Вопрос 26. Внешняя характеристика, потери и кпд трансформатора. Зависимость кпд от нагрузки.

Внешней характеристикой трансформатора называется зависимость вторичного напряжения от тока нагрузки U₂=f(I₂) при U₁ =const, f₁ = const и ψ₂= const. С ростом нагрузки при активной R и индуктивной L нагрузках вторичное напряжение уменьшается, а при емкостной С, наоборот, увеличивается.

В процессе трансформирования электрической энергии часть энергии теряется в трансформаторе на покрытие потерь. Потери в трансформаторе разделяются на электрические и магнитные.

Электрические потери. Обусловлены нагревом обмоток трансформаторов при прохождении по этим обмоткам электрического тока. Электрические потери называют переменными, так как их величина зависит от нагрузки трансформатора.

Магнитные потери. Происходят главным образом в магнитопроводе трансформатора. Причина этих потерь — систематическое перемагничивание магнитопровода переменным магнитным полем. Это перемагничивание вызывает в магнитопроводе два вида магнитных потерь: потери от гистерезиса Р_Г, связанные с затратой энергии на уничтожение остаточного магнетизма в ферромагнитном материале магнитопровода, и потери от вихревых токов Р_ВТ, наводимых переменным магнитным полем в пластинах магнитопровода. При неизменном первичном напряжении (U₁ = const) магнитные потери постоянны, т.е. не зависят от нагрузки трансформатора.

Коэффициент полезного действия трансформатора равен отношению активной мощности на выходе вторичной обмотки Р₂ к активной мощности на входе первичной обмотки Р_1.

КПД трансформатора зависит как от величины (β), так и от характера (cosφ₂) нагрузки. Максимальное значение КПД соответствует нагрузке, при которой магнитные потери равны электрическим: Р_0ном =β'²/Р_К.НОМ. Обычно КПД трансформатора имеет максимальное значение при β'=0,45÷0,65.

Вопрос 27. Трехфазный трансформатор. Схемы соединения обмоток трехфазных трансформаторов. Группы соединения обмоток. Способы определения группы соединения.

У трехфазных трансформаторов обмотки расположены на трех стержнях, объединенных в общий магнитопровод двумя ярмами. Особенность трехфазной системы в том, чтовекторы напряжения сдвинуты относительно друг друга на угол 120°. Если нагрузки по фазам одинаковы, то векторов токов тоже сдвинуты друг относительно друга на угол 120°. Таким образом, для магнитопровода достаточно иметь три стержня, которые по конструктивным соображениям располагаются в одной плоскости. На каждом стержне трехфазного трансформатора размещаются обмотки высшего и низшего напряжения одной фазы. Стержни соединяются между собой ярмом сверху и снизу. Длина магнитных линий потока среднего стержня меньше, чем крайних стержней. Поэтому магнитный поток среднего стержня встречает на своем пути меньшее магнитное сопротивление, чем магнитные потоки крайних стержней. Следовательно, в фазе, обмотка которой помещена на среднем стержне, протекает меньший намагничивающий ток, чем в фазах, обмотки которых помещены на крайних стержнях.

Обмотки трехфазных трансформаторов принято соединять по следующим схемам: звезда; звезда с нулевым выводом; треугольник; зигзаг с нулевым выводом.

Схема Y/Y_H. Достоинства:

1.наиболее экономичен в изготовлении

2.наименшие потери эл. энергии при работе на равномерную по фазам нагрузку;

3. имеет фазное и линейное напряжение.

Недостаток: при несимметричной нагрузке резко увеличиваются потери электрической энергии и отклонения напряжений от номинального.

Используется, в основном, в трансформаторах небольшой номинальной мощности, питающих симметричные трёхфазные электроприемники.

 

Схема ∆/Y_H. Достоинства:

1. Лучше, чем трансформатор Y/Y_H работает на несимметричную нагрузку;

2. Потери эл. энергии одинаковы с трансформатором Y/Y_H;

3. Также имеет фазное и линейное напряжение.

Недостаток: количество витков первичной обмотки увеличивается в √3 раз.

Используется, в основном, в понижающих трансформаторах большой мощности.

 

Схема Y/∆. Достоинства:

Потери эл. энергии одинаковы с трансформатором Y/Y_H

Недостатки:

1. Количество витков вторичной обмотки увеличивается в √3 раз.

2. Имеется только одно линейное напряжение. Фазного напряжения нет.

Используется, в основном, в повышающих трансформаторах.

 

Схема Y/Z_H. Достоинства:

1. Имеет фазное и линейное напряжения;

2. При работе в несимметричных режимах практически нет искажений фазных напряжений.

Недостаток: Количество витков вторичной обмотки на 15% больше, чем у схемы Y/Y_H потому что фазные напряжения создаются двумя полуобмотками, лежащими на разных стержнях

Используется, в основном, в понижающих трансформаторах небольшой номинальной мощностью.

 

Группой соединения называют комбинацию схем соединения обмоток высшего и низшего напряжений. Группа соединения показывает (по аналогии с взаимным расположением стрелок на часах — часовой и минутной) взаимное расположение векторов линейного низшего напряжения по отношению к векторам линейного высшего напряжения в каждой фазе. Вектор высшего напряжения принимают за минутную стрелку и устанавливают против цифры 12(0), а вектор низшего напряжения принимают за часовую стрелку.

Существует 2 способа определения групп соединения обмоток: С помощью вольтметра и с помощью фазометра.

Самый простой – изменение угла между векторами линейных напряжений U _AB и U_ab. У фазометра одна обмотка токовая, другая напряжения. Но если группа соединения не нулевая и не одиннадцатая сложно определить как нужно изменить маркировку обмоток, чтобы привести группу соединения к стандарту.

Следующий способ позволяет сразу определить как промаркировать обмотки. При определении с помощью вольтметра соединяются два одноименных ввода трансформатора, измеряются четыре напряжения. По соотношению этих напряжений определяется группа соединения обмоток. Зная соотношение напряжений можно нарисовать векторную диаграмму, а по диаграмме определяется маркировка обмоток.