 |
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 контура, который создает основной магнитный поток.
Схема замещения должна отвечать основным уравнениям ЭДС и н.с. реального трансформатора, т.е.
1. 
2. 
; 
, откуда
; 
, подставим в уравнение (1)
, где
– соединены последовательно
zm – соединен параллельно с
z1 – последовательно с параллельными ветвями.
Схема позволяет анализировать работу реального трансформатора, т.е. заданный током 
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 UК – напряжение короткого замыкания.
UK 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)% IН.
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 pмг = B2; B º 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
PK, IK, UK, 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.
UK – представляет собой полное падение напряжения в обеих обмотках трансформатора.
Совмещение режимов
Характеристики трансформатора при нагрузке определяют его рабочие свойства. Эти характеристики непосредственно можно получить только для трансформаторов небольшой мощности. Для трансформаторов средней и большой мощности характеристики при нагрузке определяют косвенным путем, т.е. путем наложения данных опыта короткого замыкания на режиме холостого хода.
|
|
|
1) Путем наложения треугольника короткого замыкания на режим холостого хода получим режим нагрузки т.е. получим напряжение U’2 и угол j2 между потоками I.
2) Потери при нагрузке равны потерям мощности при холостом ходе и коротком замыкании.
ПНГ = ПХХ + ПКЗ = P0 + Pэл1,2
3) Ток нагрузки трансформатора равен току холостого хода и короткого замыкания.
Для холостого хода 
Для короткого замыкания 
а при нагрузке 
4) Коэффициент полезного действия можно получить используя данные опыта холостого хода и короткого замыкания.
при холостом ходе P0 = PМГ
При коротком замыкании PК= PЭЛ1,2 = I2rк, 
- коэффициент нагрузки
Тогда 
; PКH – при номинальном токе IH, 
,
тогда 
Задаваясь b = 0,25; 0,5; 0.75; 1.0; 1.25 при
cosj2 = const построим зависимость h = f(b)
Максимум h наступает тогда, когда потери в стали равны потерям в меди.
p0 = b2pКН, откуда
| Uн
Iн |
Относительное изменение напряжения - DU.
Изменением напряжения трансформатора называется (выраженная в % от номинального вторичного напряжения) арифметическая разность между номинальным вторичным напряжением при холостом ходе U2Н и напряжением U2 при номинальном токе.
1) при выводе используется предыдущая векторная диаграмма,
2) расчет проведем аналитически,
3) определим DU при номинальном токе,
4) примем U1 равным 100 ед. т.е. U1 = 100,
тогда 
, т.е. для определения DU достаточно определить вторичное напряжение 
из D OA р. 
- mК
где mК = рс, nК = Ap/
Принимаем первые два члена, т.к. начиная с третьего величина их мала
, тогда 
равно
- mК, а DU
Выразим DU через составляющие напряжения короткого замыкания.
, тогда
Величина второго члена очень мала и им можно пренебречь
тогда 
Это выражение для b = 1, при различных значениях b
, из формулы видно, что DU зависит как от величины, так и от характера нагрузки. Кроме того, видим, что для определения DU используются данные, полученные из опыта короткого замыкания.
|
|
|
Используя это выражение, можно получить ряд характеристик при нагрузке:
Видим, что, используя опыты холостого хода и короткого замыкания можно получить все характеристики трансформатора при нагрузке.
Трехфазные трансформаторы
Трехфазный трансформатор представляет собой соединение трех однофазных трансформаторов. Поэтому вся теория, рассмотренная для однофазного трансформатора относится и к трехфазному применительно к одной фазе. Но в трехфазных трансформаторах есть свои особенности, которые мы рассмотрим ниже.
По конструкции трехфазные трансформаторы бывают в двух основных видах.
1. трансформаторы с независимой магнитной системой (групповые), где каждая фаза трансформируется своим трансформатором.
Групповой трансформатор
рис. 1
2. 
Трансформаторы трехстержневые, где существует магнитная связь между фазами
рис.2
Недостатки группового трансформатора:
1) занимает большую площадь;
2) большая стоимость;
3) меньше КПД.
Преимущества:
1) резерв достаточен на 1/3 установленной мощности;
2) транспортный габарит меньше чем у трехстержневого трансформатора.
Групповой трансформатор используется на большие мощности на тепловых станциях.
Трехстержневые трансформаторы используется в распределительных сетях на предприятиях.
Первая особенность.
Эта особенность относится к трехстержневому трансформатору (рис.2). Поток в среднем стержне при холостом ходе проходит путь меньше, чем в крайних стержнях, а это приводит к тому, что токи в крайних стержнях на 40-50% больше, чем в среднем при симметричном потоке. Т.е. при холостом ходе токи представляют несимметричную систему. Модули не равны и угол не равен 120°.
При нагрузке система токов по фазам принимает симметричную систему.
Вторая особенность.
Связана со способом соединения обмоток. Гостом предусмотрены следующие способы соединения обмоток: l, D, Z. Обозначение фаз.
| Начало | концы | |
| Обмотка В.Н. | A, B, C | X, Y, Z |
| Обмотка Н.Н. | a, b, c | x, y, z |
При изготовлении трансформаторов, гостом предусматриваются следующие способы соединения:
|
|
|
1) l/l0 для мелких распределительных трансформаторов (на предприятиях);
2) l/D для трансформаторов средней и большой мощности;
3) l0/D для трансформаторов большой мощности при повышенном напряжении.
Соединение в зигзаг делается на стороне низкого напряжения.
Соединение делается так, чтобы ЭДС этих полуобмоток вычиталось, для этого необходимо конец одной части фазы соединить с концом второй части другого стержня.
Такой способ применяется там, где существует резкая не симметрия (печные трансформаторы, трансформаторы для выпрямительных устройств). При таком способе соединения выравнивается магнитная не симметрия по стержням.
|
|
|
