Zagryadtskiy_elektr_mashiny_1

Остановимся на физическом смысле сопротивления rm . Это со-

противление вводится для того, чтобы учесть потери энергии, которые возникают в ферромагнитном сердечнике. Они обусловлены переменным магнитным полем и вызывают нагрев сердечника и находящихся на нем обмоток. Это может привести к их аварии.

Переменный магнитный поток создает вихревые токи, которые, в основном, замыкаются в плоскости перпендикулярной направлению магнитного потока. Для того, чтобы их уменьшить, ферромагнитные сердечники изготовляют из тонких (0,35 – 0,5 и менее мм) пластин, изолированных друг от друга тонким слоем изоляции, Кроме потерь на вихревые токи, в трансформаторе существуют потери на гистерезис. Около 50 % потерь в стали составляют потери на вихревые токи и 50 % на гистерезис. Снизить потери в стали можно применением улучшенных марок сталей, усовершенствованием технологии изготовления магнитной системы и особенно раскроя стали, усовершенствованием конструкции сердечника и прежде всего, стыков листов стали.

Потери в стали Pc учитываются потерями, равными I02 rm . На

рис. 2.5 приведена схема замещения трансформатора. Величины сопротивлений, входящих в схему замещения, могут быть определены расчетным или опытным путем.

Расчетные методы изложены в специальной литературе [1, 3, 5]. А опытный метод заключается в проведении опытов холостого хода и короткого замыкания (параграф 2.5).

Схема опыта холостого хода приведена на рис. 2.6. При проведении опыта измеряют подводимое напряжение U1н , ток I 0 , мощность P0 , а также вторичное напряжение U20 .

Опыт холостого хода позволяет определить следующие параметры:

40

x0 x1 xm Z02 ( r1 rm )2

В мощном трансформаторе можно положить r1 0, x1 0, тогда

Измерение сопротивления первичной обмотки r1 производят на постоянном токе.

При изменении подводимого напряжения от возможного

трансформатора при холостом ходе.

Пример 3. Данные холостого хода трансформатора: напряжение U1 =220 В, ток холостого хода I 0 =2,6 А, потери холостого хода

41

P0 =115 Вт, активное сопротивление первичной обмотки r1 =0,56 Ом, индуктивное сопротивление первичной обмотки x1 =0,98 Ом. Определить параметры намагничивающей ветви.

Решение:

Потери в стали Pc

Вопросы для самоконтроля

1.Чем отличается режим холостого хода реального трансформатора от режима холостого хода идеализированного трансформатора?

2.Каков физический смысл сопротивления rm ?

3.Для чего магнитопровод трансформатора выполняется шихтованным магнитопроводом?

4.Как осуществить опыт холостого хода?

2.4. Рабочий процесс в трансформаторе

Если вторичную обмотку однофазного трансформатора подключить к сопротивлению нагрузки Z н , то в ней под действием ЭДС е2

начинает протекать переменный ток i2 .

Система уравнений трансформатора в комплексной форме запишется:

42

обмотки,

r2 – активное сопротивление вторичной обмотки, Z н – полное сопротивление нагрузки,

rн и xн – активное и реактивное сопротивления нагрузки. Вышеприведенные уравнения могут быть дополнены уравнения-

ми номинальной мощности первичной обмотки S1 и номинальной мощности вторичной обмотки S2 :

трансформатора.

Выражения (2.26) и (2.27) через действующие значения запишут-

ся:

S1 U1I1

S2 U2I2 .

Из уравнения (2.25) следует важный вывод. Если во вторичной обмотке увеличивать ток I 2 , то при незначительно уменьшающемся

члене I0W1 или, тоже самое, при почти постоянном потоке Ф одновременно увеличится первичный ток I1 .

Для облегчения анализа процессов, происходящих в трансформаторе, вторичную обмотку приводят к первичной обмотке, т.е. полагают, что вторичная обмотка имеет то же самое число витков, что и первичная обмотка. При этом не должны измениться МДС, электро-

43

магнитная мощность, потери, углы между токами и ЭДС приведенной и реальной вторичной обмотками.

Все параметры, относящееся к приведенной вторичной обмотке, обозначаются теми же символами, что и действительные, но со штрихами наверху: E2 ,I2 ,r2 ,x2 ,U2 . Исходя из равенства МДС приведенной и реальной обмоток, можно записать

I2W2 I2W2 ,

а так как W2 W1 , то

I2 I2W2 / W1 I2 / k

Исходя из равенства электромагнитных мощностей приведенной и реальной обмоток,

E2I2 E2I2

откуда

E2 E2I2 / I2 kE2 E1

Исходя из равенства полных мощностей приведенной и реальной обмоток,

U2I2 U2I2 ,

откуда

U2 U2I2 / I2 kU2

Исходя из равенства потерь,

I22r2 I22r2 ,

откуда

Исходя из равенства углов arctg( rx ) между векторами ЭДС и тока, запишем:

44

Активное сопротивления нагрузки rн и индуктивное сопротивле-

Полное сопротивление нагрузки

Zн k 2Zн

С учетом сделанных преобразований система комплексных уравнений трансформатора будет иметь следующий вид:

Для расчета рабочих характеристик трансформатора удобно использовать чисто электрическую так называемую схему замещения, в которой электромагнитные связи заменяются электрическими.

Эта схема должна удовлетворять системе комплексных уравнений (2.28) – (2.31). Из теоретических основ электротехники известно, что этим уравнениям отвечает Т-образная схема замещения, рис. 2.7.

45

Она справедлива в предположении, что источник создает гармоническое напряжение с относительно невысокой частотой. В некоторых случаях используется Г-образная схема замещения, которая получается путем преобразования Т-образ- ной схемы замещения.

Работа трансформатора может быть описана более наглядно с помощью векторной диаграммы. Построение векторной диаграммы, например, для случая активно-индуктивной нагрузки, осуществляется следующим образом, рис. 2.8. Отложим вектор основного магнитного потока Ф в положительном направлении оси абсцисс. Намагничивающая составляющая тока холостого хода Iор совпадает по фазе с

потоком, а активная составляющая тока Ioa опережает поток на 90º.

угол 2 , равный

46

пряжение U1 =5000 В, вторичное напряжение U 2 =400 В, мощность S=100 кВА, вторичное напряжение при холостом ходе U 20 =428 В,

Вопросы для самоконтроля

1.Что произойдет с током в первичной обмотке трансформатора, если изменить (увеличить или уменьшить) ток вторичной обмотки?

2.Как определить номинальные токи однофазного трансформатора, если известны его номинальная мощность, первичное и вторичное напряжения?

3.Что происходит с магнитным потоком в магнитопроводе при увеличении тока нагрузки?

4.С какой целью производится приведение вторичной обмотки к первичной обмотке?

48

5.Что называется схемой замещения, и какой физический смысл

еепараметров?

6.Для чего служит векторная диаграмма трансформатора?

7.Как определить первичную и вторичную мощности трансформатора?

8.Как определить коэффициенты мощности первичной и вторичной обмоток трансформатора?

9.К чему приведет снижение первичного напряжения трансформатора при неизменной вторичной мощности?

10.В чем опасность для трансформатора при увеличении его первичного напряжения?

2.5.Физические процессы в трансформаторе при коротком замыкании

Коротким замыканием трансформатора называется такой режим, при котором вторичная обмотка замкнута накоротко и вторичное на-

напряжении к многократному увеличению как вторичного, так и первичного токов трансформатора и, как следствие, к его аварии.

Однако, если подвести к первичной обмотке напряжение , значительно меньшее, чем первичное номинальное напряжение U1н ,

то можно получить в обмотках номинальные значения первичного и вторичного токов. Такой режим не представляет опасности для трансформатора и дает возможность получить ряд важных результатов.

49