Кулик Ю.А. Электрические машины

Подождите немного. Документ загружается.

§ 3.2. ХОЛОСТОЙ ХОД

В соответствии с уравнениями (3.8, б) и (3.9, б) в схеме замещения (рис. 3.10) при

холостом ходе трансформатора контур вторичной

141

Рис. 3.11. Векторные диаграммы трансформатора: а — при холостом ходе; б — при коротком замыкании; в

— при нагрузке

Рис. 3.12. Построение кривой тока намагничивания

142

. Линейная зависимость существует только в начальной части кривой. Так как падения

напряжения в активном и индуктивном сопротивлениях первичной обмотки

незначительны по сравнению с величиной Е

, то можно считать, что при синусоидальном

изменении U

во времени Е

также синусоидальна. Следовательно, синусоидальным

является и поток в трансформаторе (кривая а, рис. 3.12).

Имея кривую изменения во времени потока и кривую намагничивания, можно определить,

как изменяется намагничивающий ток холостого хода i

. Для этого полупериод разбивают

на несколько интервалов (например, T/16, рис. 3.12) и находят значение потока в конце

первого интервала (оно определяется ординатой точки a

). Перенося эту точку на кривую

намагничивания б, получают точку б

. Ее абсцисса определяет намагничивающий ток i

(кривая в) в конце первого интервала. По этим данным строят точку в

. Дальше ведут

аналогичное построение, начиная с точки а

, определяющей поток в конце второго

интервала, затем с точки a

и т. д.

Анализируя построенную кривую изменения во времени намагничивающего тока i

(рис.

3.13), видим, что при учете насыщения

Рис. 3.13. Разложение кривой намагничивающего тока на основную и третью гармоники

Рис. 3.14. Направление токов третьей гармоники i

в трехфазной обмотке: а — при соединении в звезду с

выводом нулевой точки; б — при соединении в звезду без вывода нулевой точки: в — при соединении в

треугольник

кривая имеет несинусоидальный характер. Особенно ярко выражена третья гармоника i

μ3

которая пульсирует во времени в три раза чаще чем основная. Основные гармоники тока в

трехфазной системе сдвинуты по фазе на треть периода. Поэтому третьи гармоники тока

143

(совпадает по фазе). В результате во всех фазах трехфазной обмотки в каждый момент

времени токи третьей гармоники имеют одинаковое направление (например, от начала фаз

к концам, как показано на рис. 3.14).

Если первичная обмотка трехфазного трансформатора соединена в звезду с выведенной

нулевой точкой (рис. 3.14, а), то по фазам обмотки проходят токи i

. По нулевому проводу

проходит сумма фазных токов третьей гармоники, равная 3i

Если обмотка соединена в звезду без вывода нулевой точки (3.14, б), то токи третьей

гармоники не возникают, так как они имеют одно направление во всех фазах, и ток i

является синусоидальным. Вследствие нелинейной зависимости потока Ф от тока i

в этом

Рис. 3.15. Разложение кривой магнитного потока на основную и третью гармоники

Рис. 3.16. Схема опыта холостого хода

случае кривая изменения потока Ф имеет уплощенный характер. Ее разложение в ряд

Фурье помимо основной гармоники Ф

дает значительную третью гармонику Ф

(рис.

3.15). Третья гармоника потока наводит третью гармонику э. д. с. В результате кривая э. д.

с. может иметь резко заостренный характер.

Если первичная или вторичная обмотка трехфазного трансформатора соединена в

треугольник (рис. 3.14, б), то по ней проходят токи третьей гармоники. В результате

кривая намагничивающего тока i

содержит третью гармонику (см. рис. 3.13), поэтому

кривые потока Ф и э. д. с. E

и Е

становятся синусоидальными.

Опыт холостого хода. Для определения коэффициента трансформации, потерь в стали и

параметров цепи намагничивания проводят опыт холостого хода по схеме,

представленной на рис. 3.16. Измеряют напряжение U

ток I

и мощность Р

первичной

обмотки, а также напряжение U

вторичной обмотки. Опыт холостого хода обычно

производят при номинальном напряжении первичной обмотки. По данным опыта можно

рассчитать:

144

1) коэффициент трансформации

ВОПРОСЫ

1. Какие составляющие имеет ток холостого хода и от чего зависит их величина? Почему в

трансформаторах большой мощности активное сопротивление первичной обмотки практически не влияет на

активную составляющую тока холостого хода? Почему при холостом ходе с увеличением приложенного

напряжения уменьшается cos μ трансформатора? В результате чего при синусоидальном напряжении

индуктивная составляющая тока холостого хо

да может быть несинусоидальной?

2. Почему с уменьшением мощности трансформатора увеличивается относительное значение тока

холостого хода? Может ли ток холостого хода быть равным номинальному?



145

§ 3.3. УСТАНОВИВШЕЕСЯ КОРОТКОЕ ЗАМЫКАНИЕ

Система уравнений, схема замещения и векторная диаграмма. При коротком

замыкании вторичная обмотка трансформатора замк-

Индуктивное сопротивление короткого замыкания

Полное сопротивление короткого замыкания

146

Рис. 3.17. Треугольник короткого замыкания: а — построение; б — индуктивная и

кх

и активная и

ка

составляющие процентного напряжения короткого замыкания

147

ОАВ выражают не в единицах напряжений, а в процентном значении от номинального

напряжения (рис. 3.17,б):

Величины и

кх%

, и

ка%

и u

к%

называются соответственно индуктивным, активным и полным

процентным напряжением короткого замыкания. С учетом этих выражений

установившийся ток короткого замыкания

Опыт короткого замыкания. Для определения напряжения короткого замыкания, потерь

в меди обмоток и сопротивлений короткого замыкания производят опыт короткого

замыкания. Опыт может быть проведен по схеме, аналогичной представленной на рис.

3.16, в которой в этом сл

учае измерительный вольтметр V

должен быть замкнут

накоротко перемычкой.

Если первичную обмотку трансформатора, у которого вторичная обмотка замкнута

накоротко, присоединить к сети с номинальным напряжением, то по его обмоткам будет

проходить недопустимо большой ток. Поэтому опыт короткого замыкания всегда

производится при пониженном напряжении. Подводимое к первичной обмотке

напряжение подбирается таким образом, чтобы ток обмоток короткозамкнутого

трансформатора был равен номинальному.

Напряжение U

на первичной обмотке, при котором токи короткозамкнутого

трансформатора имеют номинальные значения, называется напряжением короткого

замыкания.

С достаточной точностью можно считать, что при опыте короткого замыкания э. д. с. E

= U

/2. Учитывая, что U

обычно составляет всего 5—10% от U

, поток в сердечнике

трансформатора при опыте короткого замыкания в десятки раз меньше, чем в

номинальном режиме. Поэтому потерями в стали пренебрегают и считают, что вся

мощность Р

расходуется на нагревание проводников обмоток.

Во время проведения опыта измеряют напряжение U

, ток I

= I

и мощность Р

первичной

обмотки. По этим данным можно определить:

1) процентное напряжение короткого замыкания

148

2) активное сопротивление короткого замыкания

в случае трехфазного трансформатора

3) сопротивление первичной и приведенной вторичной обмоток, приблизительно равное

половине сопротивления короткого замыкания,

4) полное сопротивление короткого замыкания

5) индуктивное сопротивление короткого замыкания

6) индуктивное сопротивление первичной и приведенной вторичной обмоток,

приблизительно равное половине индуктивного сопротивления короткого замыкания

7) Индуктивное, активное и полное процентное напряжение короткого замыкания,

определяемое согласно (3.10)

ВОПРОСЫ

1. Чем определяется при установившемся коротком замыкании величина и фаза тока вторичной обмотки по

отношению к э. д. с. E

? Почему при коротком замыкании обычно не учитываются потери в стали?

2. Чем определяется величина напряжения короткого замыкания? Какими потоками определяется

индуктивное сопротивление напряжения короткого замыкания? Зависит ли процентное значение

напряжения короткого замыкания оттого, с какой стороны (первичной или вторичной) проводится опыт?



149

§ 3.4. РАБОТА ТРАНСФОРМАТОРА ПРИ НАГРУЗКЕ

Векторные диаграммы. Процессы трансформатора при нагрузке определяются

системами уравнений (3.8, а) и (3.9, а) и схемами за-

На рис. 3.18, а представлена совмещенная векторная диаграмма при нагрузке

трансформатора, построенная по схеме замещения

Рис. 3.18. Упрощенная совмещенная векторная диаграмма трансформатора: а — диаграмма при нагрузке; б

— определение изменения напряжения Δu

(см. рис. 3.10, в) без учета намагничивающего контура. Поэтому все векторы, относящиеся

ко вторичной обмотке, имеют обратное направление. Характер нагрузки определяется

углом φ между током и напряжением вторичной обмотки.

150