Лекция № 7

Переходные процессы в трансформаторах.

До этого времени мы рассматривали работу тр-ров в установившемся режиме, тогда I,U,ЭДС и Ф=const.

Переходные процессы - это переход тр-ра из одного устойчивого состояния в другое. Каждый установившийся режим характеризуется энергией электромагнитных полей. Поэтому в течение переходного процесса происходит изменение энергии электромагнитных полей, что сопровождается в магнитопроводе изменением Ф₁ а в обмотках – броском тока и напряжения.

Наибольший практический интерес представляют переходные процессы при включении тр-ра и КЗ тр-ра на вторичной обмотке.

а) при включении в сеть результат Ф=Ф_уст+ф_пер±Ф_ост

Ф_пер – магнитный поток переходного процесса затухающий и постоянный по напряжению.

Ф_ост - магнитный поток остаточного магнетизма (может быть согласовано с Ф_уст т.е. с “+” или встречно, т.е. “-”)

Ф_уст – установившийся магнитный поток

Наиболее неблагоприятный случай включения, при мгновенном U₁=0 и когда Ф_уст встречно Ф_уст

При этом Ф_уст будет максимальным, т.к. он отстаёт от U на угол 90°.

Ф_рез наибольшее, значит

Через ≈ (180°).

а) Если магнитный поток не наивысший, то i≡Ф_уст , если наивысший, то i≡2Ф_уст (а при неблагоприятном в 6-8 раз от I_1н))

Т.к. длительность переходного процесса невелика и не превосходит нескольких периодов равное 3-4 Т , то I_вкл не представляет опасности для трансформаторов ( но надо регулировать аппаратуру защиты, чтобы в момент включения не произошло её отключение от сети). Надо бросок тока учитывать при наличии чувствительных

измерительных приборов в первой цепи (надо шунтировать их боковые обмотки).

б) Внезапное КЗ на зажимах вторичной обмотки (из-за повреждений, или неправильных действиях обслуживающего персонала - это аварийный режим который может привести к разрушению трансформатора).

При внезапном КЗ во вторичной обмотке большой ток i_k=i_kуст+i_kпер

Самый неблагоприятный случай когда U₁=0 (мгновенное переменное напряжение)

Ударный ток КЗ может в 2 раза превышать i_kуст (т.е. в 20-40 раз превышать I_2H)

Время переходного процесса у тр-ров малой мощности ≈1Т, и у тр-ров большой мощности 6-8 периодов.

З ащита отключает, но все равно последствия:

i_k – вызывает нагрев, что может повредить изоляцию

i_k – вызывает электромагнитные силы, которые механически разрывают обмотки.

F=Bi

F – уд. электромагнитная сила ;

i – ток в витке, В – магнитная индукция. Но с увеличением i увеличивается и В поэтому F≡i² (и это разруш.)

Специальные трансформаторы

Трех обмоточный трансформатор

Используют на тр-ных подстанциях если надо не только U₂, но и U₃ (вместо двух двухобмоточных).

Изменяя I₂ изменяется и U₂ и U₃.

I₁= - (I₂^/+ I₃^/), если I₀

ГОСТ 401-41 предусматривает группы соединений:

Y₀/Y₀/∆-0-11 3-х фазные и I/I/I/ - 00 - однофазные

Y₀/∆/∆-11-11 трансформаторы

Мощность определяется мощностью первичной обмотки.

По такому же принципу устроены и многообмоточные тр-ры, применяемые в устройствах радио, связи и автоматики.

А втотрансформатор

Имеет одну обмотку, общая для первичной и вторичной

I₁₂=I₂-I₁ (ток в общей части обмотки равен разности токов).

Это позволяет обмотку aX выполнить из провода меньшего сечения.

S₁=I₁U₁; S₂=I₂U₂

S₁≈S₂=S_пр (проходная мощность)

В обычном тр-ре S=S_{проходной} , а здесь кроме магнитной и электрической связи поэтому расчетная мощность S_расч состоит лишь часть проходной S_расч=U₂I₁₂<S_пр и магнитопровод можно делать меньшего сечения, чем у тр-ров равной мощности

S_пр=U₂I₁=U₂(I₁+I₁₂)=U₂I₁+U₂I₁₂=S_Э+S_расч

Т .е у ЛАТР меньше всё (медь и сталь) выше КПД, меньше стоимость.

K_A=

Т.е. при K_A≤r выгодно ЛАТР.

С увеличением K_A не достаточно:1) Большие i_K при пониженом ЛАТРе (a и X замыкаются и всё U₁ к А-а).

2) Электрическая связь ВН и НН (надо лучшую изоляцию)

3) При заземлении что между землей и НН ≈ что ВН

Используется как однофазный так и трехфазный.

Если РНО и РНТ

1ф 3ф

регуляторы напряжения

3-х фазный латр

Трансформатор для электродуговой сварки

Он представляет собой однофазный понижающий тр-р, преобразующий 220 или 380В в 60-70В, необходимых для устойчивого горения дуги. Т.к. R дуги мало, то он работает в режиме близком к КЗ. Для ограничения тока во вторичную цепь включают работ. катушку РК.

U₂

U_2д

₂ < ₁

I_min I_max

I₂

И змерительные тр-ры тока и напряжения

U_1ном; U₂=100B I_1ном; I₂=5A

U₁=K_нU₂ I₁=K_тI₂

U₂= 100В

Трансформатор тока

Трансформатор напряжения(режим хх) (работает в режиме К.З.)

при U₁>220В

Т рансформатор для преобразования числа фаз переменного тока

Используется для преобразования переменного

тока в постоянный, а также при питании

электрических установок и в ряде других случаев.

Пример преобразования трехфазного в

шестифазную (и в 12ти фазную)

Трехфазный трансформатор как стабилизатор напряжения

Для поддержания напряжения в цепях различных эл. технических устройств употребляются:

а )ферромагнитные стабилизаторы насыщенного (типа без емкости), в которых используется явление насыщенности ферромагнитного сердечника

б)феррорезонансные (с емкостью) принцип феррорезонансных токов)

U₁

Тр-ры для преобразования частоты

Н аиболее широкое применение получили тр-ры, при которых можно удвоение или утроение частоты (можно и в большее число раз, но это экономически не выгодно, т.к затраты материалов)

Принцип: при Y (1й обмотки) 3^и гармонично уравновешиваются, но Ф₃ несинусоидально и наводит е₃, которая сдвигается по фазе.

Их сумма равна, т.е 3U₃ а 1^е гармонично сдвигаются на 120^о. Их .

П ик- тр-ры

U₂

Ф₁

U₁

Используются для зажигания дуги в управляемых приборах.

Принцип: сердечник сильно насыщен Ф в течении ½ T=const и изменяется при переходе через 0 вот тогда e = - пик U₂.

Реакторы и реактивные катушки

Это тр-р без 2й обмотки, для токоограничений (бывают 1ф и 3ф)

Они могут быть регулируемыми (либо витками , либо зазором, как в свар. тр-ре)

32