Практическая работа № 10 особенности расчета трансформаторов

Цель работы: изучить особенности работы трансформаторов, рассмотреть расчет параметров трехфазного трансформатора.

Подготовка к работе: Трансформатором называют электротехническое устройство, служащее для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты.

Трансформаторы широко применяются в системах передачи и распределения электрической энергии. В электроэнергетических системах при передаче от электростанций к потребителям электроэнергия неоднократно преобразуется: сначала повышается напряжение в целях уменьшения потерь в линиях электропередач, а затем снижается до значений, обеспечивающих эффективную и безопасную работу электротехнических устройств.

Преобразование напряжения в трансформаторах осуществляется переменным магнитным потоком индуктивно – связанных между собой двух обмоток. Обмотка, подключаемая к источнику электрической энергии, называется первичной, другая обмотка, на которую включена нагрузка – вторичной. Если через трансформатор необходимо осуществить питание двух и более нагрузок с разным напряжением, то выполняется соответствующее число вторичных обмоток.

По назначению трансформаторы делятся на силовые и специального назначения (измерительные, сварочные, пиктрансформаторы, согласующие и др.).

Преобразование переменного напряжения может быть осуществлено с использованием автотрансформатора. В отличие от трансформатора обмотки автотрансформатора электрически соединены.

У понижающего автотрансформатора обмотка вторичного напряжения является частью обмотки первичного напряжения. У повышающего, наоборот, обмотка первичного напряжения является частью обмотки вторичного напряжения. Таким образом, в автотрансформаторе кроме магнитной связи между первичной и вторичной обмотками имеется и электрическая связь.

Электрические схемы понижающего и повышающего автотрансформатора представлены на рис.1.

а) б)

Рис.1

В режиме холостого хода (I₂ = 0), пренебрегая потоком рассеяния, сопротивлением обмоток и потерями в стали, напряжения U₁ и U₂ будут равны.

U₁≈ E₁ = 4,44∙f ∙ω₁∙Ф_0m (1)

U₂≈ E₂ = 4,44∙f ∙ω₂∙Ф_0m (2)

Коэффициент трансформации равен отношению первичного и вторичного напряжения.

к_тр = U₁ ∕ U₂ = ω₁ ∕ ω₂ (3)

К трансформаторам специального назначения относятся трансформаторы, работающие в особых режимах (насыщенной или ненасыщенной магнитной цепи, короткого замыкания или холостого хода и др.) и предназначенные, например, для расширения пределов измерения приборов (измерительные трансформаторы тока и напряжения), для преобразования формы кривой напряжения (пиктрансформаторы), для системы защиты (быстронасыщающиеся), для электрической изоляции от первичной цепи (измерительные трансформаторы, изолирующие трансформаторы и т.д.).

Измерительные трансформаторы напряжения используются для включения вольтметров, частотомеров, обмотки напряжения ваттметров и счетчиков.

Измерительные трансформаторы тока предназначены для подключения амперметров, реле, токовых обмоток ваттметров и счетчиков.

На рис.2. показана схема включения измерительных приборов через измерительные трансформаторы в однофазную цепь. Для безопасности прикосновения к приборам один зажим вторичной обмотки трансформаторов заземляют.

Рис.2.

Измерительный трансформатор напряжения работает в режиме, близком к холостому ходу.

Поскольку нормальным режимом работы трансформатора тока является режим короткого замыкания, то для переключений во вторичной цепи устанавливаются приспособления, замыкающие выходные зажимы вторичной обмотки.

Основными параметрами трансформатора являются:

• номинальная мощность S_ном (кВА) – это полная мощность которую трансформатор, установленный на открытом воздухе, может непрерывно отдавать в течение срока службы 20 – 25 лет при номинальном напряжении и температуре от 5ºС до 40ºС

• номинальные первичное и вторичное напряжения U_н1 и U_н2 (В)

• номинальные первичные и вторичные токи I_н1 и I_н2 (А), определяемые

- для однофазного трансформатора: I_н1 = S_ном ∕ U_н1; I_н2 = S_ном ∕ U_н2 (4)

- для трехфазного трансформатора: I_н1 = S_ном ∕ (√3∙U_н1); I_н2 = S_ном ∕ (√3∙U_н2) (5)

• коэффициент нагрузки к_н =S_{нагрузки} ∕ S_ном где (6)

S_{нагрузки} = P_{нагрузки} ∕ cosφ_{нагрузки}

• КПД трансформатора при фактической нагрузке

η_ф = (к_н∙S_ном∙cosφ) ∕ (к_н∙S_ном∙cosφ + P_ст + P_0ном ∙ к_н²) где (7)

P_ст - потери в магнитопроводе,

P_0ном - потери в обмотках, принимаются из технических данных трансформаторов.

Ход работы:

Заполнить таблицу1 , имея исходные данные:

Для трехфазного масляного трансформатора известен тип, первичное и вторичное напряжения, потери в обмотках и магнитопроводе, а так же коэффициент мощности и активная мощность нагрузки.

Таблица 1

Вар	Тип трансф.	Sном	Uн1	Uн2	Pст	P0ном	Pном	Cosφн	Iн1	Iн2	кн	Iф1	Iф2	ηн	ηф	ктр
		кВА	кВ	кВ	кВт	кВт	кВт	-	А	А	-	А	А	-	-	-
1	ТМ-25	25	6	0,23	0,13	0,69	20	0,89
2	ТМ-40	40	10	0,4	0,175	1	33	0,91
3	ТМ-63	63	6	0,23	0,24	1,47	56	0,95
4	ТМ-100	100	10	0,4	0,33	2,27	94	0,93
5	ТМ-160	160	6	0,23	0,51	3,1	148	1
6	ТМ-250	250	10	0,4	0,74	4,2	224	0,88
7	ТМ-400	400	6	0,23	0,95	5,5	361	0,9
8	ТМ-630	630	10	0,4	1,31	7,6	582	0,94
9	ТМ-1000	1000	6	0,23	2,45	12,2	925	0,88
10	ТМ-1600	1600	10	0,4	3,3	18	1420	0,92

Примечание.

Фактические токи I_ф1 = к_н∙ I_н1, I_ф2 = к_н∙ I_н2 (8)

Номинальный КПД η_ном = (S_ном∙cosφ) ∕ (S_ном∙cosφ + P_ст + P_0ном) (9)

Коэффициент трансформации к_тр = U_н1 ∕ U_н2 (10)

Контрольные вопросы

1.Каким образом в трансформаторах осуществляется преобразование

напряжения?

2.Чем отличаются понижающий автотрансформатор от повышающего?

Начертите электрические схемы автотрансформаторов.

3.Написать формулы ЭДС индукции, наводимой в обмотках трансформатора.

4.Написать формулу коэффициента трансформации.

5.Начертить схему включения измерительных трансформаторов. В каком

режиме работает:

а) трансформатор тока?

б) трансформатор напряжения?