Электротехника+лекции

Рис. 4.1. Схема однофазного трансформатора: 1 – сердечник; 2 – первичная обмотка; 3 – вторичная обмотка

По закону электромагнитной индукции поток индуктирует в каждом витке,

обмоток э.д.с.

еВ dФ dФm sin t Фm cos t Фm sin( t 90 ) . dt dt

Действующее значение э.д.с. в витке:

следовательно, э.д.с. первичной обмотки E1 = 4,44fW1Фm, а э.д.с. вторичной обмотки E2 = 4,44f W2Фm.

Различают следующие режимы работы трансформатора:

1.Режим холостого хода.

2.Рабочий режим (работа под нагрузкой).

3.Режим короткого замыкания.

4.2. Режим холостого хода

На первичную обмотку трансформатора (см. рис. 4.2.) подается номинальное напряжение U1Н (согласно паспорту трансформатора), амперметр показывает ток холостого хода I10, который должен быть в пределах

(2,5÷10)%I1Н. Ваттметр показывает мощность потерь в стали (в сердечнике трансформатора) ∆Рст, которые составляют (0,3÷1,4)% номинальной мощности

трансформатора. Вольтметр во вторичной цепи показывает напряжение вторичной обмотки U20 (оно должно быть несколько выше U2Н).

Рис. 4.2. Схема испытания трансформатора в режиме холостого хода

обмотке трансформатора, E1≈U1.

Если Ul > U2, то трансформатор называют понижающим, если Ul < U2, то трансформатор называют повышающим, при Ul = U2 – разделительным.

Векторная диаграмма холостого хода трансформатора (рис.4.3) строится следующим образом. Откладываем по горизонтальной оси вектор магнитного

магнитных потерь δ, который составляет (2-3)°, для наглядности на векторной

Рис. 4.3. Векторная диаграмма холостого хода трансформатора

падения напряжения на первичной обмотке.

Последнее уравнение называется уравнением электрического равновесия первичной обмотки.

определяется соотношением активного и реактивного сопротивлений вторичной цепи. Согласно уравнению электрического равновесия вторичной цепи напряжение

внешней характеристикой трансформатора (рис. 4.6). Изменение напряжения незначительно, составляет (1÷2)% U2Н.

Рис. 4.6. Внешние характеристики трансформатора:

1 – при активно-индуктивной нагрузке; 2 – при активной нагрузке; 3 – при активно-емкостной нагрузке

4.4. Режим короткого замыкания

Различают аварийное короткое замыкание и опытное короткое замыкание.

Аварийное короткое замыкание происходит при замыкании вторичной обмотки работающего в номинальном режиме (или близком к нему)

трансформатора. Токи, протекающие по первичной и вторичной обмоткам, в

несколько раз превышают номинальные, и автоматические выключатели

отключают трансформатор от сети.

Рис. 4.7. Схема опыта короткого замыкания

Опытное короткое замыкание проводится для определения напряжения короткого замыкания и потерь в меди (обмотках) трансформатора. На первичную обмотку трансформатора подается пониженное напряжение UК = =(4,5÷10,5)%U1Н до установления номинальных токов в обмотках (рис. 4.7).

Ваттметр измеряет мощность потерь в меди

∆Рм = I12R1 + I22R2,

где: R1 и R2 – сопротивления первичной и вторичной обмоток;

I1 и I2 – токи, проходящие по первичной и вторичной обмоткам.

4.5. Коэффициент полезного действия трансформатора

Подводимая к трансформатору мощность P1 = U1I1cosφ1 полезная мощность, потребляемая нагрузкой P2 = U2I2cosφ2. Отношение этих мощностей называют коэффициентом полезного действия трансформатора

Последняя формула справедлива для режима номинальной нагрузки трансформатора. Так как потери в меди (обмотках) трансформатора зависят от нагрузки, то для остальных режимов работы пользуются следующей формулой:

трансформатора.

Коэффициент полезного действия трансформаторов достигает (98-99,5)%.

Номинальные величины – SН, I1Н, I2Н, U1Н, U2Н, cosφН указываются на щитке трансформатора, I10, ∆Рст, Uк, ∆Рм указаны в паспорте или на щитке трансформатора.

4.6. Трехфазные трансформаторы

Трехфазные трансформаторы выполняются обычно трехстержневыми

(рис. 4.8). Начала обмоток высшего напряжения обозначаются буквами А, В, С,

а их концы – X, Y, Z. Начала обмоток низшего напряжения обозначаются строчными буквами а, b, с, концы – х, у, z.

Рис. 4.8. Трехфазный трехстержневой трансформатор (а) и его принципиальная электрическая схема (б)

Обмотки могут соединяться звездой или треугольником. В России приняты схемы и группы соединения . Цифры 0 и 11 означают, что углы между векторами первичных и вторичных линейных э.д.с. равны углам между часовой и минутной стрелками часов в указанное время. При цифре 0 угол сдвига 0°, а при 11 – угол сдвига 30°.

Электромагнитные процессы, происходящие в трехфазных трансформаторах, аналогичны процессам в однофазных трансформаторах.

Трехфазные трансформаторы также испытываются в режимах холостого хода и короткого замыкания.

Потери в стали определяются из опыта холостого хода

∆Рст = 3РФ.

Потери в меди – из опыта короткого замыкания

∆Рм = 3I2Ф RФ,

где: IФ – ток фазы;

RФ – сопротивление фазы.

Мощность независимо от схемы соединения обмоток определяют по формулам:

активная:

реактивная:

Q 3QФ 3IФUФ sin 3UЛ IЛ sin

полная:

S3SФ 3IФUФ 3UЛ IЛ

4.7.Параллельная работа трансформаторов

Электроснабжение промышленных предприятий обычно осуществляется не одним трансформатором, а несколькими, включенными параллельно.

Параллельная работа трансформаторов обеспечивает бесперебойное электроснабжение предприятий. При выходе из строя одного трансформатора или выключении его для проведения профилактических работ нагрузка распределяется между другими трансформаторами.

Параллельное соединение трансформаторов осуществляется по схеме рис.

4.9.

Рис. 4.9. Схема включения двух трехфазных трансформаторов на параллельную работу

Первичные обмотки подключаются параллельно к шинам высокого напряжения, а вторичные обмотки подключаются параллельно к шинам низкого напряжения. Для нормальной работы трансформаторов должны удовлетворятся следующие условия:

1.Коэффициенты трансформации трансформаторов должны быть равны.

2.Все трансформаторы должны иметь одну и ту же группу соединения обмоток.

3.Напряжения короткого замыкания должны быть равны.

При несоблюдении первых двух условий по трансформаторам протекают уравнительные токи, что приводит в перегреву обмоток и снижению к.п.д.

При несоблюдении третьего условия трансформатор с меньшим UK

загружается большим током, чем трансформатор с большим значением UK. Это приводит к неравномерной загрузке трансформаторов.