаграммы (рис.2.10) начинают с вектора потока . ЭДС и отстают от потока на угол 90. Реактивная составляющая тока намагничивания совпадает по фазе с потоком, а его активная составляющая опережает поток на 90. Намагничивающий ток несколько опережает поток . Для получения вектора первичного напряжения необходимо построить вектор и прибавить к нему падения напряжений на активном и индуктивном сопротивлениях. Из векторной диаграммы видно, что очень мал. Обычно . Трансформатор потребляет из сети реактивную мощность на создание магнитного поля в трансформаторе.

2.5.2.Режим короткого замыкания

Режимом короткого замыкания называют режим при замкнутой накоротко вторичной обмотке . Схема замещения трансформатора в этом режиме имеет вид, представленный на рис. 2.11. Для режима короткого замыкания справедливы следующие уравнения:

Векторная диаграмма (рис. 2.12) в этом режиме строится аналогично векторной диаграмме для режима холостого хода. Угол определяется параметрами вторичной обмотки:

.

Особенность этого режима состоит в том, что ЭДС значительно отличается от напряжения из-за больших токов короткого замыкания. Учитывая, что , током можно пренебречь. Тогда схема замещения может быть упрощена (рис. 2.13).

Из схемы замещения получаем

.

Если принять, что , то действующее значение ЭДС будет равно половине действующего значения напряжения :

.

Поэтому в режиме короткого замыкания магнитопровод трансформатора оказывается ненасыщенным.

Действующее значение тока короткого замыкания в соответствии с рис. 2.13

,

где - модуль комплексного сопротивления короткого замыкания трансформатора.

При ток короткого замыкания может превосходить номинальное значение в 10-50 раз. Поэтому в условиях эксплуатации режим короткого замыкания является аварийным. Однако этот режим часто проводится при пониженном напряжении для определения параметров трансформатора.

Напряжение , при котором ток короткого замыкания равен номинальному, называется напряжением короткого замыкания и обозначается

.

Отсюда следует, что напряжение короткого замыкания представляет собой падение напряжения на внутреннем сопротивлении трансформатора при номинальном токе и поэтому является важной характеристикой трансформатора.

Если совместить вещественную ось с вектором тока , то комплексное значение можно представить как , где , - активная и реактивная составляющие напряжения короткого замыкания. Обычно модуль выражают в относительных единицах,

,

либо в процентах,

.

Величина оказывает существенное влияние на свойства трансформатора в рабочих и аварийных режимах. Поэтому является паспортной величиной наряду с номинальными данными.