Какой режим работы трансформатора называют режимом нагрузки

Различают
несколько режимов работы трансформатора:

1)
номинальный режим работы – при номинальных
значениях напряжения
и токапервичной обмотки трансформатора;

2)
рабочий режим, при котором напряжение
первичной обмотки близко к номинальному
,
а токI₁
определяется
нагрузкой трансформатора;

3)
режим холостого хода – режим ненагруженного
трансформатора, при котором цепь
вторичной обмотки разомкнута (I₂=0)
или подключена к приемнику с очень
большим сопротивлением нагрузки
(вольтметр);

4)
режим короткого замыкания – режим
трансформатора, при котором его вторичная
обмотка замкнута накоротко (U₂=0)
или подключена к приемнику с очень малым
сопротивлением нагрузки (амперметр).

Режимы
холостого хода и короткого замыкания
возникают при авариях или их специально
создают при опытных испытаниях
трансформатора.

2.1 Режим нагрузки

В
этом режиме напряжение первичной обмотки
близко к номинальному
,
ток первичной обмоткиI₁
определяется
нагрузкой трансформатора, а ток вторичной
обмотки ее номинальным током
.

По
данным измерений аналитически определяют
коэффициенты мощности и полезного
действия трансформатора соответственно
по формулам

,
(21)

где
Р₁
– активная мощность первичной обмотки
трансформатора, а мощность
Р₂,
которая отдается в цепь питания вторичной
обмоткой трансформатора определяется
как Р₂=Р₁— Р_ХХ-Р_КЗ.

Изменением
(потерей) напряжения трансформатора
называется арифметическая разность
между вторичным напряжением трансформатора
при холостом ходе и напряжением вторичной
обмотки в режиме нагрузки

∆U=
U_2ХХ— U₂.

Или
в процентном выражении ∆U,%=.
(22)

2.2 Опыт холостого хода

Для
проведения опыта собирают электрическую
цепь, в которой подводимое к первичной
обмотке трансформатора напряжение
изменяют в пределах от 0
до 1,1.
Вторичная обмотка разомкнута, к ее
зажимам присоединен вольтметр для
измерения напряжения
.
Со стороны первичной обмотки измеряют
напряжение,
ток холостого ходаи мощность, которую потребляет
трансформатор в режиме холостого хода
.

По
данным измерений можно построить
зависимости
и(рисунок 16).

Номинальные
величины тока холостого хода и потерь
мощности указываются в паспортных
данных трансформатора (I_XX
в процентах от номинального тока
первичной обмотки, а потери холостого
хода – в киловаттах). Значение этих
параметров характеризует качество
стали и сборки магнитопровода. В
трансформаторах малой мощности I_ХХ
≤10%I_1НОМ, а у
трансформаторов большой мощности он
уменьшается до (2,5-3)%.

img kfldbt

Рисунок
16 – Характеристики холостого хода

На
основании этого опыта по показаниям
измерительных приборов определяют
коэффициент трансформации
и мощности потерь в магнитопроводе
трансформатора. Так как при холостом
ходе ток,
то потери мощности, затрачиваемые на
нагрев обмоток, малы. МощностьР_ХХ,
потребляемая
в этом случае трансформатором идет на
покрытие потерь в стали магнитопровода
(они пропорциональны квадрату напряжения
).

Коэффициент
мощности холостого хода трансформатора
определяется

.
(23)

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Источник

30.11.2021

Трансформаторы за время эксплуатации работают в разных режимах. Но не все они одинаково сказываются на сроке службы электромагнитного оборудования. Режимы работы силового трансформатора зависят от его нагрузки, напряжения обмоток, температуры масла и обмоток, условий окружающей среды и других параметров.

Режимы работы трансформатора:

нормальный;
перегрузочный;
аварийный.

Нормальные режимы работы трансформатора

К ним относятся номинальный, оптимальный, режим холостого хода и режим параллельной работы.

Номинальный и оптимальный режим

Еще эти режимы трансформатора называют рабочими. Потому что при них напряжение и ток близки к номинальным (на которые рассчитано оборудование) условиям.

Номинальный режим – это когда ток и напряжение на первичной обмотке соответствуют номинальным показателям. Но на деле трансформатор редко работает в таких условиях. Потому что в сети происходят постоянные колебания нагрузки. При таком режиме трансформатор работает исправно. Но коэффициент полезного действия (КПД) оборудования не достигает максимума.

Оптимальный режим – это режим, при котором трансформатор имеет максимальный КПД. Как правило, максимальные КПД трансформатор показывает под нагрузкой 50-70% от номинальной. Современные силовые трансформаторы работают с КПД 90% и выше.

На деле большинство трансформаторов не работают в одном и том же режиме. Потому что нагрузка в сети непостоянная.

Холостой режим трансформатора

При режиме холостого хода на первичную обмотку трансформатора поступает напряжение, а вторичная обмотка не подключена к сети потребителя электроэнергии. В таком режиме КПД равен 0.

На холостом ходу силового трансформатора определяют коэффициент трансформации, мощность потерь в металле и параметры намагничивающей ветви схемы замещения. Для таких измерений на первичную обмотку трансформатора пускают электрический ток номинального напряжения.

А для трансформатора напряжения режим холостого хода является рабочим.

Режим параллельной работы

Два трансформатора устанавливаются в сетях, питающих энергией потребителей первой и второй категории. Важно подключить трансформаторы так, чтобы ни один из них не испытывал перегрузки.

Для этого у трансформаторов:

должны быть одни и те же группы соединений обмоток;
коэффициенты трансформации не должны отличаться больше, чем на 0,5 %;
номинальные мощности должны соотноситься не более, чем один к трем;
напряжения короткого замыкания должны различаться не более, чем на 10 %;
должна выполняться фазировка трансформаторов.

Перегрузочный режим

Трансформатор испытывает перегрузки при воздействии нагрузок и температур выше допустимой нормы. Для каждой модели эти показатели свои. Производители силовых трансформаторов предусматривают возможность работы оборудования в условиях перегрузки. Но если устройство испытывает их продолжительное время или регулярно – это уменьшает срок службы оборудования. Допустимые перегрузки описаны в стандартах. Например, для масляных трансформаторов разработан ГОСТ 14209-97.

Аварийный режим

Трансформатор находится в аварийном режиме, если на него воздействует электрический ток, который сильно превосходит номинальные величины. Дальше давать работать оборудованию нельзя. Как правило, в трансформаторах существуют автоматические выключатели. Они отключают питание оборудования.

Признаки аварийного режима:

громкий и неритмичный шум и треск в баке трансформатора;
повышение температуры рабочей части трансформатора;
утечка трансформаторного масла.

Часто аварийный режим возникает из-за короткого замыкания во вторичной обмотке. Исключение – трансформаторы тока и сварочные трансформаторы. Для них режим короткого замыкания является рабочим.

Напряжение во время короткого замыкания (КЗ) – это еще и важный показатель, который влияет на эксплуатацию трансформатора. Его измеряют в процентах. Для трансформаторов со средним показателем мощности напряжение КЗ составляет 5-7%, а для более мощных – 6-12 %.

Важно не допускать работы трансформатора в аварийном режиме вообще и ограничивать его перегрузки. В этом случае оборудование прослужит вам заявленный производителем срок.

Источник

Трансформаторы. Режимы работы

Трансформатор, как любое электромагнитное устройство, имеет несколько устойчивых режимов, в которых может (и должен) работать неограниченно долго.

Режимы работы трансформатора

Существует пять характерных режимов работы трансформатора:

Рабочий режим;
Номинальный режим;
Оптимальный режим;
Режим холостого хода;
Режим короткого замыкания;

Рабочий режим

Режим характеризуется следующими признаками:

Напряжение первичной обмотки близко к номинальному значению или равно ему (dot{u}_1 ≈ dot{u}_{1ном});
Ток первичной обмотки меньше своего номинального значения или равен ему (dot{i}_1 ≤ dot{i}_1ном).

В рабочем режиме эксплуатируются большинство трансформаторов. Например, силовые трансформаторы работают с напряжениями и токами обмоток отличными от номинальных. Так происходит из-за переменчивого характера их нагрузки.

Измерительные, импульсные, сварочные, разделительные, выпрямительные, вольтодобавочные и другие трансформаторы, также обычно эксплуатируются в рабочем режиме просто из-за того, что напряжение сети к которой они подключены отличается от номинального.

Номинальный режим работы

Характерные признаки режима:

Напряжение первичной обмотки равно номинальному (dot{u}_1 = dot{u}_{1ном});
Ток первичной обмотки равен номинальному (dot{i}_1 = dot{i}_{1ном}).

Номинальный режим работы является частным случаем рабочего режима. В таком режиме могут работать все трансформаторы, но как правило, с бóльшими в сравнении с рабочим режимом потерями и как следствие, с меньшим КПД (коэффициентом полезного действия). Из-за этого при эксплуатации трансформатора его избегают.

Оптимальный режим работы

Режим характеризуется условием:

begin{equation}
k_{нг} = sqrt{P_{хх}over P_{кз}}
end{equation}

Где (P_{хх}) — потери холостого хода;
(P_{кз}) — потери короткого замыкания;
(k_{нг}) — коэффициент нагрузки трансформатора, определяемый по формуле:

begin{equation}
k_{нг} = {I_2over I_{2ном}}
end{equation}

Где (P_2) — ток нагрузки вторичной обмотки;
(P_{2ном}) — номинальный ток вторичной обмотки.

В оптимальном режиме работы трансформатор работает с максимальным КПД, поэтому выражение (1) по существу представляет собой условие максимального КПД [2, с.308] (Смотри «Трансформаторы. Оптимальный режим работы»).

Режим холостого хода

Характерные признаки режима:

Вторичная обмотка трансформатора разомкнута или к ней подключена нагрузка с сопротивлением гораздо большим сопротивления номинальной нагрузки обмотки⁽¹⁾ трансформатора;
К первичной обмотке приложено напряжение (dot{u}_{1хх} = dot{u}_{1ном});
Ток вторичной обмотки (dot{i}_2 ≈ 0) (для трехфазного трансформатора — (dot{i}_{2ф} ≈ dot{i}_{2л} ≈ 0).

На рисунке 1 изображена схема опыта холостого хода однофазного, а на рисунке 2 — трехфазного двухобмоточных трансформаторов.

img 1 light

Рисунок 1 — Схема опыта холостого хода однофазного двухобмоточного трансформатора

img 2 light

Рисунок 2 — Схема опыта холостого хода трехфазного двухобмоточного трансформатора

По существу в режиме холостого хода трансформатор представляет собой катушку на магнитопроводе, к которой подключен источник напряжения. Режим холостого хода является рабочим для трансформаторов напряжения. Кроме того, этот режим служит для определения тока (i_х), мощности (ΔQ_хх) холостого хода и ряда других параметров [2, c. 291][3, с. 207] (смотри «Опыт холостого хода трансформатора»).

Примечание:

Под сопротивлением номинальной нагрузки обмотки понимается величина (R_{Нном}), равная отношению номинального напряжения обмотки (U_{ном}) к её номинальному току обмотки (I_{ном})

Режим короткого замыкания

Режим короткого замыкания характеризуется:

Вторичная обмотка замкнута накоротко или к ней подключена нагрузка сопротивлением гораздо меньшим внутреннего сопротивления трансформатора;
К первичной обмотке приложена такая величина напряжения (dot{u}_1), что ток первичной обмотки равен её номинальному току (dot{i}_1 = dot{i}_{1ном})
Напряжение вторичной обмотки (dot{u}_2 = 0) (для трехфазного трансформатора — (dot{u}_{2ф} = dot{u}_{2л} = 0).

Схема опыта короткого замыкания изображена на рисунке 3 для однофазного, а на рисунке 4 — для трехфазного двухобмоточных трансформаторов.

img 3 light

Рисунок 3 — Схема опыта короткого замыкания однофазного двухобмоточного трансформатора

img 4 light

Рисунок 4 — Схема опыта короткого замыкания трехфазного двухобмоточного трансформатора

Режим короткого замыкания является рабочим режимом для трансформаторов тока и сварочных трансформаторов, в тоже время являясь аварийным для других трансформаторов. Также он используется для определения напряжения (u_к), мощности (ΔP_кз) короткого замыкания и других параметров трансформатора [2, c. 294][3, с. 209] (смотри «Опыт короткого замыкания трансформатора»).

Список использованных источников

Бессонов, Л.А. Теоретические основы электротехники: учебник / Л.А. Бессонов — Москва: Высшая школа, 1996 — 623 с.
Вольдек, А.И. Электрические машины: учебник для студентов вузов / А.И. Вольдек — СПб.: Энергия, 1978 — 832 с.
Касаткин А.С. Электротехника: учебное пособие для вузов / А.С. Касаткин, М.В. Немцов — Москва: Энергоатомиздат, 1995 — 240 с.

Источник

Приведенные при рассмотрении принципа действии трансформатора соотношения справедливы лишь для идеального трансформатора, в котором пренебрегают сопротивлениями обмоток и потерями в сердечнике и считают, что магнитный поток замыкается только по сердечнику. В реальных условиях необходимо учитывать падения напряжения в обмотках и фактическую картину распределения магнитных полей. В частности, при холостом ходе МДС F₀ кроме основного магнитного потока взаимоиндукции Ф₀, замыкающегося по сердечнику, создает магнитный поток рассеяния Ф_рс1, который замыкается, в основном, по воздуху и сцепляется только с первичной обмоткой (рис. 1).

Рис. 1 — Холостой ход однофазного трансформатора

Под действием этого магнитного потока в первичной обмотке индуктируется ЭДС самоиндукции е_рс₁, действующее значение которой обычно рассчитывают по соотношению

где х_рс₁ — индуктивное сопротивление рассеяния первичной обмотки.

Для упрощения записи это сопротивление часто обозначают просто х₁ Оно равно

где L₁ — индуктивность рассеяния, определяемая по специальным формулам.

Таким образом, реально существующий магнитный поток рассеяния Ф_рс₁ первичной обмотки и соответствующая ему ЭДС Е_рс₁ учитываются путем введения некоторого индуктивного сопротивления рассеяния х₁, падение напряжения на котором уравновешивает ЭДС, т.е. в векторной форме равенство

записывают в виде

Такой подход значительно упрощает анализ и расчет режимов работы трансформатора. Сопротивление х₁ практически постоянно, а величина Е_рс1 пропорциональна току первичной обмотки.

Полное сопротивление первичной обмотки, кроме сопротивления х₁ учитывает также активное сопротивление r₁, т.е.

Электрическая схема замещения фазы первичной обмотки трансформатора на холостом ходу полностью аналогична схеме замещения катушки со стальным сердечником (рис. 2).

Рис. 2 — Электрическая схема замещения фазы трансформатора на холостом ходу

Уравнение электрического равновесия трансформатора для режима холостого хода может быть записано в виде

или

Таким образом, подводимое к первичной обмотке напряжение уравновешивается ЭДС самоиндукции Е₁₀ и падением напряжения на сопротивлениях r₁ и х₁ обмотки. Поскольку падение напряжения достаточно мало, последнее уравнение для режима холостого хода часто записывают в виде

Векторная диаграмма трансформатора в режиме холостого хода является графической иллюстрацией и решением уравнений

Векторы как это следует из уравнений

Напряжения и ЭДС в трансформаторе при холостом ходе

отстают от вектора Фом на 90° (рис.3). Величина напряжения U₂₀ =Е₂₀ отличается от Е₁₀ в отношении коэффициента трансформации. Ток холостого хода I₀ не синусоидален и его представляют в виде двух составляющих: I₀_а — активной, определяющей потери энергии в стали сердечника и в обмотке; I₀_р — реактивной, необходимой для создания МДС F₀ и потоков Ф₀ и Ф_рс₁.

Рис. 3 — Векторная диаграмма холостого хода трансформатора

Таким образом, можно записать

Обычно I₀_а<< I₀_р и приближенно считают, что в режиме холостого хода ток I₀, в основном, намагничивающий, т.е.

I₀ ? I₀_р.

В целом вектор тока опережает вектор Ф_о на некоторый угол ?, называемый углом потерь

где r_m и x_m – активное и индуктивное сопротивления ветви намагничивания.

Следует отметить, что на рис. 3 векторы

показаны для наглядности в сильно увеличенном масштабе.

Нагрузочным или рабочим называется режим работы трансформатора, при котором к первичной обмотке подведено напряжение U₁, а к вторичной подключены потребители Z_Н (рис. 4), так что I₂ > 0.

Нагрузочный режим однофазного трансформатора

Рис. 4 — Нагрузочный режим однофазного трансформатора

Это основной режим, при котором вторичный ток изменяется в пределах 02 ? I_2Н , а коэффициент мощности cos?₂ определяется характером нагрузки и может изменяться от нуля до 1,0. Особенности взаимодействий в рабочем режиме трансформатора определяются тем, что ток I₂ создает МДС F₂ = I₂W₂ и соответствующий магнитный поток Ф₂, действующие встречно по отношению к МДС F₁ и потоку Ф₀, т.е. в соответствии с принципом Ленца реакция вторичной обмотки направлена на уменьшение основного магнитного потока взаимоиндукции Ф₀, созданного при холостом ходе. Однако, поскольку подводимое к первичной обмотке напряжение не изменяется, а оно, в основном, уравновешивается ЭДС Е₁₀, то поток Ф₀ не должен изменяться, что соответствует уравнению равновесия:

Для поддержания неизменным магнитного потока при переходе от холостого хода трансформатора к нагрузке МДС I₀W₁ первичной обмотки увеличивается до такой величины I₁W₁, при которой компенсируется размагничивающее действие МДС вторичной обмотки I₂W₂. При этом закон Ома для магнитной цепи трансформатора в рабочем режиме записывается в виде:

Левые части соотношений одинаковы, поэтому справедливо равенство:

которое называют уравнением равновесия МДС трансформатора.

Из последнего равенства получают уравнения равновесия токов, которые записывают в виде:

или

При нагрузках, близких к номинальной, током холостого хода иногда пренебрегают и уравнение второе уравнение упрощается:

откуда следует соотношение:

Таким образом, соотношение токов при нагрузках, близких к номинальной, определяется соотношением числа витков, причем оно обратно пропорционально коэффициенту трансформации. Поэтому для номинального режима можно записать приближенное равенство:

из которого следует, что полная мощность, потребляемая трансформатором из сети, примерно равна полной мощности, отдаваемой потребителю.

Схема замещения первичной обмотки при переходе от режима холостого хода к нагрузке не изменяется, однако первичный ток увеличивается до значения I₁ (рис.5, а), что должно найти отражение в уравнении равновесия ЭДС первичной обмотки при нагрузке:

Ток вторичной обмотки подобно току первичной обмотки создает магнитный поток рассеяния Ф_рс2, действие которого учитывается или величиной ЭДС самоиндукции Е_рс2, или уравновешивающим ее падением напряжения I₂x₂, на индуктивном сопротивлении рассеяния

где L₂ — индуктивность рассеяния вторичной обмотки.

Схемы замещения первичной (а) и вторичной (б) обмоток трансформатора при нагрузке

Рис. 5 — Схемы замещения первичной (а) и вторичной (б) обмоток трансформатора при нагрузке

Электрическая схема замещения вторичной обмотки показана на рис.5, б, на которой r₂ — её активное сопротивление, а полное сопротивление нагрузки:

Уравнение электрического равновесия вторичной обмотки при нагрузке имеет вид:

Это уравнение источника электрической энергии, что и представляет собой трансформатор по отношению к нагрузке. Как видно, при работе под нагрузкой напряжение на нагрузке отличается от ЭДС Е₂ на величину падения напряжения на внутренних сопротивлениях вторичной обмотки. Следует отметить, что соотношение между ЭДС Е₂ и напряжением U₂ зависит также от характера нагрузки, о чем будет сказано ниже.

Векторные диаграммы первичной и вторичной обмоток являются графическим решением уравнений:

Для вторичной обмотки (рис. 5, б) сдвиг по фазе между током I₂ и напряжением U₂ , (угол ?₂) определяется соотношением параметров нагрузки:

сдвиг по фазе между током и напряжением , (угол ?2) определяется соотношением параметров нагрузки

а угол ?₂ — соотношением реактивных и активных сопротивлений вторичной обмотки и нагрузки, т.е.

соотношением реактивных и активных сопротивлений вторичной обмотки и нагрузки, т.е.

Векторные диаграммы первичной (а) и вторичной (б) обмоток трансформатора

Рис. 6 — Векторные диаграммы первичной (а) и вторичной (б) обмоток трансформатора

На рис.6 векторные диаграммы изображены для случая активно-индуктивной нагрузки.На векторной диаграмме первичной обмотки (рис. 4, а) вектор тока получают, пристраивая к вектору тока холостого хода вектор тока измененный в отношении 1/к и повернутый на 180°, т.е. вектор

Построение вектора первичного напряжения U₁ аналогично построению для режима холостого хода, однако векторы падений напряжения

ориентируются по отношению к вектору тока .

Сдвиг по фазе между током I₁ и напряжением U₁ обозначают ?₁. Угол ?₁, определяет, как известно, при заданных значениях тока и напряжения, подводимую к трансформатору от сети активную P₁ = U₁I₁cos?₁ и реактивную Q₁ = U₁I₁sin?₁ мощности. Чем больше угол ?₁, тем меньше активная и тем больше реактивная мощности.

Режим короткого замыкания

Короткое замыкание (к.з.) трансформатора представляет собой такой режим его работы, когда вторичная обмотка замкнута накоротко (Z_н = 0) и, следовательно, вторичное напряжение U₂ равно нулю.

При внезапном коротком замыкании, когда к первичной обмотке подводится номинальное напряжение, токи в обмотках превышают номинальные значения в 10…20 раз. Такое к.з. может иметь место при эксплуатации трансформатора и является аварийным. Возникают недопустимые перегревы обмоток и значительные электродинамические усилия, которые приводят к разрушению трансформатора. Для защиты трансформатора от коротких замыканий применяются быстродействующие автоматы защиты.

В процессе испытания трансформаторов производят опыт короткого замыкания, но при таком пониженном первичном напряжении, чтобы токи в обмотках были равны номинальным. Это напряжение, выраженное в % от номинального (u_к %), заносится на заводскую табличку трансформатора. Измерения при таком испытательном коротком замыкании, также как и измерения при холостом ходе позволяют определить ряд важных параметров трансформатора.

Приведенный трансформатор

Приведение вторичной обмотки трансформатора к первичной

Для упрощения анализа и расчета режимов работы трансформатора пользуются способом, при котором одна из его обмоток приводится к другой. Смысл приведения состоит в том, чтобы сделать ЭДС первичной и вторичной обмоток одинаковыми, электромагнитную связь между обмотками заменить электрической связью и получить единую электрическую схему замещения трансформатора, построить другую, более простую и наглядную векторную диаграмму. Чаще всего вторичную обмотку приводят к первичной. Для этого условно заменяют реальную вторичную обмотку некоторой фиктивной обмоткой с числом витков:

т.е. увеличивают число ее витков в k раз. Таким образом, коэффициент приведения вторичной обмотки к первичной равен коэффициенту трансформации. Все параметры приведенной обмотки обозначают со штрихами:

и т.д. В приведенной обмотке в соответствии с новым числом витков увеличиваются все ЭДС, напряжения и падения напряжения, т.е.:

В приведенной обмотке в соответствии с новым числом витков увеличиваются все ЭДС, напряжения и падения напряжения, т.е.

Важным условием приведения является то, чтобы мощности и потери энергии во вторичной обмотке не изменялись. Для этого должны выполняться равенства:

из которых получаются соотношения для тока и активного сопротивления приведенной вторичной обмотки:

из которых получаются соотношения для тока и активного сопротивления приведенной вторичной обмотки

Аналогично последнему соотношению изменяются индуктивное сопротивление рассеяния приведенной вторичной обмотки и параметры нагрузки:

Для полных сопротивлений справедливы соотношения:

Для полных сопротивлений справедливы соотношения

Если таким образом изменить (условно конечно) все электрические величины вторичной обмотки, то энергетические соотношения в реальном и приведенном трансформаторе сохраняются без изменений и поэтому приведение правомерно. При этом необходимо помнить, что приведение — это чисто аналитический прием, позволяющий упростить расчеты и анализ физических процессов в реальном трансформаторе.

Схема замещения и уравнения электрического равновесия приведенного трансформатора

Поскольку в приведенной вторичной обмотке ЭДС

равна ЭДС E₁, то оказывается возможным схемы замещения первичной обмотки (рис. 5,а) и вторичной обмотки (рис. 5,б) с измененными параметрами объединить в одну схему замещения, соединив электрически точки равного потенциала. Такая полная двухконтурная схема замещения показана на рис. 7. Ее часто называют Т-образной схемой замещения приведенного трансформатора.

Т-образная схема замещения приведенного трансформатора

Рис. 7 — Т-образная схема замещения приведенного трансформатора

На этой схеме ветвь c – d с сопротивлениями r_m и x_m и током I₀ называют ветвью намагничивания, ветвь А – с с током I₁ — первичной ветвью, ветвь с – а– х – d с током

— вторичной ветвью или вторичным контуром.Параметры схемы имеют строго определенные наименования: r_m — активное сопротивление ветви намагничивания, учитывающее потери в стали магнитопровода на перемагничивание и вихревые токи:

— индуктивное сопротивление взаимоиндукции (ветви намагничивания).

Величина:

поэтому принимают, что:

r₁ и r₂’ — активные сопротивления первичной и приведенной вторичной обмоток; x₁ и x₂^‘ — индуктивные сопротивления рассеяния первичной и приведенной вторичной обмоток;

— приведенное сопротивление нагрузки. Уравнения равновесия токов и ЭДС приведенного трансформатора записываются на основании 1 и 2 законов Кирхгофа:

Уравнения равновесия токов и ЭДС приведенного трансформатора записываются на основании 1 и 2 законов Кирхгофа

Полная векторная диаграмма приведенного трансформатора (рис.8) является графическим решением приведенных уравнений электрического равновесия.

Векторная диаграмма приведенного трансформатора

Рис. 8 — Векторная диаграмма приведенного трансформатора

Она объединяет векторные диаграммы первичной и вторичной обмоток, показанные на рис. 6 , при этом векторы ЭДС

между собой, а все построения для вторичной обмотки производятся для приведенных параметров.

Как отмечалось выше, в режимах номинальной нагрузки ток холостого хода I₀ очень мал по сравнению с током I₁_н. Тем более он несоизмеримо мал по сравнению с током короткого замыкания, поэтому в этих режимах им можно пренебречь и в расчетах пользоваться упрощенной схемой замещения (рис. 9).

Упрощенная схема замещения приведенного трансформатора

Рис. 9 — Упрощенная схема замещения приведенного трансформатора

Сопротивления r_k = r₁ +r₂^‘ и x_k= x₁ + x₂называют сопротивлениями короткого замыкаия.

Уравнения электрического равновесия для упрощенной схемы имеют вид:

Уравнения электрического равновесия для упрощенной схемы имеют вид

Опытное определение параметров схемы замещения трансформатора

Для определения параметров схемы замещения трансформатора проводят его испытания в режиме холостого хода и опытного короткого замыкания.

Схема опыта холостого хода приведена на рис.10 . Первичную обмотку подключают на номинальное напряжение и измеряют ток холостого хода I₀ , мощность P₀, напряжение на разомкнутой вторичной обмотке U₂₀ .

Схема опыта холостого хода

Рис. 10 — Схема опыта холостого хода

Мощность P₀, потребляемая из сети, расходуется на потери в меди ?P_m₁ = I₀²r₁ и потери в стали ?P_ст= I₀²r_m при этом, поскольку r_m»r₁, потерями в первичной обмотке ?P_m₁ пренебрегают и считают, что вся потребляемая из сети мощность расходуется на потери в стали, т.е.:

откуда:

Исходя из схемы замещения (рис. 5, а ) и пренебрегая величиной z₁ по сравнению с z_m можно определить величину z_m из соотношения:

откуда:

Коэффициент мощности при холостом ходе определяется из соотношения:

Коэффициент трансформации равен:

Коэффициент трансформации равен

Схема опыта короткого замыкания приведена на рис. 11.

Схема опыта короткого замыкания приведена на рис. 2

Рис. 11 — Схема опыта короткого замыкания

В этом опыте вторичная обмотка замыкается накоротко, а на первичной обмотке с помощью регулятора устанавливают такое напряжение U₁_k, при котором ток в первичной обмотке равен номинальному I₁_k = I₁_н. Величина U₁_k имеет весьма важное эксплуатационное значение и всегда указывается на щитке трансформатора. Обычно она указывается в процентах от номинального напряжения и для однофазных трансформаторов составляет 3%…5%.

Поскольку в рассматриваемом режиме U₂=0, то трансформатор не отдает потребителю полезной мощности и вся мощность P₁_k, потребляемая из сети, расходуется на потери. Т.к. потери в стали ?Р_ст пропорциональны квадрату магнитной индукции ?Р_ст ? В² ? Е² ? U₁², то, ввиду малости напряжения U₁_k, этими потерями пренебрегают и считают, что вся потребляемая мощность расходуется на потери в обмотках, т. е:

откуда получаем:

находим

Полное сопротивление короткого замыкания равно:

поэтому :

Принимая далее, что :

получаем все параметры Т-образной схемы замещения трансформатора.

Рабочие характеристики трансформатора

Зависимость вторичного напряжения трансформатора от величины и характера нагрузки

Изменением напряжения двухобмоточного трансформатора при заданной нагрузке называется выраженная в процентах от номинального вторичного напряжения разность:

где U₂_o и U₂_н — вторичные напряжения при холостом ходе и при нагрузке.

Существуют определенные ГОСТом допустимые нормы изменения напряжения трансформатора при номинальной нагрузке. Часто в конструкции трансформатора предусматривается возможность в небольших пределах регулировать вторичное напряжение путем изменения числа витков первичной или вторичной обмоток, имеющих дополнительные выводы.

Физически влияние величины нагрузки на вторичное напряжение объясняется изменением (увеличением) падения напряжения на сопротивлениях обмоток трансформатора при увеличении тока нагрузки I₂ (или I₂’).

Логическая цепочка этого процесса такова:

Физически влияние величины нагрузки на вторичное напряже-ние объясняется изменением (увеличением) падения напряжения на соп¬ротивлениях обмоток трансформатора при увеличении тока на-грузки

При возрастании тока увеличивается и ток I1 вызывая увеличение падения напряжения в сопротивлениях первичной обмотки. Поскольку:

то это приводит к некоторому снижению ЭДС E₁, и соответствующему изменению магнитного потока взаимоиндукции, а это влечет за собой уменьшение . В свою очередь падение напряжения на сопротивлениях вторичной обмотки создают дополнительные изменения напряжения .

Влияние характера нагрузки (отношения x_н /r_н) на величину вторичного напряжения при неизменном токе нагрузки удобно проследить, пользуясь упрощенной векторной диаграммой (рис. 1), на которой показаны режимы работы трансформатора для случаев ?₂ > 0, ?₂ = 0 и ?₂ < 0, а также геометрическое место концов вектора при изменении угла ?₂ пределах :

Построение упрощенных диаграмм производятся следующим образом: из точки 0 как из центра проводится дуга окружности радиусом, равным в принятом масштабе величине напряжения ; под углом ?₂ проводятся направления вектора вторичного напряжения ; во всех случаях нагрузки треугольник короткого замыкания располагается таким образом, чтобы вершина А была на дуге , вершина С — на направлении вектора ; а катет ВС совпадал с направлением вектора тока .

Упрощенная векторная диаграмма приведенного трансформатора при различных по характеру нагрузках

Рис. — 12. Упрощенная векторная диаграмма приведенного трансформатора при различных по характеру нагрузках

Точки С, С₁ и C₂ определяют величину приведенного вторичного напряжения при соответствующем значении ?₂ . Если треугольник ABC поместить в положение 0 B’ C’, то дуга, проведенная из вершины С радиусом, равным , пройдет через точки С, С₁ и C₂ и является, таким образом, геометрическим местом конца вектора напряжения .Из рис. 12 хорошо видно, что при активно-индуктивной (?₂ > 0) и чисто активной нагрузке (?₂ = 0) приведенное вторичное напряжение меньше первичного напряжения .

При активно-емкостной нагрузке (?₂ < 0) вторичное напряжение может стать даже больше первичного.

Физически это объясняется следующим образом. Реактивная мощность, необходимая для создания магнитного поля взаимоиндукции определяется, главным образом, реактивным сопротивлением рассеяния x_k. При активно-емкостной нагрузке эта реактивная мощность может забираться от нагрузки и при определенной величине емкости в нагрузке избыток реактивной мощности отдается в первичную сеть. При этом растет ЭДС:

что приводит к перевозбуждению трансформатора, т.е. к возрастанию потока и увеличению напряжения .

Внешняя характеристика трансформатора

Внешней характеристикой трансформатора называют зависимость:

при и cos?₁ = const (рис. 13).

Внешняя характеристика трансформатора

Рис. 13 — Внешняя характеристика трансформатора

Из рис. 13 следует, что внешняя характеристика трансформатора при увеличении тока нагрузки до номинального является достаточно жесткой. Изменение напряжения составляет всего несколько процентов и зависит от характера нагрузки, что находится в соответствии с векторной диаграммой (рис. 12 ).

При активной и активно-индуктивной нагрузке напряжение уменьшается, при активно-емкостной нагрузке оно может несколько возрастать. На практике величина изменения напряжения обычно рассчитывается по приближенной формуле:

где ? = I₂/I₂_н нагрузка трансформатора в относительных единицах;

Потери в трансформаторе и его КПД

Трансформатор потребляет из сети мощность:

где m₁ – число фаз.

Часть этой мощности, как отмечалось, теряется в виде потерь в обмотках:

другая часть — в виде потерь в сердечнике на гистерезисе и вихревые токи.

Электромагнитная мощность:

передается во вторичную обмотку посредством магнитного поля.

Полезная мощность равна:

Потери в стали:

мало изменяются при изменении нагрузки и относятся к категории постоянных потерь. Потери в обмотках:

являются переменными т.к. изменяются при изменении тока. Коэффициент полезного действия трансформатора показывает соотношение между мощностью, которая передается из первичной обмотки во вторичную и обратно, и мощностью, которая преобразуется в тепло. КПД определяется по формуле:

КПД силовых трансформаторов обычно достигает 94…98%. Рассчитывают трансформаторы таким образом, чтобы КПД имел наибольшее значение при нагрузке ? = 0,5 – 0,7 от номинальной. Обычно трансформаторы работают с некоторой недогрузкой — в области максимального значения КПД рис. 14.

Коэффициент полезного действия трансформатора

Рис. 14 — Коэффициент полезного действия трансформатора

При передаче значительной реактивной мощности (при уменьшении cos?₂) КПД уменьшается, что показано на рис. 1, кривая 2.

Параллельная работа трансформаторов

Параллельная работа трансформаторов возможна лишь в том случае, если в обмотках трансформаторов не возникают уравнительные токи, а нагрузка распределяется пропорционально номинальным мощностям трансформаторов. Практически это сводится к выполнению следующих условий:

1. Напряжения обмоток высшего и низшего напряжения, указанные на заводских табличках, должны быть соответственно равны, т.е. должны быть равны коэффициенты трансформации k₁ = k₂ …k_n.

2. Напряжения короткого замыкания u_к, указываемые на заводских табличках трансформаторов, должны быть также равны; при параллельной работе трансформаторов допускают отклонения в пределах ±10 %.

3. Мощности параллельно работающих трансформаторов не должны значительно отличаться одна от другой. Допускается различие мощностей не больше чем в 3 раза.

4. Схемы и группы соединений обмоток трансформаторов, предназначенных для параллельной работы, должны быть одинаковыми. Это требование может быть выполнено, если условные обозначения схем и групп соединений, указанные на заводских табличках, будут одинаковыми.

5. Обмотки фаз трансформаторов, включенных для параллельной работы, должны совпадать, т. е. одинаково обозначенные выводы обмоток фаз должны быть присоединены к одной, а не к разным шинам.

Рассмотрим последствия нарушения названных условий.

Допустим, что не выполнено первое условие (k₁ < k₂ ). Это значит, что при одном и том же напряжении на первичных обмотках трансформаторов U₁, вторичные ЭДС трансформаторов будут неодинаковы Е₁ > Е₂. Под действием возникшей разности потенциалов в замкнутом контуре вторичных обмоток пойдет уравнительный ток, который создаст падение напряжения в обмотках. В трансформаторе 1 это вызовет уменьшение напряжения на зажимах вторичной обмотки, в трансформаторе 2 – увеличение вторичного напряжения. В результате напряжение на внешних шинах будет иметь среднее значение. При нагрузке уравнительный ток накладывается на ток нагрузки, вследствии чего трансформатор 1 будет перегружен, а трансформатор 2 – недогружен. ГОСТ допускает расхождение в коэффициентах трансформации не больше ±0,5% от их среднего значения.

Если трансформаторы имеют неодинаковые номинальные напряжения короткого замыкания u_1К ? u_2К, значит неодинаковы сопротивления короткого замыкания Z_1К ? Z_2К. При работе трансформаторов в параллель напряжения вторичных обмоток одинаковы т. е. I₁₂Z_1К = I₂₂Z_2К, а это возможно лишь при неодинаковых токах трансформаторов. Это значит, что при параллельной работе трансформаторов нагрузка между ними будет распределяться непропорционально их номинальным мощностям. Чтобы не вызвать аварии трансформатора, имеющего меньшее значение u_К, необходимо снижать общую нагрузку. Это ведет к неполному использованию трансформаторов. Согласно ГОСТ необходимо, чтобы разница напряжений короткого замыкания не превышала ±10% от их среднего значения, а соотношение номинальных мощностей параллельно работающих трансформаторов было не больше, чем 3:1.

Несоблюдение четвертого условия вызывает настолько большой уравнительный ток, что трансформаторы могут выйти из строя из-за перегрева обмоток. Даже при минимальном расхождении групп соединения трансформаторов (например, у одного группа ?/? – 0, а у другого ?/? – 11) уравнительный ток будет примерно в 5 раз больше номинального, что равносильно короткому замыканию.

Во избежание ошибок присоединение трансформаторов к сети без нулевого провода ( пятое условие ) производят следующим образом. Включают оба трансформатора со стороны высшего напряжения, затем один из них присоединяют к шинам низкого напряжения выводами обмоток всех фаз, а другой — выводами обмотки одной фазы, например С. Затем между выводами обмоток фаз В и А второго трансформатора и шинами низкого напряжения, к которым соответственно присоединены выводы обмоток фаз В и А первого трансформатора, включают вольтметр или лампу. Если обозначения выводов обмоток фаз на трансформаторах нанесены правильно, то между всеми парами одноименных выводов напряжение равно нулю (лампа не горит или вольтметр показывает нуль) и выводы В и А второго трансформатора могут быть соединены с шинами, к которым соответственно присоединены выводы В и А первого трансформатора.

Контрольные лампы или вольтметры при указанной проверке должны быть взяты на двойное рабочее напряжение трансформатора со стороны низшего напряжения.

Источник

Скачать материал

Режимы работы трансформатора. Виды трансформаторов. ТЕМА ЗАН...

Скачать материал

10a7 0001d1de d4377404

Сейчас обучается 269 человек из 63 регионов

12eb 000babaa 348a4088

0a8a 0003c791 f3ca5d16

Сейчас обучается 412 человек из 62 регионов

10c4 00101653 46c740cb

Описание презентации по отдельным слайдам:

1 слайд

Режимы работы трансформатора.
Виды трансформаторов.
ТЕМА ЗАНЯТИЯ
Раздел презентации «Виды трансформаторов» подготовлен студентами 2 курса.
Специальность:
13.02.11 Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и
электромеханического оборудования (по отраслям). Группа ГЭМ-17
Преподаватель:
Скворцов Александр Михайлович
Заслуженный учитель Р.Ф.
ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ
образовательное УЧРЕЖДЕНИЕ ИРКУТСКОЙ ОБЛАСТИ «ЧЕРЕМХОВСКИЙ ГОРНОТЕХНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ ИМ. М.И ЩАДОВА»
(ЧГТК ИМ. М.И. ЩАДОВА)
2 слайд

Различают несколько режимов работы трансформатора:
Выделим три режима работы
Рабочий режим
Режим холостого хода
Режим короткого замыкания
3 слайд

Рабочий режим — это работа трансформатора при подключенных потребителях или под нагрузкой (под нагрузкой понимается ток вторичной цепи — чем он больше, тем больше нагрузка).
К трансформатору подключаются различного рода потребители: электрические двигатели, освещение и т. п.
4 слайд

Режим холостого хода,
т.е. режим ненагруженного трансформатора, при котором цепь вторичной обмотки разомкнута (ток не течет)
С помощью режима холостого хода можно определить КПД трансформатора. Коэффициент трансформации. А также потери в сердечнике.
Подключена к нагрузке с очень большим сопротивлением (например, в цепь включен вольтметр).
или
5 слайд

Режим
короткого замыкания трансформатора- это режим при котором вторичная обмотка замкнута накоротко ( или подключена к нагрузке с очень малым сопротивлением (например, в цепь включен амперметр).
Различают два вида короткого замыкания — аварийное и испытательное.
При испытательном
определяются активные потери в меди обмоток
(их нагревание).
6 слайд

ВИДЫ
ТРАНСФОРМАТОРОВ
7 слайд

СиЛОВЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ
С. Карандась – ГЭМ-17
8 слайд

Силово́й трансформа́тор (СТ) — электротехническое устройство в сетях электроснабжения (электросетях) с двумя или более обмотками (трансформатор), который посредством электромагнитной индукции преобразует одну величину переменного напряжения и тока в другую величину переменного напряжения и тока, той же частоты без изменения её передаваемой мощности
Классификаця СТ по:
количеству обмоток — двух- и многообмоточные;
количеству фаз — одно- и трехфазные;
назначению — понижающие и повышающие;
типу исполнения — сухие, масляные и с жидким негорючим диэлектриком;
возможности регулирования выходного напряжения — нерегулируемые и регулируемые (регулируемые под нагрузкой РПН и с переключателем без возбуждения ПБВ);
климатическому исполнению — наружные и внутренние.
9 слайд

Основу любого силового трансформатора составляет сердечник из ферромагнитного материала с несколькими обмотками.
Переменный ток, проходящий через витки первичной обмотки создает магнитный поток в сердечнике, который свою очередь, индуцирует
ЭДС во всех остальных обмотках.
Обмотки трансформатора выполняют в большинстве случаев из изолированных медных проводов круглого или прямоугольного сечения. Обычно первой наматывается обмотка низкого напряжения, поскольку уменьшаются затраты на изолирование обмотки от сердечника.
Между отдельными слоями обмоток, а также между самими обмотками при изготовлении предусматривают пустоты для циркуляции охладителя.
В качестве охладителя в мощных трансформаторах применяется масло, которое отбирает тепло от обмоток и передает его в окружающую среду через радиаторные трубки.
12 слайд

Автотрансформаторы
В. Коротков – ГЭМ-17
13 слайд

А́втотрансформа́тор — вариант трансформатора, в котором первичная и вторичная обмотки соединены напрямую, и имеют за счёт этого не только магнитную связь, но и электрическую.
Обмотка автотрансформатора имеет несколько выводов (как минимум 3), подключаясь к которым, можно получать разные электрические напряжения
14 слайд

Преимуществом автотрансформатора является более высокий КПД, поскольку лишь часть мощности подвергается преобразованию — это особенно существенно, когда входное и выходное напряжения отличаются незначительно. Недостатком является отсутствие электрической изоляции (гальванической развязки) между первичной и вторичной цепью. В промышленных сетях, где наличие заземления нулевого провода обязательно, этот фактор роли не играет, зато существенным является меньший расход стали для сердечника, меди для обмоток, меньший вес и габариты, и в итоге — меньшая стоимость.
15 слайд

Пример Понижающего трансформатора
16 слайд

Согласующий трансформатор
Что это такое?
Где он применяется?
Из чего состоит?
Сейчас узнаем!
Г. Сарапулов — ГЭМ-17
17 слайд

Что это такое?
Согласующий трансформатор – трансформатор, применяемый для согласования сопротивления различных частей электронных схем!
Вот так он выглядит
18 слайд

Где он применяется?
Применяется для подключения низкоомной нагрузки к каскадам электронных устройств, имеющим высокое входное или выходное сопротивление.
Верно, верно
19 слайд

Из чего ты состоишь?
Да как и все нормальные трансформаторы!
Пару обмоток и сердечник!
И выгляжу так же!
21 слайд

Трансформаторами напряжения
называются аппараты, предназначенные для преобразования переменного тока высшего напряжения в переменный ток низшего напряжения и питания параллельных катушек измерительных приборов и реле. Число витков вторичной обмотки W2 <W1, так как все измерительные трансформаторы напряжения – понижающего типа.
22 слайд

Трансформатор тока
Е. Дзадзаев – ГЭМ-17
23 слайд

Трансформа́тор то́ка — трансформатор, первичная обмотка которого подключена к источнику тока, а вторичная обмотка замыкается на измерительные или защитные приборы, имеющие малые внутренние сопротивления.
Трансформатор осуществляет преобразование переменного напряжения и/или гальваническую развязку в самых различных областях применения — электроэнергетике, электронике и радиотехнике.
24 слайд

Устройство трансформатора
25 слайд

Коэффициент трансформации- показывает во сколько раз происходит изменение переменного напряжения.
26 слайд

Трансформаторами тока называются аппараты, предназначенные для преобразования тока любой величины в ток, допустимый для измерений нормальными приборами, а также для питания различных реле и обмоток электромагнитов. Число витков вторичной обмотки трансформатора тока N2 > N1
27 слайд

Разделительные
трансформаторы
С. Лычагин – ГЭМ — 17
28 слайд

Принцип работы
Разделительный трансформатор оснащают экраном между первичной и вторичной обмотками, экран заземляется.
На общем магнитопроводе размещены две обмотки из одинакового изолированного провода с идентичными намоточными характеристиками.
29 слайд

Схема подключения
Принципиальная схема подключения разделительного трансформатора и приборов к нему:
30 слайд

Назначение
Разделительный трансформатор предназначен для повышения уровня безопасности электрических приборов и снижения уровня электротравматизма.
Так как опасность поражения электрическим током все-же существует, следует соблюдать следующие правила:
1. Нельзя прикасаться к двум выходным клеммам трансформатора одновременно;
2. Первичная обмотка РТ должна защищаться УЗО;
3. Корпуса подключаемых к трансформатору приборов не заземляют;
4. Запитывать от РТ допускается только одно электрическое устройство.
31 слайд

СВАРОЧНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР
Подготовил проскурин Дмитрий
Группы гэм-17
32 слайд

Устройство сварочного трансформатора и характеристики

Для возникновения дуги, обеспечивающей разогрев и расплавление кромок заготовки, требуется изменить характеристики электричества подаваемого из сети.
Сварочный трансформатор преобразует поступающее электричество следующим образом:
напряжение снижает;
силу тока поднимает.
33 слайд

В преобразовании электричества принимают участие следующие узлы:
магнитопровод;
первая обмотка, собираемая из изолированного кабеля;
перемещающейся второй обмотки. Ее выполняют из провода без изоляции, это необходимо для повышения тепловой отдачи;
винтовая пара;
штурвал для управления винтовой парой;
клеммники для сварных кабелей.

Найдите материал к любому уроку, указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:

6 142 682 материала в базе

Выберите категорию:
Выберите учебник и тему

Выберите класс:
Тип материала:
- Все материалы
- Статьи
- Научные работы
- Видеоуроки
- Презентации
- Конспекты
- Тесты
- Рабочие программы
- Другие методич. материалы

Найти материалы

Другие материалы

01.02.2019
1163
4

01.02.2019
966
2

01.02.2019
1530
49

01.02.2019
1523
13

01.02.2019
2218
29

01.02.2019
1839
8

01.02.2019
218
0

01.02.2019
419
0

Вам будут интересны эти курсы:

Курс профессиональной переподготовки «Управление персоналом и оформление трудовых отношений»
Курс повышения квалификации «Методика написания учебной и научно-исследовательской работы в школе (доклад, реферат, эссе, статья) в процессе реализации метапредметных задач ФГОС ОО»
Курс повышения квалификации «Экономика и право: налоги и налогообложение»
Курс повышения квалификации «Основы построения коммуникаций в организации»
Курс профессиональной переподготовки «Организация деятельности по подбору и оценке персонала (рекрутинг)»
Курс профессиональной переподготовки «Организация менеджмента в туризме»
Курс повышения квалификации «Основы менеджмента в туризме»
Курс повышения квалификации «Финансы предприятия: актуальные аспекты в оценке стоимости бизнеса»
Курс повышения квалификации «Финансовые инструменты»
Курс профессиональной переподготовки «Организация процесса страхования (перестрахования)»
Курс профессиональной переподготовки «Организация и управление процессом по предоставлению услуг по кредитному брокериджу»

Источник