Контрольные вопросы

1. Объясните принцип действия трансформатора.

2. Какие типы магнитопроводов, применяемых в трансформаторах, вы знаете? Зачем нужен стальной сердечник?

3. Какие типы обмоток применяются в силовых трансформаторах?

4. Укажите известные вам способы охлаждения трансформаторов.

5. Что называется коэффициентом трансформации? Как определить K_т опытным путем?

6. Чем объяснить то, что в момент включения трансформатор гудит особенно сильно?

7. Как изменится ток холостого хода при увеличении зазора в местах стыка магнитопровода?

8. Изменится ли основной магнитный поток при увеличении магнитного сопротивления магнитопровода?

9. Объясните энергетическую диаграмму трансформатора.

10. Напишите основные уравнения трансформатора. Объясните, как связаны ЭДС Е₁ и Е₂ с потоком в сердечнике? (С токами в первичных и вторичных обмотках I₁ и I₂? Как, в свою очередь, связан поток в сердечнике с этими токами?)

11. Почему основной магнитный поток трансформатора остается практически постоянным при изменении I₂ от нуля до номинального значения?

12. Как изменятся потери в стали трансформатора при переключении первичной обмотки со «звезды» на «треугольник»?

13. Почему опыт холостого хода проводят, как правило, со стороны низкого напряжения? Какие величины и как вы будете изменять в опыте холостого хода?

14. Объясните, почему ток холостого хода несинусоидален при синусоидальном приложенном напряжении.

15. Объясните, чем обусловлена нелинейность кривой .

16. Какие потери имеют место в опыте холостого хода? Объясните зависимость .

17. Почему в режиме холостого хода значительно меньше, чем в номинальном режиме? Объясните зависимость .

18. Почему в режиме холостого хода трехстержневого трансформатора токи в фазах А и С отличаются от тока в фазе В (предполагается, что фаза В размещена на среднем стержне)?

19. Какие потери имеют место в режиме короткого замыкания? Объясните зависимость .

20. Сравните степень насыщения магнитной системы трансформатора в опытах холостого хода и короткого замыкания. Сравните характеристику с соответствующей ей характеристикой в опыте холостого хода.

21. Объясните зависимость .

22. Какие эксплуатационные свойства трансформатора можно оценить по величине U_к, U_ка, U_кр?

23. Как определить параметры схемы замещения по данным опытов холостого хода и короткого замыкания?

24. Объясните построение векторной диаграммы трансформатора. Как влияет характер нагрузки на выходное напряжение U₂?

25. Объясните особенности векторных диаграмм трансформатора в режимах холостого хода и короткого замыкания.

26. Как вы будете снимать внешние характеристики трансформатора? От чего зависит наклон внешних характеристик?

27. Как следует проводить опыт короткого замыкания, чтобы токи трансформатора не достигали опасных значений? Что называется напряжением короткого замыкания?

Лабораторная работа № 2

Параллельная работа трансформаторов

Параллельное включение нескольких трансформаторов широко применяется в энергетических системах. При параллельной работе в периоды малых нагрузок можно часть трансформаторов отключать, чем достигается уменьшение потерь энергии. При выходе из строя одного трансформатора остальные продолжают работать, а неисправный трансформатор может быть заменен резервным. При параллельном включении возможно также выведение трансформаторов в плановый или аварийный ремонт без какого-либо нарушения бесперебойного обеспечения потребителей электроэнергией. И, наконец, только при использовании параллельного включения ряда трансформаторов могут быть трансформированы те огромные мощности, которые требуется передавать на большие расстояния и многократно преобразовывать в современных энергосистемах.

Параллельной работой двух или нескольких трансформаторов называется такая их работа, при которой первичные обмотки всех трансформаторов подключаются к общим шинам питающей сети, а вторичные обмотки – к общим шинам потребителя (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Схема параллельной работы однофазных (а)

и трехфазных (б) трансформаторов

Для достижения наилучших условий параллельной работы трансформаторов необходимо, чтобы общая нагрузка подстанции распределялась между работающими трансформаторами пропорционально их номинальным мощностям. Такое распределение нагрузки достигается при соблюдении следующих условий:

1. равенства коэффициентов трансформации ( и т.д.);

2. равенства напряжений короткого замыкания ( и т.д.);

3. тождественности групп соединения обмоток трансформаторов.

Выясним влияние каждого из вышеупомянутых условий на примере двух однофазных трансформаторов.

Условие равенства коэффициентов трансформации. При одинаковых коэффициентах трансформации параллельно работающих транс-форматоров в режиме холостого хода обеспечивается равенство их вторичных ЭДС. При этом в замкнутом контуре, образованном вторичными обмотками трансформаторов, сумма ЭДС равна нулю и уравнительный ток не возникает.

В случае неравенства коэффициентов трансформации в контуре, образованном вторичными обмотками трансформаторов, появляется уравнительный ток (даже в режиме холостого хода). Направление уравнительного тока показано на рис. 2.1, а для случая понижающих трансформаторов при .

Уравнительный ток можно определить по формуле

.

Как видно из рис. 2.1, а, уравнительный ток в контуре вторичных обмоток «совпадает» по направлению с ЭДС и «противоположен» ЭДС . Складываясь с током нагрузки, уравнительный ток обусловливает неравномерную нагрузку трансформаторов, что приводит к недоиспользованию трансформатора с большим коэффициентом трансформации.

Если на параллельную работу включены трансформаторы разной мощности с разными коэффициентами трансформации, то желательно, чтобы трансформатор меньшей мощности имел больший коэффициент трансформации.

Согласно стандарту, для трансформаторов с коэффициентом трансформации K_т < 3 и трансформаторов собственных нужд подстанций допускается K = 1 %, для всех других трансформаторов отклонение от среднего значения не должно превышать 0,5 %, где

.

Условие равенства напряжений короткого замыкания. При параллельной работе трансформаторов первичные и вторичные напряжения совпадают как по величине, так и по фазе. Это означает, что падения напряжений в обоих трансформаторах должны быть равны, т.е. , где – токи первого и второго трансформаторов; – полные сопротивления короткого замыкания первого и второго трансформаторов.

Ток нагрузки распределяется между трансформаторами обратно пропорционально их сопротивлениям короткого замыкания:

.

Умножив обе части равенства на , получим

,

где I_н и I_н – номинальные значения токов соответственно для первого и второго трансформаторов.

Таким образом, при неравенстве напряжений короткого замыкания относительные значения токов трансформаторов распределяются обратно пропорционально напряжениям короткого замыкания.

Стандарт рекомендует, чтобы для параллельно работающих трансформаторов напряжения короткого замыкания имели отклонения от их среднего арифметического значения не более чем на 10 %.

Условие принадлежности трансформаторов к одной и той же группе соединений. При несоблюдении этого условия в замкнутом контуре, образованном вторичными обмотками, будет действовать разностная ЭДС, обусловленная сдвигом по фазе вторичных линейных напряжений трансформаторов. Под действием этой ЭДС в контуре появится уравнительный ток, значение которого будет минимальным, если группы трансформаторов отличаются на единицу, но и тогда уравнительный ток в несколько раз превышает номинальный. Поэтому включение на параллельную работу трансформаторов с различными группами соединения обмоток недопустимо.

Цель работы – знакомство с условиями параллельной работы трехфазных двухобмоточных трансформаторов, а также приобретение практических навыков в маркировке выводных концов обмоток и сборке определенной группы соединений обмоток трансформатора.