4. Совмещенная и упрощенная векторные диаграммы трансформатора под нагрузкой. Схема замещения трансформатора

Так как , то нижнюю часть полной векторной диаграммы можно повернуть на 180 в верхнюю полуплоскость. При этом векторы,иизменят свое направление на противоположное, то есть войдут в уравнение трансформатора со знаком минус. Чтобы не иметь дела с отрицательными величинами, вводят следующие обозначения:

(1.17)

(1.18)

(1.19)

В новых обозначениях система уравнений (1.16) запишется:

(1.20)

Второе уравнение системы получено предварительным умножением на –1 и введением новых обозначений. По уравнению (1.20) можно построить следующую совмещенную векторную диаграмму (рис.1.8):

Рис. 1.8

Уравнениям системы (1.20) и совмещенной диаграмме соответствует полная электрическая схема замещения трансформатора (рис.1.9).

Энергетическое соответствие элементов:

→нагрев первичной обмотки,

→нагрев вторичной обмотки,

→потери в стали,

_,

_,

.

Рис. 1.9

Схема представляет обычное смешанное соединение и может быть легко рассчитана. На практике обычно пренебрегают током и расчет трансформатора ведут по упрощенной схеме замещения (рис.1.10):

Рис. 1.10

Активное сопротивление трансформатора в опыте короткого замыкания

Индуктивное сопротивление трансформатора

Полное

(1.21)

Рис. 1.11

Упрощенной схеме и уравнению (1.21) соответствует упрощенная векторная диаграмма (рис.1.11).

1.5.Изменение вторичного напряжения трансформатора. Внешняя характеристика трансформатора

Изменением вторичного напряжения трансформатора называется арифметическая разность между вторичным напряжением на холостом ходе и вторичным напряжениемв режиме нагрузки, то есть

(1.22)

-вторичное напряжение трансформатора холостом ходе считается номинальным.

Умножим (1.21) на коэффициент трансформации (к):

Из рис. 1.11

Вводят понятие коэффициента нагрузки трансформатора:

(1.23)

Зависимость вторичного напряжения трансформатора от тока нагрузкипри постоянныхиназывается внешней характеристикой трансформатора.

при

Рис. 1.12

На рис.1.12 показан примерный вид внешней характеристики трансформатора при различной нагрузке.

1.6. Режим короткого замыкания трансформатора

Различают аварийное короткое замыкание и опыт короткого замыкания трансформатора. В обоих случаях вторичная обмотка трансформатора замкнута накоротко.

В случае аварийного короткого замыкания к первичной обмотке трансформатора подведено напряжение и токи в обмотках достигают больших величин, недопустимых для нормальной работы трансформатора. Режим аварийного короткого замыкания обычно отключается средствами релейной защиты.

В опыте короткого замыкания к первичной обмотке трансформатора подводится пониженное напряжение- ,такое, чтобы обмотках трансформатора протекали номинальные токи.

При пониженном первичном напряжении в сердечнике трансформатора магнитный поток Ф будет незначителен а значит, и намагничивающий ток весьма мал ,следовательно этим током можно пренебречь и воспользоваться упрощенной схемой замещения трансформатора, положив в ней(рис 1.13).

Рис. 1.13

(1.24)

Электрической схеме и уравнению (1.24) соответствует следующая векторная диаграмма (рис.1.14):

Рис. 1.14

Если поделить треугольник напряжений тока ОАВ на величину , то получим подобный треугольник сопротивлений короткого замыкания трансформатора (рис.1.15):

Рис. 1.15

В опыте короткого замыкания замеряют напряжение , токи мощность потерь.

Мощность при коротком замыкании можно считать равной потерям в меди трансформатора, то есть джоулевым потерям в его обмотках:

На основании замеренных величин можно рассчитать сопротивление трансформатора при коротком замыкании

(потерями в стали при коротком замыкании можно пренебречь, ввиду незначительной величины магнитного потока).

;

Кроме напряжения короткого замыкания вводят понятие относительного напряжения короткого замыкания.

Эта величина выбивается на щите трансформатора:

% (1.25)

Зная , можно определить первичный ток аварийного короткого замыкания,

не приводя самого замыкания.

(1.26)

Пример: если =5% следовательно=20

Знание аварийных токов короткого замыкания нужно для правильного выбора аппаратуры релейной защиты. Кроме того, по величине судят о возможности параллельной работы трансформаторов.