Лекции по ТОЭ3 / Лекция №11 15.11.2003

Все параметры в схеме замещения, кроме , являются постоянными для данного трансформатора, и могут быть определены из опытов холостого хода и короткого замыкания.

Опыт холостого хода.

;

.

При холостом ходе сопротивление нагрузки очень велико, то есть , поэтому ток через вторичную цепь не течёт, то есть .

По данным опыта холостого хода можно определить коэффициент трансформации . Ток холостого хода в процентах от номинального определяется по формуле: .

Схема замещения для опыта холостого хода.

Так как сопротивление много меньше сопротивления , то модуль сопротивления можно найти по формуле: , тогда , следовательно, .

;

.

Опыт короткого замыкания:

При опыте короткого замыкания сопротивление нагрузки равно нулю, то есть , поэтому напряжение на зажимах вторичной обмотки также равно нулю, то есть . При эксплуатации трансформатора, режим при котором входное напряжение равно номинальному считается аварийным. При проведении опыта короткого замыкания входное напряжение снижают до нуля и только потом закорачивают проводником вторичную обмотку, а затем постепенно увеличивают входное напряжение до значения, при котором токи в обмотках станут равными номинальным. Такое напряжение называется номинальным напряжением короткого замыкания, и выражается в процентах от номинального напряжения: . Для силовых трансформаторов это пять-десять процентов, так как магнитны поток в магнитопроводе пропорционален напряжению на зажимах первичной обмотки , а величина мала, следовательно, магнитный поток тоже мал и для его создания требуется малый намагничивающий ток, поэтому ток считают равным нулю.

Схема замещения для опыта короткого замыкания.

;

.

Пользуясь этой схемой определяют параметры обмоток. По закону Ома: .

;

;

.

Приближённо можно считать, что и .

Изменение вторничного напряжения.

В условиях эксплуатации нагрузка трансформатора может изменяться в широких пределах. Соответственно меняется и напряжения на зажимах вторичной обмотки. Отклонение величины от выражают в процентах и называют процентным изменением вторичного напряжения, то есть .

Имея паспортные данные трансформатора при любой нагрузке и постоянном напряжении на зажимах первичной обмотки можно рассчитать процентное изменение вторичного напряжения :

, где - коэффициент нагрузки трансформатора;

;

;; ;

.

Последнее выражение показывает, что процентное изменение вторичного напряжения зависит не только от величины нагрузки, но и от её характера.

1 – случай для активной нагрузки ();

2 – случай для индуктивной нагрузки (;

3 – случай для ёмкостной нагрузки ().

Внешняя характеристика трансформатора – зависимость напряжения на зажимах вторичной обмотки от коэффициента нагрузки трансформатора.

Внешняя характеристика зависит от характера нагрузки, кроме того, напряжение на зажимах вторичной обмотки можно найти по следующей формуле: .

1 – случай для активной нагрузки ;

2 – случай для индуктивной нагрузки ;

3 – случай для ёмкостной нагрузки .

Потери энергии в трансформаторе.

Потери энергии в трансформаторе делятся на электрические и магнитные.

Электрические потери обусловлены нагревом обмоток при прохождении по ним тока. При проектировании трансформатора потери рассчитываются следующим образом: , где - число фаз трансформатора. Для изготовления трансформатора эти потери определяются опытным путём, измеряя мощность короткого замыкания при номинальных токах в обмотках по формуле: . Эти потери являются переменными.

.

Кроме того эти потери называют потерями в меди, то есть в медных проводах обмотки.

Магнитные потери происходят главным образом магнитопроводе. Причина их лежит в систематическом перемагничивании магнитопровода переменным магнитным полем. Магнитные потери определяются по формуле: , где - потери вследствие гистерезиса; - потери вследствие вихревых токов.

При неизменно первичном напряжении, то есть , и при неизменной частоте, то есть магнитные потери не зависят от нагрузки трансформатора.

При изготовлении трансформатора магнитные потери определяют в опыте холостого хода при номинальном первичном напряжении. При проектировании трансформатора магнитные потери определяются по значению удельных магнитных потерь на килограмм тонколистовой электротехнической стали при определённом значении магнитной индукции и частоте перемагничивания .

Магнитные потери называются потерями в стали.

Таким образом, общие потери можно определить по формуле: , где величина определяется в опыте холостого хода; величина определяется в опыте короткого замыкания.

Коэффициент полезного действия: , где - мощность, поступающая в нагрузку; - мощность, поступающая из сети в первичную нагрузку.

Коэффициент полезного действия силовых трансформаторов составляет 90-95 процентов, поэтом коэффициент полезного действия силовых трансформаторов рассчитывают косвенным путём по данным опытов холостого хода и короткого замыкания.

;

; ;

;

, следовательно, , то есть потери в стали равны потерям в меди. Тогда: .

Для силовых трансформаторов оптимальный коэффициент трансформации лежит в следующих пределах .

Трёхфазные трансформаторы.

Всё полученное ранее для однофазного трансформатора можно применить для каждой фазы трёхфазного трансформатора. В случае симметричной нагрузки трёхфазные трансформаторы изготавливают мощностью до , то есть они применяются в установках средней и небольшой мощности.

Устройство трёхфазного трансформатора.

На каждом стержне трёхстержневого магнитопровода размещены первичные и вторичные обмотки, относящиеся к одной и той же фазе. В данном случае обмотки высшего и низшего напряжения соединены звездой. Применяют и другую систему, когда обмотки высшего напряжения соединены звездой, а обмотки низшего напряжения соединены треугольником.

Необходимо знать начала и концы обмоток. Начала обмоток высшего напряжения обозначаются заглавными буквами , и , а концы – заглавными буквами , и . Начала обмоток низшего напряжения обозначаются прописными буквами , и , а концы – прописными буквами , и .

Маркировка зажимов обмоток, расположенных на одном стержне выполняется так, чтобы индуцированные магнитным поток МДС совпадали по фазе.

Например:

Если у одной из обмоток поменять начало и конец, то индуцированные магнитными потоками МДС будут прямопротивоположенными по фазе.

Электротехника и электроника