Режимом называется состояние трансформатора когда вторичная обмотка разомкнута

2 Режимы работы трансформатора

1) номинальный режим работы – при номинальных значениях напряжения и токапервичной обмотки трансформатора;

2) рабочий режим, при котором напряжение первичной обмотки близко к номинальному , а токI₁ определяется нагрузкой трансформатора;

3) режим холостого хода – режим ненагруженного трансформатора, при котором цепь вторичной обмотки разомкнута (I₂=0) или подключена к приемнику с очень большим сопротивлением нагрузки (вольтметр);

4) режим короткого замыкания – режим трансформатора, при котором его вторичная обмотка замкнута накоротко (U₂=0) или подключена к приемнику с очень малым сопротивлением нагрузки (амперметр).

Режимы холостого хода и короткого замыкания возникают при авариях или их специально создают при опытных испытаниях трансформатора.

2.1 Режим нагрузки

В этом режиме напряжение первичной обмотки близко к номинальному , ток первичной обмоткиI₁ определяется нагрузкой трансформатора, а ток вторичной обмотки ее номинальным током .

По данным измерений аналитически определяют коэффициенты мощности и полезного действия трансформатора соответственно по формулам

и , (21)

где Р₁ – активная мощность первичной обмотки трансформатора, а мощность Р₂, которая отдается в цепь питания вторичной обмоткой трансформатора определяется как Р₂=Р₁ — Р_ХХ -Р_КЗ.

Изменением (потерей) напряжения трансформатора называется арифметическая разность между вторичным напряжением трансформатора при холостом ходе и напряжением вторичной обмотки в режиме нагрузки

∆U= U_2ХХ — U₂.

Или в процентном выражении ∆U,%=. (22)

2.2 Опыт холостого хода

Для проведения опыта собирают электрическую цепь, в которой подводимое к первичной обмотке трансформатора напряжение изменяют в пределах от 0 до 1,1. Вторичная обмотка разомкнута, к ее зажимам присоединен вольтметр для измерения напряжения . Со стороны первичной обмотки измеряют напряжение, ток холостого ходаи мощность, которую потребляет трансформатор в режиме холостого хода .

По данным измерений можно построить зависимости и(рисунок 16).

Номинальные величины тока холостого хода и потерь мощности указываются в паспортных данных трансформатора (I_XX в процентах от номинального тока первичной обмотки, а потери холостого хода – в киловаттах). Значение этих параметров характеризует качество стали и сборки магнитопровода. В трансформаторах малой мощности I_ХХ ≤10%I_1НОМ , а у трансформаторов большой мощности он уменьшается до (2,5-3)%.

Рисунок 16 – Характеристики холостого хода

На основании этого опыта по показаниям измерительных приборов определяют коэффициент трансформации и мощности потерь в магнитопроводе трансформатора. Так как при холостом ходе ток, то потери мощности, затрачиваемые на нагрев обмоток, малы. МощностьР_ХХ, потребляемая в этом случае трансформатором идет на покрытие потерь в стали магнитопровода (они пропорциональны квадрату напряжения ).

Коэффициент мощности холостого хода трансформатора определяется

. (23)

РЕЖИМЫ РАБОТЫ ТРАНСФОРМАТОРА: РЕЖИМ ХОЛОСТОГО ХОДА И РАБОЧИЙ РЕЖИМ

Холостым ходом трансформатора называют такой режим его работы, при котором к первичной обмотке подведено номинапьное напряжение источника питания, а вторичная цепь разомкнута (трансформатор не нагружен /₂ = 0).

Режим холостого хода трансформатора по существу ничем не отличается от работы катушки со стальным сердечником в цепи переменного тока. В соответствии с этим уравнение электрического состояния для первичной цепи будет иметь такой же вид, как и для катушки с сердечником:

где Z, = R_M] + jX_la =R_M] + j27rfL_Xa— полное комплексное сопротивление первичной обмотки; /₀— комплексная амплитуда тока холостого хода. Поэтому векторная диаграмма и эквивалентная схема трансформатора в режиме холостого хода (рис. 3.7.1,а,б) аналогичны векторной диаграмме и эквивалентной схеме катушки со стальным сердечником (см. рис. 3.3.6).

На векторной диаграмме добавляется лишь вектор Е₂, а в эквивалентной схеме — вторичная катушка с ЭДС Е₂.

Необходимую величину намагничивающей силы /₀ш,, создающей рабочий поток трансформатора, экономически выгодно получить при очень малых токах (меньше потери на нагрев обмотки). Поэтому стремятся, чтобы ток холостого хода составлял 2. 10% от номинального тока нагрузки /,_н. По этой причине 4Z ничтожно мало по сравнению с U_v Поэтому 17, *-?. Следовательно, в опыте холостого хода можно определить коэффициент трансформации k согласно формуле (3.4.6).

Поскольку в режиме холостого хода ток /₀ очень мал по сравнению с номинальным рабочим током первичной обмотки /_н, а ток во вторичной обмотке /₂ = 0 , потери на нагрев первичной обмотки (потери в меди) очень малы /?/?_И| —> 0. Напряжение, подведенное к трансформатору, максимально и равно номинальному рабочему напряжению 1/,„. Вследствие этого потери на нагрев сердечника велики, так как они пропорциональны U, 2 . Поэтому в режиме холостого хода определяют потери в сердечнике (потери в стали Рст)‘ Мощность потерь в стали может быть измерена ваттметром. На рисунке 3.7.2 представлена схема испытания трансформатора в режиме холостого хода.

На основании опыта холостого хода можно также определить параметры последовательной и параллельной схем замещения первичной обмотки трансформатора (см. рис. 3.7.1 и 3.3.6):

а также угол потерь в стали sin 8 = —Н- = cos (p_v

I ,), так и в режиме нагрузки:

Уравнение (3.7.5), которое называется уравнением магнитного состояния, можно записать в виде:

г» г w₂ 1 j

где /₂ = /₂—- =—/₂ — приведенный вторичный ток, или в виде: w, k

где /; = -/; — составляющая первичного тока, которая уравновешивает размагничивающее действие приведенного вторичного тока.

Влияние вторичной цепи на магнитный поток и соответствующую реакцию первичной цепи, которые количественно отражены соотношением (3.7.5), физически можно объяснить следующим образом. Ток во вторичной обмотке в соответствии с законом Ленца создает магнитный поток, ослабляющий магнитный поток сердечника, созданный первичной обмоткой. Поскольку амплитуда потока в сердечнике сохраняется постоянной (см. формулу 3.7.4), размагничивающее действие вторичного потока должно компенсироваться возрастанием потока первичной обмотки. Составляющая /„ первичного тока /„создает рабочий поток, а другая составляющая первичного тока возрастает с ростом тока наг рузки и компенсирует размагничивающее действие вторичного тока на поток.

Эквивалентная схема трансформатора при нагрузке может быть получена из эквивалентной схемы холостого хода (см. рис. 3.7.1,6) дополнением вторичного контура сопротивлением рассеяния Х_2а, активным сопротивлением вторичной обмотки Л_М2 и сопротивлением нагрузки Z_H (рис. 3.7.4).

Составляем уравнение электрического равновесия первичного и вторичного контуров:

I

Переходя в уравнении (3.7.6) от мгновенных значений к комплексным действующим значениям и заменяя Е_1а и Е₂

Режим холостого хода трансформатора

Принцип работы трансформатора в режиме холостого хода.

Режимом холостого хода (XX) называется такое состояние трансформатора, когда его первичная обмотка включена на номинальное напряжение t/llIOM, а вторичная обмотка разомкнута (рис. 1.2.1). Процессы, происходящие в трансформаторе в режиме XX, практически не отличаются от процессов в индуктивной катушке (см. т. 1, параграфы 2.6 и 6.5).

Рис. 1.2.1. Электромагнитная схема трансформатора

При питании первичной обмотки от источника синусоидального напряжения и_л ток первичной обмотки i_lx создает МДС F _{= wxiXx,} которая создает магнитное поле с замкнутыми магнитными силовыми линиями. Вследствие большой магнитной проницаемости сердечника магнитная индукция вне сердечника небольшая, поэтому магнитный поток в разных сечениях сердечника имеет примерно одно значение Ф(?). Этот магнитный поток наводит в обмотках ЭДС е и е₀, действующие значения которых

где w_x и w₂ — числа витков первичной и вторичной обмоток.

Отношение этих ЭДС, т.е. Е_х/Е₂ = w_x/w₂ = п называется коэффициентом трансформации.

При XX ЭДС первичной обмотки ?, приблизительно равна напряжению U_Ul0M (Е_х « U_inoM) из-за малого падения напряжения в первичной обмотке вследствие того, что /_|х 1, а для повышающего — п

Словарь специальных терминов

Холостой ход генератора, трансформатора – режим, при котором вторичная обмотка трансформатора ра­зомкнута, а на зажимы первичной обмотки подано переменное на­пряжение.

Если к первичной обмотке подвести напряжение U₁ по ней по­течет ток, который обозначим I₀. Этот ток создает магнитный поток Ф. Магнитный поток Ф, возбуждаемый первичной обмоткой, индук­тирует во вторичной обмотке ЭДС, величина которой равна Е₂. Тот же самый магнитный поток индуктирует в первичной обмотке ЭДС E_­1. Небольшой ток I₀, потребляемый первичной обмоткой трансформатора при холостом ходе, называется током холо­стого хода. Величина этого тока обычно составляет 3—10% от тока при номинальной нагрузке транс­форматора.

Построим векторную диаграмму холостой работы однофазного трансформатора без потерь (идеального) (рис. 1). Намагничи­вающий ток I₀ создает магнитный поток Ф, который совпадает с током I₀ по фазе. Как уже указывалось, магнитный поток Ф ин­дуктирует в первичной обмотке ЭДС Е₁ а во вторичной обмотке — ЭДС Е₂. На­помним, что всякая э. д. с, индуктируемая синусоидально изменяющимся магнитным потоком, отстает от потока по фазе на 90°. Поэтому векторы E₁ и E₂ мы от­кладываем под углом 90° от потока в сто­рону, обратную вращению векторов. Индук­тированную в первичной обмотке ЭДС Е₁ уравновешивает напряжение сети U₁.

Рис. 1. Векторная диаграмма холостого хода идеального трансформатора

ЭДС E₁ и напряжение U₁ равны и вза­имно противоположны (падение напряжения в первичной обмотке при этом режиме очень мало и им можно пренебречь).

Из векторной диаграммы видно, что ток I₀, потребляемый идеальным трансформатором при холостой работе, отстает от напряжения сети U₁ на 90°, т. е. является чисто реактивным.

У реального транс­форматора из-за потерь в стали (на вихревые токи и гистерезис) возникает сдвиг по фазе между током холостого хода I₀ и маг­нитным потоком Ф, причем ток будет опережать магнитный по­ток. Ток холостого хода I₀ трансформатора имеет две со­ставляющие (рис. 2): 1—ак­тивную Iа = I₀ соs φ₀, вызван­ную потерями в стали (эта составляющая очень мала, так как малы потери холостого хода), 2-реактивную Iр =I₀. sin φ₀, называемую током намагничивания, создающую магнитный поток Ф и совпадающую с ним по фазе. Так как активная составляющая I₀ cos φ₀ мала, то намагничивающий ток почти равен всему току холостого хода I₀. Поэтому I₀ является почти целиком реактивным. В режиме холостого хода ток во вторичной обмотке отсутствует и поэтому напряжение на зажимах вторичной обмотки равно ЭДС, индук­тированной в этой обмотке: U₂=E₂

Рис. 2. Диаграмма тока холостого хода

Характеристика холостого хода. Характеристика холостого хода показывает зависимость ЭДС Е генератора от тока возбуждения I_в при отсутствии нагрузки I_а = 0 и постоянной скорости вращения п, т. е. Е = f(I_в) при I_a = 0, п = const.

При токе якоря I_a=0 падение напряжения в цепи якоря отсутствует. Поэтому характеристика холостого хода показывает зависимость U₀ = f (I_B) при I_a = 0 и n = const.

В генераторе с независимым возбуждением при изменении тока IB возбуждения от некоторого максимального значения до нуля ЭДС уменьшается от E_макс ≈ 1,25U_H до E_ост ≠ 0 (ветвь 1 на рис. 3. а). Эту ветвь характеристики называют нисходящей. Электродвижущую силу E_ост называют остаточной, так как она обусловлена остаточным магнетизмом.

Рис. 3 Характеристики холостого хода: а — полная; б — практическая

Для того чтобы получить ЭДС якоря равной нулю, необходимо, чтобы по обмотке возбуждения проходил бы в обратном направлении ток I_в, соответствующий абсциссе об. При дальнейшем увеличении отрицательного значения тока I_в ЭДС Е меняет знак (ветвь 2). При уменьшении тока I_в значение ЭДС уменьшается (ветвь 5).

После изменения направления тока в обмотке возбуждения ЭДС становится положительной и с ростом тока увеличивается (ветвь 4). Последнюю ветвь называют восходящей. Характеристика имеет вид петли, вызванной гистерезисом. Средняя линия 5 между ветвями 1 и 4 представляет собой основную или расчетную характеристику холостого хода. Точка номинальной работы машины к обычно выбирается на колене характеристики.

На практике обычно характеристику холостого хода снимают упрощенным методом от точки остаточного магнетизма а (рис. 4,б) до максимального значения напряжения U_макс ≈ 1,25U_н и обратно до тока возбуждения I_в = 0.

Рис. 4. Самовозбуждение генератора параллельного возбуждения

Ветвь 2, расположенную между нисходящей ветвью 1 и восходящей 3, называют практической характеристикой холостого хода. В генераторе параллельного возбуждения нельзя изменять направление тока в обмотке возбуждения (иначе он размагничивается), поэтому представляется возможным снять только практическую характеристику. При холостом ходе в якоре генератора с параллельным возбуждением проходит ток возбуждения I_в, он создает некоторую реакцию якоря и падение напряжения в цепи якоря. Однако практически характеристики холостого хода генераторов параллельного и независимого возбуждения совпадают.

При холостом ходе генератора ток в последовательной обмотке возбуждения отсутствует. Поэтому характеристика холостого хода компаундного генератора такая же, как у генератора с параллельным возбуждением.

Похожие публикации:

1. В чем измеряется отопление в квартирах по счетчику
2. Все инструменты сколько хранится заказ в пункте выдачи
3. Как найти напряжение зная заряд
4. Как уменьшить высоту дверного проема гипсокартоном