Вопрос 2 Работа трансформатора при XX

Холостой ход - к первичной обмотке подводится напряжение, вторичная обмотка разомкнута.

Ток I₁ = I₀ -ток холостого хода. Реактивная составляющая I₀ создает магнитный поток Ф , который замыкается по магнитопрово-ду. Он изменяется по закону:

Ф = Ф_т ∙ sinω∙t (5.1)

где Ф_т - амплитуда потока; ω = 2 ∙ π ∙ f₁

t- время.

Мгновенные значения ЭДС, наводимые в обмотках:

Рассмотрим процессы происходящие при холостом ходе в од­нофазном трансформаторе.

ω₁ - число витков в первичной обмотке

ω₂ - число витков во вторичной обмотке

I₀ = I₁ - ток холостого хода (I₁ - ток в первичной обмотке).

Реактивная составляющая (за счет индуктивности) ток I₀ соз­дает магнитный поток Ф, который будет в основном замыкаться по магнитопроводу (Ф - магнитный поток рамени)

Амплитуды ЭДС обмоток

Тогда

ЭДС отстают от потока на угол π/2. Действующие значения ЭДС:

Отношение

где n_т - коэффициент трансформации.

При холостом ходе ток I₀ очень мал и можно считать Е₁ ≈ U₁, Е₂ ≈ U₂. Тогда

Величины U₁ , Е₁, ω₁ относятся к обмотке ВН, а величины U₂ , Е₂ , ω₂ – к обмотке НН.

Коэффициент трансформации по линейным напряжениям

Здесь нужно знать схему соединения обмоток. Для схемы со­единения Д/У будем иметь

При холостом ходе потребляется активная мощность Р₀ , кото­рая идет на покрытие потерь. Основные из них: потери в обмотках и магнитные потери в магнитопроводеР_м . Потери в обмотках при Х.Х. очень малы, поэтому можно считать, что Р₀ ≈ Рм . (Р_м - магнит­ные потери).

Активной мощности соответствует активная составляющая тока:

Суммарный ток

Ток XX имеет две составляющие реактивную, создающую по­ток Ф и активную составляющую.

В трехфазном трансформаторе

где U₁ - фазное направление первичной обмотки.

Векторная диаграмма трансформатора при холостом ходе.

Рисунок 5.1 - Векторная диаграмма трансформатора при холо­стом ходе.

Приложенное напряжение U₁ уравновешивается наведенной ЭДС Е₁ (Е₁ ≈ U₁). Обычно I_0р>>I_0а поэтому угол ф₀ близок к π/2 cosφ₀ при Х.Х. имеет малое значение и ток холостого тока является в основном реактивным током. Потери Р₀ и I₀ являются важными ха­рактеристиками трансформатора. Снижение этих величин уменьша­ет потери энергии и потребление реактивного тока. Это достигается путем применения электротехнической стали с уменьшенными маг­нитными свойствами - низкими удельными потерями и низкой удельной намагничивающей мощностью.

Потери мощности XX трансформатора составляют 0,1 ...2% от номинальной мощности. Ток XX составляет 0,5... 10% от номинального тока. Большие числа относятся к трансформаторам малой мощ­ности.

Опыт холостого хода проводят для экспериментального опре­деления потерь холостого хода Р₀, тока холостого хода I₀ , cosφ₀ и коэффициента трансформации.

I₀ = f (U₁), P₀= f (U₁), cos φ₀ = f (U₁) эти зависимости называ­ются характеристиками холостого хода.

Характеристики Х.Х. - это зависимость cos φ₀ , I₀ , P₀⁼f (U₁).

Опыт короткого замыкания.

Вторая обмотка замыкается накоротко, к первичной подводит­ся напряжение, при котором токи равны номинальным. Короткое замыкание при номинальном первичном напряжении является аварийным режимом, при котором токи в обмотках в несколько десят­ков раз превышают номинальные и опасны для работы трансформа­торов. В опыте К.З. к трансформатору подводится пониженное на­пряжение U₁, которое выбирается так, чтобы токи в обмотках были равны, или близки к номинальным, (обычно 3-15% от номинальногоU_1н). Опыт К.З. имеет важное практическое значение К.З., и некото­рые параметры схемы замещения. (Обычно оно составляет 3... 15% от U_1н). При пониженном напряжении поток Ф мал, поэтому I₁₂ ≈ 0.

Уравнение трансформатора при КЗ: = 0

Из уравнения (10.3) следует, что при К.З. токи в обмотках при­веденного трансформатора равны по значению и противоположныпо направлению

Из уравнения (10.2) определим ЭДС( )

Подставим (10.4) в (10.1), получим

где - сопротивление К.З.

Так как , то из сопоставления (10.5) и (10.4) следует, что при К.З. в первичной обмотке трансформатора наводится ЭДС Е_1к ≈ 0,5 U_1к

Рисунок 10.1 - Схема замещения трансформатора при К.З. (из уравнения (10.5))

где U_1ка- напряжение К.З.

Рисунок 10.2 - Векторная диаграмма

Нормированное значение U_к, при котором I₁ = I_1ном и I₂ = I_2ном

выражается в процентах:

U_к имеет активную и реактивную составляющую: Активная составляющая U_кa = U_к ∙ cos φ_1к (10.7)

Реактивная составляющая U_кp = U₁ ∙ sin φ_1к (10.8)

Обычно U_к = 4. . . 15% (для силовых трансформаторов)

В опытах К.З. из сети потребляется энергия, которая идет на покрытие внутренних потерь в трансформаторе (в обмотках и доба­вочные потери, которые составляют 0, 05... 0,15 от общих потерь).

Потери, возникающие в трансформаторе при таком режиме, называются потерями короткого замыкания, практическое значение имеют эти потери при номинальных токах в обмотках. Добавочные потери обусловлены ~ магнитными полями рассеяния - и зависят от размеров проводников, их формы, устройства обмотки, для их уменьшения применяют транспозицию проводников. Потоки рас­сеяния частично замыкаются 2/3 стенки бака и другие стальные де­тали и индуцируют в них вихревые токи - которые вызывают конст­руктивные потери и так же относятся к потерям К.З. Главную часть К.З. составляют основные потери в обмотках, добавочные потери включают в основные потери в обмотках, добавочные потери вклю­чают в основные путем увеличения сопротивлений обмоток. Эквивалентные активные сопротивления первичной r₁ и вторичной r₂ об­моток обычно в 1,05 - 1,15 раза больше, чем сопротивление тех же обмоток при постоянном токе. Г.О. потери короткого замыкания при номинальных токах в обмотках:

Магнитные потери малы и ими пренебрегают