1. Трансформатори

Дану тему доцільно починати з вивчення електричного ланцюга однофазного струму, що містить котушку зі сталевим осердям, а потім переходити безпосередньо до вивчення трансформатора.

1.1. Коротка теоретична довідка

Розглядаючи фізичні процеси, що виникають у трансформаторі, слід звернути увагу на те, що при зміні навантаження трансформатора в широкому діапазоні (від холостого ходу до номінального режиму) магнітний струм може вважатися практично постійним і рівним магнітному потоку в режимі холостого ходу. Це визначає сталість втрат у сталі, які вимірюються у досліді холостого ходу.

У режимі "нормального" короткого замикання магнітний потік в осерді трансформатора настільки малий, що їм можна зневажити, таким чином, у такому режимі втрати в сталі трансформатора практично дорівнюють нулю, а втрати в міді (в обмотках трансформатора) дорівнюють утратам при номінальному навантаженні трансформатора. Значення струмів, напруг і потужностей, отримані з дослідів холостого ходу і короткого замикання, дозволяють визначити основні параметри трансформатора.

У паспорті трифазних трансформаторів дається номінальна потужність і потужність утрат усіх трьох фаз. Під номінальними напругами розуміють лінійні напруги на затисках трансформатора в режимі холостого ходу, а під номінальними струмами – лінійні струми незалежно від схеми з'єднання обмоток.

Після вивчення матеріалу студенти повинні:

1) знати основні елементи конструкції трансформатора; вирази для коефіцієнта трансформації; рівняння електричного і магнітного станів трансформатора;

2) розуміти: призначення дослідів холостого ходу і короткого замикання; сутність "приведення" параметрів вторинної обмотки трансформатора до первинної; причини, що викликають зміну напруги на вторинній обмотці трансформатора; принципи побудови векторних діаграм для різних навантажень;

3) уміти: аналізувати різні режими роботи трансформатора; читати паспорт трансформатора; вмикати приймачі й електровимірювальні прилади для визначення напруг, струмів і потужностей; передбачати наслідки комунікаційних змін у ланцюзі навантаження на електричний стан трансформатора.

Теорія трансформатора цілком поширюється на автотрансформатори і вимірювальні трансформатори. Тому при їх вивченні варто звернути увагу на сферу їхнього застосування й особливості роботи.

1.2. Приклад розв'язання задачі

Для трифазного трансформатора потужністю Sном = 100 кв А, з'єднання обмоток якого Y/Yо – 0, відомі: номінальна напруга на затисках первинної обмотки трансформатора Uном = 6000 В, напруга холостого ходу на затисках вторинної обмотки трансформатора U₂₀=400 В, напруга короткого замикання uк = 5,5 %, потужність короткого замикання Rк = 2400 Вт, потужність холостого ходу Р₀=600 Вт, струм холостого ходу I₀ = = 0,07 _Iном.

Визначити:

1) опір обмоток трансформатора R₁, X₁, R₂, X₂;

2) еквівалентний опір Z0 (опір ланцюга, що намагнічує) і його складові R0 і X0, якими заміняється магнітний ланцюг трансформатора;

3) кут магнітних утрат δ.

Побудувати характеристики трансформатора: 1) залежність напруги U₂ від навантаження U₂ = f(β) (зовнішня характеристика); 2) залежність коефіцієнта корисної дії від навантаження; η = f(β) β – коефіцієнт навантаження трансформатора (коефіцієнт потужності навантаження прийняти соs φ₂=0,75).

Побудувати векторну діаграму трансформатора при навантаженні, що складає 0,8 від номінальної потужності трансформатора S_ном і соs φ₂=0,75. Скласти Т-подібну заступну схему трансформатора.