3. Режим короткого замыкания однофазного трансформатора

Необходимо различать два режима короткого замыкания:

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 же 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 номинальный ток – это U_К – напряжение короткого замыкания.

U_K выражается в %

U _K% =

U _K% = 5,5 для трансформаторов малой мощности;

U _K% = 10,5 для трансформаторов средней и большой мощности.

При номинальном напряжении ток холостого хода I₀ = (2  5)% I_Н .

При коротком замыкании напряжение в 1520 раз меньше номинального, поэтому ток холостого хода ничтожно мал и им можно пренебречь

,

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

Векторная диаграмма трансформатора при коротком замыкании

Основные уравнения:

1. 

2. 

3. 

4. 

5. 

Схема замещения трансформатора при коротком замыкании

, подставив в уравнение (1),

Тогда (6)

где: - полное сопротивление короткого замыкания;

- активное сопротивление короткого замыкания;

- индуктивное сопротивление короткого замыкания.

из уравнения (6) ток , откуда схема замыкания

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

Потери при коротком замыкании

При коротком замыкании трансформатор потребляет из сети активную мощность. Эта мощность в основном идет на покрытие потерь в обмотках.

Так как потери в стали p_мг = B² ; B  U

При коротком замыкании напряжение уменьшено в 1520 раз, то потери в стали будут ничтожно малы и ими можно пренебречь.

Экспериментальное определение параметров короткого замыкания

Для определения параметров короткого замыкания измеряют

P_K, I_K, U_K, тогда

Треугольник короткого замыкания

Используя схему замещения трансформатора при коротком замыкании, получим треугольник короткого замыкания. Из треугольника следует:

1. 

2. 

3. 

Обычно треугольник короткого замыкания строится для номинального тока и стороны его выражены в процентах от номинального напряжения.

U_K – представляет собой полное падение напряжения в обеих обмотках трансформатора.

4. Работа однофазного трансформатора под нагрузкой

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 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 диаграммах будем использовать приведенные параметры.

Физические процессы в трансформаторе при нагрузке

При разомкнутом ключе k – xx.

При замыкании ключа k под действием ЭДС E₂ протекает ток I₂

Вторичный ток I₂ по закону Ленца создает поток встречный потоку Ф₀. Суммарный поток уменьшается, уменьшается E₁ и из сети будет протекать такой дополнительный ток, который скомпенсирует поток вторичной обмотки и поток будет равен потоку при x.x .Вторичная обмотка создает н.с. F₂ = I₂W₂

Намагничивающая сила трансформатора при нагрузке

; ;.

Для сохранения неизменности потока необходимо чтобы при нагрузке сумма ампер-витков первичной и вторичной обмоток трансформатора по величине и по фазе была равна ампер- виткам трансформатора при холостом ходе.

; ;.

Основной поток Ф₀ создается малой намагничивающей 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.

Векторная диаграмма трансформатора при нагрузкеЗапишем основные уравнения ЭДС и токов.

1. 

2. 

Ф₀ 

3. 

На основе этих уравнений строится векторная диаграмма.