5. Габаритна потужність

Габаритна потужність трансформатора описується наступною формулою:

P габ = (P 1 + P 2) / 2 = (U 1 I 1 + U 2 I 2) / 2

1 - первинної обмотки

2 - вторинної обмотки

Однак, це кінцевий результат. Або академічне визначення. Спочатку габаритна потужність, як випливає з назви, визначається габаритами сердечника і матеріалом, його магнітними та частотними властивостями.

ККД трансформатора

ККД трансформатора знаходиться за наступною формулою:

Де P 0 - втрати холостого ходу (кВт) при номінальній напрузі

P L - навантажувальні втрати (кВт) при номінальному струмі

P 2 - активна потужність (кВт), що подається на навантаження

n - відносна ступінь навантаження (при номінальному струмі n = 1).

6. Режими роботи трансформатора

 Режим холостого ходу. Даний режим характеризується розімкнутого вторинної ланцюгом трансформатора, внаслідок чого струм у ній не тече. За допомогою досвіду холостого ходу можна визначити ККД трансформатора, коефіцієнт трансформації, а також втрати в сталі.

Навантажувальний режим. Цей режим характеризується замкнутої на навантаженні вторинної ланцюга трансформатора. Даний режим є основним робочим для трансформатора.

Режим короткого замикання. Цей режим виходить в результаті замикання вторинної ланцюга накоротко. З його допомогою можна визначити втрати корисної потужності на нагрівання проводів в ланцюзі трансформатора. Це враховується в схемі заміщення реального трансформатора за допомогою активного опору.

7. Дослідження холостого ходу проводять в наступній послідовності: первинну обмотку вмикають в джерело на номінальну напругу, а вторинну обмотку залишають розімкненою. При цьому струм в первинній обмотці І0, а у вторинній обмотці І2 = 0. Амперметр А в первинному колі дає можливість визначити струм холостого ходу І0, який прийнято вимірювати в процентах від номінального струму І1ном в первинній обмотці:

В трансформаторах великої та середньої потужності і0 = (2 ¸ 10) %, а в трансформаторах малої потужності (менше 200-300 В×А) може досягати 40% і більше.

Дослідження короткого замикання виконують слідуючим чином. Вторинну обмотку трансформатора замикають накоротко (рис.2.1.5,б), а до первинної обмотки підводять понижену напругу короткого замикання U1 = Uк, при якій струм короткого замикання в первинній обмотці дорівнює номінальному значенню, тобто І1к = І1ном. Напругу короткого замикання прийнято виражати в процентах від номінальної напруги U1ном:

uк = (Uк/U1ном)100 (2.1.31)

8. В процесі роботи трансформатора під навантаженням частина активної потужності Р1, що надходить в первинну обмотку з мережі, розсіюється в трансформаторі на покриття втрат. В результаті активна потужність Р2, що надходить в навантаження, виявляється меншою потужності Р1 на величину сумарних втрат в трансформаторі åР:

P1 = P2 + åP

В трансформаторі існує два види втрат — магнітні і електричні.

Магнітні втрати Рм в стальному магнітопроводі, по якому замикається магнітний потік Фmax , складаються з витрат на гізтерезис Рг, вихрові струми Рвх:

Рм = Рг + Рвх . (2.1.23)

Магнітні втрати прямо пропорційні масі магнітопроводу і квадрату магнітної індукції в ньому. Вони також залежать від властивостей сталі, з якої виготовлений магнітопровід. Зменшенню втрат на гізтерезис сприяє виготовлення магнітопроводу з феромагнітних матеріалів (електротехнічної сталі), що володіють невеликою коерцетивною силою (вузькою петлею гізтерезису). Для зменшення втрат на вихрові струми магнітопровід виготовляють шихтованим (з тонких стальних пластин, ізольованих одна від одної тонким шаром лаку або оксидної плівки) або витим з стальної стрічки. Магнітні втрати залежать також і від частоти змінного струму: з підвищенням частоти f магнітні втрати підвищуються за рахунок втрат на гізтерезис Рг та вихрові струми Рвх.

Раніше було встановлено, що головний магнітний потік в магнітопроводі не залежить від навантаження трансформатора , тому при змінах навантаження магнітні втрати залишаються практично незмінними.

Електричні втрати - це втрати в обмотках трансформатора, що обумовленні нагрівом обмоток струмами, що проходять по ним.Ре = Ре1 + Ре2 = І12 r1 + I22 r2 .

Електричні втрати є змінними, так як їх величина пропорційна квадрату струмів в обмотках. Електричні втрати при будь-якому струмі навантаження І2 трансформатора, Вт,

Ре = Ре.ном b2 , де Ре.ном — електричні втрати при номінальному струмі навантаження; b = І2/І2ном — коефіцієнт навантаження, характеризує ступінь навантаження трансформатора.

Коефіцієнт корисної дії (ККД) трансформатора являє собою відношення активних потужностей на його виході Р2 і вході Р1: h = P2/P1 = P2/(P2+Pм+Ре).

Активна потужність на виході трансформатора, Вт,

Р2 = Sном b cos j2 ,

де Sном — номінальна потужність трансформатора, В×А; cos j2 — коефіцієнт потужності навантаження.

Отримаємо формулу ККД трансформатора, зручну для практичних розрахунків:

h = (Sном b сos j2)/(Sном b сos j2+Pм+Ре.ном b2). (

Таким чином, ККД трансформаторів залежить від величини навантаження b і від її характеру соs j2.Графічно ця залежність показана на рис.2.1.4. Максимальне значення ККД hmax відповідає навантаженню b¢, при якому електричні втрати дорівнюють магнітним (Ре.ном b¢2 = Рм).

Номінальне значення ККД hном тим вище, чим більша номінальна потужність трансформатора Sном.

У більш потужних трансформаторів ККД може досягати hном = 0,98 ¸ 0.99.

9.Допускається паралельна робота трансформаторів (автотрансформаторів) за умови, що жодна з обмоток не буде навантажена струмом, який перевищує допустимий струм для даної обмотки.

Паралельна робота трансформаторів дозволяється за таких умов:

- групи з'єднань обмоток однакові;

- співвідношення потужностей трансформаторів не більше ніж 1:3;

- коефіцієнти трансформації відрізняються не більше ніж на +-0,5%;

- напруги короткого замикання відрізняються не більше ніж на +-10%;

- проведено фазування трансформаторів.

Для вирівнювання навантаження між паралельно працюючими трансформаторами з різними напругами короткого замикання допускається в невеликих межах змінювати коефіцієнт трансформації шляхом перемикання відгалужень за умови, що жоден з трансформаторів не буде перевантажений.

Під паралельним з'єднанням трансформаторів розуміється таке їхнє включення, при якому первинні обмотки приєднані до живильної мережі, а вторинні обмотки з'єднані із загальними вторинними шинами. При такому включенні трансформатори повинні задовольняти певним умовам. Деякі із цих умов необхідні для можливості паралельного з'єднання трансформаторів при холостій роботі, а інші – для задовільної роботи їх при навантаженні. Так, умовами паралельного з'єднання однофазних трансформаторів при холостій роботі є: а) рівність вторинних напруг трансформаторів при холостій роботі; б) збіг по фазі вторинних напруг окремих трансформаторів у зовнішньому ланцюзі, тобто з'єднання затискачів, що мають однаковий потенціал по величині й знаку в будь-який момент часу.

10. За конструктивною будовою трифазні трансформатори можуть бути тристержневими (рис.1.7) і груповими. У тристержневого трансформатора всі обмотки однієї фази розта­шовані на своєму стрижні. Груповий трансформатор (або група трансформаторів) – це три однофазних трансформатори, обмотки яких з’єднані по відповідних схемах. Маркіру­вання обмоток: висока сторона –- А-Х, B-Y, C-Z ; низька сторона – а-х, b-y, c-z. Обмотки можуть бути з’єднані зіркою або трикутником.

11. Електричні машини, що виробляють змінний струм, нази-ваються генераторами змінного струму. Генератори змінного струму можуть бути однофазними і трифазними.

Генератор змінного струму складається із магнітної систе-ми і ротора, у якому індукується ЕРС. У генератора змінного струму немає колектора, а замість нього на валі укріплені кон-тактні ( щіткознімальні) кільця (рис. 2.6.).

Магнітна система генератора служить для створення необ-хідного магнітного потоку і складається з полюсних сердечників і статора (нерухомої частини генератора).

Електрична машина - це електромеханічний перетворювач енергії [1], заснований на явищах електромагнітної індукції і сили Лоренца, що діє на провідник зі струмом, що рухається в магнітному полі.

Будова та принцип дії.

Асинхронна машина — це машина змінного струму, в котрій збуджується обертове магнітне поле. Ротор обертається асинхронне, тобто із швидкістю, що відрізняється від швид­кості поля.

Асинхронні машини принципово можуть бути генераторами або дви­гунами. Характеристики асинхронних двигунів дуже добрі, і вони ши­роко застосовуються в техниці. Асинхронні генератори практично не використовуються, тому що мають дуже низькі експлуатаційні якості.

Асинхронні двигуни за своєю простотою, надійністю та ефективні­стю дістали широкого розповсюдження. Понад 85% усіх електродви­гунів — це трифазні асинхронні двигуни.

Асинхронна машина складається із статора і ротора. Статор має шихтоване осердя, у пазах якого розташована трифазна обмотка. У най­простішому випадку вона складається із трьох котушок, що зсунуті одна до одної на 120°.

Ротор буває двох типів:

— короткозамкнений;

— фазний.

Короткозамкнений ротор має шихто­ваний циліндр із пазами. У пази уклада­ються стержні, що замкнені електричне із обох боків кільцями. Ці кільця та стержні М.О. Доліво-Добровольський назвав «біля­чим колесом

На рис наведено будову асинхрон­ного двигуна із короткозамкненим ротором. Оскільки на роторі немає колекторного вуз­ла, ротор не має ковзаючих контактів, дви­гун дуже простий щодо обслуговування, надійнийу роботі, дешевий, легкий та еконо-дй. Це двигун «основного виконання». За стандартом передбачені спрощений та розгорнений способи графічного позначення асинхронних машин. трощеному способі обмотки статора та ара зображаються у вигляді кіл. У розгорнених позначеннях обмотка статора Вражається у вигляді ланцюжка півкіл, а мотка ротора — у вигляді кола.

На рис. наведено спрощене та розгорнене графічне зображення короткозамкненого асинхронного двигуна. На рис. наведено спрощене та розгорнене позначення асинхронної машини з фазним ротором.

В обох випадках обмотка статора з'єднані в «трикутник».

Трифазна обмотка статора ство­рює обертове магнітне поле. Швидкість обертання поля залежить тільки від частоти струму та кількості пар полюсів обмотки статора:

де п — швидкість обертання поля (об/хв),f — частота струму в обмотці статора,р — число пар полюсів.

Обертове магнітне поле перетинає стержні «білячого колеса» і наво­дь у них ЕРС. Оскільки стержні замкнені кільцями, ЕРС індукує в них струм. Взаємодія обертового магнітного поля із струмом у стержнях створює обертаючий електромагнітний момент. Якщо ротор розігнати до швидкості обертового поля, то магнітні силові лінії не перетинатимуть стержнів і не буде наводитися ЕРС.

У цьому разі не створюватиметься обертаючий електромагнітний мо­мент. Тобто машина працює тільки тоді, коли n1 ¹n2

де n1 — швидкість обертання поля (об/хв — синхронна швидкість);

n2 — швидкість обертання ротора (об/хв — асинхронна швидкість).

Взагалі асинхронна машина, як і всі електричні машини, обо­ротна, тобто, якщо

n1 > n2, машина працює у режимі двигуна;

n1 < n2, машина працює у режимі генератора;

n1 = n2 штучний режим ідеального неробочого (холостого) ходу.

Якщо поле обертається в один бік, а ротор обертається сторонньою силою в інший бік, то машина працює у режимі електромагнітного гальма.

Вводять величину S (ковзання), що характеризує асинхронність 

Звичайно ця величина визначається у частках одиниці або відсотках і коливається S =0,02...0,05.