Машины 4 семестр / Зачетные вопросы / Трансформаторы / Transformatory

1. На каком законе физики основан принцип действия трансформатора?

Принцип действия трансформаторов основан на явлении взаимной индукции: переменное магнитное поле тока в первичной обмотке вызывает появление ЭДС индукции во вторичной обмотке

2. Закон электромагнитной индукции. Формула. Определение.

Электродвижущая сила индукции прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока.

3. Чем отличается стержневой трансформатор от бронестержневого?

Стержневой имеет 2 ярма, бронестержневой – развитой ярмо, которое частично закрывает обмотки.

4. Будет ли работать трансформатор, если стальной сердечник заменить на деревянный? Пояснить.

Будет

5. Почему сердечник набирается из стальных листов, а не делается сплошным?

Если его делать сплошным, то при подаче переменного тока в сердечнике будет переменное магнитное поле, которое приведет к электрическому полю. Значит, так как сердечник сплошной, то возникнут токи, а следовательно, будут дополнительные потери энергии. Если его сделать не сплошным, то этим мы будем препятствовать возникновению токов, уменьшим потери энергии.

6. Какие функции выполняет трансформаторное масло?

1) Охлаждение обмоток и магнитопровода трансформатора.

2) Повышает электрическую прочность изоляции обмоток трансформатора, предотвращает увлажнение изоляции и потерю изоляционных свойств под влиянием атмосферных воздействий.

7. Для чего служит первичная обмотка в трансформаторах?

Для создания переменного магнитного потока (при подключении к сети в первичной обмотке возникает переменный ток, который создает переменный магнитный поток, который, в свою очередь индуцирует в обеих обмотках переменные ЭДС).

8. Уравнение трансформаторной ЭДС. Формула.

f – частота приложенного напряжения

w - количество витков обмотки

Ф_m – Амплитуда магнитного потока

9. Коэффициент трансформации. Формула.

Е_ВН – ЭДС обмотки высшего напряжения

+Е_НН – ЭДС обмотки низшего напряжения

w_ВН – число витков обмотки высшего напряжения

w_НН – число витков обмотки низшего напряжения

10. Почему при включении трансформатора на холостом ходу переходный ток может превышать установившийся ток холостого хода в десятки раз?

Переходные процессы в трансформаторе возникают при любом изменении нагрузки или напряжения сети. Во время переходных процессов токи трансформатора могут во много раз превышать их номинальные значения, что может привести к недопустимому возрастанию электромагнитных сил, действующих на обмотки, и температуры обмоток

11. Поток рассеяния. Определение. Поток, образованный замыканием магнитных линий по немагнитной среде, не принимающий участия в трансформировании энергии.

(Основной магнитный поток пронизывает витки как первичной, так и вторичной обмоток. Некоторая часть магнитных линий замыкается по немагнитной среде, образуя потоки рассеяния первичной и вторичной обмоток.

12. Уравнение первичного напряжения трансформатора. Формула.

Уравнение напряжения первичной обмотки:

,

где U₁   – комплекс напряжения на первичной обмотке;

Е₁   – комплекс ЭДС первичной обмотки;

I₁    – комплекс тока первичной обмотки;

r₁    – резистивное сопротивление первичной обмотки;

X₁   – индуктивное сопротивление рассеивания первичной обмотки.

13. Уравнение вторичного напряжения трансформатора. Формула.

,

где U₂   – комплекс напряжения на вторичной обмотке;

Е₂   – комплекс ЭДС вторичной обмотки;

I₂    – комплекс тока вторичной обмотки;

r₂    – резистивное сопротивление вторичной обмотки;

X₂   – индуктивное сопротивление рассеивания вторичной обмотки.

14. Уравнение токов однофазного двухобмоточного трансформатора. Формула.

Уравнение токов:

,

где I_x  – ток холостого хода трансформатора.

15. Что означает приведенный трансформатор?

Приведенный трансформатор – это трансформатор, который оказывает на цепь такое же влияние, как реальный трансформатор, но коэффициент трансформации его равен единице.

16. Угол сдвига фаз между ЭДС и магнитным потоком. Число.

сдвиг фаз между E и Ф м = равен 90°

17. Что определяет намагничивающий ток?

величина намагничивающего тока и его форма в значительной степени определяются магнитными свойствами магнитопровода трансформатора, которые зависят от величины индукции в стали. При увеличении насыщения магнитопровода намагничивающий ток резко возрастает.

Намагничивающий ток-является главной составляющей тока Х.Х. Этот ток является Реактивным I_р .

18. Почему нельзя разрывать вторичную обмотку трансформатора тока?

Следует отметить, что размыкание цепи вторичной обмотки трансформатора тока недопустимо. Трансформатор переходит в режим х.х. и его результирующая МДС, в рабочем режиме равная  , становится  (рис. 3.34, в). В резуль­тате резко (в десятки и сотни раз) возрастает магнитный поток в магнитопроводе, а индукция в нем достигает значения В>2 Тл, что приводит к сильному возрастанию магнитных потерь в стали; при этом трансформатор может сгореть. Еще большую опасность представляет резкое повышение напряжения на зажимах вторичной обмотки до нескольких сотен и даже тысяч вольт. Для предотвращения режима холостого хода при отключении приборов следует замыкать вторичную обмотку трансформатора тока накоротко.

19. Угол сдвига фаз между намагничивающим током и магнитным потоком. Число.

Намагничивающий ток , т.е. реактивная составляющая  I_р, совпадает по фазе с магнитным потоком в сердечнике

сдвиг фаз между  составляющими . активной I_а и I_р равен 90°

20. Форма намагничивающего тока трансформатора в режиме насыщения. График.

Е сли магнитопровод трансформатора не насыщен, то намагничивающий ток  −синусоидальный,если магнитопровод насыщен, то ток  несинусоидальный. Но в любом случае намагничивающий ток совпадает по фазе с магнитным потоком  . Внасыщенном трансформаторе ток определяется по кривойнамагничивания   представленной на рис.2.3 в первом квадранте.

21. Чем определяется активная составляющая тока холостого хода?

Активная составляющая тока холостого хода идет на покрытие потерь мощности

(14.4)

Активная составляющая тока холостого хода I_0а = I₀cosφ₀ зависит от потерь холостого хода  . ПрактическиI₀  I_c. Активная составляющая I_cа, как указывалось, определяется потерями .

Таким образом, активная составляющая тока холостого хода

,         

где  , и ток холостого хода

.         

22. Чем отличаются постоянные потери в трансформаторе от переменных?

В работающем трансформаторевсегда имеются как магнитные, так и электрические потери. Магнитные потери в трансформаторе слагаются из потерь на вихревые токи и гистерезис:

Величина этих потерь зависит от напряжения U₁ и магнитной индукции В. Можно считать, что при U₁ = const, р_он= В₂. Они не зависят от нагрузки, то есть являются постоянными.

Электрические потери в обмотках, наоборот, переменные, то есть:

+где р_кн — соответствует потерям при коротком замыкании трансформатора.

23. Что делают, чтобы уменьшить потери на вихревые токи?

Для уменьшения потерь на вихревые токи

1. магнитопроводы трансформаторов и других электромагнитных устройств изготавливают не из сплошных масс, а из отдельных пластин, изолированных друг от друга.

2. магнитопроводы составляют из листов высоколегированной стали, удельное электрическое сопротивление которой значительно больше, чем обычной стали.

24. Что делают, чтобы уменьшить потери на гистерезис?

Чтобы уменьшить потери на гистерезис, Необходимо снизить индукцию B_т, - при этом увеличивая число витков первичной обмотки трансформатора и площадь сечения сердечника

25. От чего зависят потери на гистерезис?

потери на гистерезис зависят

1. от свойств перемагничиваемого материала магнитопровода.

2. от частоты перемагничивания

3. величины наибольшей магнитной индукции

26. Как определить потери в магнитопроводе? Пояснить опыт.

Магнитные потери – это потери мощности в магнитопроводе на гистерезис и на вихревые токи.

–потери холостого хода (постоянные потери)

27. Как определить потери в обмотках? Пояснить опыт.

При номинальном режиме в двухобмоточном трансформаторе электрические потери

+

В автотрансформаторе суммарные потери на участках Aа и ах

или

В автотрансформаторе I_Аа = I₁поэтому сечения проводов в первичной обмотке двухобмоточного трансформатора и на участке Ааавтотрансформатора одинаковы, а сопротивление R_Aa<R₁:

На участке ах автотрансформатора проходит ток I_ах = I₂ (1 —1/k), поэтому сечение провода на этом участке можно выбрать меньшим, чем во вторичной обмотке двухобмоточного трансформатора, и пропорциональным отношению токов, проходящих по участку ахи вторичной обмотке:

Таким образом, из формул (2.76) и (2.77) следует, что

Следовательно, отношение электрических потерь в автотрансформаторе и двухобмоточном трансформаторе

Формула (2.79) показывает, что потери мощности в автотрансформаторе меньше, чем в двухобмоточном трансформаторе.

28. Т- образная схема замещения трансформатора

Т-образная

+

29. Г- образная схема замещения трансформатора

Г-образная(упрощенная)

30. В приведенном трансформаторе чему равен коэффициент приведения для Е2 и U2?

Приведенный трансформатор- трансформатор, вторичная обмотка которого приведена к первичной (количество витков вторичной = кол-ву витков первичной)

31. В приведенном трансформаторе чему равен коэффициент приведения для I2?

32. В приведенном трансформаторе чему равен коэффициент приведения для R2 и X2?

33. Как определить опытным путем параметры схемы замещения Rо и Xо?

34. Как определить опытным путем параметры схемы замещения Rк и Xк?

35. Построить векторную диаграмму идеализированного трансформатора.

36. Построить векторную диаграмму реального трансформатора.

37. Напряжение Uкз%. Формула.

38. Как по напряжению Uкз%. определить установившийся ток короткого замыкания?

39. Чем отличается ударный ток КЗ от установившегося тока КЗ?

Ударный ток больше установившегося значения тока короткого замыкания примерно в 1,5—1,8 раза

40. Внешняя характеристика трансформатора при активно-индуктивной нагрузке. График.

41. Внешняя характеристика трансформатора при активно-емкостной нагрузке. График.

активно-индуктивной нагрузке

42. В каких пределах регулируют напряжение в мощных трансформаторах?

В промышленности выпускают трансформаторах с регулированием напряжения под нагрузкой для всех мощностей от 63 до 200 000 кВ*А с пределами регулирования +-(10…16)%

43. Что означает регулирование напряжения ПБВ и РПН? Пояснить.

Переключение ответвлений обмоток w₁ иw₂ может осуществляться при отключении трансформатора от первичной и вторичной сетей (переключение без возбуждения ПБВ) или под нагрузкой (регулирование под нагрузкой РПН).

Регулирование ПБВ применяют в масляных и сухих силовых трансформаторах общепромышленного назначения, а также в трансформаторах для вентильных преобразователей. Напряжение регулируют на +5% от U_ном ступенями по 2,5%, т. е. трансформатор имеет пять ступеней регулирования.

 В трансформаторах небольшой мощности используют три ступени регулирования напряжения (4-5; 0; —5%). В силовых трансформаторах большой мощности обычно напряжение регулируют на стороне ВН. Это позволяет упростить конструкцию переключателя ответвлений, так как токи в обмотке ВН меньше, чем в обмотке НН. Число витков обмотки ВН больше, чем обмотки НН, вследствие чего изменение числа витков на 1,25...2,5% можно осуществлять с большей точностью. В трансформаторах, для вентильных преобразователей, часто напряжение регулируют на стороне НН; при этом переключающую аппаратуру выполняют на большие токи, что сильно усложняет ее конструкцию.

РПН. Большое значение имеет возможность регулирования напряжения трансформаторов без перерыва нагрузки. Потребность в таких трансформаторах быстро возрастает

При использовании этого способа регулирования необходимо:

1) обеспечить переход с одного ответвления на другое без разрыва тока, для чего в некоторый момент времени должны быть включены два соседних ответвления;

2) ограничить ток короткого замыкания (ток к. з.) в части обмотки трансформатора, расположенной между этими ответвлениями при одновременном их включении.

44. Как КПД трансформатора зависит от коэффициента нагрузки? Формула.

Построим зависимость КПД от нагрузки. При β= 0 полезная мощность и КПД равны нулю. С увеличением отдаваемой мощности КПД увеличивается, так как уменьшается удельное значение магнитных потерь в стали, имеющих постоянное значение. При некотором значении (β_опткривая КПД достигает максимума, после чего начинает уменьшаться с увеличением нагрузки. Причиной этого является сильное увеличение электрических потерь в обмотках, возрастающих пропорционально квадрату тока.

45. При каком условии КПД трансформатора максимален?

Максимальное КПД в трансформаторах большой мощности достигает весьма высоких пределов (0,98...0,99).

+β_опт, при котором КПД имеет максимальное значение, можно определить, взяв первую производную dη/dβ по формуле и приравняв ее нулю. КПД имеет максимум, когда электрические потери в обмотках равны магнитным потерям в стали.

46. Оптимальный коэффициент нагрузки, при котором КПД трансформатора максимален. Формула.

Оптимальный коэффициент нагрузки, при котором КПД трансформатора максимален. Формула.

47. Какие схемы соединения обмоток применяются в 3-х фазных трансформаторах?

Трехфазные трансформаторы могут быть соединены по схемам «звезда», «звезда с выведенной нулевой точкой», «треугольник» или «зигзаг с выведенной нулевой точкой».

48. Группа соединения трансформатора. Определение.

Трансформаторы делят на группы в зависимости от сдвига по фазе между линейными напряжениями, измеренными на одноименных зажимах

49. Y/∆ - 11. Чему равен угол сдвига фаз между первичными и вторичными линейными напряжениями? Число.

В обозначении Y/∆— 11 первый значок Y показывает, что обмотка высшего напряжения соединена звездой. Второй значок ∆ показывает, что обмотка низшего напряжения соединена треугольником. Числа 11 и 12 показывают угловое смещение векторов линейных напряжений обмоток высшего и низшего напряжений. Оно соответствует углу сдвига в сторону вращения стрелки часов между векторами линейных напряжений первичной и вторичной обмоток, принимая за единицу угла угол в 30°. Так, при угле сдвига в 330° группа соединения будет 330 : 30 = 11.

50. Y/Y - 6. Чему равен угол сдвига фаз между первичными и вторичными линейными напряжениями? Число.

180⁰

51. Условия, при которых трансформаторы можно соединять параллельно?

Условия включения на параллельную работу.

Необходимо, чтобы при холостом ходе в обмотках не возникали уравнительные токи и чтобы нагрузка распределялась между обоими трансформаторами в соответствии с их номинальной мощностью.

Первое условие – равенство вторичных ЭДС, т. е. вторичных напряжений холостого хода. Предполагается, что трансформаторы подключены к одной и той же первичной сети.

Второе условие - совпадение по фазе вторичных ЭДС, с тем чтобы их векторная разность равнялась нулю.

52. Почему нельзя соединять параллельно трансформаторы с большой разницей коэффициентов трансформации?

При этом трансформаторы должны иметь одинаковые коэффициенты трансформации. Допускается параллельная работа силовых трансформаторов, имеющих различие в коэффициентах трансформации не более 0,5%, а для трансформаторов с k>3 — не более 1%. При таком различии уравнительный ток незначительный.

53. Почему нельзя соединять параллельно трансформаторы с разными группами соединений?

Для этого параллельно работающие трансформаторы должны принадлежать к одной группе соединений При невыполнении этого условия между одноименными зажимами вторичных обмоток возникает разность ЭДС. При неравенстве Е20I и Е20II параллельно работающих трансформаторов (их вторичных напряжений при холостом ходе) возникает уравнительный ток. Этот ток вызывает циркуляцию мощности от одного трансформатора к другому, а следовательно, неравномерную нагрузку трансформаторов, сопровождающуюся увеличением потерь и нагрева. Уравнительный ток:

54. Почему нельзя соединять параллельно трансформаторы с большой разницей напряжений КЗ?

Если ик не равны, то перегружается трансформатор с меньшим значением uк, т. е. с меньшим сопротивлением Zк. В этом случае придется уменьшить общую нагрузку всей группы параллельно работающих трансформаторов, т. е. установленная мощность трансформаторов недоиспользуется.

55. Автотрансформатор. Определение.

Автотрансформатором называют такой трансформатор, у которого обмотка низшего напряжения электрически (гальванически) связана с обмоткой высшего напряжения.

56. Проходная мощность автотрансформатора. Что это?

В автотрансформаторе различают проходную мощность Snp, передаваемую из первичной цепи во вторичную и далее нагрузке

57. При каких коэффициентах трансформации выгодно использовать автотрансформатор?

Автотрансформаторы большой мощности редко применяют при k>2 во избежание возникновения опасных перенапряжений во вторичной цепи при появлении атмосферных и коммутационных перенапряжений в первичной цепи (в линиях электропередачи).

58. Для чего служат измерительные трансформаторы?

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ

1. ИТ используют для подключения электроизмерительных приборов в цепи переменного тока высокого напряжения,

2. ИТ позволяют расширять пределы измерения приборов

3. ИТ служат для подключения к цепям высокого напряжения обмоток реле, обеспечивающих защиту электрических установок от аварийных режимов.

59. В каком режиме работает трансформатор напряжения?

Нормальным режимом работы измерительного трансформатора напряжения является режим холостого хода.

60. В каком режиме работает трансформатор тока?

Трансформатор тока работает в

режиме КЗ.

Размыкание цепи вторичной обмотки трансформатора тока недопустимо! Трансформатор переходит в режим х.х. Резко возрастает магнитный поток, следовательно значительно возрастают магнитные потери в стали. Трансформатор может сгореть.