Параллельная работа синхронных генераторов

• Название: Параллельная работа синхронных генераторов
• Дата: 17.05.2023
• Размер: 3.19 Mb.
• Имя файла: mashiny_2_chast_ (1).doc
• Тип: Документы; #1138650
• страница: 4 из 11

§ 8.4. Режим короткого замыкания трансформатора

В режиме короткого замыкания сопротивление внешней цепи равно нулю, т. е. вторичная обмотка трансформатора замкнута накоротко. Этот режим следует рас­сматривать как аварийный. При нем во вторичной обмотке транс­форматора протекает ток, во много раз превышающий номинальный. Такой ток безусловно опасен для трансформатора и допустим толь­ко на очень короткое время.

Так как при режиме короткого замыкания можно получить ряд данных для характеристики рабо­ты трансформатора и о пределить потери короткого замыкания, равные электрическим потерям в обмотках, этот режим создают искусственно при проведении опы­та короткого замыкания. Для это­го к первичной обмотке подводят пониженное напряжение U_K._З., при котором токи в обмотках I₁ и I₂ имеют номинальные значения.

Э то пониженное напряжение, выраженное в процентах от номинального, называется напряжением короткого замыкания:

Напряжение короткого замыкания является очень важным параметром трансформатора и обычно указывается на его щитке-паспорте. Для силовых трансформаторов оно составляет от 5,5 до 10,5%, причем чем больше мощность трансформатора, тем выше зна­чение u _KЗ

Величиной напряжения короткого замыкания определяется и кратность тока короткого замыкания



На рис. 8.10 дана векторная диаграмма для режима короткого замыкания. Эта диаграмма строится так же, как и векторная диа­грамма работы трансформатора под нагрузкой. Векторы E₁и E₂' отстают от вектора магнитного потока Ф на 90⁰. Вектор тока I₂




отстает от вектора э. д. с. Ё₂'на угол Ψ₂. Так как напряжение U_K._З, приложенное к первичной обмотке трансформатора, невелико и ток холостого хода I₀ будет мал, то им можно пренебречь. Тогда вектор тока I₁ будет сдвинут относительно вектора тока I₂ на 180° и равен ему по величине, что видно из следующего. Если прене­бречь током Iо, то


В приведенном трансформаторе , тогда

Вектор падения напряжения I₂' r₂' на активном сопротивлении г₂' совпадает по фазе с вектором тока I₂', а вектор падения напря­жения jI₂'x₂' на реактивном сопротивлении x₂' сдвинут по фазе на 90⁰ относительно вектора тока I₂', он откладывается от конца вектора I₂'r₂'. Вектор напряжения короткого замыкания U_1К.Зоп­ределится в результате сложения векторов I₁r₁ и jI₁x₁. Для этого отложим вверх составляющую напряжения – E₁ геометрически сложим с ней векторы I₁r₁ и jI₁x₁. Этому режиму соответствует упрощенная схема замеще­ния, приведенная на рис. 8.11, так как при коротком замыкании трансформатор может быть представлен в виде цепи, состоящей из пос­ледовательно соединенных активных и индуктивных соп­ротивлений первичной и вто­ричной обмоток. Из вектор­ной диаграммы для режима короткого замыкания получа­ют треугольник короткого замыкания ОВГ (рис. 8.12). Для этого век­торы напряжения и э. д. с. вторичной обмотки поворачивают на 180° так, чтобы вектор E₂'совпал по направлению с вектором —E₁. При этом векторы токов первичной и вторичной обмоток I₂' и I₁ также совпадают.

Складывая между собой векторы активного падения напряжения I₁r₁ и I₂' r₂'и индуктивные падения напряжения jI₁x₁и jI₂'x₂' получаем треугольник короткого замыкания, в котором





Рис. 8.12. Треугольник короткого замыка­ния

Сопротивления и x_К,_З=x₁+ x₂'называются актив­ным и индуктивным сопротивлениями короткого замыкания или параметрами короткого замыкания.

Активная U_K,₃.а и реактивная U_к.з.х составляющие напряжения короткого замыкания U_K.₃также выражаются в процентах от но­минального напряжения:




Опыт короткого замыкания производят по схеме, данной на рис. 8.13. Чтобы иметь в цепи меньшие токи, выгоднее подводить напряжение к обмотке высшего напряжения, а обмотку низшего напряжения замыкать накоротко. Постепенно повышая напряже­ние, подводимое к первичной обмотке трансформатора, от 0,3 U_H доводят его до величины, при которой токи в обмотках будут равны номинальным. При этом по приборам измеряют мощность и напря­жение.


Если в трехфазном трансформаторе токи и напряжения в фазах отличаются друг от друга, то ток короткого замыкания определяют из отношений:



Мощность короткого замыкания определя­ется как алгебраическая сумма показаний двух ваттметров:



По данным опыта короткого замыкания нахо­дят полное сопротивление короткого замыкания трансформатора



Активное и реактивное сопротивления ко­роткого замыкания определяются по формулам:



Коэффициент мощности при коротком замыкании


Опыт короткого замыкания позволяет определить потери в меди. Так как напряжение, приложенное к трансформатору, не­значительно и магнитный поток мал, потерями в стали можно пре­небречь. Тогда показания ваттметра в опыте короткого замыкания соответствуют потерям мощности в меди.
§ 8.5. Изменение напряжения трансформатора

Изменение вторичного напряжения двухобмоточного трансфор­матора при номинальном режиме работы и определенном коэффи­циенте мощности определяется как разность между вторичным напряжением холостого хода U₂₀, соответствующим номинальному первичному напряжению U_1H, и напряжением U₂, соответствующим заданной нагрузке трансформатора, т. е.



Процентное изменение напряжения трансформатора ΔUмож­но определить по упрощенной диаграмме (рис. 8.14).

П ри построении диаграммы током I₀ пренебрегают ввиду его незначительной величины 0,05—0,1 I_н. На диаграмме abcяв­ляется треугольником короткого замыкания со сторонами ас= U_к.з.= I₁ Z_к.з. , ba= U_к.з.х= I₁ x_к.з cb= U_к.за= I₁ r_к.з

Для определения ΔUделаем дополнительное построение. Из точек а и bстроим перпендикуляры ad и bfна продолжение вектора- U₂. Отрезок cdможет считаться равным разности напряжений U_1Н-U₂ =сf-fd В то же время cf=U_K3acosφ₂, fd—U_K.₃._Xsinφ₂. Подставляя в формулу (8.14) значения отрезков, получаем






Наконец, исходя из уравнения (8.11), можем написать





п олученное выражение действительно лишь при номинальной нагрузке трансформатора. Чтобы выражением (8.15) можно было нагрузке, следует ввести коэффициент нагрузки

Тогда формула приобретет вид.




Таким образом, изменение вторичного напряжения трансформатора зависит не только от величины, но и от характера на­грузки. График зависимости вторичного напряжения от тока нагрузки называется внешней характеристикой трансформатора.Как видно из характеристики [U₂=f(/₂) (рис. 8.15)], с увели­чением нагрузки от нуля до номинальной напряжение на зажимах вторичной обмотки уменьшается в связи с увеличением падения напряжения в ней. Обычно внешние характеристики снимаются при cosφ₂=l и cosφ₂=0,8, определяющих наиболее важные ре­жимы работы трансформатора. Форма кривой зависит от характера нагрузки. При работе трансформатора с отстающим током, активноиндуктивной нагрузкой, кривая имеет падающий вид, при работе трансформатора с опережающим током, активно-емкостной нагрузкой,— восходящий вид при переходе от холостого хода к нагрузке. Наибольшее зна­чение Uимеет при



§ 8.6. Потери и коэффициент полезного действия трансформатора

Мощность трансформатора определяется его полной мощностью.



Активная мощность трансформатора зависит от угла ф 1, Р_п -полезная (вторичная) мощность трансформатора величина которого определяется характером нагруз­ки, т. е. коэффициентом мощности потребителей Поэтому активная мощность трансформатора—величина непостоянная и не может быть принята за основную величину.

В трансформаторе при передаче энергии из первичной цепи во вторичную возникают магнитные и электрические потери, величина которых определяется первичной и вторичной активными мощнос­тями. Общие потери в трансформаторе



Магнитные потери, относящиеся к постоянным потерям, неза­висящим от нагрузки, слагаются из потерь на гистерезис и вихре­вые токи в магнитопроводе. Суммарная величина магнитных потерь принимается равной потерям холостого хода. В основном эти потери зависят от частоты тока и пропорциональны квадрату магнитной индукции в магнитопроводе.

Электрические потери являются переменными потерями, так как они зависят от нагрузки. Мощность этих потерь расходуется на нагрев проводников обмоток трансформатора. Электрические потери или потери в меди прямо пропорциональны квадрату тока



Потери в меди определяются из опыта короткого замыкания и равны потерям короткого замыкания. Если известны потери ко­роткого замыкания при номинальном токе, то электрические потери определяются по формуле


где —коэффициент нагрузки =I₂/I_2Н

Коэффициент полезного действия трансформатора

P₂ полезная мощность трансформатора





Р_пот - суммарные потери в трансформаторе ( Р_пот=Р_СТ-+P_М= Р₀+ Р_К.З.);

т — число фаз;

r_К.З.75—активное сопротивление короткого замыкания при 75° С.
К . п. д. трансформатора зависит от нагрузки, поэтому если нагрузка трансформатора отличается от номинальной, то при определении к. п. д. учитывается коэффициент нагрузки β=/₂/I_2H, тогда

К. п. д. трансформатора имеет наибольшее значение, когда потери короткого замыкания равны потерям холостого хода, т. е.







откуда





В современных силовых трансформаторах следовательно, максимальное значение к. п. д. соответствует значению =0,7 0,5.

К. п. д. трансформаторов достаточно высок и для силовых трансформаторов находится в пределах от 0,96 до 0,99 в зависимос­ти от их номинальной мощности.