Книги / элмех2000

Порядок построения диаграммы следующий. Из точки О радиусом OA U1 проводим окружность U1, затем из точки О проводим луч - U2 под углом 2 к оси ординат.

Треугольник к.з. пристраиваем к оси абсцисс (треугольник OA C ). Затем сторону этого

треугольника A C переносим параллельно самой себе так, чтобы один ее конец касался окружности U1 (точка А), а другой -

луча - U2 (точка С). Тогда, про-

ведя ОА, получаем вектор U1, а

отрезок ОС дает вектор U2 . По-

сле этого к стороне треугольника АС пристраиваем другие его стороны СВ и ВА.

3.5Изменение вторичного напряжения

При изменениях нагрузки трансформатора его вторичное напряжение U2 меняется. В этом можно убедится, воспользо-

вавшись упрощенной схемой замещения трансформатора, из которой следует, что

U2 U1ном I1zk .

Изменение вторичного напряжения трансформатора при переходе х.х. до номинальной нагрузки является важнейшей характеристикой трансформатора и определяется выражением

Uном U1ном U2 100 (3.20)

U1ном

Для определения величины Uном воспользуемся упро-

щенной векторной диаграммой трансформатора, сделав на ней следующее дополнительное построение. Из точки А отпустим

перпендикуляр АД продолжение вектора U2 . С некоторым пропущением будем считать, что отрезок ВД представляет собой

разность U1ном U2 ВД ВF FД ,

где ВF Uк.а cos 2 ; FД Uк.р sin 2 ,

тогда

84 Трансформаторы Ч. III

ходуется на электрические потери, связанные с нагревом первичной обмоткиPэ1 I12r1.

Оставшаяся мощность посредством магнитного поля передается вторичной обмотке, частично расходуясь при этом на магнитные потери Рм, которые складываются из потерь на вихревые токи Рвх и на перемагничивание (гистерезис) Рг, величина этих потерь пропорциональна активной составляющей тока х.х. Pм E1Iоа . Оставшаяся после этого активная мощность полно-

стью поступает во вторичную цепь и называется электромагнит-

К.п.д. трансформатора выше, чем электрических машин, что частично объясняется отсутствием механических потерь. Даже в трансформаторах мощностью, измеряемой сотнями кВА, к.п.д. достигает значения 98-99%.Поэтому определение к.п.д. трансформаторов с достаточной мощностью возможно лишь косвенным методом - путем определения потерь по результатам опытов х.х и к.з. Метод непосредственного определения к.п.д. путем измерения активных мощностей P1 и P2 дает значитель-

ную ошибку из-за погрешностей измерения.

Магнитные потери Рм определяются мощностью х.х. при номинальном подведенном напряжении Ро ном. Следует отметить, что магнитные потери меньше Ро ном на величину потерь на на-

грев первичной обмотки в режиме х.х.(Pм Pо.ном Iо2.номr1).Однако значения Iо.ном обычно невелики, а поэтому величина I2о.номr1 на-

столько мала по сравнению с Pо.ном , что ею пренебрегают, считая

Pо Pо.ном .

Магнитные потери зависят от частоты переменного тока (Pм f1,3 ) и магнитной индукции (Pм B2 ). При неизменном пер-

вичном напряжении магнитные потери от нагрузки не зависят, а поэтому их называют постоянными.

Электрические потери, т.е. потери в обмотках трансформатора, связанные с их нагревом, называют переменными, так, как величина этих потерь прямо пропорциональная квадрату тока в обмотках. Как установлено, в 3.3 величина электрических потерь принимается равной потерям к.з.

Если известна мощность РК.НОМ при номинальных токах, то электрические потери при любой нагрузке

где Sном mI2номU2 - номинальная мощность трансформатора,

ВА; m - число фаз трансформатора, для трехфазового трансформатора m=3

В итоге получаем

Величина к.п.д. трансформатора зависит от величины нагрузки (β) и ее характера (cos 2 ). Макси-

мальное значение к.п.д. соответствует такой нагрузке, при которой магнитные потери равны электри-

86 Трансформаторы Ч. III

4.Трехфазный трансформатор

4.1Конструкция трехфазного трансформатора

Трансформирование трехфазной системы напряжений можно осуществить тремя однофазными трансформаторами, соединенными в трансформаторную группу. Однако относительная громоздкость, большой вес и повышенная стоимость являются недостатками трансформаторной группы, поэтому она применяется только в установках большой мощности с целью уменьшения веса и габаритов единицы обо-

рудования, что важно при его монтаже и транспортировке (рис III- 4.1).

В установках мощностью примерно до 60 000 кВА обычно применяют трехфазные трансформаторы, у которых обмотки расположены на трех стержнях, объединенных в общий магнитопровод двумя ярмами

(рис. III-4.2).

симметрии трех стержневого магнитопровода, т.е. уменьшения магнитного сопротивления потокам крайних фаз, сечение ярем делают на 10-15% больше сечения стержней, что уменьшает их магнитное сопротивление.

88 Трансформаторы Ч. III

пример, группа соединения 5 указывает, что вектор э.д.с. НН отстает по фазе от вектора э.д.с. ВН на угол 5·300=1500.

Для лучшего понимания принятого обозначения групп соединения пользуются сравнением с часами. При этом вектор э.д.с. обмотки высшего напряжения соответствует минутной стрелке, установленной на цифре 12, а вектор э.д.с. обмотки низшего напряжения – часовой стрелке.

Применение разных способов

соединения обмоток в трехфазных трансформаторах можно создать двенадцать различных групп соединения. Рассмотрим в качестве примера схему соединений «звезда-звезда». Векторные диаграммы э.д.с. показывают, что сдвиг между линейными э.д.с.

E1 (АВ) и E2 (ав) в данном случае равен нулю. В этом можно убе-

диться, совместив точки А и а при наложении векторных диаграмм э.д.с. обмоток ВН и НН.

Следовательно, при указанных схемах соединения бмоток имеет место группа 0; обозначается –0. Если же на стороне НН в нулевую точку соединить зажимы а,в и с, а снимать э.д.с. с зажимов X, Y и Z, то э.д.с. E2 (а в) изменит фазу на 180 и трансфор-

матор будет принадлежать группе 6 ( / -6).

При соединении обмоток «звезда/треугольник», показанном на рис III-4.6, имеет место группа 11 ( / - 11). Если же поменять местами начала и концы фазных обмоток НН, то

вектор E2 (а в) повернется на 180 и трансформатор будет

относиться к Рисунок III-4.6 группе 5 ( / - 5).

ГОСТ 11677–65 определяет схемы и группы соединения, применяемые для силовых двухобмоточных трансформаторов общепромышленного назначения.

Путем соединения обмотки НН в зигзаг в сочетании с соединением обмотки ВН в звезду или треугольник можно получить практически любой угол сдвига фаз между э.д.с. обмоток ВН и НН. Этого достигают разделением обмотки НН на две части с различным соотношением витков в этих частях, а следовательно,

ис различным значением угла.

4.4Явления, возникающие при намагничивании магнитопроводов трансформаторов

Допустим, что к первичной обмотке трансформатора подведено синусоидальное напряжение. При этом поток в магнитопроводе не будет синусоидальным.

Однако вследствие магнитного насыщения магнитный поток при синусоидальном потоке Ф намагничивающий ток iр является

несинусоидальным. Для определения формы кривой этого тока iор f(t) воспользуемся кривой намагничивания магнитопровода

и f(iор ) графиком изменения потока f(t).

На рис. III- 4.7 дано построение графика намагничивающего

чивания (iор) ма-

териала магнитопровода. Для получения графика намагничивающего тока х.х. iор f(t) расположенного в правом нижнем

квадранте, поступают следующим образом. На графике (t) вы-

бирают ряд точек (1,2,3),проектируют их на кривую намагничивания и определяют значения намагничивающего тока, соответствующие выбранным значениям магнитного потока. Затем проводят вертикальные линии через точки 1,2,3 на оси iор в правый

нижний квадрант с горизонтальными линиями, проведенными из

а) первые гармонические э.д.с.в фазах А, В и С образуют симметричную трех лучевую звезду с порядком следования фаз

EА1 EВ1 EC1

б) третьи гармонические э.д.с. и соответственно гармонические, кратные трем, во всех фазных обмотках совпадают по фазе и, следовательно, независимо от способа соединения обмоток направлены в каждой фазной обмотке либо от ее начала к ее концу, либо в обратном направлении;

в) пятая и седьмая, гармонические э.д.с. образуют такие же, как первая

гармоническая, симметричные трех лучевые звезды, но по сравнению с первой пятая гармоническая имеет обратный порядок

следования фаз EА5 EC5 EВ5 , а седьмая гармоническая - тот

же порядок следования фаз, что и первая. В общем случае гармонические порядка 3c+1, где любое c- любое четное число, имеют тот же порядок следования фаз, что и первая гармоническая, получаемая при c=0, а гармонические порядка 3c-1 - обратный порядок.

4.6 3-я гармоника в трансформаторе при соединении его обмоток по способу Y/Y – 12

При изучении режима холостого хода однофазного трансформатора мы видели, что при подведенном синусоидальном напряжении кривые первичной э.д.с. и основного потока синусоидальны, а кривая тока содержит наряду с первой гармонической сильно выраженную третью гармоническую.

Возьмем теперь трансформаторную группу, состоящую из трех одинаковых однофазных трансформаторов, обмотки которых соединены по способу Y/Y - 12.

Основное, что отличает работу при холостом ходе такой трансформаторной группы от работы при холостом ходе однофазного трансформатора состоит в том, что в ней нет третьих гармонических тока. Это непосредственно вытекает из сказанного ранее. Аналогично формулам (4.1), (4.2) для третьих гармонических тока имеем: