Режим короткого замыкания

Режимом короткого замыкания называют режим при замкнутой накоротко вторичной обмотке . Схема замещения трансформатора в этом режиме имеет вид, представленный на рис. 11. Для режима короткого замыкания справедливы следующие уравнения:

Векторная диаграмма (рис. 12) в этом режиме строится аналогично векторной диаграмме для режима холостого хода. Угол определяется параметрами вторичной обмотки:
.
Особенность этого режима состоит в том, что ЭДС значительно отличается от напряжения из-за больших токов короткого замыкания. Учитывая, что , током можно пренебречь. Тогда схема замещения может быть упрощена (рис. 13).
Из схемы замещения получаем
.
Если принять, что , то действующее значение ЭДС будет равно половине действующего значения напряжения :

.
Поэтому в режиме короткого замыкания магнитопровод трансформатора оказывается ненасыщенным.
Действующее значение тока короткого замыкания в соответствии с рис. 13
,
где - модуль комплексного сопротивления короткого замыкания трансформатора.
При ток короткого замыкания может превосходить номинальное значение в 10-50 раз. Поэтому в условиях эксплуатации режим короткого замыкания является аварийным. Однако этот режим часто проводится при пониженном напряжении для определения параметров трансформатора.
Напряжение , при котором ток короткого замыкания равен номинальному, называется напряжением короткого замыкания и обозначается
.
Отсюда следует, что напряжение короткого замыкания представляет собой падение напряжения на внутреннем сопротивлении трансформатора при номинальном токе и поэтому является важной характеристикой трансформатора.
Если совместить вещественную ось с вектором тока , то комплексное значение можно представить как , где , - активная и реактивная составляющие напряжения короткого замыкания. Обычно модуль выражают в относительных единицах,
,
либо в процентах,
.
Величина оказывает существенное влияние на свойства трансформатора в рабочих и аварийных режимах. Поэтому является паспортной величиной наряду с номинальными данными.

Составление схемы замещения. Систему уравнений (2.23) — (2.25), описывающую электромагнитные процессы в трансформаторе, можно свести к одному уравнению, если учесть, что E ₁ = kE ₂, и положить

É ₁ = Í _o Z _m = Í ₀ (R _m + jX _m ). (2.29)

При этом параметры Rm и Хт следует выбрать так, чтобы в режиме холостого хода, когда ЭДС E1 практически равна номинальному напряжению U₁, ток

Í о = É ₁ /(R _m + jX _m ) = É ₁ / Z _m(2.30)

по модулю равнялся бы действующему значению тока холостого хода, а мощностью I ₀ E ₁ cos φ ₀ = I ₀ R ²_m — мощности, забираемой трансформатором из сети при холостом ходе.

Решим систему уравнений (2.23)—(2.25) относительно первичного тока

Í 1 =

Ú 1 Z 1 + [ Z m(k ^2 Z н + k ^2 Z 2]/[ Z m + (k ^2 Z н + k ^2 Z 2)]

=

Ú 1 Z экв

.(2.31)

В соответствии с уравнением (2.31) трансформатор можно заменить электрической схемой, по которой можно определить токи Í₁ и Í₂, мощность Р₁ забираемую из сети, мощность потерь Δ Р и т. п. Такую электрическую схему называют схе­мой замещения трансформатора (рис. 2.28).
Эквивалентное сопротивление этой схемы

Z _экв = Z ₁ + [ Z _m (Z' _n + Z ' ₂)]/[ Z _m+ (Z ' _н+ Z ' ₂)], (2.32)

2.28. Схема замещения транс форматора

где Z₁ = R₁ + jX₁; Z_m = R_m + jX_m; Z'₂ = k²Z₂ = k²(R₂ + jX₂); Z'_н = k²Z_н.

Схема замещения трансформатора представляет собой сочетание двух схем замещения — первичной и вторичной обмоток, которые соединены между собой в точках а и б. В цепи первичной обмотки включены сопротивления R ₁ и Х ₁, а в цепи вторичной обмотки — сопротивления R' ₂ в Х' ₂. Участок схемы замещения между точками а и б, по которому проходит ток I ₀, называют намагничивающим контуром. На вход схемы замещения подают напряжение Ú ₁, к выходу ее подключают переменное сопротивление нагрузки Z ' _н, к которому приложено напряжение — Ú' ₂.
Сопротивления Z '_н (и его составляющие R '₂ = R ₂ k ² и Х'₂ = Х ₂ k ² ), а также Z ' _н, называют соответственно сопротивлениями вторичной обмотки и нагрузки, приведенными к первичной обмотке. Аналогично приведенными называют значения ЭДС и тока: Е' ₂ = kE ₂ = E ₁; I' ₂ = I ₂ /k.
Полная мощность приведенного контура вторичной обмотки в схеме замещения равна мощности вторичной обмотки реального трансформатора: I' ₂ Е' ₂ = (I ₂ /k)E ₂ k = I ₂ E ₂, а мощность электрических потерь в приведенном вторичном контуре этой схемы равна мощности потерь во вторичной обмотке реального трансформатора: I' ₂² R' ₂ = (I ₂ /k)²R ₂ k ² = I ₂² R ₂.
Относительные падения напряжений в активном и индук­тивном сопротивлениях приведенного вторичного контура также остаются неизменными, как и в реальном трансфор­маторе:

I' ₂ R' ₂ /E' ₂ = (I ₂ /k)k ² R ₂ /(kE ₂ ) = I ₂ R ₂ /E ₂;

I' ₂ X' ₂ /E' ₂ =(I ₂ /k)k ² X ₂ /(kE ₂ ) = I ₂ X ₂ /E ₂.

Дата добавления: 2015-05-06