Производство сухих печных трансформаторов Доставка в любой регион России
Холостой ход трансформатора.
Режим, при котором вторичная обмотка трансформатора разомкнута, а на зажимы первичной обмотки подано переменное напряжение, называется холостым ходом трансформатора.
Если к первичной обмотке подвести напряжение U1 по ней потечет ток, который обозначим I0. Этот ток создает магнитный поток Ф. Магнитный поток Ф, возбуждаемый первичной обмоткой, индуктирует во вторичной обмотке ЭДС, величина которой равна Е2. Тот же самый магнитный поток индуктирует в первичной обмотке ЭДС=E1. Небольшой ток I0, потребляемый первичной обмоткой трансформатора при холостом ходе, называется током холостого хода. Величина этого тока обычно составляет 3—10% от тока при номинальной нагрузке трансформатора.
Построим векторную диаграмму холостой работы однофазного трансформатора без потерь (идеального) (рис. 190). Намагничивающий ток I0 создает магнитный поток Ф, который совпадает с током I0 по фазе. Как уже указывалось, магнитный поток Ф индуктирует в первичной обмотке ЭДС=Е1 а во вторичной обмотке — ЭДС=Е2. Напомним, что всякая ЭДС, индуктируемая синусоидально изменяющимся магнитным потоком, отстает от потока по фазе на 90° (см. § 65). Поэтому векторы E1 и E2 мы откладываем под углом 90° от потока в сторону, обратную вращению векторов. Индуктированную в первичной обмотке ЭДС Е1 уравновешивает напряжение сети U1.
ЭДС E1 и напряжение U1 равны и взаимно противоположны (падение напряжения в первичной обмотке при этом режиме очень мало и им можно пренебречь).
Из векторной диаграммы видно, что ток I0, потребляемый идеальным трансформатором при холостой работе, отстает от напряжения сети U1 на 90°, т. е. является чисто реактивным.
У реального трансформатора из-за потерь в стали (на вихревые токи и гистерезис) возникает сдвиг по фазе между током холостого хода I0 и магнитным потоком Ф, причем ток будет опережать магнитный поток. Ток холостого хода I0 трансформатора имеет две составляющие (рис. 191):
1—активную Iа = I0*соsφ0, вызванную потерями в стали (эта составляющая очень мала, так как малы потери холостого хода);
2 -реактивную I p =I0*sinφ0, называемую током намагничивания, создающую магнитный поток Ф и совпадающую с ним по фазе. Так как активная составляющая I0cosφ0 мала, то намагничивающий ток почти равен всему току холостого хода I0. Поэтому I0 является почти целиком реактивным. В режиме холостого хода ток во вторичной обмотке отсутствует и поэтому напряжение на зажимах вторичной обмотки равно ЭДС, индуктированной в этой обмотке: U2=E2
Опыт холостого хода трансформатора.
Холостым ходом трансформатора является такой предельный режим работы, когда его вторичная обмотка разомкнута и ток вторичной обмотки равен нулю (I2 = 0). Опыт холостого хода позволяет определить коэффициент трансформации, ток, потери и сопротивление холостого хода трансформатора.
При опыте холостого хода первичную обмотку однофазного трансформатора включают в сеть переменного тока на номинальное напряжение U1. Под действием приложенного напряжения по обмотке протекает ток I1=I0 равный току холостого хода. Практически ток холостого хода равен примерно 5—10% номинального, а в трансформаторах малой мощности (десятки вольт-ампер) достигает значений 30% и более номинального. Для измерения тока холостого хода, приложенного к первичной обмотке напряжения и потребляемой мощности в цепь первичной обмотки трансформатора включены измерительные приборы (амперметр А, вольтметр V и ваттметр W). Вторичная обмотка трансформатора замкнута на вольтметр, сопротивление которого очень велико, так что ток вторичной обмотки практически равен нулю.
Ток холостого хода возбуждает в магнитопроводе трансформатора магнитный поток, который индуктирует ЭДС — Е1 и Е2 в первичной и во вторичной обмотках.
Во вторичной обмотке трансформатора нет тока и, следовательно, нет падения напряжения в сопротивлении этой обмотки, поэтому ЭДС. равна напряжению, т. е. Е2=1/2. Поэтому ЭДС. вторичной обмотки определяется показанием вольтметра, включенного в эту обмотку.
Ток холостого хода, протекающий в первичной обмотке, очень мал по сравнению с номинальным, так что падение напряжения в сопротивлении первичной обмотки очень мало по сравнению с приложенным напряжением. Поэтому приложенное напряжение практически уравновешивается ЭДС первичной обмотки и численные значения напряжения V и ЭДС. Е приблизительно равны. Следовательно, при опыте холостого хода ЭДС. первичной обмотки определится показанием вольтметра, включенного в ее цепь.
Для большей точности измерения при опыте холостого хода первичной обмоткой служит обмотка низшего напряжения, а вторичной — обмотка высшего напряжения. Это объясняется тем, что для обмотки НН номинальный ток будет больше, чем для обмотки ВН. Так как ток холостого хода небольшой и составляет несколько процентов номинального, то при использовании обмотки НН в качестве первичной ток холостого хода окажется больше и может быть измерен более точно, чем в случае использования обмотки ВН в качестве первичной.
Имея в виду равенства E2=U2 и E1
U1 коэффициент трансформации можно определить отношением ЭДС. или чисел витков обмоток. Таким образом, при холостом ходе трансформатора коэффициент трансформации определится отношением показателей вольтметров, включенных в первичной и вторичной обмотках.
Для трехфазного трансформатора различают фазный и линейный коэффициенты трансформации. Фазный коэффициент трансформации определяет соотношение чисел витков обмоток ВН и НН и равен отношению фазных напряжений. Линейный коэффициент трансформации равен отношению линейных напряжений на стороне ВН и НН.
Источник
Режимы работы трансформатора
В зависимости от величины сопротивления нагрузки трансформатор может работать в трех режимах:
1. Холостой ход при сопротивлении нагрузки zн = ∞.
2. Короткое замыкание при zн = 0.
3. Нагрузочный режим при 0
Имея параметры схемы замещения, можно анализировать любой режим работы трансформатора . Сами параметры определяют на основе опытов холостого хода и короткого замыкания. При холостом ходе вторичная обмотка трансформатора является разомкнутой.
Опыт холостого хода трансформатора проводят для определения коэффициента трансформации, мощности потерь в стали и параметров намагничивающей ветви схемы замещения, проводят его обычно при номинальном напряжении первичной обмотки.
Для однофазного трансформатора на основе данных опыта холостого хода можно рассчитать:
– процентное значение тока холостого хода
– активное сопротивление ветви намагничивания r0, определяемое из условия
– полное сопротивление ветви намагничивания
– индуктивное сопротивление ветви намагничивания
Часто определяют также коэффициент мощности холостого хода:
В некоторых случаях опыт холостого хода проводят для нескольких значений напряжения первичной обмотки: от U1 ≈ 0,3U1н до U1 ≈ 1,1U1н. По полученным данным строят характеристики холостого хода, которые представляют собой зависимость P0, z0, r0 и cosφ в функции от напряжения U1. Пользуясь характеристиками холостого хода, можно установить значения определяемых величин при любом значении напряжения U1.
Для определения напряжения короткого замыкания, потерь в обмотках и сопротивлений rк и xк проводят опыт короткого замыкания. При этом к первичной обмотке подводят такое пониженное напряжение, чтобы токи обмоток короткозамкнутого трансформатора были равны своим номинальным величинам, т. е. I1к = I1н, I2к = I2н. Напряжение на первичной обмотке, при котором отмеченные условия выполняются, называется номинальным напряжением короткого замыкания Uкн.
Учитывая, что Uкн обычно составляет всего 5–10 % от U1н, поток взаимоиндукции сердечника трансформатора при опыте короткого замыкания в десятки раз меньше, чем в номинальном режиме, и сталь трансформатора ненасыщенна. Поэтому потерями в стали пренебрегают и считают, что вся подводимая к первичной обмотке мощность Pкн расходуется на нагрев обмоток и определяет величину активного сопротивления короткого замыкания rк.
Во время проведения опыта измеряют напряжение Uкн, ток I1к = I1н и мощность Pкн первичной обмотки. По этим данным можно определить:
– процентное напряжение короткого замыкания
– активное сопротивление короткого замыкания
– активные сопротивления первичной и приведенной вторичной обмоток, приблизительно равные половине сопротивления короткого замыкания
– полное сопротивление короткого замыкания
– индуктивное сопротивление короткого замыкания
– индуктивное сопротивление первичной и приведенной вторичной обмоток, приблизительно равны половине индуктивного сопротивления короткого замыкания
– сопротивления вторичной обмотки реального трансформатора:
– индуктивное, активное и полное процентные напряжения короткого замыкания:
В нагрузочном режиме очень важно знать, как влияют параметры нагрузки на КПД и изменение напряжения на зажимах вторичной обмотки.
Коэффициентом полезного действия трансформатора называется отношение активной мощности, передаваемой нагрузке, к активной мощности, подводимой к трансформатору.
КПД трансформатора имеет высокое значение. У силовых трансформаторов небольшой мощности он составляет примерно 0,95, а у трансформаторов мощностью в несколько десятков тысяч киловольт-ампер доходит до 0,995.
Определение КПД по формуле с использованием непосредственно измеренных мощностей P1 и P2 даёт большую погрешность. Удобнее эту формулу представить в другом виде:
где – сумма потерь в трансформаторе.
В трансформаторе имеются два вида потерь: магнитные потери, вызванные прохождением магнитного потока по магнитопроводу, и электрические потери, возникающие при протекании тока по обмоткам.
Так как магнитный поток трансформатора при U1 = const и изменении вторичного тока от нуля до номинального практически остаётся постоянным, то и магнитные потерив этом диапазоне нагрузок также можно принять постоянными и равными потерям холостого хода.
Электрические потери в меди обмоток ∆Pм пропорциональны квадрату тока. Их удобно выразить через потери короткого замыкания Pкн, полученные при номинальном токе,
где β – коэффициент нагрузки,
Расчетная формул для определения КПД трансформатора:
где Sн – номинальная полная мощность трансформатора; φ2 – угол сдвига фаз между напряжением и током в нагрузке.
Максимум КПД можно найти, приравняв первую производную к нулю. При этом получим, что КПД имеет максимальные значения при такой нагрузке, когда постоянные (не зависящие от тока) потери P0 равны переменным (зависящим от тока), откуда
У современных силовых масляных трансформаторов βопт = 0,5 — 0,7. С такой нагрузкой трансформатор наиболее часто работает в процессе эксплуатации.
График зависимости η = f(β) изображен на рисунке 1.
Рисунок 1. Кривая изменения КПД трансформатора в зависимости от коэффициента нагрузки
Для определения процентного изменения напряжения на вторичной обмотке однофазного трансформатора используют уравнение
где uКА и uКР – активная и реактивная составляющие напряжения короткого замыкания, выраженные в процентах.
Изменение напряжения трансформатора зависит от коэффициента нагрузки (β), её характера (угла φ2) и составляющих напряжения короткого замыкания (uКА и uКР).
Внешней характеристикой трансформатора является зависимость при U1 = const и cosφ2 = const (рисунок 2).
Рисунок 2. Внешние характеристики трансформаторов средней и большой мощностей при различных характерах нагрузки
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