Номинальное первичное и вторичное напряжения трансформатора

Номинальным первичным напряжением трансформатора называется такое напряжение, которое, необходимо подвести к его первичной обмотке, чтобы на зажимах разомкнутой вторичной обмотки получить вторичное номинальное напряжение, указанное в паспорте трансформатора.

Номинальным вторичным напряжением называют напряжение, которое устанавливается на зажимах вторичной обмотки при холостом ходе трансформатора (к зажимам первичной обмотки подведено напряжение, а вторичная обмотка разомкнута) и при подведении к первичной обмотке номинального первичного напряжения.

Напряжение на вторичной обмотке при нагрузке изменяется, так как ток нагрузки создает падение напряжения на активном и индуктивном сопротивлениях обмотки. Это изменение вторичного напряжения зависит не только от величины тока и сопротивлений обмотки, но и от коэффициента мощности нагрузки (рис. 1). Если трансформатор нагружен чисто активной мощностью (рис. 1, а), то напряжение по сравнению с другими вариантами меняется в меньших пределах.

На векторной диаграмме Е2 — ЭДС. во вторичной обмотке трансформатора. Вектор вторичного напряжения будет равен геометрической разности:

где I2 — вектор тока во вторичной обмотке; X тр и R тр — соответственно индуктивное и активное сопротивления вторичной обмотки трансформатора.

При индуктивной нагрузке и при той же самой величине тока напряжение снижается в большей степени (рис. 1,б). Это связано с тем, что вектор I2 х X тр отстающий от тока на 90°, в этом случае более круто повернут навстречу вектору Е2 , чем в предыдущем. При емкостной нагрузке увеличение тока нагрузки вызывает повышение напряжения на обмотке трансформатора (рис. 2, в). В этом случае вектор I2 х X тр по длине равный аналогичному вектору в первых двух случаях и также отстающий от тока на 90°, благодаря емкостному характеру этого тока оказывается повернутым вдоль вектора Е2 , и увеличивает длину U2 по сравнению с Е2 .

Рис. 1. Изменение вторичного напряжения трансформатора U2 в зависимости от коэффициента мощности нагрузки (угла φ): а — при активной нагрузке; б — при индуктивной нагрузке; в — при емкостной нагрузке; Е2 — ЭДС. во вторичной обмотке трансформатора; I2 — ток во вторичной обмотке (ток нагрузки); I0 — намагничивающий ток трансформатора; Ф — магнитный поток в сердечнике трансформатора; Rтр Xтр. — активное и индуктивное сопротивления вторичной обмотки.

В процессе эксплуатации необходимо регулировать величину напряжения на обмотке трансформатора. Это достигается изменением числа витков обмотки высокого напряжения. Меняя число витков этой обмотки, включенных в цепь высокого напряжения, можно менять коэффициент трансформации в пределах от ±5 до ±7,5% номинального значения.

Схема отводов от обмоток с простым переключением представлена на рисунке 2. В соответствии с этими отводами в паспорте указано минимальное высокое напряжение, номинальное и максимальное. Если, например, номинальное вторичное напряжение трансформатора равно 10000 В, то напряжение максимальное 1,05 U н = 10500 В, а напряжение минимальное 0,95 U н = 9500 В.

Для номинального напряжения 6000 В имеем соответственно 6300 и 5700 В. Число витков обмотки высшего напряжения изменяют переключателем, контакты которого находится внутри трансформатора, а рукоятка выведена на его крышку.

Обычно для трансформаторов, которые устанавливаются вблизи понизительной подстанции 35/10 кВ или повышающей 0,4/10 кВ, коэффициент трансформации принимают равным 1 ,05х K н , то есть ставят переключатель отводов в положение +5%. Если потребительская подстанция удалена от районной, в линии электропередачи возникает значительная потеря напряжения, поэтому переключатель ставят в положение -5%. Трансформатор в средней точке линии электропередачи устанавливают на номинальный коэффициент трансформации (рис.3).

Рис. 2. Схема отводов от части витков для измерения коэффициента трансформации на ±5%

Рис. 3. Установка переключателя витков трансформатора в зависимости от удаления потребительской трансформаторной подстанции от питающей районной подстанции.

В настоящее время промышленность освоила выпуск силовых трансформаторов поной шкалы мощностей 25, 40, 63, 100, 160, 250, 400 кВА и т. д. Для регулирования напряжения новые трансформаторы снабжены устройствами ПБВ пли РПН. ПБВ означает: переключение обмоток без возбуждения, то есть при выключенном трансформаторе.

Отпайки от обмоток позволяют посредством их переключения менять напряжение в пределах от -5 до +5% через каждые 2,5%. РПН означает: регулирование напряжения под нагрузкой (автоматическое). Оно позволяет регулировать напряжение в пределах от—7,5 до+7,5% шестью ступенями, или через каждые 2,5%. Такими устройствами могут обеспечиваться трансформаторы от 63 кВА и выше. Обозначение трансформатора с таким устройством — ТМН, ТСМАН.

Трехфазные трансформаторы ТМ и ТМН для трансформации энергии с 20 и 35 кВ на 0,4 кВ имеют мощности 100, 160, 250, 400 и 630 кВА.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Зависимость изменения вторичного напряжения трансформатора от коэффициента нагрузки

Согласно ГОСТ, изменением напряжения трансформа­тора при заданном коэффициенте мощности называют алгебраическую разницу между номинальным вторичным напряжением и напряжением, устанавливающимся на за­жимах вторичной обмотки при номинальных значениях вторичного тока, частоты и первичного напряжения,

Пример 1. Определить ΔU трансформатора в процен­тах, если U_2H = 400 в, U₂ = 380 в.

ΔU трансформатора можно определять путем снятия его внешней характеристики.

Внешней характеристикой трансформатора называют зависимость напряжения на зажимах вторичной обмотки от тока нагрузки при постоянном первичном напряже­нии, частоте и cos φ₂.

Как видно из рисунка 98, на котором представлены внешние характеристики трансформатора при cos φ ₂ = 1 — активная нагрузка (кривая 1) и при cos φ ₂ = 0,8 — актив­но-индуктивная нагрузка (кривая 2), напряжение транс­форматора с увеличением нагрузки уменьшается, причем при активно-индуктивной нагрузке изменение напряже­ния будет большее, чем при активной.

ΔU можно определить по внешней характеристике, если высчитать разницу между U_2Н при холостом ходе и U₂ при номинальной нагрузке.

Этот способ определения ΔU не применяют, так как он неэкономичен, потому что для снятия внешней харак­теристики нужно нагрузить трансформатор на полную мощность, кроме того, этот способ недостаточно точен, так как нужно измерять боль­шие напряжения.

ΔU определяют аналитиче­ски. Выведем формулу для опре­деления ΔU при помощи упро­щенной векторной диаграммы трансформатора.

Рис 98 Внешние характеристики трансформатора

На рисунке 99, а изображена упрощенная векторная диаграм­ма трансформатора при холо­стом ходе. Векторная диаграмма представлена одним вектором ОA U₁ =U’₂ так как при холостом ходе, если мы током холостого хода пренебрегаем, I₁ = I₂ = 0, а у приведен­ного трансформатора

Векторная диаграмма при нагрузке представлена на рисунке 99, б. Здесь U’₂ меньше U₁ вследствие того, что в обмотках трансформа­тора есть падение напряжения I₁z_K Алгебраическая разность между величиной U₁ и U₂ и дает вели­чину ΔU.

Построим упрощен­ную векторную диаграм­му нагруженного транс­форматора, пристроив к концу вектора напря­жения U’₂ треугольник короткого замыкания ABC, катеты которого обозначим U_а = I₁r_к и U_p = I₁x_к, а гипотенузу через U_к = I₁z_к. Сделав засечку радиусом U’₂ на вектор U₁, получим алгебраическую раз­ницу между векторами U₁ — U’₂ = ΔU

(рис. 100). Про­должим вектор U₂ до величины, равной U₁ , и затем

Рис 99 Упрощенная векторная диаграмма трансформатора

a — при холостом ходе, б — при нагрузке

проведем дугу радиусом U₁ до пересечения ее с продол­жением линии вектора U’₂. Отрезок AD = КС = AU.

Из точки С проведем линию, перпендикулярную к ли­нии OD, до пересечения с нею в точке М. Из вершины прямого угла треугольника короткого замыкания про­ведем линию BF, перпендикулярную к линии OD, до пересечения с нею в точке F.

Тогда ΔU = AF + +FM+MD. Но отрезок MD—величина очень малая по сравнению с отрезками AF и FM, поэтому им можно пре­небречь и определять ΔU как сумму отрезков AF и FM, т. е. ΔU = AF + FM.

Проведем из точки В линию BL, параллель­ную линии OD, до пе­ресечения ее с продол­жением линии СМ в точке L. В получив­шемся прямоугольнике сторона BL = FM.

Рассмотрим треу­гольник CBL и треуголь­ник AFB. В треуголь­нике CLB угол LCB равен ф₂ вследствие того, что CL _┴ OD, a С В _┴ I₁; а в треуголь­нике FAB угол FAB также равен φ₂, так как линия OD пересекает две парал­лельные линии АВ и I₁. Тогда

Часто значения U_a и U_р даются в процентах, тогда

где k_нг — коэффициент нагрузки трансформатора;

Uа% и U_р% можно определить, если известны S_H, Р_к и U_к трансформатора.

U_a% — это отношение падения напряжения на актив­ном сопротивлении обмоток к номинальному напряжению, т. е.

Умножим числитель и знаменатель дроби на I_1н

Но так как Р_к берется в ваттах (вт), а S_H в киловольт-амперах (ква), то умножаем знаменатель на 1000

где Р_к дано в ваттах, a S_н — в киловольтамперах. Зная U_k% и U_а%, можно найти U_р%

Величина ΔU% для советских трансформаторов при значениях cos φ₂ = 0,8 и U_K = 5,5 ÷10,5% находится в пределах 4—8% U_н.

На рисунке 101 при­ведены кривые зависи­мости изменения напря­жения трансформатора мощностью 100 ква, U = 6300/220 в от коэф­фициента нагрузки при различных значениях cosφ₂.

Вверх от оси абсцисс отложены зна­чения ΔU при активной и активно-индуктивной нагрузке, а вниз от оси абсцисс при актив­но-емкостной нагрузке. При активно-емкостной нагрузке напряжение на зажимах трансформа­тора при увеличении нагрузки повышается (см. рис. 94).

Пример 2. Определить ΔU% для трансформатора мощностью S_н = 100 ква, при cos φ₂ = 0,8, если U_к = 5,5%, Р_к = 2400 вт.

Источник

11.4. Изменение вторичного напряжения трансформатора при нагрузке и его внешние характеристики

При переходе от режима холостого хода к режиму работы под нагрузкой вторичное напряжение трансформатора изменяется. При по­стоянном значении первичного напряжения U_l = U_1н = const разность между вторичными напряжениями в этих режимах называется процент­ным изменением вторичного напряжения трансформатора и равна:

Так как при холостом ходе падение напряжения в обмотках трансфор­матора отсутствует, то U₁ = U’₂₀ и тогда при номинальном значении первичного напряжения U₁ = U_1н

(11.54)

На рис. 11.10,б представлена векторная диаграмма, построенная согласно упрощенной схеме замещения (рис. 11.10, а). С помощью этой диаграммы можно найти изменение вторичного напряжения трансформа­тора при нагрузке. В самом деле, из-за небольшого сдвига фаз между U_1н и U’₂ (φ₁ – φ₂ = 3 — 5°) за модуль вектора U_1н можно принять его проекцию (отрезок ОС) на направление вектора U’₂ (рис. 11.10,б). Разность между этой проекцией и вектором U’₂ (отрезок ОА) равна изменению напряжения Δu = U₁ — U’₂ = ОС — ОА = АС. Затем, спрое­цировав векторы I₁r_k и jI₁X_k на направление вектора U’₂, имеем

Тогда процентное изменение вторичного напряжения

(11.55)

Из этого уравнения следует, что изменение вторичного напряжения пропорционально току нагрузки: I’₂ ≈ I₁. Вводя коэффициент нагрузки

(11.56)

т. е. изменение вторичного напряжения пропорционально коэффициенту нагрузки β.

Внешней характеристикой трансформатора называют зависимость вторичного напряжения U₂ от тока нагрузки I₂ при U₁ = U_lн = const, cos φ₂ = const и f = f_н = const. Для построения внешних характеристик используют полученное согласно (11.54) и (11.56) уравнение

(11.57)

Из рис. 11.11 видно, что внешние характеристики трансформатора практически прямолинейны, если коэффициент нагрузки находится в пре-

делах от 0 до 1. Кривая 1 соответствует чисто активной нагрузке (Z_Н = r_Н) и cosφ₂ = 1, кривая 2 — активно-индуктивной нагрузке (Z_Н = r_Н +jX_Н), cos φ₂ = 0,8 при φ₂ > 0, а кривая 3 — активно-емкостной нагрузке (Z_Н = r_Н — jX_H) и cos φ₂ = 0,8 при φ₂ 2 ₁r₁ + I 2 ₂r₂ = I 2 ₁r₁ + (I’₂) 2 r’₂ — электрические потери в обмотках трансформатора (пере­менные потери).

При постоянных значениях напряжения сети (U₁ = const) и частоты (f= const) значение рабочего магнитного потока Ф_m не зависит от нагрузки, вследствие чего потери в стали при нагрузке равны потерям холостого хода:

(11.62)

Определяя электрические потери в обмотках трансформатора, считают, что I₁ ≈ I’₂, поэтому

где β = I’₂/I’_2н — коэффициент нагрузки; Р_k — мощность, потребляемая трансформатором при опыте короткого замыкания.

Следовательно, электрические потери в обмотках трансформатора могут быть приняты равными мощности Р_к, потребляемой трансформа­тором в опыте короткого замыкания. Так как активная мощность, потребляемая приемником,

(11.64)

то, подставляя полученные значения для Р_с, P_k, P₂ в (11.61), получаем

(11.65)

Формула (11.65) рекомендуется для определения к. п. д. трансфор­матора.

На рис. 11.12 показана зависимость к. п. д. трансформатора от коэф­фициента нагрузки β. Так как при заданном значении cos φ₂ перемен­ной величиной в формуле (11.65) является только коэффициент нагрузки β, то можно определить, при каком значении этого коэффициента к. п. д. трансформатора имеет максимальное значение. Для этого необходимо взять первую производную dη/dβ от (11.65), затем, приравняв ее нулю, найти экстремум. Получаем, что к. п. д. достигает максимального зна­чения, когда

(11.66)

Таким образом, к. п. д. трансформатора достигает максимального значения при такой нагрузке, когда потери в стали равны электри­ческим потерям в проводниках обмоток, т. е. при условии равенства постоянных и переменных потерь: Р_с = Р_э.

Силовые трансформаторы в период эксплуатации значительнуючасть времени оказываются загруженными не полностью, вследствие чего при проектировании трансформаторы рассчитываются таким образом, чтобы максимум к. п. д. соот­ветствовал их средней нагрузке, кото­рая составляет для силовых трансфор­маторов распределительных сетей (0,5 -0,7)Р_2н. Поэтому оптимальный коэффи­циент нагрузки для силовых трансфор­маторов, выпускаемых промышленностью,

Трансформаторы малой мощности, работающие, как правило, на постоянную нагрузку, проектируют так, чтобы Р₀ = P_k и β_opt = 1.

Следует отметить, что трансформаторы имеют высокие значения к. п. д. в значительном диапазоне изменения нагрузки, т. е. при β = 0,4 -1,5.

Источник