Режим короткого замыкания трансформатора

Режимом короткого замыкания называется режим, при котором вторичная обмотка замкнута накоротко. Если при опыте холостого хода определяются потери в сердечнике трансформатора, то при опыте короткого замыкания определяются потери в обмотках трансформатора. На первичную обмотку трансформатора подается напряжение такой величины, при которой ток в первичной цепи равен номинальному. При этом измеряется мощность, потребляемая трансформатором из сети, напряжение, ток (рис.1.22):

а)

б)

Рис.1.22. Схемы измерения тока, напряжения и мощности в режиме к. з. трансформатора (а), схема замещения приведенного трансформатора в режиме к.з. (б).

Величина Uк составляет 5-10% номинального напряжения. Так как поток прямо пропорционален напряжению питания трансформатора, а потери в сердечнике пропорциональны квадрату потока, то в режиме короткого замыкания потерями в сердечнике можно пренебречь. Током холостого хода также пренебрегают, так как его величина незначительна по сравнению с Iном. Поэтому gn и bф в схеме замещения трансформатора в режиме короткого замыкания отсутствуют.

Параметры трансформатора определяются выражениями:

(1.36)

1.5.6. Падение напряжения в трансформаторе и его КПД

Для определения напряжения на нагрузке трансформатора воспользуемся его упрощенной схемой замещения без намагничивающего контура (рис.1.23а):

a) б)

Рис.1.23. Схема замещения приведенного трансформатора без учета контура намагничивания (а) и его векторная диаграмма в режиме нагрузки (б).

Погрешность определения тока I1, вызванная таким упрощением, при нагрузках, близких к номинальной, составляет величину порядка 0,1%, что вполне допустимо.
Обычно падение напряжения в трансформаторе определяется разностью вторичного напряжения трансформатора при холостом ходе U20 и

в режиме нагрузки в процентах по отношению к

U%=

%.

При холостом ходе отсутствуют падения напряжения в обмотках трансформатора. Поэтому, приняв

, получим

U%=

%.

Эта величина называется относительной потерей напряжения. Ввиду того, что

можно приближенно за модуль

принять его проекцию на направление вектора

, т.е. отрезок

(рис.1.23б).

Тогда

.

Из рис.1.23б получаем:

;

U%=

%.

При номинальной нагрузке

Uн%=

%

или

Uн%=Ukacos

+ Ukr sin

,

где

Uka=

и Ukr=

% - активная и реактивная составляющие напряжения короткого замыкания в процентах от U1н.

Для относительного падения напряжения, соответствующего току I1 получаем

, (1.37)

где:

– коэффициент нагрузки.

Так как

, (1.38)

а

Рис.1.24. К расчету формулы 1.38.

то

                                                                                     (1.39)

   Окончательно имеем

, (1.40)

где

. (1.41)

Рис.1.25 Внешняя характеристика трансформатора.

Высокие значения КПД трансформатора не позволяют определить его с достаточной точностью путем непосредственного измерения мощности, потребляемой от сети

и мощности, отдаваемой нагрузке

.

Поэтому, согласно требованиям ГОСТа, его вычисляют косвенным методом по данным опытов холостого хода и короткого замыкания. Точность этого метода приемлема для практики.

Зависимость активной мощности трансформатора

от коэффициента нагрузки b может быть выражена следующим образом:

. (1.42)

При опыте холостого хода ток I10 невелик, и потерями мощности в первичной обмотке можно пренебречь. Следовательно, с достаточной степенью точности можно считать, что потери в сердечнике трансформатора определяются мощностью, потребляемой из сети при номинальном напряжении сети:

.

Из схемы замещения (без учета тока намагничивания) трансформатора имеем для режима к. з.:

.

Коэффициентом полезного действия трансформатора называют отношение отдаваемой мощности к мощности, потребляемой из сети:

;

. (1.43)

Содержание раздела