5.4.2. Работа однофазного трансформатора под нагрузкой.

1. Приведение параметров вторичной обмотки трансформатора к первичной.

Так как в общем случае W₁W₂, E₁E₂, и т.д. соответственно разным W и E соответствуют разные и параметры. Это затрудняет производить количественный анализ процессов происходящих в трансформаторе и построение векторных диаграмм. Обычно приводят параметры вторичной обмотки к числу витков W₁, поэтому E^’₂ = E₁

1. E₂  E^₂; ;E^₂ = E₂k

2. I₂  I^₂; E^₂I^₂ = E₂I₂; I^₂==;I^₂ = I₂/k

3. r₂  r^₂; ;

4. x₂  L₂  W₂²; x^’₂ = x₂k²; z^’₂ = z₂k²

Далее в схемах замещения и векторных диаграмм будем использовать приведенные параметры.

2.Физический процесс в трансформаторе при нагрузке.

Рис.5.10. Физический процесс в трансформаторе при нагрузке.

При разомкнутом ключе k – xx. , при замыканииk действием E₂  I_2. Вторичный ток I₂ по закону Ленца создает поток вторичный потоку Ф₀. Вторичная обмотка создает нагрузочную силу F₂ = I₂W₂

Намагничивающая сила трансформатор при нагрузке ,т.е. сохранения неизменности потока необходимо чтобы при нагрузке сумма ампервитков первичной и вторичной обмоток трансформатор по величине и по фазе была равна ампервиткам трансформатор при холостом ходе.

Основной поток Ф₀ создается малой магнитной силой I₀W₁, но при малом магнитном сопротивлении, достигает большой величины поток рассеяния Ф_S создается большой намагничивающей силой – I₁W₁, но т.к. он проходит в основном по маслу, то величина его мала.

Далее построим векторную диаграмму трансформатора при нагрузке.

3. Векторная диаграмма трансформатора при нагрузке.

Запишем основные уравнения ЭДС и токов. Ф₀

На основе этих уравнений строится векторная диаграмма (рис.5.11.).

4. Схема замещения трансформатора при нагрузке.

Трансформатор представляет собой две независимые электрические цепи связь между ними электромагнитная. Для упрощения расчета трансформатора применяют схемы замещения – эти схемы эквивалентны реальным трансформаторам, т.к. вторичная обмотка приводится к первичной, то обе обмотки можно совместить в одну по которой протекает ток I₀. В этом случае объединенная обмотка играет роль намагничивающего ротора, который создает основной магнитный поток.

Рис. 5.11. Векторная диаграмма трансформатора при нагрузке.

Схема замещения должна отвечать основным уравнениям ЭДС и намагничивающей силе реального трансформатора, т.е.

; ,откуда

; ,

, где – соединены последовательноz_m – соединено параллельно с , аz₁ – последовательно с параллельными ветвями.

Схема позволяет анализировать работу реального трансформатора, т.е. заданный током

Рис. 5.12. Схема замещения трансформатора при нагрузке.

5.4.3. Режим короткого замыкания однофазного трансформатора

Необходимо различать два режима короткого замыкания рис.5.13.

1. Аварийный режим – тогда, когда замкнута вторичная обмотка при номинальном первичном напряжении. При таком замыкании токи возрастают в 15-20 раз. Обмотка при этом деформируется, а изоляция обугливается. Железо так не подгорает. Это тяжелый режим. Максимальная и газовая защита отключает трансформатор от сети при аварийном коротком замыкании.

2. Опытный режим короткого замыкания – это режим, когда вторичная обмотка накоротко замкнута, а к первичной обмотке подводится такое пониженное напряжение, когда по обмоткам протекает (ток) номинальный ток – это U_К – напряжение короткого замыкания.

Рис.5.13. Режим короткого замыкания однофазного трансформатора

U_K выражается в %, U _K% = . U _K% = 5,5 для малых трансформаторов,

U _K% = 10,5 для средних и больших трансформаторов.

1. Рассмотрим физическую сторону работы трансформатора при коротком замыкании

При U I₀ = (2  5)% I_Н при U_Н при  20 раз I₀ – очень мал 15-20 раз и им можно пренебречь т.е.

т.е. намагничивающая сила первичной обмотки полностью уравновешенна намагничивающей силе вторичной обмотки.

2. Векторная диаграмма трансформатора при коротком замыкании.

Основные уравнения и векторная диаграмма трансформатора при коротком замыкании представлена на рис. 5.14.

;

Рис.5.14. Векторная диаграмма трансформатора при коротком замыкании.

Параметры короткого замыкания ; ;

3. Схема замещения трансформатора при коротком замыкании

Схема замещения трансформатора при коротком замыкании представлена на рис.5.15.

, пойдет в уравнение

ток , откуда схема замыкания т.е. схема замещения при коротком замыкании представляет собою цепь, состоящую из двух последовательных сопротивлений.

Рис.5.15. Схема замещения трансформатора при коротком замыкании

4. Потери при коротком замыкании.

При коротком замыкании трансформатор потребляет из сети активную мощность. Эта мощность в основном идет на покрытие потерь в обмотках. Потерями в стали можно пренебречь т.к. BU; p_мг=B² т.к. U  15-20 раз, то потери в стали в 400 раз. p_к = p_эл1+ p_эл2 =

5. Экспериментальное определение параметров короткого замыкания.

Экспериментальное определение параметров короткого замыкания получают по схеме представленной на рис.5.16. ОпределяютP_K, I_K, U_K, а затем рассчитываются ,, .

Рис.5.16. Экспериментальное определение параметров короткого замыкания

6. Треугольник короткого замыкания.

Используя схему замещения трансформатора при коротком замыкании (рис.5.17.) получим

U_K – представляет собой полное падение напряжения в обеих обмотках трансформатора. U_K% = 5.5%  10.5 %. Сделать U_K% большим – большое падение напряжения. Сделать его малым, будут большие токи, короткие замыкания.

Рис.7.17. Треугольник короткого

замыкания.