5.1.6. Опытное определение параметров трансформаторов

Для определения параметров трансформатора необходимо провести два опыта: холостого хода и короткого замыкания.

О пыт холостого хода. При этом определяются первичное и вторичное напряжения ,ток и потребляемая мощность . В трёхфазных трансформаторах – это фазовые величины. Определяем параметры схемы замещения:

(5.14)

В силовых трансформаторах обычно ». Потери холостого хода равны потерям в стали, поэтому

; .

Коэффициент трансформации равен .

Следовательно, опыт холостого хода позволяет определить параметры намагничивающего контура эквивалентной схемы замещения трансформатора.

Обычно опыт холостого хода проводится для различных значений . Это позволяет построить характеристики холостого хода и определить влияние насыщения на параметры , и .

Опыт короткого замыкания. Опыт проводится при пониженном напряжении. При этом , а . Из опыта находятся:; ; . В трёхфазном трансформаторе проводится опыт трёхфазного (симметричного) короткого замыкания и определяются фазовые величины. Расчётом определяются:

; ; . (5.15)

Эти параметры определяются на основании упрощённой схемы замещения. Зная параметры короткого замыкания можно определить напряжение короткого замыкания , и её составляющие ,

; ; .

Изменяя при опыте короткого замыкания можно построить характеристики короткого замыкания: , ,.

5.2. Несимметричная нагрузка трёхфазных

трансформаторов

При эксплуатации трансформаторов часто токи нагрузки будут несимметричными. Это обычно связано с неравномерным распределением по фазам однофазных приёмников. Наиболее сильно несимметрия нагрузки проявляет себя при несимметричных коротких замыканиях. Рассмотрим наиболее характерные случаи.

5.2.1. Однофазное короткое замыкание в трехфазном трансформаторе при соединении обмоток

Схема трансформатора в рассматриваемом случае изображена на рис. 5.8.

П

2

редположим, что короткое замыкание произошло при работе в холостую, , а . Для простоты предположим, что и ток отстаёт от на угол 90º. Общим методом анализа работы трансформаторов при несимметричной нагрузке является метод симметричных составляющих. Согласно этому методу, трёхфазная несимметричная система токов , , разлагается на симметричные составляющие: прямой последовательности (,,) обратной (,,) и нулевой (,,). Пользуясь формулами разложения находим, что в случае однофазного тока (для случая, изображённого на рис. 5.8) На рис. 5.9 изображены векторные диаграммы токов этих симметричных составляющих.

Нетрудно убедиться в том, что разложение выполнено правильно. Для этого необходимо просуммировать токи в фазах:

; .

Видим, что получили исходную систему токов. При анализе режима короткого замыкания током холостого хода можно пренебречь. Тогда . В соответствии с этим, системам токов прямой и обратной последовательности вторичной обмотки соответствуют аналогичные системы токов первичной обмотки, но находящиеся в противофазе токам вторичной обмотки. Однако токи нулевой последовательности в первичной обмотке отсутствуют, так как она соединена звездой с изолированной нейтралью. Векторные диаграммы токов симметричных составляющих в первичной обмотке представлены на рис. 5.10. Тогда токи в первичной обмотке трансформатора будут равны:

;

; (5.16)

.

Покажем эти токи на схеме (рис. 5.8). Учитывая вышеизложенное, однофазное короткое замыкание трансформатора при соединении обмоток по схеме можно рассматривать как результат наложения трех режимов: двух симметричных трехфазных коротких замыканий, соответствующих токам прямой и обратной последовательностей, и режима однофазного тока во вторичной обмотке, соответствующего токам нулевой последовательности.

Поведение трансформатора по отношению к токам прямой и обратной последовательностей одинаково. Поэтому упрощенная схема замещения справедлива как для токов прямой, так и для токов обратной последовательностей. Сопротивление обмоток трансформатора токам этих последовательностей одинаково и равно . Токи нулевой последовательности во вторичной обмотке создают магнитные потоки нулевой последовательности , совпадающие во времени во всех фазах. Поэтому в групповых трансформаторах они будут свободно замыкаться по сердечникам фаз. Магнитные сопротивления для потоков мало и небольшие по величине токи способны создать большие магнитные потоки. Чтобы пояснить влияние потоков на работу трансформатора, построим векторную диаграмму, изображенную на рис. 5.11.

Вначале изображаем симметричную систему ЭДС во вторичной обмотке при холостом ходе , , . Эти ЭДС индуктируются симметричной системой магнитных потоков , , . Токи во всех фазах равны, совпадают и отстают от на 90º и создают в фазах магнитные потоки , которые складывают с потоками фаз. Из векторной диаграммы видно, что размагничивает фазу А и намагничивает фазы В и С. Так как подводимая система напряжений симметрична (допустим, что она не зависит от режима работы трансформатора), то линейная система напряжений не изменяется и представляет собой симметричный треугольник (рис.5.12).

В

Рис. 5.12

этом случае изменение фазовых ЭДС приводит к смещению нулевой точки в 0₁ (на величину ЭДС ). Напряжение в фазах "в" и "с" увеличиваются, а в фазе "а" уменьшается. Если короткое замыкание произошло на зажимах трансформатора, то , а в фазах "в" и "с" увеличилось до линейного напряжения , то есть в раза. Такое увеличение напряжения для однофазных приёмников, включённых в фазы "в" и "с" недопустимо. Поэтому групповые трансформаторы при соединении обмоток по схеме не применяются.

В трёхстержневых трансформаторах при соединении обмоток происходит тоже самое, но поток мал, так как он вытесняется из сердечника на пути рассеяния. Поэтому способ соединения обмоток в трёхстержневых трансформаторах не ухудшает их работу.

Из рассмотренного следует, что токи и потоки нулевой последовательности в трёхфазных трансформаторах действуют аналогично третьим гармоникам тока холостого хода. Разница заключается в том, что первые изменяются с основной, а вторые с утроенной частотой. Уравнение для фазы "а" вторичной обмотки трансформатора можно записать в виде:

, (5.17)

где - сопротивление токам прямой и обратной последовательностей;

- сопротивление токам нулевой последовательности.

Эксперементально это сопротивление можно определить из схемы, предоставленной на рис. 5.13.

. (5.18)

Вторичная обмотка разомкнута. Так как при однофазном коротком замыкании , то уравнение (5.17) можно записать , отсюда

. (5.19)