Строение трансформатора

Размещено на http://www.allbest.ru/

Общие сведения

Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток той же частоты, но другого напряжения. Трансформаторы получили очень широкое практическое применение при передаче электрической энергии на большие расстояния, для распределения энергии между ее приемниками и в различных выпрямительных, усилительных, измерительных и других устройствах. Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. Если первичную обмотку трансформатора включить в сеть переменного тока, то по ней будет проходить переменный ток, который возбудит в сердечнике трансформатора переменный магнитный поток. Магнитный поток, пронизывая витки первичной и вторичной обмоток трансформатора, индуцирует ЭДС и е ₂ , пропорциональные числам витков w₁ и w₂ соответствующих обмоток и скорости изменения потока dФ/dt. Мгновенные значения ЭДС:

(WdФ) / dt

(WdФ) / dt

Отношение мгновенных и действующих ЭДС в обмотках определяется выражением

Е/Е ₂ = е₁/е₂=

где к. - коэффициент трансформации трансформатора.

Если пренебречь падениями напряжения в обмотках трансформатора, которые не превышают обычно 3-5% от номинальных значений и считать , то

k =

Следовательно, подбирая соответствующим образом числа витков обмоток можно при заданном напряжении , получить напряжение . В трансформаторе преобразуется только напряжения и токи. Мощность остается приблизительно постоянной (уменьшается за счет внутренних потерь энергии). Следовательно, при увеличении вторичного напряжения в k раз (по сравнению с первичным) ток во вторичной обмотке уменьшается в k.

Для улучшения магнитной связи между первичной и вторичной обмотками их помещают на стальном магнитопроводе. На рисунке 1 приведены принципиальные конструкции однофазного и трехфазного трансформаторов.

Рисунок 1 - Конструкции трансформаторов

Рабочие свойства трансформатора могут быть определены по данным опытов холостого хода и короткого замыкания. При этом требуются сравнительно малые затраты энергии, кроме того значительно повышается точность измерений, чем при непосредственном испытании,

По данным опыта холостого хода измеряют напряжения на первичной и вторичной обмотках и U₂ , ток холостого хода и потребляемую при холостом ходе мощность Р₀ , которая расходуется на покрытие потерь в стали магнитопровода т.е. .

По данным опыта короткого замыкания, измеряют напряжение короткого замыкания, ток первичной обмотки I₁ и мощность Р_к, потребляемую трансформатором при опыте короткого замыкания и расходуемую па покрытие потерь в обмотках, т.е. .

По данным опытов холостого хода и короткого замыкания можно найти параметры схемы замещения трансформатора. Относительное значение напряжения короткого замыкания и его активной , и реактивной U_р составляющих; напряжение на зажимах вторичной обмотки и КПД трансформатора при любой нагрузке.

Опыт холостого хода.

Схема для проведения опыта холостого хода приведена рисунке 2. В качестве первичной обмотки напряжения используется обмотка низкого напряжения нн. Опыт холостого хода проводится в следующем порядке: регулятор РНТ поставить на нулевое напряжение, затем включить QF1, QF4, SB2, KM1 и с помощью РНТ плавно регулировать напряжение, подводимое к первичной обмотке трансформатора. Сделать пять замеров через примерно одинаковые интервалы тока в пределах от 0.5до 1.2 U_2N Ток хх обычно составляет (1-10%). Большие значения соответствуют трансформаторам малой мощности.

Рисунок 2 - Схема включения трансформатора при опыте ХХ

Расчеты выполняются по следующим формулам:

,

Коэффициент трансформации трансформатора определяется как отношение одного фазного напряжения обмотки BH к фазному напряжению НН.

Если величины коэффициентов трансформации при равных напряжениях неодинаковы, то за коэффициент трансформации следует принять среднее значение:

где n - число измерений при опыте хх.

Опыт короткого замыкания.

Схема для проведения опыта короткого замыкания показана на рисунке 4. При опыте кз трансформатора напряжение подводят к обмотке ВН, т.к. номинальное значение тока в ней меньше, чем в обмотке НН. Вторичную обмотку трансформатора замыкают накоротко. Опыт кз проводится в следующем порядке: регулятор РНТ поставить на нулевое напряжение, затем включить QF1, QF4, SB2, по показанию вольтметра РU1 убедиться в наличие нулевого напряжения на выходе PHT и только после этого включить КМ2, затем медленно повышать напряжение на выходе РНТ и довести ток кз I=1.2I. Напряжение кз обычно составляет (4-10)%. Большие значения соответствуют трансформаторам малой мощности.

Рисунок 4 - Схема включения трансформатора при опыте КЗ

Расчеты выполняют по следующим формулам:

cos

Рисунок 5 - Характеристики короткого замыкания

трансформатор ток напряжение замыкание

Определение параметров схемы замещения трансформатора

В теории трансформаторов широко используются схемы замещения (рисунок 6). В отличие от реального трансформатора, в котором обмотки имеют индуктивную связь, схема замещения имеет только электрические связи. Тем не менее, построенная по уравнениям трансформатора, она дает правильные соотношения между токами и напряжениями трансформатора. Схема замещения может быть использована в качестве элемента представляющего трансформатор в расчетных моделях электрических систем. При составлении схемы замещения необходимо привести обмотки трансформатора к одному числу витков, обычно приводят вторичную обмотку к первичной, заменив реальный трансформатор приведенным с коэффициентом трансформации k=1. При таком приведении остаются неизменными все энергетические соотношения в трансформаторе намагничивающие силы, создаваемые его обмотками и относительные падения напряжения. Все величины, относящиеся к приведенной вторичной обмотке, обозначаются теми же символами, что и действительные величины, но со штрихом сверху.

где k - коэффициент трансформации реального трансформатора.

Рисунок 6 - Схемы замещения трансформаторов.

а) параметры схемы замещения трансформатора можно определить по данным хх и кз. На основании опыта хх определяются параметры ветви намагничивания:

По данным опыта кз определяются сопротивления обмоток трансформатора

б) определение

Напряжение кз U_к и его активную и реактивную составляющие определяют по данным опыта кз и выражают в процентах от номинального напряжения:

Напряжение короткого замыкания является одним из важных факторов, характеризующих свойства трансформатора. По значению этой величины и ее составляющих можно определить изменение вторичного напряжения трансформатора при изменении нагрузки, судить о возможности параллельной работы трансформаторов, использовать при определении установившегося и ударного токов, возникающих при коротком замыкании в условиях эксплуатации.

Ударным током короткого замыкания называется максимальный ток при внезапном коротком замыкании трансформатора, появляющийся с минимальным в момент к.з. значением напряжения:

где t=0,01с - время, по истечении которого с момента кз возникает ударный ток.

в) построение внешних характеристик

С увеличением нагрузки трансформатора напряжение на клеммах его вторичной обмотки изменяется. Зависимость этого напряжения от нагрузки выражается графически внешними характеристиками трансформатора

Вид внешней характеристики зависит от характера нагрузки и величины коэффициента мощности cosц: при активной и активно-индуктивной нагрузках внешние характеристики имеют падающий вид, причем чем меньше коэффициент cosц, тем больше наклон характеристики к оси абсцисс; при активно-емкостной нагрузке внешняя характеристика имеет восходящий вид.

Рисунок 7 - внешние характеристики трансформатора

г) построение зависимости КПД трансформатора от нагрузки.

Кпд трансформатора представляет отношение активных мощностей, т.е. отдаваемой трансформатором (полезной) к мощности, потребляемой из сети ( затраченной):

ГОСТ рекомендует определять КПД трансформаторов косвенным методом, по которому мощность выражается через мощность и потери, получаемы из опытов хх и кз.

Рисунок 8 - Зависимости КПД трансформатора от нагрузки

Размещено на Allbest.ru