Содержание
- Введение
- Проведение опыта короткого замыкания в трансформаторе
- Основная цель проведения опыта короткого замыкания трансформатора, соотношения между током, напряжением и магнитным потоком в режиме короткого замыкания
- Список литературы
1. Введение
Опыт короткого замыкания — один из способов испытания приборов и оборудования на устойчивость к электрическим и динамическим нагрузкам.
2. Проведение опыта короткого замыкания в трансформаторе
Опыт короткого замыкания несложен. В одной из двух обмоток трансформатора (конкретно — во вторичной) создаётся искусственное короткое замыкание: к первичной обмотке подключается номинальный ток, а вторичная обмотка попадает под действие аварийного режима. В ходе проведения данного мероприятия определяется номинальный ток во вторичной обмотке, потерянные мощности в проводниках и спад напряжения внутреннего сопротивления прибора.
Во избежание разрушительного воздействия полных токов, вторичная обмотка все также замыкается накоротко, а к первичной обмотке выполняется подводка сниженного напряжения. В этом случае ток короткого замыкания становится равным величине номинала, при котором трансформатор обычно и работает. То есть, во время проверки с ним ничего не произойдет.
3. Основная цель проведения опыта короткого замыкания трансформатора, соотношения между током, напряжением и магнитным потоком в режиме короткого замыкания
В обеих обмотках при опыте короткого замыкания токи имеют номинальные значения, поэтому потери энергии в обмотках такие же, как и при номинальной нагрузке. Следовательно, мощность, получаемая трансформатором из сети при опыте короткого замыкания, затрачивается на потери энергии в проводах обмоток.
Т.к. опыт проводится при пониженном напряжении, значение магнитного потока будет также небольшим. В связи с небольшим значением магнитного потока, магнитными потерями в стали можно пренебречь, а потому считается, что опыт короткого замыкания проводится для того, чтобы установить электрические потери.
4. Список литературы
1) Пиотровский Л.М. - Электрические машины (1974)
2) https://studopedia.ru/15_39274_opit-korotkogo-zamikaniya-transformatora.html
3) https://lektsii.org/6-63437.html
Сергушов Владислав ТОЭ-Т19
Для чего и как проводиться опыт КЗ (короткого замыкания) трансформатора.
Для чего проводиться опыт КЗ в трансформаторе. В этой статья я постараюсь дать ответ.
Давайте разберем самое значение опыта. Испытание на обрыв при отсутствии нагрузки выполняется для определения потерь в сердечнике без нагрузки по току. Суть испытания заключается в том, что обмотка высокого напряжения остаётся разомкнутой в то время, как выходная обмотка подключается к обычной сети потребителя. Туда же подсоединяются и необходимые измерительные приборы – ваттметр, амперметр и вольтметр. В результате такого соединения, внешнее напряжение, которое прикладывается к устройству, медленно увеличивается от нуля до своего номинального значения.
Как выполняется опыт КЗ на практике ? При подключении обмотки-1 трансформатора к сети и замыкании обмотки-2 на клеммах, наступит опасный режим, известный как короткое замыкание. Под влиянием токов провода обмоток выделяют большой объем теплоты, пагубно воздействующий на изоляцию. В аварийном режиме нередко возникают механические напряжения, разрушающие трансформаторные обмотки.
Во избежание разрушительного воздействия полных токов, обмотка № 2 все также замыкается накоротко, а к обмотке-1 выполняется подводка сниженного напряжения. В этом случае ток КЗ становится равным величине номинала, при котором трансформатор обычно и работает. То есть, во время проверки с ним ничего не произойдет. Данная процедура известна как опыт короткого замыкания трансформатора, когда потенциал подключенной обмотки-1 будет равно всего лишь нескольким процентам от номинала. Оно получило название напряжения короткого замыкания. Этот показатель у силовых устройств, в том числе у трехфазного трансформатора, равняется 5-10% от номинального значения. Полученное значение измеряется вольтметром, подключенным в цепь первичной обмотки. Дополнительно устанавливаются амперметры для замеров номинальных токов в обеих обмотках, а ваттметр учитывает мощность потерь, выявленных во время короткого замыкания. Ранее уже отмечалось, что величина магнитного потока трансформатора будет пропорциональна напряжению в его первичной обмотке. Во время проведения опыта КЗ его значение в сердечнике слишком маленькое, поскольку напряжение в данном режиме, во много раз ниже номинала. В связи с этим, потери в стальных пластинках можно не учитывать и условно считать основным назначением мощности перекрытие потерь в трансформаторных обмотках.
Используемая схема опыта короткого замыкания и ее результаты создают предпосылки для определения коэффициента мощности cos φ, активного и реактивного сопротивления обмоток. В любых трансформаторах определяют так называемые обязательные потери. Они включают в себя потери в обмотках и стальном сердечнике. Первая часть относится к категории электрических потерь, пропорциональных квадрату тока. Они определяются показаниями ваттметра, полученными в процессе опыта. Вторая часть представляет собой магнитные потери, связанные с частотой данной электрической сети и значением магнитной индукции. Данные потери также определяет ваттметр, когда трансформатор вводится в режим холостого хода. Проводимые исследования позволяют установить коэффициент полезного действия трансформатора. При его определении нужно активную мощность обмотки-2, соотнести с мощностью обмотки № 1. КПД трансформаторных устройств достаточно высокий и в некоторых случаях доходит до 98-99%.
Основная цель проведения опыта короткого замыкания трансформатора, соотношения между током, напряжением и магнитным потоком в режиме короткого замыкания
В обеих обмотках при опыте короткого замыкания токи имеют номинальные значения, поэтому потери энергии в обмотках такие же, как и при номинальной нагрузке. Следовательно, мощность, получаемая трансформатором из сети при опыте короткого замыкания, затрачивается на потери энергии в проводах обмоток.
Т.к. опыт проводится при пониженном напряжении, значение магнитного потока будет также небольшим. В связи с небольшим значением магнитного потока, магнитными потерями в стали можно пренебречь, а потому считается, что опыт короткого замыкания проводится для того, чтобы установить электрические потери.
Дубровкин Кирилл АТП-Т19
Как и для чего проводится опыт короткого замыкания трансформатора?
Режимом короткого замыкания трансформатора называется такой режим, когда выводы вторичной обмотки замкнуты токопроводом с сопротивлением, равным нулю (ZH = 0). Короткое замыкание трансформатора в условиях эксплуатации создает аварийный режим, так как вторичный ток, а следовательно, и первичный увеличиваются в несколько десятков раз по сравнению с номинальным. Поэтому в цепях с трансформаторами предусматривают защиту, которая при коротком замыкании автоматически отключает трансформатор.
В лабораторных условиях можно провести испытательное короткое замыкание трансформатора, при котором накоротко замыкают зажимы вторичной обмотки, а к первичной подводят такое напряжение Uк, при котором ток в первичной обмотке не превышает номинального значения (Iк < I1ном). При этом выраженное в процентах напряжение Uк, при Iк = I1ном обозначают uK и называют напряжением короткого замыкания трансформатора. Это характеристика трансформатора, указываемая в паспорте.
Таким образом (%):
где U1ном — номинальное первичное напряжение.
Как проводится опыт короткого замыкания.
Этот опыт, как и опыт холостого хода, проводят для определения параметров трансформатора. Собирают схему, в которой вторичная обмотка замкнута накоротко металлической перемычкой или проводником с сопротивлением, близким к нулю. К первичной обмотке подводится такое напряжение Uк, при котором ток в ней равен номинальному значению I1ном.
Схемы замещения
Схема замещения электрической системы представляет собой совокупность схем замещения отдельных элементов, соединенных между собой в той же последовательности, что и на расчетной схеме.
Для составления схемы замещения возьмём трансформатор с двумя обмотками: первичной с количеством витков W1 для подключения к сети питания и вторичной с количеством витков W2 для подключения нагрузки.
Принципиальная схема подключения нагрузки к источнику питания через трансформатор
Для создания схемы замещения трансформатора нам потребуются три режима его работы: режим холостого хода (ХХ), рабочий режим (номинальный режим) и режим короткого замыкания (КЗ). Режимы холостого хода и короткого замыкания трансформатора позволяют определить значения элементов схемы замещения трасформатора.
Схемы замещения трансформатора для режима холостого хода:
а — последовательная схема замещения,
б — параллельная схема замещения
Схема трансформатора в режиме КЗ принимает вид:
В рабочем режиме трансформатор можно представить эквивалентной схемой:
Основные соотношения между током, напряжением, магнитным потоком в режиме К.З.
Мельник Светлана АТП-Т19
Определение короткого замыкания:
Коротким замыканием называется такой предельный режим работы трансформатора, когда к первичной обмотке подведено какое-либо напряжение, а вторичная обмотка замкнута накоротко, следовательно, вторичное напряжение и2 равно нулю.
В условиях эксплуатации, когда к трансформатору подведено номинальное напряжение, короткое замыкание является аварийным режимом, так как при этом в обмотках возникают токи, в 10—20 раз превышающие их номинальное значение. Эти токи резко повышают температуру обмотки, а электромагнитные силы значительно возрастают. Поэтому трансформатор должен обладать необходимой механической и термической прочностью. В его схеме должна быть предусмотрена защита, способная отключить от сети короткозамкнутый трансформатор.
Схема замещения трансформатора
Наличие магнитной связи между обмотками затрудняет исследование работы трансформатора, поэтому для определения изменения вторичных величин при нагрузке используется электрическая схема замещения трансформатора.
Опыт короткого замыкания:
Этот опыт, как и опыт холостого хода, проводят для определения параметров трансформатора. Собирают схему (рис. 3), в которой вторичная обмотка замкнута накоротко металлической перемычкой или проводником с сопротивлением, близким к нулю. К первичной обмотке подводится такое напряжение Uк, при котором ток в ней равен номинальному значению I1(ном).
По данным измерений определяют следующие параметры трансформатора:
1) Напряжение
2) Потери короткого замыкания
3) Полное сопротивление трансформатора
4) Активное сопротивление обмоток трансформатора
5) Индуктивное сопротивление обмоток
Порядок расчета
Напряжение короткого замыкания:
, где Uк — измеренное вольтметром напряжение при I1, = I(1ном). В режиме короткого замыкания Uк очень мало, поэтому потери холостого хода в сотни раз меньше, чем при номинальном напряжении.
Таким образом, можно считать, что Рпо = 0 и измеряемая ваттметром мощность — это потери мощности Рпк, обусловленные активным сопротивлением обмоток трансформатора.
При токе I1, = I1(ном) получают номинальные потери мощности на нагрев обмоток Р(пк.ном), которые называются электрическими потерями или потерями короткого замыкания.
Из уравнения напряжения для трансформатора, а также из схемы замещения (см. рис. 1) получаем:
, где ZK — полное сопротивление трансформатора.
Измерив Uк и I1 можно вычислить полное сопротивление трансформатора:
Потери мощности при коротком замыкании можно выразить формулой:
поэтому активное сопротивление обмоток трансформатора
находят из показаний ваттметра и амперметра. Зная Zк и Rк, можно вычислить индуктивное сопротивление обмоток:
Зная Zк, RК и Хк трансформатора, можно построить основной треугольник напряжений короткого замыкания (треугольник ОАВ на рис. 2), а также определить активную и индуктивную составляющие напряжения короткого замыкания:
Кузьмук Дмитрий АТП-Т19