Реферат нагруженный трансформатор анализ работы схема замещения измерение параметров

Обновлено: 02.07.2024

Анализ устройства и принципа работы однофазного трансформатора. Изучение его режима работы. Рассмотрение обозначения трансформатора на схеме. Характеристика типов магнитопроводов. Схема сварочного трансформатора со ступенчатым переключателем обмоток.

Подобные документы

Принцип действия и устройство однофазного трансформатора. Работа трансформатора вхолостую и под нагрузкой. Значение отношения токов первичной и вторичной обмоток трансформатора. Магнитный поток как передатчик мощности от источника энергии к обмотке.

реферат, добавлен 09.06.2015

Устройство однофазного трансформатора. Определение коэффициента трансформации. Рабочие характеристики и функции вторичного тока. Основные параметры схемы замещения. Схема проведения опыта холостого хода и снятие рабочих характеристик трансформатора.

лабораторная работа, добавлен 12.05.2013

Исследование классификации и области применения однофазного трансформатора. Экспериментальное определение параметров схемы замещения по опытам холостого хода и короткого замыкания. Потери мощности и коэффициент полезного действия трансформатора.

лекция, добавлен 06.01.2020

Обзор особенностей работы трансформатора под нагрузкой. Внешняя характеристика трансформатора. Потери мощности электрической энергии в трансформаторе. Изучение второго закона электромеханики. Регулировка сварочного тока. Индуктивное сопротивление обмоток.

презентация, добавлен 21.10.2013

Назначение, устройство и принцип работы трансформаторов 10/0.4 кB. Опыт холостого хода, схема трансформатора на холостом ходу. Опыт короткого замыкания трансформатора. Схема соединения обмоток трехфазного трансформатора. Группы соединений обмоток.

реферат, добавлен 19.09.2017

Изучение устройства и принципа работы трансформатора, анализ его внешних характеристик при различных нагрузках (активной, активно-индуктивной, ёмкостной). Определение коэффициента трансформации, напряжения короткого замыкания, параметров схемы замещения.

лабораторная работа, добавлен 19.11.2014

Параметры Т-образной схемы замещения трансформатора. Построение векторной диаграммы трансформатора при активной номинальной нагрузке. Сечение проводников обмоток. Мощность потерь короткого замыкания. Реактивное сопротивление холостого хода трансформатора.

лабораторная работа, добавлен 07.06.2012

Электромагнитная схема однофазного трансформатора. Основные узлы масляного трансформатора. Создание переменного магнитного потока по магнитопроводу и результирующего потока при нагрузке при холостом ходе. Охладительное устройство трансформатора.

доклад, добавлен 14.04.2013

Определение трансформатора. Анализ трансформаторов силовых и специального назначения. Обмотка и условная схема работы трансформаторов. Принцип действия однофазного двухобмоточного трансформатора. Определение параметров однофазных трансформаторов.

презентация, добавлен 18.03.2016

Природа магнитной связи первичной и вторичной обмотки. Построение схемы замещения трансформатора. Место индуктивности в схеме замещения трансформатора. Векторная диаграмма приведенного трансформатора. Определение входного сопротивления трансформатора.

Для анализа различных режимов работы трансформатор представляют в виде электрической схемы замещения по которой определяют токи первичной и вторичной обмоток, мощность, потребляемую из сети, потери мощности, КПД и.т.п. В схеме замещения первичная и вторичная обмотки соединены электрически. Такое соединение в схеме становится возможным, если первичная и вторичная обмотка трансформатора имеют одинаковое количество витков. Так как число витков первичной и вторичной обмоток могут значительно отличаться, то в схеме замещения реальная вторичная обмотка заменяется некоторой виртуальной обмоткой с числом витков . Такую вторичную обмотку называют приведенной, а трансформатор – приведенным трансформатором. При приведении вторичной обмотки необходимо, чтобы все электроэнергетические процессы в реальном и приведенном трансформаторе были сохранены. Т.е. замена реальной вторичной обмотки приведенной не должна изменить количественные и качественные характеристики электромагнитного процесса во вторичной обмотке.

Число витков приведенной вторичной обмотки отличается от реального числа витков в (коэффициент трансформации) раз:

ЭДС и напряжение вторичной обмотки трансформатора так же изменяются в раз:

Полная мощность вторичной обмотки в реальном и приведенном трансформатора не должны отличаться:

Из выражения (3.12) получим значение приведенного тока вторичной обмотки трансформатора:

Электрические потери мощности во вторичной обмотке реального и приведенного трансформатора так же должны быть одинаковыми:

Из (3.14) значение приведенного активного сопротивления вторичной обмотки:

Приведенное индуктивное сопротивление рассеяния вторичной обмотки найдем исходя из равенства углов между ЭДС и током во вторичной обмотке реального и приведенного трансформатора.

Тригонометрические функции равны, если равны их аргументы;

Из (3.17) индуктивное сопротивление рассеяния вторичной обмотки:

Первичную и вторичную обмотку фазы трансформатора можно представить электрической схемой (рис.3.2). В электрической схеме первичная и вторичная обмотки не связаны электрически. Воспользовавшись приведенной вторичной обмоткой можно преобразовать данную схему и объединить равнопотенциальные контуры и , т. е. соединить первичную и вторичную обмотки. Полученная схема (рис.3.3) называется Т – образной схемой замещения трансформатора. На вход схемы замещения подают напряжение , к выходу ее подключают переменное сопротивление нагрузки , к которому приложено напряжение .

Контур схемы замещения называют намагничивающим контуром. По намагничивающему контуру протекает ток холостого хода (намагничивающий ток) , который возбуждает в магнитопроводе трансформатора магнитный поток , наводящий в обмотках приведенного трансформатора ЭДС:

Сопротивление взаимоиндукции намагничивающего контура в (3.19) обусловлено основным магнитным потоком и является коэффициентом пропорциональности между ЭДС обмоток приведенного трансформатора и током холостого хода.

Активное сопротивление намагничивающего контура введено в схему замещения для учета магнитных потерь в магнитопроводе и является коэффициентом пропорциональности между реальными магнитными потерями и квадратом тока холостого хода:

Следует помнить, что активное сопротивление физического смысла не имеет. Оно не относится не к электрической, не к магнитной цепям реального трансформатора.

Горизонтальная ветвь схемы замещения называется главной ветвью. По главной ветви протекает ток . В главной ветви:

, активные сопротивления соответственно первичной и приведенной

, индуктивные сопротивления рассеяния первичной и приведенной

полное сопротивление нагрузки, подключенной ко вторичной обмотке.

Сопротивления намагничивающего контура и главной ветви называют параметрами схемы замещения трансформатора.

Параметры схемы замещения можно считать постоянными только при небольших изменениях первичного напряжения в пределах . Это в первую очередь относиться к намагничивающему контуру с сопротивлением , параметры которого определяют в первую очередь ток . При увеличении напряжения происходит насыщение стали магнитопровода, а уменьшается, так как намагничивающий ток резко возрастает.

При известных параметрах схемы замещения рассчитывают токи во всех ее ветвях и определяют энергетические величины трансформатора для любого режима нагрузки.

Параметры схемы замещения определяют расчетным или опытным путем. В практике трансформаторостроения широко используются методы опытного определения параметров схемы замещения.

Параметры схемы замещения опытным путем определяют по результатам опытов холостого хода и короткого замыкания.

Опыт холостого хода

Опыт холостого хода проводят с целью построения характеристик холостого хода и определения параметров намагничивающего контура схемы замещения.

Схема опыта для однофазного трансформатора приведена на рис. 3.4, а. Первичная обмотка подключается к синусоидальному напряжению через регулятор напряжения (РН), а вторичная обмотка разомкнута.

Опыт проводят для ряда значений напряжения (обычно 5– 8), изменяя напряжение первичной обмотки от (малое насыщение стали магнитопровода) до (перевозбуждение трансформатора, сильное насыщение стали магнитопровода).

В однофазном трансформаторе для каждого значения напряжения измеряют потребляемые первичной обмоткой ток и мощность и рассчитывают коэффициент мощности .

В трехфазном трансформаторе для каждой точки опыта определяют средние значения фазного тока , фазного напряжения , суммарную потребляемую мощность и рассчитывают коэффициент мощности

По результатам опыта строят характеристики холостого хода , , представленные на рис.3.5. Характеристики объясняются следующим образом.

Характеристика . В другом масштабе эта зависимость повторяет кривую намагничивания стали магнитопровода , так как намагничивающая (реактивная) составляющая тока пропорциональна напряженности магнитного поля , а магнитная индукция пропорциональна напряжению . Поэтому при малых напряжениях зависимость линейна (насыщение стали магнитопровода мало). При возрастании напряжения из–за насыщения стали (увеличение магнитного сопротивления стали) зависимость становиться нелинейной, т.е. ток растет быстр ее напряжения . При напряжениях выше номинального зависимость снова становится линейной, так как сталь магнитопровода сильно насыщена.

Характеристика . Коэффициент мощности показывает долю активной составляющей и реактивной составляющей в полном токе холостого хода :

здесь полная мощность первичной обмотки в режиме холостого хода; активная мощность первичной обмотки в режиме холостого хода; реактивная мощность первичной обмотки в режиме холостого хода.

При малых напряжениях магнитопровод не насыщен, поэтому реактивный ток почти не изменяется, а постоянен. С ростом напряжения сталь магнитопровода насыщается, что приводит к значительному увеличению . Характеристика при увеличении напряжения уменьшается по нелинейной зависимости.

Характеристика . Активная электрическая мощность холостого хода потребляется первичной обмоткой для покрытия электрических потерь в обмотке и магнитных потерь в магнитопроводе :

Ток холостого хода по сравнению с током номинальным весьма мал и в силовых трансформаторах не превышает 1 - 3 % от номинального . Поэтому электрическими потерями пренебрегают и считают что активная мощность , потребляемая трансформатором в режиме холостого хода, расходуется на компенсацию магнитных потерь :

Как видно из (3.22) характеристика представляет собой классическую параболу, так как пропорциональна квадрату тока холостого хода

. Из формулы Штейментца (2.13) так же видно, что магнитные потери в стали магнитопровода пропорциональны квадрату магнитной индукции или квадрату напряжения . Т.е. при увеличении напряжения мощность увеличивается по параболической зависимости.

По результатам опыта холостого хода определяют параметры намагничивающего контура Т – образной схемы замещения. Т – образная схема замещения для режима холостого хода показана на рис.3.6. Эквивалентные входные сопротивления схемы замещения трансформатора:

В трансформаторах ; ; . В результате можно пренебречь сопротивлениями , , и считать, что

Таким образом, параметры намагничивающего контура схемы замещения трансформатора определяют расчетом из схемы рис.3.6 с учетом (3.25):

В формулах (3.26) и (3.27) значения тока холостого хода и суммарной мощности (для фазного трансформатора) принимают соответствующими номинальному напряжению первичной обмотки .

В электрических сетях используются различные виды трансформаторов: двухобмоточные, трёхобмоточные, автотрансформаторы, трансформаторы с расщеплением обмоток сторон. В зависимости от вида трансформаторы представляются различными схемами замещения.

Двухобмоточный трансформатор

Условное обозначение двухобмоточного трансформатора и его схема замещения приведены на рис. 1 [1].

Рис. 1. Условное обозначение двухобмоточного трансформатора и его схема замещения

Активное R_T и реактивное X_T сопротивления трансформатора являются суммой активных и реактивных сопротивлений рассеяния обмотки высшего напряжения и низшего напряжения, причём величины сопротивления приводятся к одной из сторон. В поперечной ветви схемы замещения трансформатора находятся активная G_T и реактивная проводимости В_T. При этом проводимости обычно подключают со стороны питания: для повышающих трансформаторов – со стороны низшего напряжений, для понижающих – со стороны высшего напряжения.

В приведённой на рис. 1 схеме замещения отсутствует идеальный трансформатор, поэтому одно из напряжения является приведённым к напряжению другой стороны.

Величина активного сопротивления трансформатора R_T в Ом определяется из паспортных данных по выражению

где ΔP_к – потери активной мощности в режиме холостого хода, Вт;
U_ном – номинальное напряжение стороны трансформатора, В;
S_ном – номинальная мощность трансформатора, ВА.

Величина реактивного сопротивления трансформатора X_T в Ом определяется из паспортных данных по выражению

где U_к – напряжение короткого замыкания, %;
U_ном – номинальное напряжение стороны трансформатора, В;
S_ном – номинальная мощность трансформатора, ВА.

Величина активной проводимости трансформатора G_T в См определяется из паспортных данных по выражению

где ΔP_х – потери активной мощности в режиме холостого хода, Вт;
U_ном – номинальное напряжение стороны трансформатора, В.

Величина реактивной проводимости трансформатора B_T в См определяется из паспортных данных по выражению

где I_х – ток холостого хода трансформатора, %;
U_ном – номинальное напряжение стороны трансформатора, В;
S_ном – номинальная мощность трансформатора, ВА.

Трёхобмоточный трансформатор

Условное обозначение трёхобмоточного трансформатора и его схема замещения приведены на рис. 2 [1].

Рис. 2. Условное обозначение трёхобмоточного трансформатора и его схема замещения

Параметры схемы замещения рассчитываются исходя из паспортных данных трансформатора. Активные сопротивления R обмоток сторон рассчитываются по следующим выражениям

где U_ном – номинальное напряжение стороны трансформатора, В;
S_ном – номинальная мощность трансформатора, ВА;
ΔР_к,в = 0,5 ∙ (ΔР_к,вн + ΔР_к,вс + ΔР_к,сн);
ΔР_к,с = 0,5 ∙ (ΔР_к,вс + ΔР_к,сн + ΔР_к,вн);
ΔР_к,н = 0,5 ∙ (ΔР_к,вн + ΔР_к,сн + ΔР_к,вс);
ΔP_к,вн, ΔP_к,вс, ΔP_к,сн – мощности короткого замыкания при закороченных обмотках сторон высшего и низшего, высшего и среднего и среднего и низшего напряжений соответственно, Вт.

Реактивные сопротивления X сторон рассчитываются по следующим выражениям

Если в паспортных данных задано только одно значение мощности короткого замыкания ∆Р_к (обычно для обмоток сторон высшего и среднего напряжения ∆Р_к,вс), то потери мощности в каждой обмотке определяются по следующим выражениям:

$$ \begin \Delta P_\textrm = \Delta P_\textrm + \Delta P_\textrm \\ \Delta P_\textrm / \Delta P_\textrm = S_\textrm / S_\textrm \\ \Delta P_\textrm / \Delta P_\textrm = S_\textrm / S_\textrm \end $$

Проводимости трёхобмоточного трансформатора рассчитываются аналогично проводимостям двухобмоточных трансформаторов.

Двухобмоточный трансформатор с расщеплением обмотки низшего напряжения

Условное обозначение двухобмоточного трансформатора с расщеплением обмотки низшего напряжения и его схема замещения приведены на рис. 3.

Рис. 3. Условное обозначение двухобмоточного трансформатора с расщеплением обмотки низшего напряжения и его схема замещения

где $ R_\textrm = \Delta P_\textrm \cdot \frac>> $;
ΔР_к – потери активной мощности в режиме холостого хода, Вт;
U_ном – номинальное напряжение стороны трансформатора, В;
S_ном – номинальная мощность трансформатора, ВА.

Для определения индуктивных сопротивлений обмоток необходим учёт расположения обмоток на магнитопроводе. Для группы однофазных трансформаторов

где $ X_\textrm = \frac> \cdot \frac>>, $,
U_к – напряжение короткого замыкания, %;
U_ном – номинальное напряжение стороны трансформатора, В;
S_ном – номинальная мощность трансформатора, ВА.

Для трехфазных трансформаторов

где X_общ рассчитывается аналогично вышеприведённому выражению.

Автотрансформатор

Условное обозначение автотрансформатора и его схема замещения приведены на рис. 4 [1].

Рис. 4. Условное обозначение двухобмоточного автотрансформатора и его схема замещения

Параметры схемы замещения автотрансформатора рассчитываются аналогично трёхобмоточному трансформатору. Отличие расчёта параметров схемы замещения автотрансформатора может заключаться в том, что часть паспортных данных может быть приведена к типовой мощности, определяемой коэффициентом выгодности α. Типовой мощностью автотрансформатора называется та мощность, которая передаётся электромагнитным путём.

Если в паспортных данных параметры ΔР_к,вн, ΔР_к,сн, U_к,вн и U_к,сн приведены к типовой мощности автотрансформатора, то их следует пересчитать к номинальной мощности автотрансформатора по следующим выражениям

Список использованной литературы

Идельчик В.И. Электрические системы и сети: Учебник для вузов. — М.: Энергоатомиздат, 1989. — 592 с.

Анализ работы нагруженного трансформатора

Рассмотрим, как изменится магнитный поток трансформатора при переходе от режима Х.Х. к режиму нагрузки. Для силовых трансформаторов ток Х.Х. составляет примерно 5–7% от номинального тока . Потери напряженияв первичной обмотке трансформатора при номинальной нагрузке составляют примерно 2,5-5% от номинального значения напряжения. Обычно при Х.Х. этой потерей напряжения пренебрегают и считают, что. Если учитывать потерю напряжения при номинальной нагрузке, тоэдс должна уменьшиться примерно на 2,5–5%. Следовательно, и магнитный поток в магнитопроводе трансформатора при переходе от холостого хода к номинальной нагрузке уменьшится также на 2,5-5% по сравнению с потоком холостого хода. Таким образом, можно считать, что практически магнитный поток трансформатора от нагрузки не зависит, а следовательно и магнитные потери энергии на гистерезис и вихревые токи от нагрузки трансформатора тоже не зависят.

На основании сказанного можно принять, что магнитные потоки Х.Х. и нагруженного трансформатора равны и создаются примерно одинаковыми по величине магнитодвижущими силами.

Тогда действующие значения эдс можно записать

;

где – результирующий магнитный поток.

ЭДС трансформатора является функцией частоты f питающего напряжения . С ростом частоты увеличиваются ЭДСи. Трансформатор, имеющий большую частоту, будет иметь меньшие габариты и вес за счёт уменьшения магнитного потока (уменьшается сечение магнитопровода) и числа витков. На летательных аппаратах, где уменьшение веса и габаритов даёт большой экономический эффект, приняты частоты 400, 800 и 1000 Гц.

Для определения параметров схемы замещения трансформатора и исследования его характеристик используют данные, получаемые из опытов Х.Х. и короткого замыкания.

Опыт холостого хода. Проводится при питании номинальным напряжениемпри отсутствии нагрузки, т.е..

Схема для проведения опыта Х.Х. (1) и схема замещения трансформатора (2) при опыте Х.Х.

- мощность потерь в стали на вихревые токи и гистерезис.

Опыт короткого замыкания. Проводится при короткозамкнутой вторичной обмотке трансформатора и токах в обмотках, равных номинальным токам. Такой режим можно создать только при питании первичной обмотки пониженным напряжением

Схема для проведения опыта К.З.