1. 
   ТРАНСФОРМАТОРЫ
   

1.1. Основные теоретические сведения
Трансформатор представляет собой электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования электрической энергии переменного тока одного напряжения в электрическую энергию переменного тока другого напряжения при неизменной частоте.

Трансформатор состоит из замкнутого магнитопровода, собранного из тонких, изолированных друг от друга листов электротехнической стали, на котором находятся две обмотки, выполненные изолированным медным проводом. На первичную обмотку подается напряжение сети, к зажимам вторичной присоединяется нагрузка.

Переменный магнитный поток, возбужденный в магнитопроводе трансформатора, наводит в обеих обмотках действующие э.д.с.:
,

,

где Фm - амплитуда магнитного потока;

f - частота переменного тока;

W1 и W2 - числа витков соответственно первичной и вторичной обмоток.

Различают следующие режимы работы трансформатора:
1)режим холостого хода;

2)режим короткого замыкания;

3)режим нагрузки.

2. 
   Режим холостого хода.
   

Режим холостого хода является таким предельным режимом, при котором вторичная обмотка разомкнута. Напряжение U₂₀ на ее зажимах равно Е2. Опыт холостого хода дает возможность определить:
1)коэффициент трансформации:
,

где U_1н - номинальное напряжение на первичной обмотке трансформатора;

2)ток холостого хода:


,

где I_1н - номинальный ток трансформатора;
3)активную мощность Ро, которая представляет собой потери мощности при холостом ходе, идущие на затраты активной мощности на перемагничивание магнитопровода с частотой сети, а также на компенсацию размагничивающего действия вихревых токов, возникающих в толще листов магнитопровода трансформатора.

Используя результаты опыта холостого хода и паспортные данные трансформатора можно определить параметры (

---

Zo, Ro, Xo) схемы замещения (Рис. 1.1) трансформатора.
,
где Rо - активное сопротивление, потери мощности в котором равны потерям мощности в магнитопроводе трансформатора;

Хо - индуктивное сопротивление первичной обмотки, обусловленное основным магнитным потоком;

Zо - полное сопротивление;

₀- угол сдвига по фазе между током и напряжением первичной обмотки в режиме холостого хода;

 - угол между током холостого хода и магнитным потоком в режиме холостого хода.




Рис. 1.1.
1.3. Режим короткого замыкания

Режим короткого замыкания является другим предельным режимом работы трансформатора, при котором вторичная обмотка замкнута накоротко.
Р
ис. 1.2.

Различают короткое замыкание в процессе эксплуатации трансформатора и опытный режим короткого замыкания. При эксплуатационном коротком замыкании к первичной обмотке приложено полное напряжение сети и по обмоткам протекают токи значительно больше номинальных. В опытном режиме короткого замыкания на первичную обмотку подается такое пониженное напряжение короткого замыкания (U1к), при котором по вторичной обмотке протекает номинальный ток.

.
Мощность Рк, определяемая из опыта короткого замыкания представляет собой электрические потери в активных сопротивлениях обоих обмоток трансформатора

,

где R₁ и R₂ - активные сопротивления первичной и вторичной обмоток трансфрматора.

В опыте короткого замыкания определяют потери мощности в обмотках трансформатора и уточняют значение коэффициента трансформации. По результатам измерения и паспортным данным определяют параметры (R₁, R’₂, X₁, X’₂) схемы замещения трансформатора (Рис. 1.2. и Рис. 1.1.).
,
,

где Rк и Хк - активное и реактивное сопротивления короткого замыкания трансформатора;

R₂^’ и Х₂

---

^’ - приведенные сопротивления вторичной обмотки трансформатора к первичной обмотке.

Для приведенного трансформатора имеем:


1.4.Режим нагрузки

В режиме нагрузки трансформатор нагружается в пределах от нуля до номинальной, одной из нагрузок: активной, активно-ндуктивной или ёмкостной.

Уравнения электрического состояния этого режима:

,

,

,

где и - комплексы полных сопротивлений обмоток трансформатора.

Зависимость U2 = f(I2) называется внешней характеристикой трансформатора (Рис. 1.3).





Рис. 1.3.
Процентное изменение вторичного напряжения при переменной нагрузке определяют так:

,


где U_2о и U₂ - соответственно вторичные напряжения при холостом ходе и заданной нагрузке, определяемой вторичным током и коэффициентом мощности cosf₂ нагрузки.

Величину U₂ можно рассчитать по формуле:
,


где - коэффициент загрузки;
U_а.к. - активная составляющая напряжения короткого замыкания трансформатора;

U_р.к. - реактивная составляющая напряжения короткого замыкания трансформатора в процентах;

cos₂ - коэффициент мощности нагрузки.

,
,

где Sн - полная мощность трансформатора, ВА.
1.5. Коэффициент полезного действия трансформатора.

По данным режима холостого хода, короткого замыкания и режима нагрузки трансформатора определяется к.п.д. трансформатора:

---

,

где Р₂ = U₂I₂cos₂ - активная полезная мощность, снимаемая с зажимов вторичной обмотки;


Р₁ = U₁I₁cos₁ - активная мощность, потребляемая трансформатором из сети;

Зависимость  = f(β) приведена на рис. 1.4.
Рис. 1.4.

mах - коэффициент загрузки трансформатора, при котором к.п.д. трансформатора достигает максимального значения:


1.6. Векторные диаграммы трансформатора

На рис. 1.6. приведены векторные диаграммы нагруженного трансформатора с нагрузками: активной (Рис. 1.6.а) и активно-индуктивной (Рис.1.6.б).




Рис. 1.5.а. Рис. 1.5.б.

.





Рис. 1.6.а. Рис. 1.6.б.

1.7. Трёхфазные трансформаторы.

Группы соединения фазных обмоток
Каждому типу фазных обмоток трехфазного трансформатора соответствует определенный угол смещения векторов линейных низших напряжений к соответствующим им векторам линейных высших напряжений.

Сдвиг фаз между ЭДС Ё_АХи Ё_ахпринято выражать группой соединения. Так как этот сдвиг фаз может изменяться от 0 до 360°, а кратность сдвига составляет 30°, то для обозначения группы соединения принят ряд чисел: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9,10,11 и 0.

Для трехфазных трансформаторов угол смещения вектора линейной ЭДС обмотки НН по отношению к вектору линейной ЭДС обмотки ВН определяют умножением числа, обозначающего группу соединения, на 30°. Угол смещения отсчитывают от вектора ЭДС обмотки ВН по часовой стрелке до вектора ЭДС обмотки НН. Например, группа соединения 5 указывает, что вектор линейной ЭДС обмоток НН отстает по фазе от вектора линейной ЭДС обмоток ВН на угол 5 • 30°= 150°.

Применением разных способов соединения обмоток в трехфаз­ных трансформаторах можно создать 12 различных групп соедине­ния.

При одинаковых схемах соединения обмоток ВН и НН, напри­мер Y/Y или Δ/Δ, получают четные группы соединения, а при не­одинаковых схемах, например Y/Δ или Δ/Y, — нечетные.

Четыре группы соединения 0, 6,11 и 5 называ­ют основными.

Соотношение и угол смещения между векторами линейных ЭДС обмоток НН по отношению к векторам линейных ЭДС обмоток ВН наглядно иллюстрируются с помощью топологических диаграмм (рис.2.1).

---

Рис. 2.1. Топографические диаграм­мы линейных напряжений нулевой (а), шестой (б), одиннадцатой (в) и пятой (г) групп соединения

При изготовлении или в процессе эксплуатации трансформато­ров иногда возникает необходимость в опытной проверке группы соединения. Существует несколько методов такой проверки, но наи­более распространены методы фазометра и вольтметра.

Метод фазометра. Основан на непосредственном измерении угла фазового сдвига между соответствующими линейными напря­жениями (ЭДС) обмоток ВН и НН с помощью фазометра ф, вклю­ченного по схеме, показанной на рис. 2.2, а. Параллельную обмот­ку фазометра Uподключают к стороне ВН, а последовательную обмотку I — к стороне НН. Для ограничения тока в последова­тельной обмотке ее включают через добавочное сопротивление г_доб. Затем трансформатор включают в сеть с симметричным трехфаз­ным напряжением. Для удобства измерений желательно, чтобы фазометр имел полную (360°) шкалу.




Рис. 2.2. Проверка группы соедине­ния Y/Y— 0 методами фазометра (а) и вольтметра (б)

Метод вольтметра. Непосредственного измерения угла фазово­го сдвига между линейными напряжениями (ЭДС) этот метод не дает. Это косвенный метод и он основан на измерении вольтметром напряжений (ЭДС) между одноименными выводами обмоток ВН и НН. Если проверяют группу соединения Y/Y— 0 , то, соединив проводом выводы А и а, измеряют напряжение U_bB (между выводами bи B) и U_cC(между выводами с и С). Если предполагаемая группа соединения Y/Y—0 соответствует фактической, то напряжения

(2.1)

где n_л = U_AB/ U_ab— отношение линейных напряжений (ЭДС) обмоток ВН и НН, т.е. коэффициент трансформации линейных напряжений (ЭДС).

Если проверяют группы соединения 6, 11 или 5, то для измеренных значений напряжений пользуются формулами:
группа Y/Y- 6 (2.2)
группа Y/A — 11

---

Смотрите также файлы

• Программа курса внеурочной деятельности функциональная грамотность учимся для жизни (основное общее образование).pdf

• Оказание первой доврачебной помощи моу вербилковская сош.pptx

• Применение языковых игр как средство развития познавательного интереса младших школьников на уроках русского языка.docx

• Основные показатели эффективности инновационной деятельности.pdf

• Что такое игра.docx