Тем а: «Рабочие свойства трансформаторов»

§1. Режим холостого хода.

       Холостым ходом называется режим работы трансформатора при разомкнутой вторичной обмотке r_н=∞₁I₂=0.

       Уравнение э.д.с. и токов примет вид

т.к. полезная мощность при работе трансформатора равна нулю, мощность на входе в режиме холостого хода Р₀ расходуется на магнитные потери в магнитопроводе р_с и электрические потери в меди одной лишь первичной обмотки (). Однако, ввиду небольшой величины тока I₀ (2-10% от I_1н) электрическими потерями  можно пренебречь и считать, что вся мощность холостого хода – мощность магнитных потерь в стали магнитопровода. Поэтому магнитные потери в трансформаторе принято называть потерями холостого хода.

       При исследовании свойств трансформаторов или же при их испытаниях проводят опыт холостого хода, в результате которого определяются некоторые параметры трансформатора, обычно проводится при U=U_н.

Рис. Однофазный трансформатор

Рис. Трехфазный трансформатор (Y/Y)

 

На схеме замещения

z₀=z₁+z_м

r₀=r₁+r_м

x₀=x₁+x_м

Для силовых трансформаторов можно принять

z₀ z_м, r₀ r_м, х₀ х_м

 

§2. Опыт короткого замыкания.

       Режим, когда вторичная обмотка замкнута накоротко z_н=0, при этом U₂=0.

       Опыт проводят при пониженном подведенном напряжении U_к, при токе I_1к=I_1н.

На схеме замещения

       Напряжение U_k=U_kн, при котором ток короткого замыкания равен номинальному (I_k=I_н), носит название напряжения короткого замыкания и обозначается U_к.

 

       Обычно величина U_к  дается в % и определяется

U_к%=

       В силовых трансформаторах U_к%=(4,5... 15)%.

Величина U_к в относительных единицах равна сопротивлению короткого замыкания в относительных единицах.

U_к*=

       Активная составляющая напряжения короткого замыкания

U_ка=U_кcosφ_л

       Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания

U_кр=U_кsinφ_к

 

§3. Изменение напряжения трансформатора.

       При изменениях нагрузки трансформатора его вторичное напряжение  не остается неизменным. В этом можно убедиться, воспользовавшись упрощенной схемой замещения трансформатора.

 

       Величина изменения вторичного напряжения трансформатора при переходе от холостого хода до номинальной нагрузки является важнейшей характеристикой трансформатора и определяется выражением

       Для определения величины  воспользуемся упрощенной векторной диаграммой трансформатора, сделав на ней следующие дополнительные построения. Из точки А опустим перпендикуляр АД на продолжение вектора - . Будем считать, что отрезок ВД представляет собой разность .

 

 

U_1н= =ВД=ВF+FД,

где BF=U_kacosφ₂,

FД=U_kpsinφ₂.

       Тогда

U_1н - = U_kacosφ₂ + U_kpsinφ₂

       Изменение вторичного напряжения

Обозначим ,

                ;

тогда формула  примет вид

= U_kacosφ₂ + U_kpsinφ₂

       Формула дает возможность определить  лишь при номинальной нагрузке трансформатора. При необходимости расчета величина изменения вторичного напряжения при любой нагрузке следует ввести коэффициент нагрузки .

=β(U_kacosφ₂ + U_kpsinφ₂)

       Данное выражение показывает зависимость  не только от характера, но и от величин нагрузки.

Рис. Внешние характеристики трансформатора.

 

§4. Включение трансформаторов на параллельную работу.

       Условия параллельной работы трансформаторов:

1. Одинаковые группы соединения трансформаторов.
2. Равные первичные и вторичные номинальные напряжения.
3. Равные напряжения короткого замыкания.

При несоблюдении, например, коэффициента трансформации между параллельно включенными трансформаторами возникает уравнительный ток I_ур, обусловленный разностью вторичных напряжений .

,

где r_kI и r_kII – внутренние сопротивления трансформаторов.

       При нагрузке трансформаторов уравнительный ток накладывается на нагрузочный ток. При этом трансформатор с более высоким вторичным напряжением холостого хода (с меньшим коэффициентом трансформации) оказывается перегруженным, а трансформатор равной мощности, но с большим коэффициентом трансформации будет недогружен. Т.к. перегрузка недопустима, то придется снизить общую нагрузку.

       При несоблюдении одной группы соединения в цепи трансформаторов появляется разностная э.д.с., под действием которой возникает значительный уравнительный ток. Если все соблюдено, но U_к разная, то нагрузка S_I и S_II распределяется между трансформаторами обратно пропорционально напряжениям короткого замыкания,

что ведет к перегрузке трансформатора с меньшим U_к. Тогда надо опять снижать общую нагрузку.

       Распределение нагрузки между параллельно работающими трансформаторами определяется следующим образом

,

где S_x – нагрузка одного из параллельно работающего трансформатора, кВА;

S – общая нагрузка всей параллельной группы, кВА;

U_kx – напряжение короткого замыкания данного трансформатора, %;

S_нх – номинальная мощность данного трансформатора, кВА.

 

§5. Энергетическая диаграмма трансформатора.

 

р_эм=р₁-р_эл1-р_мг=mE₁