Материал: Лекция 05 Работа трансформаторов под нагрузкой

Рис. 7.6. Упрощенная схема замещения трансформатора

одна сторона которого, совпадающая по фазе с током I1 , определяет активное падение напряжения в трансформаторе, а другая, опережаю-

щая ток I1 на 90°,– индуктивное падение напряжения в нем. Если счи-

тать заданными напряжение U1, ток I1 и угол 2 , то из диаграмм видно, что вторичное напряжение получается путем пристройки к век-

тору напряжения U1 треугольника короткого замыкания ABC так, чтобы вершина С треугольника лежала на луче, проведенном из точки 0 под углом 2 к оси ординат. Следовательно, вторичное напряжение

U2 0C мы можем рассматривать как результат наложения на режим

холостого хода, определяемый вектором 0А, режима короткого замыкания, определяемого треугольником короткого замыкания ABC.

Рис. 7.7. Упрощенные векторные диаграммы замещённого трансформатора: a– при индуктивной нагрузке; б – при ёмкостной нагрузке

Зависимость приведенного вторичного напряжения от cos 2 нагрузки. Геометрическое построение вектора 0C U2 проще

всего провести следующим образом. Треугольник ABC сносим параллельно самому себе так, чтобы он занял положение треугольника 0В'С' (рис. 7.8). Из точки 0 проводим луч под углом 2 к оси ординат и из

центра С' делаем на нем засечку радиусом C C U1 . Тогда вектор

C0 U2 .

Рис. 7.8. Диаграмма U2 f (cos 2 )

Если напряжение U1 и ток I1 заданы и остаются постоянными, а

род нагрузки, т. е. угол 2 , изменяется, тоизменениенапряжения U2 определяется следующим образом. Описываем из точки 0, как из центра,

окружность радиусом 0A U1 , которая представляет собой геометри-

ческое место концов вектора первичного напряжения. Затем из точки С' как из центра, описываем другую окружность радиусом, равным

тоже U1 . Из сказанного выше следует, что эта вторая окружность

представляет собой геометрическое место концов вектора вторичного напряжения.

На рис. 7.8 определены напряжения U2 для различных углов

2 . Диаграмма хорошо иллюстрирует влияние рода нагрузки на величину вторичного напряжения. Мы видим, что при значительном пре-

обладании емкостной нагрузки вторичное напряжение U2 может стать даже больше первичного напряжения U1 .

Изменения вторичного напряжения. Согласно ГОСТ, «Изме-

нением напряжения двухобмоточного трансформатора при заданном коэффициенте мощности называется выраженная в процентах от номинального вторичного напряжения арифметическая разность между номинальным вторичным напряжением (при соответствующем ему положении переключателя) на зажимах вторичной обмотки при холо-

стом ходе и напряжением, получающимся на тех же зажимах при номинальном вторичном токе, номинальной частоте и номинальном первичном напряжении (при соответствующем ему положении переключателя) на зажимах первичной обмотки».

При этом изменение напряжения приводится к условной температуре 75° С.

Таким образом,

диаграмму на рис. 7.7 в ее непосредственном виде, так как треугольник ABC в действительности весьма невелик, а это, с одной стороны, затрудняет построение и, с другой стороны, может заметно понизить точность результата. Поэтому диаграмму на рис. 7.7 используют для определения U аналитическим путем.

Условимся определять U при номинальном токе Iн . В этом случае вектор 0A напряжения U1 можно

принять за 100 условных единиц (рис. 7.9), а стороны треугольника короткого замыкания ABC будут Uk , Uka и Ukr . Поскольку речь

идет об определении арифметической разности, стрелок на сторонах треугольника ABC мы не ставим.

Согласно формуле (7.6), имеем:

Опустим из точкиА перпендикуляр АР на продолжениевектора U2' . Пусть отрезкиCP и РА составляюттк и nк условных единиц.

Тогда

Разложим подкоренное выражение в биномиальный ряд и пренебрежем всеми членами выше второго порядка, так как они по сравнению с двумя первыми исчезающе малы.

В этом случае

Трансформаторы с регулированием напряжения под на-

грузкой. Эти трансформаторы, выпускаемые в России, обычно рассчитаны для регулирования напряжения в пределах 6 – 10% через 1,25

– 1,67%. Переход с одной ступени на другую должен происходить без разрыва цепитока. Поэтому в промежуточном положениивключены два соседних ответветвления обмотки и часть обмотки между ними оказывается замкнутой накоротко. Для ограничения тока короткого замыкания применяются токоограничивающие реактивные или активные сопротивления.

На рис. 7.11 приведена схема переключения с токоограничивающим реактором P и показано пять последовательных позиций при переходе с ответвления XI (позиция a ) на ответвление Х2 (позиция д ). В каждой из двух ветвей схемы переключения имеется контактор (К1и К2) для выключения тока из данной ветви перед ее переключением и подвижные контакты переключателя (П1У, П2), которые рассчитаны для переключения ветвей без тока. В нормальном рабочем положении (позиции a и д ) токи двух ветвей схемы обтекают две половины обмотки реактора в разных направлениях. Поэтому поток в сердечнике реактора практически отсутствует и индуктивное сопротивление реактора мало. Наоборот, ток короткого замыкания ступени, возникающий при промежуточном положении переключателя и показанный на рис. 7.11, в штриховой линией, обтекает всю обмотку реактора в одинаковом направлении, при этом сердечник реактора намагничивается и сопротивление реактора по отношению к этому току велико.

Реактор Р и переключатели П помещаются внутри бака трансформатора, а контакторы К – в специальном дополнительном баке, который монтируется на боковой стенке бака трансформатора. При таком устройстве масло в баке трансформатора защищено от загрязнения, вызываемого работой контакторов при разрыве ими цепи тока.

Рис. 7.11. Переключение ответвлений обмотки для регулирования