Навантажувальна здатність трансформатора
Номінальні параметри трансформатора Робота трансформатора супроводжується втратами енергії, що виділяється у вигляді тепла в обмотках і магнітопроводі. Втрати потужності в обмотках DРе (електричні втрати або втрати в міді) пропорційні квадрату струму. Для трифазного трансформатора: DРе = 3(І12R1 + I22R2) = 3(I12R1 + I¢22R¢2) » 3I12Rк. Ці втрати залежать від величини навантаження трансформатора. Втрати потужності в сталі магнітопроводу DРм (магнітні втрати) пропорційні квадрату магнітного потоку і, отже, квадрату напруги U1, оскільки U1» E1 = 4,44×f×w1×Фm. Змінний магнітний потік Ф індукує в сталевому осерді вихрові струми (струми Фуко), що замикаються в площині, перпендикулярній до осі потоку. Ці струми викликають нагрів сталі і призводять до втрат потужності. Крім того виникають втрати, що обумовлені явищем гістерезису при періодичному перемагнічуванні сталі. Сумарні втрати називають магнітними втратами або втратами в сталі. Величина цих втрат визначається за емпіричною формулою DРм = [sвf2Bm2 + sгfBm2]G, де f – частота перемагнічування, sв, sг – емпіричні коефіцієнти; Bm – максимальна магнітна індукція; G – вага магнітопроводу. Загальні втрати із збільшенням навантаження збільшуються, а відповідно збільшується температура нагріву трансформатора і може досягти найбільшого допустимого значення. Величина цих втрат визначається максимально допустимим довготривалим навантаженням трансформатора, тобто його номінальною потужністю . Номінальні U1н, U2н, І1н, І2н вказуються в паспорті на спеціальному щитку трансформатора. Номінальна потужність трансформатора вказується в кіловольт–амперах [кВА]. Дослід короткого замикання Треба розрізняти поняття «дослід короткого замикання», який проводиться при зниженій напрузі і номінальних струмах в обмотках, і аварійний «режим короткого замикання». Електричні втрати (втрати в міді) в трансформаторі, що відповідають його номінальному струму, визначаються з досліду короткого замикання (а). Вторинна обмотка трансформатора замикається на коротко, а до первинної підводиться така напруга Uк, при якій струми в обмотках рівні номінальним значенням. Величина Uк називається напругою короткого замикання і у стандартних силових трансформаторів складає 5,5 % від номінальної напруги. Потужність Рк, яку в цьому досліді показують ватметри, що включені в коло первинної обмотки, рівна електричним втратам при номінальному навантаженому режимі трансформатора Рк = DРе.н = 3 І1н2Rк Магнітні втрати в цьому досліді дуже малі (з огляду того, що підведена напруга мала) і ними можна нехтувати. Виходячи з даних досліду короткого замикання (Uк, І1н, Рк) і користуючись схемою заміщення для цього досліду (б), визначаються опори трансформатора:
Дослід холостого ходу Магнітні втрати (втрати в сталі) в трансформаторі, що обумовлені гістерезисом і вихровими струмами в магнітопроводі, визначають при досліді холостого ходу. Оскільки магнітний потік трансформатора Ф при всіх навантаженнях і холостому ході залишається практично постійним, то втрати DРм не залежать від навантаження. Потужність Р0, що споживається трансформатором при холостому ході, дорівнює магнітним втратам DРм = Р0. Це можна прийняти на тій підставі, що втрати в первинній обмотці при холостому ході І02R1 незначні, оскільки струм холостого ходу малий (І0 = 0,025 ¸ 0,1Ін), а втрати у вторинній обмотці відсутні.
Коефіцієнт корисної дії (к.к.д.) трансформатора. Коефіцієнт корисної дії трансформатора h визначається як відношення корисної потужності Р2, що віддається трансформатором, до потужності Р1, що споживається ним з мережі живлення при даному навантаженні. h = Р2 / Р1 Коефіцієнт корисної дії силових трансформаторів має значення близько 95–99 %. На практиці для визначення к.к.д. трансформатора користуються формулою Враховуючи коефіцієнт завантаженості трифазного трансформатора і те, що попередню формулу можна представити в такому вигляді: Цією формулою можна користуватись і для визначення к.к.д. однофазних трансформаторів. Автотрансформатори В тих випадках, коли вторинна напруга мало відрізняється від первинної, тобто коли коефіцієнт трансформації близький до одиниці, більш економічним є використання так званого автотрансформатора. Автотрансформатор відрізняється від звичайного трансформатора тим, що у нього первинна і вторинна обмотка з’єднані в одне спільне електричне коло. При цьому обмотка нижчої напруги є частиною обмотки вищої напруги. Розглянемо схему автотрансформатора, що знижує напругу U1 до напруги U2. Якщо знехтувати падінням напруги в обмотці, то індуковані в витках w1 і w2 ЕРС Е1 і Е2 будуть відповідно дорівнювати напругам U1 і U2. Коефіцієнт трансформації автотрансформатора kАТ = U1/U2 = E1/E2 = w1/w2. Через витки w1 – w2 протікає струм , а через витки w2 – струм ( ). Нехтуючи струмом холостого ходу і враховуючи напрямок струмів в обмотках, запишемо рівняння намагнічуючих сил: Звідки Сумарна потужність обмоток трансформатора не залежить від коефіцієнта трансформації U1 І1 + U2 І2 » 2× U2 І2. Загальна же потужність обмоток автотрансформатора залежить від коефіцієнта трансформації І1 (U1 – U2) + (І2 – І1)U2 » 2×U2 І2(1– 1/ kАТ). Порівнюючи отримані вирази, можна побачити, що чим ближче коефіцієнт трансформації kАТ до 1, тим менша сумарна потужність обмоток і тим вигідніше використання автотрансформатора. В багатьох випадках автотрансформатори виготовляють з пристроями, що дозволяють змінювати коефіцієнт трансформації в умовах експлуатації. Приклад – ЛАТР (лабораторний автотрансформатор). Одна з клем вторинного кола є ковзаючим щітковим контактом. Його за допомогою рукоятки можна переміщувати по витках обмотки, очищеної в місцях дотику від ізоляції. Таким чином відбувається плавне регулювання вторинної напруги. Автотрансформатор не можна використовувати для живлення установок низької напруги (наприклад 220 в) від високовольтної мережі (наприклад 1000 в), оскільки в цьому випадку приєднані низьковольтні споживачі є пов’язані безпосередньо з мережею високовольтної напруги. Це неприпустимо за умов безпеки обслуговування установок і цілісності ізоляції струмоводних частин. Автотрансформатори можуть бути однофазними і трифазними. В останніх обмотки з’єднуються “зіркою”. ©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.
|