Вопросы и задания для контроля

1. Какой режим работы трансформатора называют коротким замыканием?

2. Как проводят опыт короткого замыкания, что измеряют во время опыта?

3. Что можно определить по результатам опыта короткого замыкания?

4. Что такое напряжение короткого замыкания? Какова его величина?

5. Как найти ток установившегося короткого замыкания при напряжении U_1Н?

6. Как определить параметры (сопротивления) главной ветви схемы заме-щении по данным опыта короткого замыкания?

7. Что такое треугольник короткого замыкания? Что показывают его стороны?

8. Объясните вид характеристик короткого замыкания.

5.3. Режим нагрузки трансформатора

5.3.1. Уравнения, векторная диаграмма, схема замещения

В условиях эксплуатации меняется нагрузка трансформатора Z_Н, и токи обмоток I₁ и I₂ изменяются от нуля до номинальных. Режим нагрузки характеризуется уравнениями (3.19), (3.27), (3.28), которым соответствует векторная диаграмма на рис. 3.5.

Намагничивающий ток I₀ много меньше тока нагрузки I ^/₂ и практически не влияет на токи главной ветви схемы замещения (рис. 3.9).

Поэтому считают токI₀ = 0, а Z₀ = ∞. Исключив намагничивающий контур, получим упрощённую схе-му замещения (рис. 5.11, а).

При I₀ = 0 верно урав-нение токов (5.32) İ₁ = – İ ^/₂.

Для схемы замещения

(рис. 5.11) можно записать уравнение, непосредственно связывающее первичное и вторичное напряжения трансформатора

, (5.45)

векторная диаграмма по выражению (5.45) приведена на рис. 5.11, б.

Если заданы напряжение U ^/₂, ток I ^/₂ и угол φ₂ или cosφ₂, то чертят вектор – , под угломφ₂ к – вектор –İ ^/₂. Из конца вектора –

проводят параллельно İ ^/₂ вектор r_Кİ ^/₂, перпендикулярно İ ^/₂ вектор jx_Кİ ^/₂, сумма которых равна Z_Кİ ^/₂. Соединив точку O с началом вектора Z_Кİ ^/₂, получим вектор = –при холостом ходе. Стороны треугольникакороткого замыкания Z_Кİ ^/₂, r_Кİ ^/₂, x_Кİ ^/₂ на рис. 5.11 увеличены в 3–7 раз.

Обычно определяют вторичное напряжение U ^/₂ по заданным на-пряжению ,току нагрузки I ^/₂ и углу φ₂. Так как вектор Z_Кİ ^/₂ много меньше показанного на рис. 5.11, б, угол φ₁ ≈ φ₂. Поэтому считают φ₁ = φ₂ и диаграмму чертят в обратном порядке, начиная с вектора .

При эксплуатации трансформаторов наибольший практический интерес представляют зависимости вторичного напряжения от нагрузки и коэффициента полезного действия (КПД) от нагрузки.

5.3.2. Изменение вторичного напряжения при нагрузке

Из уравнения (5.45) и диаграммы (рис. 5.11. б) следует, что вторичное напряжение трансформатора при нагрузке изменяется из-за падения напряжения на сопротивлениях обмоток Z_Кİ₁ = – Z_Кİ ^/₂.

Из векторной диаграммы (рис. 5.11, б) видно, что при изменении нагрузки (I₂ = var) и неизменном её характере (φ₂ = const) меняются дли-на вектора Z_Кİ ^/₂ и напряжение U₂. Если нагрузка постоянна (I₂ = const), а изменяется её характер (φ₂ = var), то вектор Z_Кİ ^/₂, не меняя длины, поворачивается с изменением фазы тока, что также приводит к изменению напряжения U₂. Очевидно, вторичное напряжение зависит от величины и фазы тока нагрузки U₂ = f (I₂, φ₂).

Для оценки величины вторичного напряжения вводят понятие изменение вторичного напряжения трансформатора при нагрузке, В,

(5.46)

и в процентах

(5.47)

где U_2Н – номинальное вторичное напряжение при холостом ходе и номинальном первичном напряжении (U₁ = U_1Н, I₂ = 0); U₂ – вторичное напряжение при номинальной нагрузке и номинальном первичном напряжении (U₁ = U_1Н, I₂ = I_2Н).

Выражение для расчёта изменения напряжения найдём, используя

упрощённую диаграмму (рис. 5.12) при номинальной нагрузке I ^/_2Н ≈ I_1Н. Угол α = φ₁ – φ₂ (рис. 5.11) между векторами напряжений U₁ и U ^/₂ мал, поэтому модуль вектора приближённо равен его проекции

OC (рис. 5.12) на продолжение Od вектора . Тогда арифметическая

разность напряженийΔU = U ^/_2Н – U ^/₂ ≈ AC.

Спроектировав падения напряжения r_Кİ ^/₂, x_Кİ ^/₂ на линию Od, получим выражение изменения напряжения при номинальной нагрузке, В,

(5.48)

в процентах

или с учётом того, что (r_Кİ_1Н /U_1Н)·100 = u_Кa и (x_Кİ_1Н /U_1Н)·100 = u_КР в %,

(5.49)

У силовых трансформаторов Δu = (3,6–8,5) % при номинальной нагрузке с коэффициентом мощности cosφ₂ = 0,8 (φ₂ > 0).

Изменение напряжения при произвольной нагрузке, %,

(5.50)

где k_З = I₂/I_2Н ≈ I₁/I_1Н – коэффициент загрузки (нагрузки) показывает степень загрузки трансформатора; k_З = 0 при I₂ = 0, k_З = 1 при I₂ = I_2Н.

Внешняя характеристика – это зависимость вторичного напряжения от вторичного тока или коэффициента загрузки U₂ = f (I₂) = φ(k_З) при постоянных U₁ = U_1Н и коэффициенте мощности cosφ₂. Формула

внешней характеристики из (5.47)

, (5.51)

где U_2Н – вторичное напряжение при холостом ходе (I₂ = 0) и U_1Н; ∆u определяется по выражению (5.50).

При φ₂ = const в (5.50) выраже-ние (u_Кacosφ₂ + u_КРsinφ₂) = С = const и Δu = k_ЗC. Тогда по (5.51) напряжение U₂ = U_2Н (1 – k_ЗC/100) зависит от первой степени k_З, и внешние харак-теристики линейны (рис. 5.13).

При активной нагрузке (φ₂ = 0) вторичное напряжение U₂ снижа-ется мало Δu ≤ 2 %. С увеличением индуктивности нагрузки (φ₂ > 0) напряжение U₂ снижается сильнее. При активно-ёмкостной нагрузке (φ₂ < 0) возможно увеличение напряжения U₂ (рис. 5.13).