ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАБОЧИХ СВОЙСТВ ТРАНСФОРМАТОРОВ ПО ДАННЫМ ОПЫТОВ ХОЛОСТОГО ХОДА И КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ


Свойства трансформатора при работе его под нагрузкой могут быть определены непосредственным его испытанием. Если вклю­чить трансформатор на какую-либо нагрузку и изменить ее, то по показаниям приборов можно определить, каким образом будет изменяться напряжение на зажимах вторичной обмотки и к. п. д. трансформатора. Однако при испытании трансформатора под на­грузкой происходит очень большой расход электроэнергии (тем больший, чем больше мощность трансформатора), и для создания активной, индуктивной и емкостной нагрузок необходимо очень гро­моздкое оборудование (реостаты, индуктивные катушки и кон­денсаторы). Кроме этого, непосредственное испытание трансфор­матора дает очень неточные результаты.

Все рабочие свойства трансформатора могут быть определены по данным опытов холостого хода и короткого замыкания. При этом требуется сравнительно малая затрата энергии и отпадает надобность в громоздком нагрузочном оборудовании, кроме того, такое определение рабочих свойств дает высокую точность.

При опыте холостого хода измеряют напряжение первичной и вторичной обмотки 171 и U2, ток холостого хода /0 и потребляемую при холостом ходе мощность Р0, которая расходуется на покрытие потерь в стали магнитопровода, т. е. Рст=Ро.

При опыте короткого замыкания измеряют напряжение корот­кого замыкания UK, силу тока первичной обмотки, равную номи­нальной Iн, и мощность Рк, потребляемую трансформатором при опыте короткого замыкания и расходуемую на покрытие потерь в обмотках при номинальной нагрузке, т. е. Робм=РК.

По данным опыта короткого замыкания определяются сопро­тивление (полное, активное и реактивное) трансформатора при коротком замыкании zK, rK и хК, а также напряжение короткого замыкания uк и активная uа и реактивная uх составляющие напря­жения короткого замыкания.

При испытании трехфазного трансформатора все величины определяются для одной фазы.

По данным опытов холостого хода и короткого замыкания можно найти напряжение на зажимах вторичной обмотки и к. трансформатора при любой нагрузке.

Процентное понижение вторичного напряжения при любой грузке равно:

где

I— сила тока при выбранной нагрузке.

Напряжение вторичной обмотки при нагрузке

где U20 — напряжение при холостом ходе.

Таким образом, напряжение вторичной обмотки зависит не толь­ко от величины, но и от характера нагрузки.

При индуктивном характере нагрузки напряжение понижается с ростом нагрузки в большей степени, чем при чисто активной. При емкостном характере нагрузки происходит повышение напря­жения с ростом нагрузки.

Пример. Напряжение вторичной обмотки трансформатора при холостом ходе U20=400 в. Определить вторичное напряжение при номинальной нагрузке Iн и cos φ2=1 (чисто активная нагрузка), cos φ 2=0,8 (для активно-индуктивной и активно-емкостной нагрузки), если напряжение короткого замыкания и его ак­тивная составляющая равны:

Р е ш е н и е. Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания трансформатора

Процентное понижение напряжения

При активной нагрузке ∆u %=2,5x1+0=2,5 %

При активно-индуктивной нагрузке

При активно-емкостной нагрузке

Напряжение вторичной обмотки при активной нагрузке

при активно-индуктивной нагрузке

и при активно-емкостной нагрузке

 

Коэффициентом полезного действия (к. п. д.) или отдачей трансформатора называется отношение полезной мощности транс­форматора Р2 к мощности, потребляемой им из сети источника электрической энергии Р1, т. е.

Потребляемая мощность P1 будет всегда больше полезной мощности Р2, так как при работе трансформатора происходит потеря преобразуемой им энергии. Потери в трансформаторе складывают­ся из потерь в стали магнитопровода Рст и потерь в обмотках Pоб.

Таким образом, потребляемую трансформатором мощность можно определить следующим выражением:

Полезную мощность трансформатора находят следующим обра­зом:

для однофазного

 

для трехфазного

Следовательно, к. п. д. можно определить следующим выражением:

для однофазного трансформатора

для трехфазного трансформатора

 

Наибольший к. п. д. трансформатора будет при нагрузке, для которой потери в стали равны потерям в обмотке. У современных трансформаторов к. п. д. очень высок и достигает при полной на­грузке 95—99,5%.

На практике к. п. д. трансформатора определяется по приведен­ной выше формуле для любой нагрузки Р2.

Задаются полезной мощностью Р2, например 0, 25, 50, 75, 100, 125% номинальной мощности, и для каждой из выбранных мощ­ностей определяют потери в трансформаторе.

Потери в стали магнитопровода Рст зависят от марки стали, из которой выполнен сердечник, от частоты тока сети и магнитной индукции в сердечнике. Так как частота тока сети и магнитная индукция остаются неизменными при работе трансформатора, то и потери в стали не зависят от нагрузки и остаются постоянными.

Потери в обмотках расходуются на нагревание проводников этих обмоток протекающими по ним токами и пропорциональны току во второй степени. Таким образом, при нагрузке 0,5 от номинальной токи в обмотках будут вдвое, а потери в обмотках в четыре паза меньшими, чем при номинальной нагрузке.

Пример. Трансформатор мощностью Р2=50 ква имеет потери в стали Pст=350 вт и потери в обмотках при полной нагрузке (100%) Робн=1325 вт. Определить коэффициент полезного действия при нагрузках 100%, 75%, 50% и 25% номинальной, считая нагрузку чисто активной (cos φ=1).

Решение: При полной нагрузке полезная мощность трансформатора

к. п. д. при полной нагрузке

При нагрузке 0,75 Р2 полезная мощность Р2=0,75-50 000=37 500 вт, потери обмотках Pоб=(0,52 x Pобн = (0,75)2 x1325=694 вт и к. п. д.

При нагрузке 0,5 Р2 полезная мощность P2=0,5 x 50 000=25 000 вт, потери в обмотках Роб=0,52 х 1325=331 вт и к. п. д.

При нагрузке 0,25 Р2 полезная мощность P2=0,25 x 5000=12 500 вт, потери в обмотках Роб=(0,25)2 х 1325=183 вт и к. п. д.

АВТОТРАНСФОРМАТОРЫ

В конструктивном отношении автотрансформатор подобен трансформатору: на стальном магнитопроводе помещаются две обмотки, выполненные из проводников различного поперечного се­чения. Конец одной обмотки электрически соединяется с началом другой так, что две последовательно соединенные обмотки обра­зуют общую обмотку высшего напряжения. Обмоткой низшего напряжения, являющейся частью обмотки высшего напряжения, служит одна из двух обмоток автотрансформатора.

Таким образом, между обмотками высшего и низшего напряжения автотрансформато­ра имеется не только магнитная, но и электрическая связь.

Принципиальная схема понижающего автотрансформатора показана на рис. 105. Первичное напряжение подведено к зажи­мам А—X первичной обмотки с числом витков ω1. Вторичной обмоткой является часть первичной а—х с числом витков ω2.

При холостом ходе I­2=0, пренебрегая падением напряжения в сопротивлениях первичной обмотки, можно записать уравнения равновесия э. д, с. для первичной и вторичной обмоток в следующем виде:

Отношение напряжения первичной и вторичной обмоток при холостом ходе называется коэффициентом трансформации авто­трансформатора, т. е.

Если вторичную обмотку автотрансформатора замкнуть на ка­кой-либо приемник энергии, то во вторичной цепи будет протекать ток I2. Пренебрегая потерями энергии, мощность, потребляемую автотрансформатором из сети, можно принять равной мощности, отдаваемой во вторичную сеть, т. е.

 

откуда

 

Таким образом, основные соотношения трансформатора остаются без изменения в автотрансформаторах.

В общей части обмотки а — х, принадлежащей сети высшего и низшего напряжения, протекают токи I1 и I2, направленные встречно.

Если пренебречь током холостого хода, величина которого очень мала, то можно считать, что токи I1 и I2 сдвинуты по фазе на 180°, и сила тока I12 в части обмотки а — х равна арифметической раз­ности сил токов вторичной и первичной сети, т. е.

 

В понижающем автотрансформаторе ток I12 совпадает по на­правлению с током I2, в повышающем — направлен противополож­но току I.

Преимуществом автотрансформатора перед трансформатором той же полезной мощности является меньший расход активных материалов — обмоточного провода и стали, меньшие потери энер­гии, более высокий к. п. д., меньшее изменение напряжения при изменении нагрузки.

Вес провода обмоток автотрансформатора примерно в раз меньше веса провода обмоток трансформатора при одинаковых плотностях тока. Это объясняется тем, что у трансформатора на сердечнике имеются две обмотки — первичная с числом витков ω1 поперечное сечение провода которой рассчитано на силу тока I1 и и вторичная с числом витков ω2, поперечное сечение провода кото­рой рассчитано на силу тока I2. У автотрансформатора также две обмотки, но одна из них (часть А—а) имеет число витков (ω1— ω2) из провода, поперечное сечение которого рассчитано на силу тока jh а другая (часть а — х) с числом витков w2 из провода, поперечное сечение которого рассчитано на разность сил токов I2—I1=I12

Поперечное сечение и вес стали магнитопровода автотрансфор­матора также меньше сечения и веса стали магнитопровода транс­форматора. Это объясняется тем, что в трансформаторе энергия из первичной сети во вторичную передается магнитным путем в ре­зультате электромагнитной связи между обмотками. В автотранс­форматоре энергия из первичной сети во вторичную частично пере­дается путем электрического соединения первичной и вторичной сети, т. е. электрическим путем. Так как в процессе передачи этой энергии магнитный поток не участвует, у автотрансформатора электромагнитная мощность меньше, чем у трансформатора.

Полезная мощность автотрансформатора при активной нагруз­ке равна: P2=U2I2.

Имея в виду, что I2=I1+I12, получим:

где Рм — электромагнитная мощность автотрансформатора, опреде­ляющая необходимый магнитный поток, поперечное сечение и вес стали магнитопровода. Эта мощность является расчетной или га­баритной мощностью автотрансформатора.

Наряду с преимуществами автотрансформаторов перед транс­форматорами они имеют существенные недостатки: малое сопро­тивление короткого замыкания, что обусловливает большую крат­ность тока короткого замыкания; возможность попадания высшего напряжения в сеть низшего напряжения из-за электрической связи между этими сетями. Наличие электрической связи между сетью источника и приемника энергии делает невозможным применение автотрансформатора в том случае, когда приемник энергии имеет заземленный полюс (в выпрямительных устрой­ствах).

Достоинства автотрансформаторов будут выражены тем силь­нее, чем коэффициент трансформации ближе к единице. Поэтому автотрансформаторы применяют при небольших коэффициентах

трансформации (К=1—2).

В трехфазных сетях используют трехфазные автотрансформа­торы, обмотки которых обычно соединяются звездой.

 



Дата добавления: 2021-04-21; просмотров: 419;


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2024 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.017 сек.