4.2. Режимы работы трансформатора. Коэффициент полезного действия трансформатора

Различают несколько режимов работы трансформатора:

1) номинальный режим, т.е. режим при номинальных (паспортных) значениях напряжения = и тока = первичной обмотки трансформатора;

2) рабочий режим, при котором напряжение первичной обмотки близко к номинальному значению или равно ему: , а ток ≤ при подключенной нагрузке;

3) режим холостого хода, при котором цепь вторичной обмотки разомкнута () или подключена к вольтметру, имеющему очень большое сопротивление нагрузки;

4) режим короткого замыкания, при котором вторичная обмотка коротко замкнута

() или подключена к амперметру, имеющему очень малое сопротивление.

Коэффициент полезного действия трансформатора определяется отношением активной мощности на выходе трансформатора к активной мощности на его входе

η = / или η % = (/ ) ∙ 100% = (96-99)% . Поступившая от сети мощность может быть выражена через полезную мощность и мощность потерь в трансформаторе. Электрические потери в трансформаторе складываются из потерь в меди и потерь в стали . Потери в меди зависят от нагрева проводов обмоток. Потери в стали вызваны наличием гистирезиса и вихревых токов в сердечнике магнитопровода. Поэтому КПД трансформатора

η = , (4.7)

где потери в меди =R∙I + R∙I- зависят от нагрузки и называются переменными потерями; потери в стали - определяются значением магнитного потока и называются постоянными потерями.

Основными потерями трансформатора являются потери в стали. Для их измерения в заводских испытаниях используют опыт холостого хода (рис.4.3).

Рис.4.3. Схема для измерения потерь мощности в стали трансформатора

Автотрансформатор TV1 питается сетевым напряжением . К первичной обмотке трансформатора TV2 подводится номинальное напряжение = U ном. В режиме холостого хода вторичная обмотка трансформатора разомкнута или включена на вольтметр V. Напряжение холостого хода U = E. Ток в первичной обмотке трансформатора = I (3-5)% Iном. Ваттметр W измеряет потери мощности в стали . Коэффициент трансформации трансформатора . Активное, полное и реактивное сопротивления первичной обмотки трансформатора определяются по формулам: , , .

Для измерения потерь мощности в меди используют опыт короткого замыкания (рис.4.4).

Рис.4.4. Схема для измерения потерь мощности в меди трансформатора

Вторичная обмотка трансформатора TV2 закорочена через амперметр А2 . С автотрансформатора TV1 первичная обмотка трансформатора TV2 питается напряжением = U (3-5)% Uном, при этом амперметр А1 должен показывать ток =Iном. Ваттметр W измеряет потери мощности в меди . Коэффициент трансформации трансформатора . Активное, полное и реактивное сопротивления первичной обмотки трансформатора определяются по формулам: , , .

4.3. Трёхфазные трансформаторы

Конструкция трёхфазного трансформатора имеет трёхфазный магнитопровод, состоящий из листов электротехнической стали. На каждый стержень магнитопровода надевают изолированные цилиндры, на которые намотаны обмотки высшего и низшего напряжений, соединённых звездой или треугольником. На рис.4.5 показана схема трехфазного трансформатора, в котором фазы первичной обмотки соединены звездой, а вторичной обмотки - треугольником.

Принцип действия трёхфазного трансформатора аналогичен работе однофазного трансформатора. Так, в режиме холостого хода, при подаче на трёхфазную первичную обмотку линейных напряжений в фазах трансформатора появляются фазные напряжения. По обмоткам фаз пройдут фазные мгновенные токи, соответствующие рис.3.28. Фазные токи возбуждают в фазах переменные магнитные потоки, которые индуктируют мгновенные ЭДС в фазах первичной и вторичной обмоток трансформатора.

При соединении звездой фаз первичной обмотки трансформатора соотношения между фазными и линейными напряжениями и токами выразятся ; . При соединении треугольником фаз вторичной обмотки трансформатора эти соотношения имеют вид =; .

Обмотки трёхфазных трансформаторов могут соединяться:

/( / ); / (/);

/ ( /); / (/ ).

На рис.4.6 приведены обозначения таких схем.

Рис.4.5. Схема трёхфазного трансформатора

Рис.4.6. Схемы включения трёхфазных трансформаторов

При одинаковом количестве витков в фазах обмоток трансформатора можно определить коэффициент трансформации трехфазного трансформатора ктр с учётом введения понятия коэффициента трансформации эксплуатационного кэ.

Так, при соединениях /и / кэ = ктр = ;

при соединении / кэ = ктр; при соединении / кэ = .

Активная, реактивная и полная мощности трёхфазного трансформатора определяются по формулам:

P ==, (4.8)

Q ==, (4.9)

S =. (4.10) В мощных силовых трансформаторах применяется радиаторная система масляного охлаждения.

Маркировка трансформаторов производится буквами и числами.

Первая буква означает количество фаз: О – однофазные; Т – трехфазные.

Вторая буква означает охлаждение: М – масляное; С – воздушное.

После буквенного шифра идут две цифры дробью, числитель - полная номинальная мощность (кВА), знаменатель - номинальное напряжение обмотки высшего напряжения (кВ). Например: ТС – 0,63/0,22 или TМ – 630/10.

На каждом трансформаторе имеется щиток, на котором указан тип трансформатора, сила линейного тока при номинальной мощности, частота сети, число фаз, схема и группа соединения обмоток.