Внешняя характеристика трансформатора. Падение напряжения в номинальном режиме.

Внешней характеристикой трансформатора называют зависимость:

при и cosφ₁ = const (рис. 1).

Рис. 1 — Внешняя характеристика трансформатора

Из рис. 1 следует, что внешняя характеристика трансформатора при увеличении тока нагрузки до номинального является достаточно жесткой. Изменение напряжения составляет всего несколько процентов и зависит от характера нагрузки. При активной и активно-индуктивной нагрузке напряжение уменьшается, при активно-емкостной нагрузке оно может несколько возрастать. На практике величина изменения напряжения обычно рассчитывается по приближенной формуле: где β = I₂/I_2н нагрузка трансформатора в относительных единицах;

9. Потери мощности и КПД трансформатора. Оптимальный коэффициент нагрузки. Уравнение баланса мощности в цепи с трансформатором , где – активная мощность, поступающая из сети питания (от источника); - активная мощность потребителей; – суммарная мощность потерь в трансформаторе; — мощность потерь в стали; — мощность потерь в проводах обмоток. Мощность потерь в стали магнитопровода из-за гистерезиса и вихревых токов зависит от амплитуды магнитного потока , а так как , то мощность потерь в стали не изменяется, т. е. не зависит от нагрузки при постоянном значении напряжения питания . Эти потери составляют 1—2 % номинальной мощности. Мощность потерь в проводах обмоток зависит от нагрузки, так как , а

Коэффициент полезного действия трансформатора представляет собой отношение активной мощности на выходе трансформатора к активной мощности на его входе:

Так как коэффициент нагрузки и в опытах холостого хода и короткого замыкания, что , а ,

, имеем то КПД .

Анализ уравнения показывает, что η= f (β).

Оптимальный коэффициент нагрузки β_опт, при котором КПД имеет максимальное значение, можно определить, взяв первую производную d η /d β по формуле кпд и приравняв ее нулю. При этом

β^2оптPк = P0 или Δ Рэл = Δ Рм

Следовательно, КПД имеет максимум при такой нагрузке, при которой электрические потери в обмотках равны магнитным потерям в стали. Это условие (равенство постоянных и переменных потерь) приближенно справедливо и для других типов электрических машин. Для серийных силовых трансформаторов

β_опт = √ P ₀/ P _к ≈ √0,2 ÷ 0,25 ≈ 0,45 ÷ 0,5

Указанные значения β_опт получены при проектировании трансформаторов на минимум приведенных затрат (на их приобретение и эксплуатацию). Наиболее вероятная нагрузка трансформатора соответствует β = 0,5 ÷ 0,7.

10. Трехфазный трансформатор. Схемы и группы соединения.
Трансформирование в трехфазной цепи может быть осуществлено либо группой, состоящей из трех однофазных трансформаторов, либо одним трехфазным трансформатором. В обоих случаях обмотки фаз высшего и низшего напряжений могут соединяться звездой или треугольником. Соединение звездой обозначается знаком Y, а треугольником — . Если обе обмотки соединены звездой, то такое соединение обозначается Y/Y. В числителе указывается способ соединения обмоток фаз высшего напряжения, а в знаменателе — низшего напряжения. Начала фаз высшего напряжения обозначаются буквами A, В и С, а концы — буквами X, У, Z. Начала фаз низшего напряжения — буквами а, b и с, а их концы — буквами х, у, z. На рис. 2.17 показана схема трех однофазных трансформаторов при соединении , т.е. фазы высшего напряжения соединены звездой, а фазы низшего напряжения — треугольником.

Устройство и особенности трехфазных трансформаторов. Обмотки трехфазного трансформатора расположены на стержнях так же, как и в однофазном трансформаторе, т.е. обмотки низшего напряжения НН размещаются ближе к стержню, а обмотки высшего напряжения ВН— на обмотках низшего напряжения. На рис. 2.18 показано соединение обмоток трехфазного трансформатор посхеме (для нагляднос-ти обмотки расположены одна над другой). Для правильного соединения обмоток необходимо разметить начала и концы фаз высшего напряжения (A, В, С и X,У, Z) и низшего напряжения (а, b, с и х, у, z) и придерживаться этой маркировки. Ошибка в маркировке одной из фаз или ошибка в соединении фаз может привести к тому, что ЭДС, наведенные в одноименных фазах, будут не совпадать по фазе, а будут сдвинуты относительно друг друга на 180°. В трехфазных трансформаторах, кроме гальванической связи фаз, есть и магнитная, так как магнитопроводы отдельных фаз объединены в общую магнитную систему (рис. 2.18). Такое объединение возможно благодаря тому, что магнитные потоки в отдельных фазах сдвинуты по фазе относительно друг друга на угол 120°. Если объединить стержни трех фаз (рис. 2.19, а) в один общий стержень (рис. 2.19,б), то сумма трех потоков в нем в любой момент времени равна нулю
и,следовательно, стержень не нужен (рис. 2.19, в). Таким образом, магнитная система трехфазного трансформатора из шестистержневой модифицируется в трехстержневую (рис. 2.19, г и 2.18). Трехфазный трансформатор экономичнее, чем группа из трех однофазных.

Рис. 2.19

Группа соединений обмоток. На рис. 2.20, а, б показаны соединение обмоток Y/Y, т.е. звезда-звезда, и топографическая диаграмма фазных и линейных напряжений. Напряжения и , и и т.д. совпадают по фазе (считаем, что можно пренебречь активными падениями напряжений и ЭДС рассеяния обмоток). При другой схеме соединения обмоток Y/Y (рис. 2.21, а) напряжения и , и , и т.д. находятся в противофазе (рис. 2.21,б), т.е. сдвинуты по фазе относительно друг друга на угол 180°.

Угол сдвига фаз между линейными одноименными напряжениями определяет так называемую группу соединения обмоток. Этот угол записывается в соответствии с расположением стрелок часов. Если минутную стрелку направить к цифре 12 (0), а часовую к одной из цифр 1, 2, 3, … …, 11, 12 (0), то получим соответствующий угол или группу соединений. На рис. 2.20 ,в часовая стрелка, как и минутная, показывает цифру 12(0) и группа (рис. 2.20, а) записывается так: Y/Y — 0, а на рис. 2.21, в часовая стрелка направлена к цифре 6 и группа (рис. 2.21 ,а) записывается так: Y/Y — 6.Если обмотки трансформатора соединены по схеме, показанной на рис. 2.22, а, т.е. по схеме (вторичные обмотки соединены треугольником), то, как это видно из рис. 2.22, б и в, угол сдвига фаз между напряжениями и составляет 330°, поэтому группа соединений обмоток записывается так: .

Дата добавления: 2015-07-15