Лекция №10. Номинальные параметры трансформатора.
Номинальные параметры трансформатора.
1. Номинальное первичное линейное напряжение - напряжение на зажимах первичной обмотки, на которое она рассчитана, .
2. Номинальное вторичное напряжение - напряжение на зажимах вторичной обмотки при отключённой нагрузке (режим холостого хода) и при номинальном напряжении на первичной обмотке, .
3. Номинальный линейный ток в первичной обмотке , .
4. Номинальный линейный ток во вторичной обмотке , .
5. Номинальная полная мощность , .
Каждый трансформатор рассчитан для работы на определённой частоте. В России частота составляет 50 герц.
Режимы работы трансформатора.
1. Номинальный режим – режим работы трансформатора при номинальных значениях напряжения и тока в первичной обмотке, то есть , .
2. Рабочий режим – режим работы трансформатора, при котором напряжение в первичной обмотке равно номинальному, то есть , а ток, текущий по первичной нагрузке, определяется нагрузкой трансформатора.
3. Режим холостого хода – режим работы трансформатора, при котором цепь вторичной обмотки разомкнута, то есть .
4. Режим короткого замыкания – режим работы трансформатора, при котором вторичная обмотка замкнута накоротко, то есть .
Режимы холостого хода и короткого замыкания бывают при авариях или могут быть созданы специально при испытаниях трансформатора.
Коэффициент трансформации приблизительно можно определять по формуле: .
Уравнения напряжений и токов трансформатора.
Токи и помимо основного магнитного потока создают поток рассеивания. Каждый поток рассеивания связан только с витками собственной обмотки, и индуцирует в ней ЭДС рассеивания. Потоки рассеивания не участвуют в передаче энергии.
ЭДС рассеивания в первой в первой обмотке можно найти по формуле: , ЭДС рассеивания во второй обмотке определяется аналогично: , где - индуктивность рассеивания. Тогда: ; , где - индуктивные сопротивления рассеивания.
Таким образом, в каждой обмотке трансформатора индуцируется по две ЭДС: от основного потока и от потока рассеивания.
Со стороны первичной обмотки трансформатор является потребителем энергии, поэтому ток в первичной обмотке создаётся совместным действием входного напряжения и двух ЭДС: , где - активное сопротивление первичной обмотки. Тогда: ; ; - уравнение напряжения для первичной обмотки.
Со стороны вторичной обмотки трансформатор является источником энергии, поэтому ток во вторичной обмотке, замкнутой на сопротивление , обусловлен действием двух ЭДС: , где - активное сопротивление вторичной нагрузки. Тогда: ; - уравнение напряжений для вторичной обмотки.
Уравнения магнитодвижущих сил и токов.
Предположим, что трансформатор работает в режиме холостого хода, то есть к зажимам первичной обмотки подведено напряжение , а вторичная обмотка разомкнута. При этом по первичной обмотке протекает ток , называемый током холостого хода, который обычно составляет от двух до десяти процентов от номинального тока . Этим током создаётся магнитодвижущаяся сила, которая равна произведению тока и числа витков в первичной обмотке. Положительное направление МДС совпадает с движением острия правого винта, если его вращать по направлению тока в обмотке. МДС наводит в магпитопроводе основной магнитный поток , где - магнитное сопротивление магнитопровода.
Если вторичную обмотку замкнуть на нагрузку , то по ней потечёт ток . При этом ток в первичной обмотке увеличивается до значения в соответствии с законом сохранения энергии. Трансформатор отдаёт энергию нагрузке, поэтому требуется соответствующий приток энергии от сети. Теперь магнитный поток создаётся совместным действием МДС обеих обмоток.
Опыт и расчёт показывают, что если первичное напряжение постоянно, то есть , то при изменении нагрузки от нуля (режим холостого хода) до номинальной (номинальный режим) максимальный магнитный поток остаётся практически постоянным, то есть .
Уравнение МДС: .Тогда: ; ; , где - ток нагрузки, приведённый к числу витков первичной обмотки.
Уравнение токов трансформатора: .
; ; .
Так как ток то можно приблизительно считать, что , то есть коэффициент трансформации приближённо можно найти по формуле: .
Из-за наличия потерь ток холостого хода опережает по фазе магнитный поток в стальном сердечнике на угол , который называется углом магнитных потерь.
.
Активная составляющая тока холостого хода идёт на преодоление потерь в стали, а реактивная составляющая тока холостого хода идёт на создание магнитного потока в сердечнике. Поэтому ток холостого хода в основном является намагничивающим током.
Приведение параметров вторичной обмотки и
схема замещения приведённого трансформатора.
Для электрического расчёта трансформатора необходима электрическая схема замещения. Трансформатор представляет собой систему двух магнитно-связанных между собой цепей, поэтому требуется предварительное привидение первичной и вторичной цепи к одному уровню напряжений. Обычно, действительная цепь вторичной обмотки с заменяется расчётной электрически эквивалентной цепью. При этом электромагнитная мощность вторичной обмотки реального трансформатора должна быть равна электромагнитной мощности вторичной обмотки приведённого трансформатора, то есть , где . Так как , то .
Из условия равенства потерь в активном сопротивлении вторичной обмотки можно получить следующее равенство: , следовательно, .
Из условия равенства реактивных мощностей можно получить аналогичные выражения: , следовательно, и .
Таким образом, вместо реального трансформатора мы получаем энергетически эквивалентный трансформатор с коэффициентом трансформации равным единице, который называется приведённым.
;
;
.
Приведённым уравнения соответствует Т-образная электрическая схема замещения.
В этой схеме магнитная связь между первичной и вторичной обмоткой заменена электрической, а именно ветвью намагничивания с параметрами и , которые определяются током холостого хода .
Все параметры, кроме , являются постоянными для данного трансформатора, и могут быть определены с помощью опытов холостого хода и короткого замыкания.
Построим векторную диаграмму следующих уравнений: ; ; . Такая диаграмма называется диаграммой привидения трансформатора для активно-реактивной нагрузки.
Для построения вектора необходимо знать характер нагрузки (в нашем случае нагрузка носит активно-реактивный характер).
;
.
Дата добавления: 2015-08-21; просмотров: 3921;