Трансформатор - режимы: холостого хода; короткого замыкания (аварийный), нагрузки, номинальный, опытный
Трансформатор - это статистический электромагнитный аппарат, служащий для преобразования электрической энергии переменного тока с одного напряжения на другое при неизменной частоте.
В режиме холостого хода к первичной обмотке подводится напряжение , а вторичная разомкнута. Ток , проходя по первичной обмотке, вызывает в магнитопроводе переменный магнитный поток, который имеет две составляющие:
1) основной магнитный поток Ф – он пронизывает обе обмотки и вызывает в них индуктированные ЭДС и (рис. 1.4).
2) Фр1- магнитный поток рассеяния первичной обмотки. Он замыкается частично по воздуху и вызывает появление дополнительной ЭДС рассеяния Фр1 .
Фр1 обычно учитывается введением понятия X1 – индуктивного сопротивления рассеяния первичной обмотки трансформатора. С учётом сказанного запишем второй закон Кирхгофа для первичной обмотки
или ,
где -полное комплексное сопротивление первичной обмотки.
(1.1)
Рисунок 1.1 – Векторная диаграмма в режиме холостого хода трансформатора.
Уравнению (1.1) соответствует следующая векторная диаграмма, которую начнём строить с вектора магнитного потока, отложив его горизонтально. - угол магнитного запаздывания. Он характеризует потери мощности в стали трансформатора на гистерезис и вихревые токи.
В опыте холостого хода определяют ток холостого хода- (3-10 % ном.), потери мощности в стали (потерями в меди обмоток можно пренебречь); замеряют и и определяют .
2 Режим короткого замыкания (аварийный)
Различают аварийное короткое замыкание и опыт короткого замыкания трансформатора. В обоих случаях вторичная обмотка трансформатора замкнута накоротко.
В случае аварийного короткого замыкания к первичной обмотке трансформатора подведено напряжение и токи в обмотках достигают больших величин, недопустимых для нормальной работы трансформатора. Режим аварийного короткого замыкания обычно отключается средствами релейной защиты.
В опыте короткого замыкания к первичной обмотке трансформатора подводится пониженное напряжение- ,такое, чтобы обмотках трансформатора протекали номинальные токи.
В условиях эксплуатации, когда к трансформатору подведено номинальное напряжение, короткое замыкание является аварийным режимом, так как при этом в обмотках возникают токи, в 10—20 раз превышающие их номинальное значение. Эти токи резко повышают температуру обмотки, а электромагнитные силы значительно возрастают. Поэтому трансформатор должен обладать необходимой механической и термической прочностью. В его схеме должна быть предусмотрена защита, способная отключить от сети короткозамкнутый трансформатор.
3 Режим нагрузки
Рассматривая работу трансформатора под нагрузкой, будем иметь в виду однофазный трансформатор или трехфазный трансформатор с симметричной нагрузкой (в этом случае можно рассматривать одну фазу трансформатора). Работа трехфазного трансформатора при несимметричной нагрузке будет рассматриваться отдельно. Будем полагать, что первичное напряжение и частота .
Физические условия работы трансформатора. Особенностью работы трансформатора является то, что из-за относительной малости и падение напряжения в диапазоне нормальных нагрузок относительно мало, вследствие чего . В свою очередь, ЭДС Е1 пропорциональна потоку сердечника Фс. Поэтому величина потока определяется в основном первичным напряжением
(3.1)
Следовательно, при должно быть .
При холостом ходе трансформатор потребляет из сети такой ток I0, который нужен для создания потока Фс , необходимого при данном значения.
Когда ко вторичной обмотке подключается нагрузка, в этой обмотке возникает ток . Вторичная МДС стремится создать в сердечнике свой поток и изменить поток, существовавший в режиме холостого хода. Однако, как было указанно ранее, при этот поток существенным образом измениться не может.
Поэтому первичная обмотка будет потреблять из сети наряду с намагничивающим током I0 такой дополнительный ток, что создаваемая МДС уравновесит МДС . В результате полный первичный ток представляется двумя составляющими – намагничивающей и нагрузочной :
(3.2)
Представление тока такими составляющими удобно при построении векторных диаграмм трансформатора.
Векторные диаграммы трансформатора. Диаграммы можно построить на основе схемы замещения и уравнений, которые отражают физические процессы, протекающие во время работы трансформатора при соответствующей нагрузке. Такие диаграммы обладают большой информативностью.
Построение диаграмм обычно начинается с построения вектора , величина которого для упомянутых условий работы определяется по (3.1), а положение на комплексной плоскости может быть произвольным
Зарегистрируйся, чтобы продолжить изучение работы
. Чаще принято направлять его горизонтально, то есть по вещественной оси. Остальные векторы, характеризующие работу трансформатора, ориентируются относительно в строгом соответствии с уравнениями математической модели (3.1).
После построения вектора строится вектор намагничивающего тока , реактивная составляющая которого I0r совпадает по фазе с вектором , а активная составляющая I0a опережает на 90о. Получающийся угол сдвига между и (угол магнитного запаздывания) обусловлен, как уже отмечалось, магнитными потерями в сердечнике на вихревые токи и гистерезис.
На рис.3.1 а, изображена векторная диаграмма трансформатора для случая смешанной активно-индуктивной нагрузки. ЭДС = отстают от потока сердечника на 90о. Ток отстает от на некоторый угол , величина которого определяется характером нагрузки. Вычитая из падения напряжения (перпендикулярно ) и (параллельно получим вектор вторичного напряжения .
φ0
90о
ψ1
φ2
φ1
90о
ψ1
φ2
а)
б)
φ0
90о
ψ1
φ2
φ1
90о
ψ1
φ2
а)
б)
Рисунок 3.1 - Векторная диаграмма трансформатора: а – при смешанной активно-индуктивной и б - активно-емкостной нагрузках.
Далее, прибавив к вектор - , находим вектор первичного тока . Для получения вектора первичного напряжения необходимо построить вектор , равный по величине и обратный по направлению вектору и прибавить к нему падения напряжения и . При активно-индуктивной нагрузке .
На рис.3.1 б, аналогичным образом построена векторная диаграмма для случая смешанной активно-емкостной нагрузки, когда вектор тока опережает векторы и на углы и соответственно. Отметим, что для ясности диаграмм размеры , и падений напряжений даны непропорционально большими.
Из диаграммы, приведенной на рис.3.1 а, можно заключить, что в случае активно-индуктивной нагрузки при и или увеличение тока вызывает некоторое уменьшение и . Из диаграммы, приведенной на 1.10 б, при тех же условиях следует, что в случае увеличения активно-емкостной нагрузки значения при довольно большом значении или могут даже возрасти.
Упрощенная векторная диаграмма соответствует упрощенной схеме замещения трансформатора, в которой намагничивающий ток принят равным нулю. Если в ней изменить положительные направления на обратные, повернув их векторы на 180о, то получится диаграмма, изображенная на рис.3.2.
217170151765Рисунок - 3.2 Упрощенная векторная диаграмма трансформатора при смешанной активно-индуктивной нагрузке.
φ2
00Рисунок - 3.2 Упрощенная векторная диаграмма трансформатора при смешанной активно-индуктивной нагрузке.
φ2
Если и , а угол сдвига фаз изменяется, то конец вектора будет перемещаться по окружности радиусом и центром в конце вектора , как изображено на рис. пунктирной линией. Из такой диаграммы можно легко вывести заключение о влиянии характера нагрузки или величины на напряжение .
4 Номинальный режим
Номинальным режимом работы трансформатора называется режим, для которого предназначен трансформатор и при котором трансформатор может работать сколь угодно длительно.
Условиями, определяющими нормальный режим работы трансформатора, является: номинальная мощность, напряжение, ток и частота, а также номинальные условия охлаждающей среды.
Для предупреждения старения масла при нормальных условиях температуры верхних слоев масла в трансформаторах не допускать выше +950 С.
Номинальным режимом работы трансформатора называют режим, для которого предназначен трансформатор заводом-изготовителем. Условиями, определяющими номинальный режим работы трансформатора, являются: номинальные напряжения, мощность, токи и частота, обозначенные на его щитке, а также номинальные условия охлаждающей среды.
5 Опытный (лабораторный) режим холостого хода
Известно, что параметры схемы замещения трансформатора могут быть определены аналитическим и экспериментальным путем, при этом нередко предпочтение отдается эксперименту.
Считается, что любой трансформатор может работать в одном из трех режимов: режим холостого хода (ХХ), режим короткого замыкания (КЗ) и нагрузочный режим, причем если последний из режимов является основным, то первые два относятся к разделу исследовательских.
Рассмотрим какие параметры трансформатора можно получит используя режим ХХ, при этом под режимом холостого хода трансформатора понимается такой режим его работы, при котором его первичная обмотка включена в сеть переменного тока с частотой f, а вторичная обмотка разомкнута, т.е
50% реферата недоступно для прочтения
Закажи написание реферата по выбранной теме всего за пару кликов. Персональная работа в кратчайшее
время!
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24. Это бесплатно.
