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 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.

U_K выражается в %

U _K% =

U _K% = 5,5 для малых трансформаторов

U _K% = 10,5 для средних и больших

Рассмотрим физическую сторону работы трансформатора при коротком замыкании

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 н.с. вторичной обмотки.

Векторная диаграмма трансформатора при коротком замыкании

Основные уравнения:

1)

2)

3)

4)

5)

Схема замещения трансформатора при коротком замыкании

, пойдет в уравнение (1)

Параметры короткого замыкания ; ;

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. Потерями в стали можно пренебречь т.к.

B º U; p_мг = B² т.к. U ¯ 15-20 раз, то потери в стали в 400 раз.

p_к = p_эл1+ p_эл2 =

Экспериментальное определение параметров короткого замыкания

P_K, I_K, U_K

Треугольник короткого замыкания

Используя схему замещения трансформатора при коротком замыкании, получим

1)

2)

3)

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.

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. напряжение U^’₂ и угол j₂ между потоками I.

2) Потери при нагрузке равны потерям мощности при холостом ходе и коротком замыкании.

П_НГ = П_ХХ + П_КЗ = P₀ + P_эл1,2

3) Ток нагрузки трансформатора не равен току холостого хода и короткого замыкания.

Для холостого хода

Для короткого замыкания

а при нагрузке

4) Коэффициент полезного действия можно получить через данные полученные в опыте холостого хода и короткого замыкания.

при холостом ходе P₀ = P_МГ

При коротком замыкании P_К= P_ЭЛ1,2 = I²r_к,

Тогда ; P_КH­ – при номинальном токе I_H,

Задаваясь b = 0,25; 0,5; 0.75; 1.0; 1.25 при cosj₂ = const построим зависимость h = f(b)

Максимумы h наступает тогда, когда потери в стали равны потерям в меди.

p₀ = b²p_КН , откуда

Uн   Iн

Относительные изменения напряжения - DU.

Изменением напряжения трансформатора называется (выраженная в % от номинального вторичного напряжения) арифметическая разность между номинальным вторичным напряжением при холостом ходе U_ГН 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. - m_К

где m_К = рс, n_К = Ap/

возможны первые два члена, т.е.

, тогда равно

- m_К, а DU

Выразим DГ через составляющие напряжения короткого замыкания.

, тогда

эта величина очень мала и ей 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 используется 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 (точные трансформаторы, трансформаторы для выпрямительных устройств). При таком способе соединения выравнивается магнитная не симметрия по стержням.