Почему при увеличении тока нагрузки увеличивается ток потребляемый трансформатором из сети кратко

Обновлено: 07.07.2024

обмоткой обратной связи, то мощность, затрачиваемая в обмотке управления, может быть значительно уменьшена по сравнению с мощностью управления, требуемой при отсутствии положительной обратной связи.

Обратную связь можно осуществить и без специальной обмотки. На рис. 1-23 приведена схема магнитного усилителя, у которого обратная связь осуществляется путем включения последовательно с обмотками переменного тока вентилей. Магнитные усилители такого типа

Рис. 1-22. Схема магнитного усилителя с внешней обратной связью по току.

Рис. 1-23. Схема магнитного усилителя с внутренней обратной связью.

известны под названием усилителей с внутренней обратной связью.

Схема магнитного усилителя, изображенного на рис. 1-23, отличается тем, что обмотки переменного тока соединены между собой последовательно, причем в цепь каждой обмотки включен электрический вентиль. Поэтому в течение одного полупериода переменный ток протекает через вентиль В, и обмотку левого стержня. В течение следующего полупериода ток протекает через вентиль и обмотку правого стержня. Таким образом, в каждой обмотке протекает пульсирующий ток, посто-яная составляющая которого пропорциональна току нагрузки. Эта постоянная составляющая тока и создает подмагничивающий поток обратной связи, который в обоих стержнях имеет неизменное направление.

Дроссели насыщения и магнитные усилители широко используются в схемах источников питания радиотехни-

ческпх устройств. Их осноппымп преимуществами ягшя-ются высокая иадежпость в работе и болыпая величина коэффициента полезного действия. Наиболее существенным недостатком дросселей насыщения и магнитных усилителей является их инерционность, обусловленная в основном индуктивностью обмотки управления.

Вопросы для самопроверки

1. Почему при увеличении тока нагрузки, подключенной ко вторичной обмотке, увеличивается ток, потребляемый трансформатором из сети?

2. В чем заключается явление вынужденного намагничивания и каково его влияние на работу трансформатора? В каких выпрямительных схемах имеет место явление вынужденного намагничивания?

3. Что характеризует собой типовая мощность трансформатора и в чем ее отличие от мощности, потребляемой трансформатором из сети?

4. Объясните, почему изменяется индуктивность дросселя (трансформатора) при изменении постоянного подмагничивающего поля?

5. Для чего нужен воздушный зазор в магиитопроводе сглаживающего дросселя? Почему вредны воздушные зазоры в магнитопроводах дросселей насыщения и магнитных усилителей?

6. Каким образом исключаются наводки переменного напряжения в обмотку управления дросселя насыщения?

ГЛЛВА ВТОРАЯ ВЕНТИЛИ

2-1. КЛАССИФИКАЦИЯ ВЕНТИЛЕЙ. ПАРАМЕТРЫ ВЕНТИЛЕЙ

В зависимости от принципа, обусловливающего вентильные свойства, все вентили можно разделить на два класса: электрические и механические.

Электрическим вентилем называется прибор, обладающий односторонней проводимостью, т. е. проводящий ток в одном направлении значительно лучше, чем в другом.

Любой электрический вентиль состоит из двух электродов (анода и катода), разделенных между собой междуэлектродным пространством. По характеру междуэлектродного пространства все электрические вентили можно разделить на три группы: 1) вакуумные, или электронные; 2) газонаполненные, или ионные и 3) твердые, или полупроводниковые.

Механический вентиль представляет собой переключатель, периодически замыкающий электрическую цепь при одной полярности напряжения и размыкающий ее при другой, благодаря чему ток в цепи протекает лишь в одном направлении.

Механические вентили можно разделить на две группы: 1) контактные и 2) вибрационные.

Наибольшее распространение в источниках питания радиоустройств получили электрические вентили, а среди них: в устройствах малой мощности - электронные и полупроводниковые, а в устройствах большой мощности - ионные вентили.

Электрический вентиль, как и любой другой элемент электрической цепи, может быть охарактеризован величиной пропускаемого тока, напряжением между его электродами и сопротивлением. Однако в отличие от обычных элементов электрических цепей вентиль дополни* тельно характеризуется прямыми и обратными значениями указанных выше параметров. Условимся называть направление тока, в котором вентиль имеет меньшее сопротивление, прямым направлением. Ток в проводящем направлении будем называть прямым током, падение напряжения на вентиле при этом прямым напряжением, а его сопротивление прямым сопротивлением.

Направление тока, для которого вентиль имеет большое сопротивление, назовем обратным направлением. Ток, текущий в обратном направлении, будем называть обратным током, напряжение между электродами при этом - обратным напряжением, а сопротивление - обратным сопротивлением.

Введем также понятие об идеальном и реальном вентилях. Идеальным вентилем называют вентиль, у которого прямое сопротивление равно нулю, а обратное сопротивление бесконечно велико. При этом прямое падение напряжения и обратный ток равны нулю. Коэффициент выпрямления, представляющий собой отношение прямого

Увеличение нагрузки трансформатора сопровождается увеличением токов / 2 и / j, что приводит к увеличению падения напряжения в обмотках трансформатора. Поэтому с увеличением нагрузки вторичное напряжение изменяется. В зависимости от характера нагрузки трансформатора изменение вторичного напряжения может быть различным. [2]

Увеличение нагрузки трансформатора сопровождается увеличением токов / 2 и / 1 ( что приводит к увеличению падения напряжения в обмотках трансформатора. Поэтому с увеличением нагрузки вторичное напряжение изменяется. В зависимости от характера нагрузки трансформатора изменение вторичного напряжения может быть различным. [3]

С увеличением нагрузки трансформатора увеличиваются токи / 2 и / ь а значит, растет и мощность, поступающая из сети. При уменьшении нагрузки уменьшается вторичный ток, следовательно, и первичный ток также должен уменьшиться. В этом сказывается общий принцип саморегулирования, который действителен для всех электрических машин. [4]

С увеличением нагрузки трансформатора растет вторичный ток. [5]

При увеличении нагрузки трансформатора на соответствующую величину возрастает и ток первичной обмотки. [6]

По мере увеличения нагрузки трансформатора вторичный ток увеличивается, а вторичное напряжение падает. [7]

Почему при увеличении нагрузки трансформатора увеличивается ток первичной обмотки. [8]

Почему при увеличении нагрузки трансформатора увеличивается ток в первичной обмотке. [9]

При этом вследствие увеличения нагрузки трансформаторов тока их вторичные токи могут снизиться настолько, что реле тока, а следовательно, и реле времени вернутся в исходное состояние прежде, чем произойдет отключение выключателя. [10]

Погрешности возрастают с увеличением нагрузки трансформатора . На точность показаний вольтметров влияет только погрешность в коэффициенте трансформации. [11]

При этом, вследствие увеличения нагрузки трансформаторов тока , ток от них может снизиться настолько, что реле тока IT и 2Т, а следовательно, и реле времени В вернутся в исходное положение прежде, чем произойдет отключение выключателя. [12]

Из векторной диаграммы видно, что увеличение нагрузки трансформатора приводит к увеличению тока П, а это вызывает в свою очередь увеличение тока It, потребляемого трансформатором из сети. [14]

Процентное понижение вторичного напряжения показывает меру его уменьшения при увеличении нагрузки трансформатора . [15]

Регулирование напряжения у силовых трансформаторов

В этой статье я хочу рассказать вам как регулируется напряжение у силового трансформатора 110/10 кВ- под нагрузкой.

Для тех кто вообще не в теме объясняю о чем вообще идет речь.

Электроэнегрия от электростанции (АЭС, ТЭЦ, ГРЭС и т.п.) передается по опорам воздушных линий на многие сотни километров к подстанции (я буду вести речь о подстанции 110 000 Вольт), где установлены понижающие трансформаторы – очень большие и очень мощные.

Эти трансформаторы понижают напряжение (в моем примере до 10 000 Вольт) и передают электроэнергию дальше, но уже на более короткое расстояние- в пределах 10-40км до следующего понижающего трансформатора, который преобразует уже высокое напряжение 10 кВ в низкое трехфазное напряжение 400 Вольт, которое и идет по проводам к нам в дома.

Так вот, к трансформатору 110/10 кВ, установленному на подстанции, присоединяется очень много нагрузки- это может быть целый сельский район или часть большого города.

Нагрузка в течении дня и в течении времен года постоянно меняется и очень сильно.

Например в зимний период многие сельские жители обогреваются электрокотлами , поэтому потребляемый ток гораздо больше чем летом.

Или есть утренние и вечерние часы максимума нагрузок когда люди просыпаются или наоборот приходят с работы, включают электроприборы- потребление электроэнергии сильно возрастает. В течении дня нагрузка снижается и иногда даже в разы меньше чем утром или вечером.

Что происходит с понижающим трансформатором при увеличении нагрузки

А ничего с ним не происходит))) Как понижал он напряжение- так и продолжает понижать- так уж он устроен.

На первичную обмотку (обмотка высокого напряжения) подается 110 000 Вольт, а со вторичной (обмотка низкого напряжения) снимается 10 000 Вольт.

Это идеальный вариант, когда напряжение на первичной обмотке стабильное и не меняется, а нагрузка вторичной обмотки или очень мала или ее совсем нет (трансформатор работает в режиме холостого хода).

На самом деле это совсем не так.

В действительности высокое напряжение на первичной нагрузке постоянно меняется в небольших пределах- 110-117кВ

А так как коэффициент трансформации у трансформатора величина неизменная, то получается что и на вторичной обмотке 10 кВ напряжение тоже колеблется так сказать “в ногу” с первичным напряжением.

А вслед за этим колебания напряжения передаются следующим понижающим трансформаторам 10/0,4 кВ…

И так эти колебания дойдут и до наших квартир и напряжение колебалось бы пропорционально с высоким напряжением 110 кВ.

И было бы у нас в розетках то 180 Вольт, то 250 и бесперестанно бы оно изменялось в течении суток. Думаю что никому не понравится когда свет в доме постоянно меняет яркость, как в том анекдоте- то потухнет, то погаснет, то совсем не загорит)))

Почему изменяется напряжение

А изменяется напряжение от нагрузки, от того, какая мощность подключена к трансформатору.

Кто дружит с физикой тот знает- чем больше мощность, тем больше ток. В свою очередь увеличение значения электрического тока приводит к тому, что увеличивается падение напряжения в проводниках электрического тока.

Это обмотки трансформатора, провода воздушной линии электропередачи, силовые кабеля и т.п.- на них происходит основное падение напряжения.

Что это такое падение напряжения

Говоря упрощенно и что бы было понятнее- это энегрия(причем активная!) выделяемая в виде тепла.

Приведу пример. Для каждого сечения провода есть максимальный допустимый ток. Если к медному проводу сечением 2,5 кв. мм подключить одн офазный электротел мощностью 9 кВт с потребляемым током 9000:220=41 ампер, то провод очень сильно будет греться.

Материал, из которого изготовлен провод- медь оказывает активное сопротивление электрическому току.

По закону Ома- электрический ток прямо пропорционален изменениям напряжения, поэтому при подключении электрокотла на этом участке провода увеличивается и напряжение и происходит нагрев провода.

Не понятно? Давайте еще подробнее. Допустим сопротивление провода0 1 Ом. Ток как уже определили- 41 ампер.

Тогда на проводе напряжение составит U=R*I= 41 Вольт

Это и есть падение напряжения на проводе. При этом будет выделяться мощность в виде тепла P=U*I=41*41=1681 Ватт

А это целый электрообогреватель мощностью 1,7 кВт.

Конечно такая рассеиваемая мощность в проводе приводит к перегреву и плавлению изоляции. Именно поэтому для каждого сечения ток ограничен.

В данном случае для 2,5 кв.мм допустимый ток 25-27 ампер.

Из всего вышесказанного следует:

При увеличении нагрузки- увеличивается ток и увеличивается падение напряжения и потери энергии в проводах

Другими словами- часть напряжения и энергии до наших розеток просто не доходит, а выделяется в воздух в виде тепла…

А сейчас самое важное!

Что бы компенсировать такие неизбежные потери энергии, на вторичной обмотке силового трансформатора повышают напряжение.

То есть повышают напряжение выше 10 000 Вольт- до 11, а то и больше киловольт. Тогда даже и если часть энергии “теряется” в проводах, у нас в квартирах и домах напряжение находится в пределах нормы- около 220 Вольт.

Как регулируется напряжение

Как можно изменять вторичное напряжение на понижающем трансформаторе? Можно изменять напряжение, подводимое к первичной обмотке- тогда на вторичной оно будет изменяться прямо пропорционально.

Но этот вариант не подходит, так как у трансформаторов, подключенных к сети 110 кВ разная загруженность- у одних может быть 100% нагруженность, у других- 20-50% и т.д.

И при этом способе напряжение на выходе будет меняться одновременно на всех- и там где надо и там где не надо…

А трансформаторов подключено не просто много- а очень много!

Поэтому применяют другой способ.

Напряжение регулируется изменением коэффициента трансформации самого трансформатора

Изменяется количество витков первичной обмотки трансформатора.

А почему именно в первичной?

В принципе можно было бы изменять и на вторичной обмотке- коэффициенту без разницы, он все равно будет изменяться, так как будет меняться соотношение витков первичной к вторичной обмотками.

Однако изменяют именно на высокой стороне- где выше напряжение. Почему?

Все очень просто. Где выше напряжение- там меньше величина электрического тока.

А так как регулировка напряжения происходит под нагрузкой- то есть трансформатор не отключают, то при изменении витков обмотки- при коммутации- появляется электрическая дуга в месте переключения контактов.

А чем больше ток- тем больше дуга, а эту дугу надо обязательно гасить…

Кстати значения тока между первичной и вторичной обмотками различается очень значительно. Например на вторичной нагрузке ток в 300 ампер вполне допустим, а для первичной максимальный ток является 25-30 ампер.

Думаю не надо объяснять что переключать контакты при токе в 300 ампер гораздо сложнее чем при 30, согласитесь)))

А где находятся эти контакты? В баке трансформатора сделаны отводы от первичной обмотки для изменения коэффициента трансформации и выведены в отдельный отсек, где и происходит переключение с помощью специального механизма.

Снаружи на баке трансформатора прикреплен привод этого механизма, называется он

Привод РПН

РПН расшифровывается как Регулирование Под Нагрузкой. В приводе расположен электродвигатель и элементы автоматики РПН- пускатели, конечные выключатели, автоматический выключатель, клемник с контрольными кабелями и т.д.

Электродвигатель с помощью вала вращает механизм переключения. Вся работа привода РПН контролируется автоматикой РПН.

Именно благодаря применению автоматики не требуется ручное управление- она сама следит за изменениями напряжения и при необходимости меняет коэффициент трансформации, поэтому при любой нагрузке трансформатора на выходе вторичной обмотки- необходимое напряжение.

А у нас в доме- в розетке- 220)))

Автоматикой РПН управляют специальные электронные блоки:

В них выставляются необходимые параметры работы- напряжение, выдержка времени, порог нечувствительности и т.д. В релейной защите это называется уставки.

И электронный блок уже сам определяет когда изменить напряжение, через какое время и в каких пределах, все это делается автоматически.

Так же возможно и ручное переключение РПН- непосредственно из привода около трансформатора или дистанционно- с панели управления из диспетчерского пункта.

Для этого есть специальные переключатели и ключи управления. Оперативный персонал подстанции может отключить автоматику и вручную регулировать напряжение на выходе трансформатора.

Это требуется например когда автоматика РПН выведена в ремонт или при проведении оперативных переключений, но это уже как говорится- совсем другая история)))

Специально по этой теме я снял видео непосредственно с подстанции 110/10 кВ и предлагаю вам “вживую” посмотреть как регулируется напряжение на трансформаторе под нагрузкой!

Итак, смотрим видео:

Узнайте первым о новых материалах сайта!

Просто заполни форму:

Спасибо за интересную и содержательную информацию. Удачи Вам! Заходите в гости

Классно. Каждый день обслуживаю подобное электрооборудование. Правда БАРы мы уже давно поменяли на блоки РКТ (более проще в настройке и надежны).
Привод моторный МЗ-4 называется. Вроде болгарский. Очень качественно сделан по монтажу, но есть небольшое замечание – изнашиваются клеммы положения ступеней в самом приводе (по ним ездит металлический ролик, тем самым проделывая дорожки в латунных шайбах). Поэтому на некоторых ступенях логометр отклоняется резко в сторону. А у Вас как с этим?

И еще, на летнее время (грозовой период) блоки РКТ выставляю в дистанционный режим управления (вместо автоматического), т.е. при изменении напряжения (дискретность +-0,15 В по вторичному напряжению трансформатора напряжения 100 В) блок РКТ выдает “подсказку” на экран повышения, либо понижения напряжения. Переключающее устройство РПН всегда делают по высокой стороне, в связи с меньшими токами коммутации. По крайней мере я никогда не встречал на опыте и в книгах, чтоб РПН устанавливали на низкой стороне. (ну может частные случаи и то редко).

Порадовала статья. Спасибо, коллега.

В какой раз убеждаюсь что все гениальное просто Спасибо за информацию

Спасибо за статью!Я сам новичок в этом деле пока только учусь и еще грубо говаря в этом я чайник!Можно по подробней еще про ОРУ!Я сам обслуживаю трансфоматор 220-6 там принцып такой же только тр-ор по больше!

все хорошо с этими блоками, но дело в том что когда я работал в городских сетях и мы постоянно крутили анцапфы на тр-х 10/0,4 кв осенью- весной, потому что Районные сети отпускали нам то 10500, то 9500, а у нас около ста подстанций вот и покрути попробуй на всех.(((

а не могли бы рассказать в этой рубрике, как определяете землю на линии, кз. Каков процесс диспетчера РЭС. Если можно то по 110 и по 10 кв, если есть в чем то разница.

Статья хорошая, расказ практически на пальцах. Но автоматическое регулирование напряжения в сетях 110кВ и выше без использования обще системной автоматики не имеет смысла, АРКТ смотрит напряжение конкретно на своих обмотках и перегоняет РПН в зависимости от этого напряжения, в следствие чего РПН чаще меняет положение чем при ручном регулировании и износ его в автоматическом режиме работы больше и приодичность ремонта меньше.

Константин- все верно, общесистемная автоматика очень важна и необходима. Что бы автоматика РПН не так часто срабатывала при изменении напряжения можно например увеличить зону нечувствительности.Для конечного потребителя- то есть для нас с вами, очень важно что бы автоматика работала, иначе у нас дома напряжение может быть выше или ниже допустимого предела.

Например у нас на ПС 110 бывает что если транзит разорван, то напряжение 110кВ. Приехал оперативник- и поднял U до положенных 10500кВ дистанционно. Затем транзит по 110 замкнули- напряжение скакнуло до 117кВ, на выходе силового транса при этом уже не 10500 а все 11200, несложно посчитать что в розетке если было 220 то станет 234В. Конечно это не много и допустимо, но у меня были примеры когда дом расположен у самой ТП и напряжение там всегда высокое- в пределах 245 Вольт, так вот в этом случае тогда у них будет уже все 260!

А контролировать напряжение оперативник приедет лишь через сутки…

Для регулировки напряжения так же активно используются СТК (статические теристорные компенсаторы), БСК (батореи статических конденсаторов) но к сожелению эти установки несут большие потери. Такое техническое решение приятно для потребителя)), напряжение регулируется на шинах и потребитель имеет напряжение в заданных рамках.

Насколько я знаю- БСК применяют для компенсации реактивки. Что бы ими напряжение регулировали- впервые слышу…

Спасибо большое за подробное обьяснение! Скажите по такому методу (когда рпн стоит на ПС 110/10 кВ), устанавливают ли РПН на ПС 10/0,4 кВ? Если да то какие именно, тоже блоки РКТ?

Саша- на трансформаторной подстанции 10/0,4кВ автоматики регулирования напряжения нет. Там это делается вручную с помощью специального переключателя- изменяя кол-во витков первичной обмотки транса.

здравствуйте.будте добры ,поясните пожалуйста.решаем практикум по трансформатору,нужно сделать вывод.почему в трех случаях повышения напряжения на первичной обмотке:1.увеличивается ток;2.увеличивается мощность;3.уменьшается кэффициент мощности(cos fi).во всех трех случаях,как написал выше,зависимость от увеличивающегося напряжения.пожалуйста помогите.буду рад по скорее получить ответ)

Трансформатор под нагрузкой или на холостом ходу?

Чаще всего на трансформаторах 10/0,4 стоит не РПН, а ПБВ, т.е. переключение ступеней без возбуждения (напряжения). Само переключение происходит в ручную с помощью специальной рукоятки на корпусе трансформатора. Хотя я встречал и дистанционное управление на таких трансформаторах.

При подключении нагрузки с сопротивлением Z_н к зажимам вторичной обмотки трансформатора появляется ток I₂ (рис. 1.10). Одновременно ток в первичной обмотке достигает значения I₁, а магнитный поток в магнитопроводе, созданный м.д.с. первичной обмотки, будет равен Ф₁.

Рис. 1.10. Схема однофазного трансформатора в режиме нагрузки

Ток I₂, протекая по вторичной обмотке, создает магнитное поле вторичной обмотки. Большая – основная – часть потока вторичной обмотки замыкается по магнитопроводу, сцепляясь как со вторичной, так и с первичной обмотками. Это основной поток вторичной обмотки Ф₂. Меньшая часть потока вторичной обмотки сцепляется только со вторичной обмоткой. Это поток рассеяния вторичной обмотки Ф_σ2. Он так же, как и поток рассеяния первичной обмотки, проходит большие участки пути по воздуху, поэтому пропорционален току I₂. Пропорциональна току I₂ и наводимая потоком Ф_σ2 э.д.с. рассеяния вторичной обмотки:

здесь х₂ – индуктивное сопротивление рассеяния вторичной обмотки.

Магнитный поток вторичной обмотки в соответствии с законом Ленца направлен навстречу потоку первичной обмотки , который вызвал э.д.с. Е₂ и ток I₂. То есть суммарный поток в магнитопроводе будет равен

Появление магнитного потока Ф₂ в первый момент времени вызовет существенное уменьшение суммарного потока Ф, которое в свою очередь приведет к уменьшению э.д.с. Е₁. В соответствии с выражением (1.14) это приведет к увеличению тока I₁:

Из-за увеличения тока I₁ магнитный поток Ф₁ увеличится и практически полностью компенсирует увеличение потока Ф за счет возникновения потока Ф₂. Время этого переходного процесса определяется электромагнитной постоянной трансформатора, которая в свою очередь определяется индуктивностями и активным сопротивлением первичной и вторичной обмоток.

Таким образом, магнитный поток трансформатора при нагрузке Ф примерно равен потоку холостого хода Ф₀. При изменении тока I₂ поток Ф практически не изменяется:

Представим ток первичной обмотки в виде суммы тока холостого хода и приращения идущего на поддержание магнитного потока сердечника неизменным:

Умножая обе части этого равенства на w₁, получим уравнение м.д.с:

Исходя из закона сохранения энергии, увеличение м.д.с. первичной обмотке . равно по величине и противоположно по направлению м.д.с. вторичной обмотки:

С учетом (1.26) уравнение (1.25) примет вид:

Поделив обе части (1.27) на w₁, получим уравнение трансформатора:

Второй член правой части уравнения (1.28) называют током вторичной обмотки, приведенным к числу витков первичной обмотки, обозначают как:

С учетом (1.29) уравнение токов примет вид:

Рис. 1.10. Схема однофазного трансформатора в режиме нагрузки

здесь х₂ – индуктивное сопротивление рассеяния вторичной обмотки.

Умножая обе части этого равенства на w₁, получим уравнение м.д.с:

С учетом (1.26) уравнение (1.25) примет вид:

Поделив обе части (1.27) на w₁, получим уравнение трансформатора:

Читайте также: