Угол_магнитных_потерь_трансформатора

Угол_магнитных_потерь_трансформатора

Уравнение токов трансформатора. Формула.

,

где Ix – ток холостого хода трансформатора.

18. Чем отличается приведенный трансформатор от реального?
Приведенный трансформатор отличается следующим: 1) число витков вторичной обмотки его равно числу витков первичной обмотки реального трансформатора; 2) активные, реактивные и полная мощности, а также потери вторичных обмоток приведенного и реального трансформаторов соответственно равны. 3) коэффициентом трансформации

Так как число витков приведенной вторичной обмотки равно числу витков первичной, то индуктируемые потоком взаимоиндукции электродвижущие силы обеих обмоток равны, т. е.

Необходимо, чтобы приведенная обмотка была эквивалентна действительной вторичной обмотке. Поэтому потери должны сохраниться:

В приведенной обмотке должны сохраниться те же соотношения между активными и индуктивными падениями напряжений, которые существуют в действительной обмотке. Отсюда получим выражение для индуктивного сопротивления приведенной обмотки

Угол сдвига фаз между ЭДС и магнитным потоком. Число.

сдвиг фаз между E и Ф м = равен 90°

Что определяет намагничивающий ток?

величина намагничивающего тока и его форма в значительной степени определяются магнитными свойствами магнитопровода трансформатора, которые зависят от величины индукции в стали. При увеличении насыщения магнитопровода намагничивающий ток резко возрастает.

Намагничивающий ток-является главной составляющей тока Х.Х. Этот ток является Реактивным Iр .

Угол сдвига фаз между намагничивающим током и магнитным потоком. Число.

Намагничивающий ток , т.е. реактивная составляющая Iр, совпадает по фазе с магнитным потоком в сердечнике

сдвиг фаз между составляющими . активной Iа и Iр равен 90°.

Форма намагничивающего тока трансформатора в режиме насыщения. График.

Рис. 2.3. Построение кривой намагничивающего

Если магнитопровод трансформатора не насыщен, то намагничивающий ток −синусоидальный, если магнитопровод насыщен, то ток несинусоидальный. Но в любом случае намагничивающий ток совпадает по фазе с магнитным потоком . Внасыщенном трансформаторе ток определяется по кривой намагничивания представленной на рис.2.3 в первом квадранте.

Чем определяется активная составляющая тока холостого хода?

Активная составляющая тока холостого хода идет на покрытие потерь мощности

(14.4)

Активная составляющая тока холостого хода I = Icosφ зависит от потерь холостого хода . Практически I Ic. Активная составляющая I, как указывалось, определяется потерями .

Таким образом, активная составляющая тока холостого хода

,

где , и ток холостого хода

.

Чем отличаются постоянные потери в трансформаторе от переменных?

В работающем трансформаторевсегда имеются как магнитные, так и электрические потери. Магнитные потери в трансформаторе слагаются из потерь на вихревые токи и гистерезис:

Величина этих потерь зависит от напряжения U1 и магнитной индукции В. Можно считать, что при U1 = const, рон= В2. Они не зависят от нагрузки, то есть являются постоянными.

Электрические потери в обмотках, наоборот, переменные, то есть:

где ркн — соответствует потерям при коротком замыкании трансформатора.

Что делают, чтобы уменьшить потери на вихревые токи?

Для уменьшения потерь на вихревые токи

  1. магнитопроводы трансформаторов и других электромагнитных устройств изготавливают не из сплошных масс, а из отдельных пластин, изолированных друг от друга.
  2. магнитопроводы составляют из листов высоколегированной стали, удельное электрическое сопротивление которой значительно больше, чем обычной стали.

Таким образом, потери на вихревые токи зависят от материала магнитопровода, толщины стальных пластин и изоляции между ними. Кроме того, потери на вихревые токи пропорциональны квадратам частоты и магнитной индукции.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:

Определение параметров 3Х фазного трансформатора. Сопротивление обмоток и намагничивающей сети. Угол магнитных потерь

Страницы работы

Содержание работы

Группа 364 ЭАПУ

Электрические машины. Задание № 1. Вариант № 15.

Определить параметры 3 Х фазного трансформатора.

2. Сопротивление намагничивающей ветви Zm rm xm.

3. Угол магнитных потерь.

4. Коэффициент трансформации.

5. Построить векторную характеристику трансформатора U2 = f(b), b – коэффициент нагрузки трансформатора (коэффициент мощности cosj = 0,75)

6. Построить зависимость коэффициента полезного действия от нагрузки.

7. Построить векторную диаграмму тр-ра при b = 0,8, коэффициенте мощности cosj = 0,75.

8. Составить Т- образную схему замещения тр-ра.

Данные для расчета.

Номинальная мощность SH = 40 кВА

1. Схема соединения рисунок 1.

Определим фазное напряжение первичной обмотки при соединении Y.

2. Из уравнения полной мощности определим номинальный ток. При соединении обмоток трансформатора Y, I = I.

I = 3,8 А

1. Определим коэффициент трансформации:

k = 26

2. Используя опыт короткого замыкания, определим сопротивление обмоток r1 х1 r2 х2.

Условие кз: z m >> z k сопротивлением z m пренебрегаем. Сопротивление нагрузки z H = 0.

U1K = 155.9 B

Полное сопротивление цепи:

z K = 41 Ом

Активное сопротивление цепи:

r K = 20.3 Ом

Реактивное сопротивление цепи:

x K = 35.6 Ом

По схеме замещения:

где k – коэффициент трансформации

r2 = 0.015 Ом r1 = 10.15 Ом

x2 = 0.026 Ом x1 = 17.8 О

Читайте также:  Как_научиться_рисовать_ребенку_4_лет

3. Используя опыт холостого хода, определим сопротивление намагничивающей ветви zm rm xm.

Условие хх: z m >> z k сопротивлением z К пренебрегаем. Сопротивление нагрузки z H = ¥ (нагрузка отсутствует).

m = 3 (трехфазный трансформатор)

rm = 4.6 кОм

zm = 30.4 кОм

xm = 30.05 кОм

4. Т-образная схема замещения трансформатора.

5. Угол магнитных потерь g:

g =8,6° j = 81,4°

6. КПД трансформатора.

å Р –– сумма потерь å Р = РЭ + PС

РЭ –– потери в обмотках, РС » Р –– потери в стали = мощности хх.

h = 0,97 = 97 %

Диаграмма зависимости КПД от нагрузки:

7. Построим векторную характеристику трансформатора U2 = f(b), b – коэффициент нагрузки трансформатора (коэффициент мощности cosj = 0,75)

Рассчитаем изменение напряжения в процентах:

UKA – активная составляющая

UKA = 2,2 %

UKs = 3,9 %

8. Построим векторную диаграмму тр-ра при b = 0,8, коэффициенте мощности cosj = 0,75.

1). Зададим произвольно направление вектора I2’ и — I2

2). Отложим вектор U2’ на угол от I2’ cosj = 0,75 (задан)

3). Строим вектор ЭДС Е2 = — Е1 на угол b = 0,8 от U2’ и вектор Ф 0 90° от Е.

4). Вектор I01’ на yгол g от Ф 0 (вычислен)

5). Путем построения получаем вектор тока I1’ = (I01’ + I2’).

Длины векторов в комплексном виде, вычислять длины только тех которые не получены путем построения. Направление вектора I2’ задается произвольно.

Угол магнитных потерь трансформатора

Трансформатор с ферромагнитным сердечником

НАЗНАЧЕНИЕ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ . При изучении индуктивно-связанных цепей нами был рассмотрен воздушный трансформатор, отличающийся малым значением коэффициента связи между обмотками

в силу того, что доля потоков рассеяния Ф s в общих потоках, создаваемых токами первичной и вторичной обмоток и была велика по сравнению с потоками взаимоиндукции. Значение взаимной индуктивности

было мало, в силу малого значения магнитной проводимости воздуха, по которому замыкался рабочий поток трансформатора (или поток взаимной индукции).

Для улучшении магнитной связи между первичной и вторичной обмотками трансформатора последние размещают на сердечнике из ферромагнитного материала, как схематично показано на рис.2.1.

Как и ранее к первичной обмотке с числом витков подводится синусоидальное напряжение u 1 сети, от другой обмотки (вторичной) с числом витков w 2 энергия отводится к нагрузке. Периодические переменные токи обмоток и создают в сердечнике магнитное поле, изменение которого сопровождается циклическим перемагничиванием материала сердечника. Особенности такого трансформатора обуславливаются высокой магнитной проницаемостью материала сердечника, нелинейной зависимостью между напряженностью магнитного поля и индукцией в сердечнике и потерями энергии на перемагничивание сердечника.

РАБОТА ТРАНСФОРМАТОРА В РЕЖИМЕ ХОЛОСТОГО ХОДА . Под холостым ходом понимается режим работы трансформатора при разомкнутой вторичной обмотке, когда ток (схема рис.2-2).

В этом случае в первичной цепи трансформатора протекает ток холостого хода и уравнение электрического состояния трансформатора относительно мгновенных значений токов и напряжений имеют вид

где и –ЭДС, наводимые в первичной и вторичной обмотках потоком , замыкающимся по сердечнику, причем

— напряжение, уравнивающее ЭДС рассеяния первичной обмотки.

Поскольку m m и, следовательно , то и .

Ток, который течет в первичной обмотке , как и ток рассмотренной выше катушки с ферромагнитным сердечником, несинусоидален при синусоидальном напряжении на первичной обмотке и, следовательно, при синусоидальном потоке и может быть заменен эквивалентным синусоидальным током, содержащим активную и реактивную составляющие, т.е.

При этом уравнения электрического состояния трансформатора относительно эквивалентных синусоид можно записать в комплексной форме

При работе трансформатора в режиме холостого хода энергия, подводимая к трансформатору от сети расходуется на перемагничивание сердечника и на нагрев первичной обмотки, т.е.

Однако потери в меди силовых трансформаторов в режиме холостого хода

малы, в силу того, что мал ток холостого хода правильно спроектированного трансформатора. Обычно (5 ё 8)% от , где — номинальный ток первичной обмотки (или ток в первичной обмотке при номинальной нагрузке трансформатора). Поэтому приближенно считают, что при ХХ имеют место лишь потери в стали, т.е. .

Примечание: Здесь следует заметить, что поток и ЭДС , наводимые в витках идеализированных катушек (с ферромагнитным сердечником и без него) одинаковы при одинаковом числе витков и однозначно определяются приложенным напряжением, т. е.

как было показано выше. Намагничивающие же силы и, следовательно, намагничивающие токи, требуемые для создания этих потоков, различны и тем меньше, чем меньше магнитное сопротивление пути, по которому замыкается магнитный поток. По закону Ома для магнитных цепей и, следовательно . Таким образом, ток холостого хода трансформатора с ферромагнитным сердечником (магнитная проницаемость которого m 1000 и выше) во много раз меньше тока холостого хода воздушного трансформатора ( m ) при одинаковом напряжении и числе витков .

Читайте также:  Томат_красный_с_носиком

Векторная диаграмма трансформатора в режиме ХХ, приведенная на рис. 2.3, практически не отличается от векторной диаграммы катушки с ферромагнитным сердечником, рассмотренной ранее.

В этом режиме ток отстает от напряжения на угол j =(84-85) ° , т.к. угол потерь d @ 5-6 ° . Cos j = (0.2-0.3)

Обычно при выполнении магнитопровода из электротехнической стали толщиной 0,35-0,5 мм и частоте сети f=50Гц I . Поэтому активная составляющая тока ХХ оказывает малое влияние на форму тока ХХ. Эта форма определяется в основном реактивной составляющей тока холостого хода.

РАБОТА ТРАНСФОРМАТОРА ПОД НАГРУЗКОЙ. При подключении сопротивления нагрузки к зажимам вторичной обмотки в ней появляется ток и уравнения электрического состояния трансформатора можно записать в виде

Эти уравнения, записанные в комплексной форме относительно эквивалентных синусоид, ничем не отличаются от соответствующих уравнений воздушного трансформатора.

Анализируя работу трансформатора под нагрузкой, важно уяснить взаимосвязь тока в цепи нагрузки с током, потребляемым трансформатором от сети, поскольку изменение мощности, отдаваемой трансформатором в нагрузку должно сопровождаться изменением мощности, потребляемой трансформатором от сети. Эта взаимосвязь устанавливается через уравнение магнитного состояния трансформатора.

При изучении воздушного трансформатора нами было установлено, что , т.е. основной или рабочий поток трансформатора равен алгебраической сумме потоков взаимоиндукции первичной и вторичной обмоток и или

где — магнитная проводимость участка, по которому замыкаются потоки взаимоиндукции.

(В соответствие с принципом Ленца поток направлен встречно потоку .)

Следовательно, в режиме ХХ ,

а под нагрузкой

Если пренебречь напряжениями и по сравнению с ЭДС , т.е. считать, что и , то поток в сердечнике будет однозначно определяться приложенным напряжением, как было показано выше. Следовательно, поток в сердечнике при одинаковом напряжении будет одинаковым как в режиме ХХ, так и под нагрузкой, т.е.

Физически взаимосвязь токов и объясняется следующим образом: в режиме ХХ ток холостого хода создает поток в сердечнике , обуславливающий ЭДС

Ток , протекающий через нагрузку, создает поток , стремящийся ослабить поток Ф. Но уменьшение потока Ф приводит к уменьшению ЭДС , и, следовательно, к нарушению равенства . Следовательно, ток начинает возрастать и будет расти до тех пор, пока поток не достигнет прежнего значения .

Из равенства или , поскольку потоки синусоидальны, следует, что

Последнее уравнение представляет собой закон равновесия намагничивающих сил трансформатора или уравнения магнитного состояния трансформатора. Поскольку , последнее уравнение можно записать в виде

где — приведенный ток вторичной обмотки.

Согласно последнему уравнению, ток, потребляемый трансформатором от сети имеет 2 составляющие: составляющая создает рабочий поток в сердечнике и компенсирует потери в стали, составляющая (нагрузочная составляющая) компенсирует размагничивающее действие на сердечник тока вторичной обмотки и обеспечивает поступление в трансформатор от сети мощности, отдаваемой в нагрузку.

Векторная диаграмма трансформатора, работающего на нагрузку приведена, на рис. 2.4.

Порядок построения диаграммы :

СХЕМА ЗАМЕЩЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРА. В силу того, что уравнения электрического состояния трансформатора с ферромагнитным сердечником для эквивалентных синусоид аналогичны уравнениям воздушного трансформатора, то и схемы замещения этих трансформаторов во многом аналогичны. Особенность схемы замещения трансформатора с ферромагнитным сердечником состоит в наличии ветви с активной проводимостью , учитывающей потери в стали реального трансформатора (схема рис. 2.5).

Участок схемы замещения между точками “а” и “б”, аналогичный схеме замещения идеализированной катушки с ферромагнитным сердечником может быть заменен последовательной цепью из сопротивления и (рис. 2.6) , называемой ветвью холостого хода. Через него проходит ток холостого хода .

Параметры элементов схемы можно определить экспериментально на основании опытов холостого хода и короткого замыкания.

Опыт ХХ проводиться для определения коэффициента трансформации К, потерь в стали и параметров ветви ХХ и . Опыт ХХ проводится по схеме, приведенной на рис. 2.7 при номинальном напряжении на первичной обмотке , установленном с помощью ругулятора напряжения РН.

При этом измеряется напряжение на вторичной обмотке , ток первичной обмотки и мощность (активная), потребляемая первичной цепью трансформатора .

Как уже ранее отмечалось, в режиме ХХ , , .

По данным опыта определяют

— активное сопротивление ветви ХХ,

— фазовый сдвиг между напряжением и током в режиме ХХ,

— полное сопротивление ветви ХХ,

— реактивное сопротивление ветви ХХ.

Опыт короткого замыкания проводиться для определения активных сопротивлений и и индуктивностей рассеяния и первичной и вторичной обмоток трансформатора. Опыт проводиться по схеме, приведенной на рис. 2-8 при закороченной вторичной обмотке.

С помощью регулятора напряжения РН напряжение на первичной обмотке трансформатора постепенно увеличивается до значения, , при котором ток в первичной обмотке достигнет номинального тока . Это напряжение носит название напряжения короткого замыкания трансформатора. При этом измеряется мощность, потребляемая трансформатором .

Читайте также:  Как_чистить_рыбу_карась

Обычно , поэтому поток в сердечнике, определяемый напряжением мал. Следовательно, в режиме КЗ можно пренебречь потерями в стали трансформатора, исключить ветвь ХХ из схемы замещения и представить эту схему в виде рис. 2.9, где

На основании данных измерений определяют

— процентное напряжение КЗ,

— фазовый сдвиг между напряжением и током в режиме КЗ,

— активная составляющая напряжения КЗ

— реактивная составляющая напряжения КЗ.

Поскольку поток в сердечнике трансформатора и потери в стали в режиме КЗ малы, считается, что вся мощность расходуется в меди первичной и вторичной обмоток. Тогда

Полное сопротивление короткого замыкания

реактивное сопротивление КЗ

Поскольку , то и .

В паспорте или каталожных данных на трансформатор часто указывается величины U к %, U ка % и U кр % . Зная их, можно рассчитать параметры и схемы замещения следующим образом:

ВНЕШНЯЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТРАНСФОРМАТОРА. При изменении нагрузки трансформатора, его вторичное напряжение не остается неизменным, как это следует из уравнения Кирхгоффа для вторичной цепи

С ростом тока увеличивается падение напряжения на сопротивлении . Зависимость напряжения на вторичной обмотке трансформатора от тока нагрузки при постоянном напряжении на первичной обмотке называется внешней характеристикой трансформатора. Изменение вторичного напряжения при переходе от режима ХХ к режиму работы под нагрузкой, выраженное в процентах, определяется выражением

Величина зависит как от величины нагрузки, так и от ее характера, определяемого величиной и знаком угла (фазового сдвига между напряжением и током в нагрузке). определяется по формуле

где — коэффициент нагрузки трансформатора,

и соответственно активная и реактивная составляющие напряжения короткого замыкания .

На рис. 2.10 приведены внешние характеристики трансформатора для различных по характеру нагрузок. При чисто активной нагрузке (Cos j ) и активно- индуктивной нагрузке (Cos j , j ) внешние характеристики имеют падающий характер.

При активно-емкостной нагрузке (Cos j , j ), рост тока нагрузки может сопровождаться увеличением напряжения на выходе: в силу того, что члены с Sin j в формуле (*) приобретают знак ( — ).

Коэффициент полезного действия трансформатора. Преобразование электрической энергии в трансформаторе сопровождается потерями энергии на нагрев сердечника и обмоток. Уравнение баланса мощностей трансформатора имеет вид

где j — активная мощность, потребляемая от сети,

j — мощность, отдаваемая в нагрузку,

— потери в меди первичной обмотки,

— потери в стали трансформатора,

— потери в меди вторичной обмотки.

Процесс преобразования энергии в трансформаторе иллюстрирует энергетическая диаграмма, приведенная на рис. 2.11.

носит названия коэффициента полезного действия трансформатора.

Если обозначить сумму

и назвать ее потерями в меди трансформатора, то КПД трансформатора можно выразить так

Потери в стали определяются величиной и частотой изменения магнитного потока в сердечнике трансформатора, а так как поток почти не зависит от нагрузки, то потери в стали остаются почти постоянными и равными потерям в режиме ХХ .

Поскольку потери в меди обмотки пропорциональны квадрату действующего значения тока, через нее протекающего, последние могут быть определены из упрощенной схемы замещения трансформатора (рис 2-) в режиме КЗ.

— потери в меди при номинальном токе первичной обмотки,

— потери в меди при токе, отличном от номинального,

Активную мощность в нагрузке трансформатора можно вычислить по формуле

где =S н — полная мощность в нагрузке трансформатора в номинальном режиме.

Теперь выражение, определяющее КПД трансформатора можно записать в виде

Эта формула рекомендована ГОСТом для определения КПД трансформатора.

Анализ полученного выражения показывает, что КПД неоднозначно зависит от коэффициента нагрузки b и является функцией характера нагрузки ( ), что иллюстрируется кривыми, приведенными на рис. 2-12.

При b =0, h =0. С ростом отдаваемой мощности h увеличивается, т.к. в энергетическом балансе уменьшается удельное значение потерь в стали, имеющих приблизительно постоянное значение. При некотором значении КПД достигает максимума, после чего начинает уменьшаться с ростом тока нагрузки. Причиной этого является увеличение потерь в меди, возрастающих пропорционально квадрату тока (или ), в то время как полезная мощность растет пропорционально b . Значение можно получить из условия

Следовательно КПД имеет максимум при такой нагрузке, при которой потери в меди трансформатора равны потерям в стали. Для трансформаторов большей мощности =0,5 — 0,7, при этом =0,995. Трансформаторы малой мощности рассчитывается как, чтобы =1, тогда =0,7 – 0,9. При уменьшении величины КПД уменьшается, т.к. возрастают токи и , при которых трансформатор имеет заданную мощность .

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector