Характеристики трансформатора

Рабочие свойства трансформатора в нагрузочном режиме характеризуются зависимостями вторичного напряжения и кпд от тока во вторичной обмотке:

Зависимость U ₂ = f (I ₂) - внешняя характеристика;

h = f (b) - рабочая характеристика приведены на рис.8.9, а,б.

 На рис.8.9, а кривая 1 соответствует режиму емкостной нагрузки, cosj <1; кривая 2 - активной нагрузке, cosj₂=1 и кривая 3 - индуктивной нагрузке, cosj<1.

  Максимальный коэффициент полезного действия трансформатора со­ставляет 0,98¸0,99 и находится из соотношения полезной мощности на нагрузке к мощности потребляемой из сети.

h = Р ₂ / Р ₁,                                (6.20)

где  Р ₁ – мощность,потребляемая из сети (первичной обмотки), Вт;

     Р ₂ – активная мощность на выходе трансформатора (полезная мощность на нагрузке), Вт.

Р ₁ = Р ₂ + Р ₁₀ + Р _к; Р ₂ = U ₂ I ₂ cosj₂ = b S _нcosj_2. ,

где, S _н – номинальная полная мощность трансформатора, ВА, .

 

Следовательно, .

 

Из графиков зависимостей кпд и потерь в трансформаторе в функции коэффициента нагрузки (рис.8.9, б) видно, что потери в стали не зависят от нагрузки и являются постоянными. Потери в стали Р _ст называются постоянными потерями, так как они не зависят от тока нагрузки. Эти потери зависят только от Ф², т. е. от и от частоты f. Потери в меди обмоток растут и изменяются по нелинейному закону. Коэффициент полезного действия будет иметь максимальное значение при равенстве указанных потерь и коэффициенте загрузки равном 0,6.

 

 

Пример 6.1.

Однофазный двухобмоточных трансформатор испытан в режимах холостого хода и опытного короткого замыкания. Показания электроизмерительных приборов по результатам испытаний приведены в табл. 8.1.‍                                                                             

Задание:

1. Начертить схему исследования трансформатора, пояснить принцип его работы и цель исследования режимов холостого хода и опытного короткого замыкания. 2. Выполнить расчет: сопротивлений «Т»- образной схемы замещения, полной мощности и коэффициента полезного действия в номинальном режиме работы на нагрузку активно-индуктивного характера.

                                                                                                                                                                                                 Таблица 8.1

Измеряемый параметр	Показания электроизмерительных приборов
U 10, B	220
I 10, A	0,4
P 10, B	50
U 20, B	13
U 1к, В	25
I 1к, А	6
P 1к, Вт	80
I 2к = U 10/ U 20, А
cos j2	0,6

 

Алгоритм решения задачи

1. Расчет сопротивлений "Т" - образной схемы замещения и обмоток трансформатора.

Полное, активное и индуктивное сопротивления (Ом) намагничивающего контура трансформатора вычисляются по формулам

,  , .

Сопротивление короткого замыкания трансформатора, равное суммарному активному сопротивлению обмоток, вычисляют по формулам:

;  ; .

Для расчета сопротивлений обмоток по данным опытного короткого замыкания трансформатор считают приведенным. Параметры приведенной обмотки обозначают штрихом сверху. Для приведенного трансформатора полагают, что мощность электрических потерь (Ом)делятся поровну между обмотками. На основании этого можно записать:

; .

Активное и реактивное сопротивления обмоток вычисляют по формулам:

; .

 где КТР – коэффициент трансформации, вычисляемый по формуле

.

2. Расчет полной мощности и коэффициента полезного действия трансформатора.

Напряжение короткого замыкания трансформатора, выраженное в процентах

%,  где , В.

Коэффициент мощности трансформатора в режиме опытного короткого замыкания

Активная и реактивная составляющие напряжения короткого замыкания, выраженные в процентах

, %;     , %.

Падение напряжения на внутреннем сопротивлении вторичной обмотки трансформатора, выраженное в процентах

, %,

где cosj₂ – коэффициент мощности потребителя.

Действующее значение напряжения вторичной обмотки трансформатора в номинальном режиме

Полная мощность трансформатора

, В×А, где I _2н = I _2н.

Активная мощность вторичной обмотки трансформатора в номинальном режиме (Вт):

.

Активная мощность первичной обмотки трансформатора больше активной мощности вторичной обмотки трансформатора на величину потерь (Вт):

Р _1н = Р _2н + Р ₁₀ + Р_1к .

Коэффициент полезного действия трансформатора

%. h_н = Р _2н / Р _1н • 100%

 

Контрольные вопросы

1. С какой целью используют трансформатор в энергетике?

2. На каком законе основан принцип работы трансформатора?

3. Объясните векторную диаграмму трансформатора для режима холостого хода.

4. Какие параметры трансформатора определяют из опыта холостого хода?

5.Перечислите основные характеристики трансформатора.

6. Какой трансформатор называется приведенным?

7. Объясните векторную диаграмму трансформатора для режима номинальной нагрузки. 

8. Какие параметры трансформатора определяют из опыта короткого замыкания?

9. Какая характеристика трансформатора называется внешней?

10. Перечислите виды потерь мощности в трансформаторе