7. Режим и опыт короткого замыкания трансформатора. Напряжение короткого замыкания.

При КЗ вторичная обмотка замкнута накоротко, напряжение U₂ и полезная мощность Р₂ равны нулю. Вся мощность, потребляемая из сети, расходуется на покрытие потерь внутри трансформатора. Различают опытное короткое замыкание и внезапное, аварийное КЗ.

Согласно данной схеме замещения Z_м и при КЗ соединены параллельно. Модуль в десятки раз меньше z_м , общее сопротивление такого соединения практически равно . Поэтому полное сопротивление трансформатора при КЗ равно сумме сопротивления упрощённой схемы замещения, где не учитывается намагничивающий ток.

При малом потоке магнитные потери в сердечнике пренебрежимо малы. Вся мощность, потребляемая трансформатором при коротком замыкании, расходуется на покрытие электрических потерь в его обмотках и добавочных потерь в стенках бака и крепёжных деталях от вихревых токов, индуктированных полями рассеяния: P_1к = p_эл1 + p_эл2.

Эквивалентное полное, активное и индуктивное сопротивления трансформатора при КЗ рассчитывается следующим образом:

Внешний вид характеристик КЗ

Сопротивление r_к есть некоторое эквивалентное сопротивление, учитывающие потери по типу электрических трансформатора в его обмотках и добавочных потерь в стенках бака и крепёжных деталях от вихревых токов.

Так как все составляющие Z_k постоянные, то Z_k= const. Поэтому зависимость тока КЗ от напряжения прямолинейная, а мощности – квадратичная.

Напряжение, подводимое к первичной обмотке и вызывающее протекание тока короткого замыкания, равного номинальному току, называется номинальным напряжением короткого замыкания.

• Напряжение КЗ:

• Номинальное напряжение КЗ:

Величина u_k может быть выражена также в процентах. Она указывается в паспортных данных трансформатора. u_к = (5,5 – 15,0) %

Коэффициент мощности при коротком замыкании не зависит от тока (напряжения).

Векторная диаграмма трансформатора при КЗ и треугольник КЗ

Его катеты есть падения напряжения в активном r_к1 и индуктивном x_k1 сопротивлениях короткого замыкания:

На диаграмме, построенной для номинального тока I_1н, длина гипотенузы равна U_1кн, а в относительных единицах u_к. В последнем случае катеты треугольника называются активной u_кa и реактивной u_кr составляющей напряжения короткого замыкания. Они равны сопротивлениям КЗ в относительных единицах:

8. Работа трансформатора под нагрузкой, векторные диаграммы.

При изменении первичного тока в диапазоне ЭДС изменяется незначительно, и её отличие от номинального напряжения мало.

При неизменном напряжении ЭДС и поток сердечника можно считать, практически, независящими от тока:

Постоянство потока сердечника и есть причина изменения первичного тока при изменении тока нагрузки.

Ток холостого хода трансформатора (или намагничивающий ток) создаёт поток сердечника, индуктирующий в первичной обмотке ЭДС , которая совместно с падением напряжения уравновешивает приложенное напряжение . При подключении нагрузки к вторичной обмотке возникают ток и МДС , которая стремится вызвать свой поток, компенсирующий поток сердечника. Но так как поток Ф существенно измениться не может, то изменяется первичный ток . В нем дополнительно к возникает нагрузочная составляющая . Она создаёт МДС , компенсирующую МДС вторичной обмотки:

Теперь току «приведённой» вторичной обмотки можно придать физический смысл: – это нагрузочная составляющая первичного тока, компенсирующая в магнитном отношении размагничивающее действие вторичного тока, или реакция первичной обмотки на стремление вторичной изменить поток сердечника. Тогда полный ток первичной обмотки: .

Векторные диаграммы:

Случай смешанной R-L нагрузки

Строим вектор Ф. Строим I₀.

отстаёт от Ф на

отстает от на некоторый угол

Вычитаем из :

получим

Аналогично получим

Случай смешанной R-C нагрузки

Строим вектор Ф. Строим I₀.

отстает от Ф на

опережает на некоторый угол

.

При  :

• Из R-L диаграммы видно, если увеличить ток I₂', то это вызовет уменьшение E₁ и U₂'.

• Из R-C диаграммы видно, если увеличить , то , могут увеличиваться.