Трансформатором называют статическое электромагнитное устройство с двумя или несколькими обмотками, использующее для преобразования токов и напряжений одной си icon

Трансформатором называют статическое электромагнитное устройство с двумя или несколькими обмотками, использующее для преобразования токов и напряжений одной си









Скачать 333.64 Kb.
НазваниеТрансформатором называют статическое электромагнитное устройство с двумя или несколькими обмотками, использующее для преобразования токов и напряжений одной си
Размер333.64 Kb.
ТипДокументы
Трансформаторы

Трансформатором называют статическое электромагнитное устройство с двумя или несколькими обмотками, использующее для преобразования токов и напряжений одной системы в токи и напряжения другой явлением электромагнитной индукции. При этом может изменяться число фаз, а в некоторых случаях и частота переменного тока. Трансформатор является одним из самых экономичных электрических аппаратов; он используется, во всех областях техники и в быту. Особо важную роль трансформаторы играют при передаче электрической энергии на большие расстояния, так как в этом случае до поступления ее потребителю она подвергается многократному (3-5 раз) преобразованию с низкого напряжения в высокое напряжение и наоборот.

Классификация трансформаторов.

Основными признаками классификации трансформаторов являются:

Назначение. Различают три основные группы трансформаторов: силовые, согласующие и импульсные. Первые предназначены для питания различной аппаратуры, они составляют основную долю существующих трансформаторов. Вторые подразделяются на входные, промежуточные и выходные, они могут работать на фиксированной частоте или полосе частот. Третьи предназначены для передачи напряжения или тока различной формы из одной части электрической цепи в другую. В частности трансформаторы, формирующие импульсы в виде острых пиков принято называть пиковыми.

Количество обмоток. Выделяются одно-, двух- и многообмоточные трансформаторы. Трансформаторами с одной обмоткой принято считать автотрансформаторы. Трансформаторы с двумя обмотками являются базой при анализе на моделях или при чисто теоретических исследованиях. При этом особенности этих трансформаторов специально оговариваются. Многообмоточные трансформаторы встречаются чаще всего в качестве силовых трансформаторов.

Рабочая частота. Различают трансформаторы: пониженной частоты – ниже 50 Гц; промышленной частоты – 50 Гц; повышенной частоты – диапазон 100  10000Гц. Мощные трансформаторы, как правило, питаются напряжением промышленной частоты. Повышение частоты работы силовых трансформаторов позволяет значительно улучшить их массогабаритные показатели.

Число фаз. В промышленности используются одно- и трёхфазные трансформаторы. Если число фаз не оговаривается, но это имеет существенное значение, то имеется в виду однофазный трансформатор.

Напряжение. Существуют низковольтные и высоковольтные трансформаторы. Высоковольтными принято считать и трансформаторы, в которых обмотки имеют высокий потенциал по отношению к корпусу.

Мощность. По диапазону мощностей различают: малые (несколько десятков вольт-ампер); средние (до нескольких сотен вольт-ампер) и большие трансформаторы.

Конструкция. Различают броневой, стержневой и тороидальный трансформаторы.

Охлаждение. Существуют трансформаторы с воздушным, принудительно-воздушным охлаждением и жидкостные.


Условное обозначение.

Условное обозначение трансформаторов содержит лишь одну первичную и одну (или две) вторичных обмотки. Оно отражает также характер зависимости магнитного потока от тока обмотки: различают: линейные и нелинейные (имеющие сердечник из ферромагнитного материала) трансформаторы (воздушные трансформаторы относятся к линейному типу). На рис. 1-1а, б, в и г изображены условные обозначения одно- и трёхфазных трансформаторов в пакете MatLab 6.0. Обмотку, которая подключается к питающему напряжению, принято называть первичной. Остальные обмотки, вне зависимости от их числа, называют вторичными.

Схема замещения и векторные диаграммы трансформаторов.

При подаче на первичную обмотку трансформатора (рис.1-2) синусоидального питающего напряжения по ней протекает ток. Под действием связывающего обе обмотки магнитного потока в обеих обмотках наводятся ЭДС самоиндукции. Для усиления электромагнитной связи между обмотками используется ферромагнитный сердечник, представляющий собой пакет листовой электротехнической стали. Несмотря на то, что большинство силовых трансформаторов имеют ферромагнитный сердечник с нелинейной характеристикой, вследствие высокого значения добротности первичной и вторичной цепей трансформатора




(1 – 1)

( - круговая частота питающего напряжения;

R, L – активное сопротивление и индуктивность обмотки;
I, UL, UR – ток, падение напряжения на активной и индуктивной составляющих комплексного сопротивления обмотки),

форму кривой магнитного потока в ферромагнитном сердечнике можно считать практически синусоидальной. Форма же кривой тока в режиме холостого хода, вследствие явления гистерезиса магнитной системы, становится заостренной и имеет резко выраженную третью гармонику, амплитуда которой достигает 15-30% от амплитуды первой гармоники; возрастает и амплитуда третьей гармоники, (ее величина достигает 3-10%)..С целью использования при расчетах трансформаторов комплексного метода действительную форму тока заменяют (при условии выполнения равенства действующих значений действительной и эквивалентной кривых токов, а также равенства для этих кривых потерь в ферромагнитном сердечнике) эквивалентной синусоидальной.

Основными режимами работы трансформатора являются: холостой ход (отсутствие нагрузки) и режимы нагрузки и короткого замыкания.

Режим холостого хода позволяет определить такие важные для практики параметры трансформатора, как: коэффициент трансформации, сопротивление потерь в ферромагнитном сердечнике, индуктивное сопротивление контура намагничивания.

Магнитный поток рассеяния (рис.1-2) находится в фазе с первичным током трансформатора, т. к., согласно закону Ома для магнитной цепи

,

здесь:

- комплекс тока холостого хода, число витков первичной обмотки; магнитные сопротивления участков пути для потока рассеяния, соответствующие воздушному промежутку и ферромагнитному сердечнику.

На основании II закона Кирхгофа для режима холостого хода можно записать:

(1 – 2)


Здесь - комплексы питающего напряжения, ЭДС и тока первичной обмотки;

– её активное сопротивление и индуктивное сопротивление рассеяния.

Векторная диаграмма, построенная по уравнению (2), изображена на рис. 1-3а.

Разложив вектор тока на две составляющие: - вектор тока намагничивания трансформатора, обеспечивающий протекание в ферромагнитном сердечнике потока , и вектор - вектор тока, учитывающий потери на гистерезис и вихревые токи в сердечнике трансформатора (характеризуемый углом магнитного запаздывания ), можем получить схему замещения холостого хода трансформатора (рис.1-4а)

( - проводимость и сопротивление потерь в ферромагнитном сердечнике;

- индуктивная проводимость и индуктивное сопротивление магнитному потоку).

Индуктивное сопротивление в этой схеме включено в цепь тока I10 ввиду того что, как было показано выше, магнитный поток рассеяния имеет ту же начальную фазу, что и ток .

Расчёты и эксперименты показали, что сопротивление по модулю, по крайней мере, на два порядка меньше x. Поэтому оно учитывается лишь при необходимости расчёта энергетических характеристик трансформатора; при анализе же электромагнитных процессов принимают = 0.

Учитывая связь ЭДС самоиндукции e(t) с магнитным потоком , легко получить уравнение трансформаторной ЭДС:

, (1 –3)

где w, S, f – число витков обмотки, сечение сердечника трансформатора и частота питающей сети.

Одним из основных параметров трансформатора является его коэффициент трансформации:

, (1 – 4)

где w1, w2, I1, I2 – число витков и токи первичной и вторичной обмоток.

В опыте холостого хода ток в первичной обмотке трансформатора составляет лишь 3  10 % (для трансформаторов средней и большой мощности) от номинального тока. Поэтому показания ваттметра , включённого в первичную цепь, соответствуют практически только потерям в сердечнике трансформатора:

(1 –5)

 = 90 - cm, (1 -6)

где Z - комплексное сопротивление обмотки трансформатора в режиме холостого хода.

В геометрически подобных трансформаторах, имеющих одинаковые электромагнитные нагрузки, при уменьшении номинальной мощности отношение тока холостого хода к номинальному току нагрузки возрастает. Поэтому у трансформаторов малой мощности ток холостого хода может достигать 40-60% от номинального тока. В этом случае показания ваттметра в режиме холостого хода будут отражать не только потери в ферромагнитном сердечнике, но и потери в активном сопротивлении первичной обмотки трансформатора.

На высоких частотах условия работы трансформаторов в режиме холостого хода приближаются к условиям работы силовых трансформаторов.

При синусоидальном питающем напряжении потери в ферромагнитном сердечнике можно считать приблизительно пропорциональными частоте в степени 1,25 и индукции в степени 2. В общем случае, когда магнитный поток имеет несинусоидальную форму, т.е. является интегральной функцией ЭДС, при заданном действующем ее значении, потери на гистерезис обратно пропорциональны квадрату коэффициента формы кривой ЭДС, а потери на вихревые токи не зависят от формы кривой. Так как основной вид потерь в сердечнике - гистерезисные потери, то можно считать, что при заостренной форме кривой ЭДС они уменьшаются, а при уплощенной, наоборот возрастают по сравнению с потерями при ЭДС синусоидальной формы.

Очевидно, что схема замещения трансформатора для режима нагрузки будет отличаться от схемы замещения, соответствующей холостому ходу (рис.1-4а), лишь добавлением пара- метров вторичной обмотки и сопротивления нагрузки трансформатора.

Исследование трансформатора (аналитическое и экспериментальное) значительно облегчается, если действительный трансформатор с магнитно-связанными обмотками заменить схемой, элементы которой электрически связаны между собой. Очевидно, что эта задача может иметь несколько решений. На практике же получили распространение две схемы: Т - образная, широко используемая в теории трансформаторов и Г-образная, являющаяся базовой для схемы замещения асинхронной машины. Первый вид схемы приведенного трансформатора изображен на рис.1-4б; число витков обеих его обмоток одинаково, что позволяет совместить их в одну. По этой обмотке протекает намагничивающий ток, создающий НС трансформатора и обеспечивающий протекание магнитного потока, который замыкается по сердечнику трансформатора.

Активная мощность, выделяемая в контуре намагничивания, определяется потерями в сердечнике трансформатора.

Параметры приведённой схемой замещения сравнительно легко определяются из режимов холостого хода и короткого замыкания и с её помощью можно определить величину падения напряжения на трансформаторе. Для его определения необходимо построить векторную диаграмму приведённого трансформатора, т. е. трансформатора, числа витков вторичной и первичной обмоток которого равны.

Параметры приведённого и неприведенного трансформаторов должны удовлетворять равенству трёх энергетических соотношений для приведённого и не приведённого трансформаторов:

- равенства магнитодвижущих сил (МДС) ;

  • потерь в активном сопротивлении обмотки

  • реактивной мощности .

Выполнение этих условий позволяет найти соотношения между параметрами схем приведённого и неприведённого трансформаторов:

(1-7)

Упоминавшийся режим холостого хода трансформатора не позволяет определить все параметры приведённой схемы замещения трансформатора. Поэтому завод-изготовитель на готовом трансформаторе проводит опыт "нормального" короткого замыкания. Вторичная обмотка при этом замыкается накоротко, а на первичную обмотку подаётся напряжение такой величины, при которой ток первичной обмотки имеет номинальное значение. Величина даже для трансформаторов малой мощности не превышает 10  25 % от номинального значения. Учитывая пропорциональную зависимость магнитного потока от напряжения, приложенного к первичной обмотке, и зависимость потерь в сердечнике трансформатора от квадрата магнитного потока, можно прийти к выводу, что потерями в сердечнике трансформатора можно пренебречь и считать показания ваттметра , включенного на входе трансформатора, соответствующим мощности потерь в активных сопротивлениях трансформатора. Это позволяет определить параметры схемы замещения приведённого трансформатора по формулам:

( 1 –8)

Таким образом, с учётом x и , которые определяются в режиме холостого хода, мы имеем все параметры приведённой схемы замещения трансформатора.

Векторные диаграммы токов и напряжений приведённой схемы замещения строятся по двум уравнениям, записанным по II закону Кирхгофа для входа и выхода трансформатора:

(1 –9)

Для определения тока необходимо найти связь этого тока с токами намагничивания и приведённым вторичным током . Это нетрудно сделать, если воспользоваться законом Ома для магнитной цепи:

(1- 10)

где - комплексы магнитных потоков в трансформаторе для режимов холостого хода и нагрузки.

С учётом уравнения трансформаторной ЭДС (1-3) можно сделать вывод, что величина магнитного потока трансформатора не зависит от режима его работы (исключая, естественно, режим короткого замыкания). Поэтому можно записать

и (1-11)

Векторные диаграмма для режимов нагрузки и короткого замыкания трансформатора изображены на рис.1-3б и 1-3в.

Относительно низкая величина тока намагничивания (холостого хода) трансформатора позволяет сделать важный вывод: при работе трансформатора в режиме номинальной нагрузки форма тока первичной обмотки практически не отличается от синусоиды (для линейных цепей нагрузки), т. к. синусоидален ток вторичной обмотки (вследствие синусоидальности её ЭДС).

Из приведённой схемы замещения трансформатора (рис. 1-3б) очевидно, что

,

отсюда находим выражение для вектора падения напряжения на трансформаторе:

(1-12)

(рис.1- 4б)

Модуль вектора падения напряжения на трансформаторе можно также получить, воспользовавшись выражением:

, (1-13)

где

;

I1ном, U1ном – номинальные ток и напряжение первичной обмотки;

- (1-14)

коэффициент нагрузки.

Вид внешней характеристики трансформатора определяется не только величиной нагрузки, но и ее характером. При увеличении тока нагрузки выходное напряжение трансформатора уменьшается, если нагрузка имеет активный или активно-индуктивный характер, и увеличивается, если она имеет емкостной или активно-емкостной характер.


Коэффициент полезного действия трансформатора.


Определение коэффициента полезного действия  трансформатора по отношению мощности выделяемой в нагрузке () к полной мощности, потребляемой из электрической сети (Р1), может привести к значительным ошибкам, так как разность (Р1) составляет, при равенстве КПД = 98 %, всего лишь 2 %, что соответствует погрешности измерительных приборов. Поэтому, согласно ГОСТ, величину КПД определяют косвенным способом:

(1-15)


Трёхфазный трансформатор.


Энергетические соотношения, полученные для однофазных трансформаторов, справедливы и для трёхфазных трансформаторов, но при обязательном условии их работы в режиме симметричной нагрузки. Причём, в качестве трёхфазного можно использовать и три одинаковых однофазных трансформатора. Энергетические характеристики второго варианта трёхфазного трансформатора ниже, чем у первого, но он обладает более высокой эксплуатационной надёжностью, т. к. при аварии, как правило, выходит из строя лишь один из трёх трансформаторов и устранение этой аварии обходится значительно дешевле. Поэтому, согласно ГОСТ, при мощностях больших 1600 кВА допускается установка трёх одинаковых трансформаторов. Анализируя схему замещения магнитной цепи трёхфазного трансформатора, изображённую на рис.1-5, можно заметить, что магнитное сопротивление среднего стержня ZB отличается от магнитных сопротивлений крайних стержней ZA и ZC. Согласно уравнению трансформаторной ЭДС (1-3) при симметричном трёхфазном питающем напряжении магнитные потоки и равны, поэтому токи намагничивания (холостого хода) будут различны. Однако, учитывая относительно малую величину токов намагничивания трёхфазных трансформаторов по сравнению с номинальными токами нагрузки, номинальные токи первичных обмоток IAH, IBH, ICH будут практически одинаковыми.

В отличие от режима холостого хода режим короткого замыкания не имеет существенных особенностей по сравнению с режимом короткого замыкания однофазного трансформатора. Это объясняется отсутствием насыщения в этом режиме ферромагнитного сердечника, в соответствии с чем, токи и мощности распределяются между фазами равномерно и формы кривых ЭДС синусоидальны.

Поэтому все выводы, полученные для однофазного трансформатора, остаются в силе для трансформатора трехфазного, считая, конечно, что они (выводы) соответствуют одной фазе.

В общем случае, когда необходимо учитывать отличие формы ЭДС и токов от синусоиды, следует учитывать только их первую и третью гармоники, т. к. в трёхфазном трансформаторе они имеют наибольшие значения.

Для третьей гармоники ЭДС можно записать

(1-16)

Следовательно, третьи гармонические во всех фазах в любой момент времени равны между собой, т. е. направлены либо к нулевой точке, либо от неё.

При соединении обмоток звездой по каждому из контуров: (A-X) – (Y-B); (B-Y) – (Z-C) и (C-Z) – (X-A) третьи гармоники уравновешиваются, что позволяет сделать вывод:

при соединении обмоток звездой в линейном напряжении отсутствует третья гармоника ЭДС. Этот вывод справедлив и для всех нечётных гармоник, кратных 3: девятой, пятнадцатой и т. д. Сказанное распространяется и на напряжения (с учётом сдвига фаз ЭДС и напряжения на 180).

Очевидно, также, что и третьи (и кратные им нечётные) гармоники линейных и фазных токов также отсутствуют.

Нетрудно заметить, что число возможных вариантов соединений обмоток высокой и низкой сторон трансформатора равно 12, что согласно ГОСТ определяет такое же количество групп соединений. Номер группы соединений определяется отношением угла между одноименными линейными напряжениями высокой и низкой сторон к 30.

Так, согласно рис.1-5, при соединении обмоток высокой стороны трансформатора звездой, а низкой – треугольником номер группы соединений будет равен 11 (330/30 = 11). Соединение обмоток по группе 11 используется чаще всего на практике, т. к., оно обеспечивает снижение фазных напряжений на высокой стороне и фазных токов на низкой стороне трансформатора в раз. Однако, такое соединение может применяться только в том случае, когда на низкой стороне не требуется нулевой провод.

В тех случаях, когда номинальное вторичное напряжение выше 400В, ГОСТ также предусматривает соединение обмоток по 11 группе.

В нашей стране выпускаются трёхфазные силовые трансформаторы только 0 и 11 групп, т. к. это облегчает включение их на параллельную работу.


Работа трансформатора с вентильными преобразователями



При включении полупроводниковых диодов (пропускающих ток только в одном направлении) в цепь вторичных обмоток трансформатора его нагрузка становится несимметричной, т. к. диоды в общем случае работают поочередно. При этом искажается форма тока первичной и вторичной обмоток. Отличие формы тока вторичной обмотки от синусоиды объясняется еще и тем обстоятельством, что включенные последовательно с обмоткой вентили пропускают через нее ток не в течение всего периода, а лишь в течение некоторой его части.

При работе трансформатора с однополупериодным выпрямителем напряжение на активной нагрузке будет иметь форму положительных или отрицательных полуволн синусоиды, следующих с интервалом длительности, равном половине периода.

Если на выходе трансформатора используется двухполупериодный выпрямитель, то напряжение на активной нагрузке имеет форму полуволн синусоиды одного знака, непрерывно следующих одна за другой.

В зависимости от схемы выпрямления и способа соединения обмоток трансформатора, ток в его вторичной обмотке содержит различную величину постоянной составляющей. Это обстоятельство приводит к ряду неблагоприятных последствий, основными из которых являются наличие в кривых первичного и вторичного токов значительных высших гармоник и подмагничивание сердечника трансформатора при некоторых схемах выпрямления.

В однофазном трансформаторе с однополупериодной схемой выпрямления, а также в трехфазном при трехфазной схеме выпрямления со средней точкой возникает дополнительное подмагничивание сердечника. Для того, чтобы не происходило недопустимого насыщения магнитной системы, приходится увеличивать общее сечение стержней, что приводит к ухудшению массогабаритных показателей всего устройства и к увеличению его стоимости. По этой причине указанные схемы используются лишь в установках сравнительно небольшой мощности, где подмагничивание сердечника трансформатора не оказывает существенного влияния на параметры всего устройства.

Обычно в силовой преобразовательной технике используются лишь такие схемы включения вентилей, которые обеспечивают отсутствие подмагничивания ферромагнитного сердечника трансформатора. К их числу следует отнести:

-однофазные: с выводом средней точки трансформатора и мостовые;

-трехфазные: мостовые и с соединением вторичной обмотки трансформатора в зигзаг;

-шестифазные: с соединением вторичной обмотки трансформатора по схеме “две обратные звезды” с уравнительным реактором и двойной “зигзаг”.


Лабораторная работа №1

Исследование однофазного трансформатора


1,Цель работы: исследование однофазного трансформатора при работе с активной нагрузкой.

2.Указания к выполнению работы. К выполнению работы следует приступить после изучения разделов, посвященных работе однофазного трансформатора, настоящего пособия. В качестве дополнительной литературы рекомендуется воспользоваться [Бруск].

3.Содержание работы.

3.1.Определение параметров трансформаторов различной мощности с помощью двух опытов: холостого хода и короткого замыкания.

3.2.Снятие нагрузочных и рабочих характеристик трансформатора.

3.3.Построение векторных диаграмм и определение падения напряжения на трансформаторе с помощью векторной диаграммы, а также аналитическим способом с помощью выражения (1-13).

Сравнение результатов расчета по этим способам.

4.Описание виртуальной лабораторной установки.

Схема установки изображена на рис.Л-1.

Виртуальная модель содержит:

- источник переменной ЭДС (библиотека Power System Blocset / Electrical Sources);

- измерители напряжения в первичной и вторичной цепях трансформатора (библиотека Power System Blockset / Measurement);

- измерители тока первичной и вторичной обмоток трансформатора (библиотека Power System Blockset / Measurement);

- измеритель активной мощности в первичной цепи однофазного трансформатора (библиотека Power System Blockset / Extras / Measurement);

Powergui – блок пользователя, в который записываются результаты измерений блоков ;

Display- блок количественного представления измеренных мощностей (библиотека Simulink / Sinks);

Scope- блок наблюдения кривых тока и напряжения во вторичной цепи (библиотека Simulink /Sinks





Рис. Л-1. Модель для исследования однофазного трансформатора.


Окно настройки параметров однофазного трансформатора показано на рис. Л-2.


В полях окна настройки задаются:

-- полная мощность трансформатора и номинальная частота (ВА и Гц);

-- действующее напряжение, активное сопротивление и индуктивность рассеяния первичной обмотки трансформатора

-- действующее напряжение, активное сопротивление и индуктивность рассеяния вторичной обмотки трансформатора;

- - индуктивность ветви намагничивания и сопротивление потерь в ферромагнитном сердечнике;

-Heasurments- переменные состояния трансформатора, которые измеряются блоком Multimeter.

Основная схема замещения трансформатора представлена на рис. Л-3.

Она учитывает активные сопротивления обмоток , индуктивности рассеяния , а также магнитные параметры сердечника, который представлен в виде ветви с линейными характеристиками.





Рис. Л-2. Окно настройки параметров трансформатора.


Параметры схемы замещения трансформатора представлены в относительных единицах. Базовыми значениями параметров трансформатора являются: расчетная мощность в ВА, номинальная частота в Гц, действующее номинальное напряжение в В соответствующей обмотки. Для каждой обмотки относительные сопротивления и индуктивность определяются выражениями:


; ; ; (1-17)

Для магнитных сопротивлений: резистивного и индуктивного относительные сопротивления базируются на расчетной мощности трансформатора и номинальной мощности его обмотки.

Для примера, параметры (“по умолчанию”) первичной обмотки дают следующие базовые значения:


.

Полагая, что параметрами первичной обмотки являются: и , соответствующими значениями, фиксированными в диалоговом окне, являются:




Чтобы точно установить (специфицировать) ток намагничивания, равный (в относительных единицах) 0,2% (активная и реактивная составляющие) по отношению к номинальному току необходимо ввести относительные величины (p.u.) 1 / 0,002=500 p.u. для резистивного и индуктивного сопротивлений ветви намагничивания. При этом соответствующие величины и будут равны: и .

Относительные величины параметров первичной и вторичной обмоток равны между собой, также равны между собой и относительные величины параметров ветви намагничивания. (В приложении приведены данные трансформаторов.)

В окне настройки (рис.1-7) внесены относительные параметры трансформатора ТС-100 / 066. Если в лабораторной работе исследуется двухобмоточный трансформатор, то в поле параметров для третьей обмотки вводится нуль. Поскольку блок Multimeter не используется, то в поле Measurement из выпадающего меню выбрана опция None.

Окно настройки параметров источника питания показано на рис. Л-4. В полях окна задаются:

- амплитуда источника питания (В);

- начальная фаза в градусах;

- частота в Гц;

- образец времени (с);

- переменные, измеряемые блоком Multimeter (поскольку он не используется, в соответствующем окне ставится нуль).

Напряжение и частота источника должны соответствовать параметрам трансформатора.





Рис. Л-4. Окно настройки параметров источников питания.


Окно настройки параметров нагрузки показано на рис. Л-5. В полях окна задаются R,L,C - параметры нагрузки. Для исключения реактивных элементов индуктивность должна быть задана, равной нулю, а емкость бесконечности (inf).

В окне настройки параметров измерителя активной мощности (рис. Л-6) указывается частота, на которой измеряется активная и реактивная мощности. Окно настройки параметров дисплея показано на рис. Л-7. В его полях окон настройки указывается формат представления числовых результатов, в поле Decimation (разрежение) задается число шагов вычисления, через которые значения результатов выводятся на дисплей. Подробное описание блока Scope приведено в гл.1.

Действующие (и амплитудные) значения напряжений и токов трансформатора при различных режимах его работы отображаются в окне блока Powergui (рис. Л-8).





Рис. Л-5. Окно настройки параметров нагрузки.





Рис. Л-6. Окно настройки измерителя активной мощности.


Как было показано выше, точность определения параметров трансформатора определяется относительной величиной тока холостого хода, которая в мощных трансформаторах составляет всего лишь несколько процентов от намагничивающего тока.

В лабораторной работе необходимо определить параметры, как мощного трансформатора, так и маломощного с относительно большим током намагничивания

Для второго типа трансформатора его параметры следует определить двумя способами:

1)без учета потерь в первичной обмотке трансформатора в режиме холостого хода;

2)с учетом этих потерь

и оценить погрешности экспериментального определения параметров трансформатора обеими способами.

В режиме холостого хода определяются также коэффициент трансформации трансформатора.





Рис. Л-7. Окно настройки параметров дисплея.





Рис. Л-8. Действующие значения напряжения и токов.


Определение параметров трансформатора большой мощности



В качестве примера определим параметры трансформатора большой мощности типа ТС-100 / 066.

1.В режиме холостого хода (рис. Л-9, Л-10, Л-11):







Рис. Л-9. Модель и результаты моделирования трансформатора большой мощности

типа ТС-100/066 в режиме холостого хода.


Вследствие высокого значения добротности первичной обмотки трансформатора (1-1) можно записать , что позволяет найти величину :





Найдем величину , заложенную в модель. Для этого определим :


;

.





Рис. Л-10. Действующие напряжения и токи трансформатора большой мощности

типа ТС-100/066 в режиме холостого хода.





Рис. Л-11. Осциллограммы кривых напряжения (вверху) и тока (внизу) первичной

обмотки трансформатора большой мощности типа ТС-100/066 в режиме

холостого хода.


Найдем ошибку в определении величины :





Определим величину :


.


Следовательно, угол между активной и реактивной составляющими тока холостого хода трансформатора равен и активная составляющая комплексного сопротивления ветви намагничивания равна реактивной:


,


отсюда:


.

Определим величину математической модели:


.


Ошибка в определении :


.


2.В режиме короткого замыкания (рис. Л-12, Л-13, Л-14).

Подбираем такую величину входного напряжения, при которой по первичной обмотке “ закороченного“ трансформатора протекает номинальный ток. В результате имеем:

; .

Определяем и :


.


Величины и математической модели:

.

Ошибка в определении и :


.

Определяем и .

Модуль комплексного сопротивления трансформатора в режиме короткого замыкания:


.





Рис. Л-12. Модель и результаты моделирования мощного трансформатора типа

ТС-100/066 в режиме короткого замыкания.




Рис. Л-13. Действующие напряжения и токи трансформатора большой мощности типа

ТС-100/066 в режиме короткого замыкания.





Рис. Л-14. Осциллограммы кривых напряжения (вверху) и тока (в центре) первичной

обмотки и кривая тока вторичной обмотки (внизу) трансформатора большой

мощности типа ТС -100/066 в режиме короткого замыкания.

Индуктивное сопротивление короткого замыкания определится выражением:

.


Учитывая, что , имеем

.

Отсюда


.

Величины и математической модели:


.

Ошибка в определении и :


.

3. В режиме нагрузки (рис. Л-16, Л-17, Л-18, Л-19).

Снимаем нагрузочную характеристику исследуемого трансформатора большой мощности типа ТС-100/066 ( модель исследуемого трансформатора представлена на рис. Л-16). Для этого изменяем сопротивление нагрузки в пределах от до 0,8и для каждого из сопротивлений нагрузки определяем величину выходного напряжения. Результаты эксперимента сводим в таблицу № 1.

По данным этой таблицы №1 на рис. Л-17 построена нагрузочная характеристика исследуемого трансформатора большой мощности типа ТС-100/066.




Рис. Л-16. Модель мощного трансформатора типа ТС-100/066 в режиме нагрузки.





Рис. Л-17. Нагрузочная характеристика мощного трансформатора типа ТС-100/066.


Таблица №1






16

12,8

6,4

3,2

1,6

1,28



399,9

398,7

398,4

396,9

393,9

387,9

384,9



0

24,92

31,13

62,02

123,1

242,5

300,7


Падение напряжения на трансформаторе равно:




или



Расчет падения напряжения на трансформаторе типа ТС-100/066 с использованием выражения (1-13) дает следующие результаты:




В процентах, по отношению к номинальному напряжению это составит:

.

Величина ошибки при расчете падения напряжения на трансформаторе по формуле (1-13):



На рис. Л-18. изображена векторная диаграмма рассматриваемого трансформатора, из которой находим падение напряжения на трансформаторе

:

22,5В.

В процентах, по отношения к номинальному напряжению это составит:



Величина ошибки в определении падения напряжения на рассматриваемом трансформаторе при использовании векторной диаграммы:




Большая величина погрешности в расчете падения напряжения на трансформаторе при использовании векторных диаграмм говорит о низкой точности этого метода при определении количественных параметров трансформатора.


Коэффициент трансформации трансформатора типа ТС-100/066:




Коэффициент полезного действия исследуемого трансформатора для номинального режима работы:





Используя модель исследуемого трансформатора, снимается зависимость активной мощности от тока нагрузки. Результаты исследования заносятся в таблицу №2.

По данным этой таблицы на рис. Л-19 построена зависимость коэффициента полезного

действия трансформатора большой мощности типа ТС-100/066 от тока нагрузки.


Таблица №2




0

24.92

31.13

49.69

62.02

123.1

242.5

300.7



0

10475.2

12950.8

20385.6

25310.6

49722.4

97402.2

120676.3



0

75

79

86

88

94

97

97.4






Рис. Л-19. Зависимость коэффициента полезного действия трансформатора типа

ТС-100/066 от тока нагрузки.


Определение параметров трансформатора малой мощности


В качестве примера рассмотрим расчет параметров трансформатора малой мощности типа ТН36-127/220-50.

1. В режиме холостого хода (рис. Л-20, Л-21, Л-22):

; ; ; ; .

Учитывая высокое значение добротности первичной обмотки трансформатора, можно считать =127В, что позволяет найти величину :

.


Найдем величину , заложенную в математическую модель. Для этого определим :

;

.


Найдем ошибку в определении :





Рис. Л-20. Модель и результаты исследования трансформатора малой мощности типа

ТН-36-127.220-50 в режиме холостого хода.





Рис. Л-21. Действующие напряжения и токи трансформатора малой мощности

типа ТН-36-127/220-50 в режиме холостого хода.





Рис, Л-22. Осциллограммы кривых напряжения вторичной (вверху), первичной (в центре)

обмоток и тока (внизу) первичной обмотки трансформатора малой мощности типа

ТН-36-127/220-50 в режиме холостого хода.


Найдем ошибку в определении :

.


Определим величину :


.


Определим реактивную составляющую тока холостого хода трансформатора:

.

Определяем величину :


.


Отсюда можно найти :


.


Определим величину математической модели:


.


Ошибка в определении :


.


2. В режиме короткого замыкания (рис. Л-23, Л-24, Л-25) подбирается такая величина входного напряжения, при которой по первичной обмотке “закороченного” в “нормальном” режиме трансформатора протекает номинальный ток. В результате получаем:

; ;


Определяем и :


.


Величины и математической модели:

.

Ошибка в определении и :


.





Рис. Л-23. Модель и результаты моделирования трансформатора малой мощности типа

ТН-36-127/220-50 в режиме короткого замыкания.




Рис. Л -24. Действующие напряжения и токи трансформатора малой мощности типа

ТН-36-127/ 220-50 в режиме короткого замыкания.





Рис. Л-25. Осциллограммы кривых напряжения (вверху) и тока (в центре) первичной

обмотки и кривая тока вторичной обмотки (внизу) трансформатора малой

мощности типа ТН-36-127/220-50 в режиме короткого замыкания.


Определяем и .

Модуль комплексного сопротивления в режиме короткого замыкания :





Индуктивная составляющая комплексного сопротивления короткого замыкания определится выражением:

.

Учитывая зависимость , получаем



Отсюда находим индуктивные сопротивления короткого замыкания и :


.


Величины и математической модели:


.


Ошибка в определении и:


.

Определяем КПД трансформатора


.


Учитывая, что



после подстановки, получаем:





Действительная величина КПД определится из выражения:





Как было показано выше, при исследовании маломощного трансформатора сам процесс исследования необходимо начинать с режима короткого замыкания, после чего, зная параметры первичной обмотки маломощного трансформатора, можно рассчитать и параметры его ветви намагничивания. Для повышения точности определения параметров маломощного трансформатора необходимо учитывать падении напряжения на первичной обмотке и активную мощность, выделяемую в ней, а также, при относительно больших токах холостого хода, и активную мощность, выделяемую в ферромагнитном сердечнике, в режиме короткого замыкания. (В данном случае, ввиду относительно небольшого тока холостого хода, активная мощность, выделяемая в ферромагнитном сердечнике трансформатора, в режиме короткого замыкания не учитывалась).

В рассматриваемом маломощном трансформаторе после проведения опыта короткого замыкания и определения параметров первичной и вторичной обмоток можно найти величину ЭДС первичной обмотки (с учетом падения напряжения на ней) в номинальном режиме работы маломощного трансформатора:



Здесь:

коэффициент трансформации, равный ;





После подстановки получаем:


118,5В.


Активная мощность, выделяемая в ферромагнитном сердечнике трансформатора в режиме холостого хода, определится из выражения:


.

Активную мощность, выделяемую в первичной обмотке трансформатора, можно найти, воспользовавшись выражением:

.

Следовательно, величина КПД с учетом рассмотренных потерь определится из выражения:





т.е. лишь на





меньше от ее точного значения, определяемого с помощью математической модели.

Таким образом, в рассматриваемом маломощном трансформаторе с током холостого хода, равном 1/3 от его номинального значения, использование обычной методики расчета КПД привело к ошибке, примерно, равной 2%. Очевидно, что при относительно большей величине тока величина ошибки в расчете будет значительно выше. Поэтому при определении параметров маломощных трансформаторов с относительно большими токами холостого хода целесообразно в режиме холостого хода учитывать потери в обмотке трансформатора, а в режиме короткого замыкания- потери в его ферромагнитном сердечнике.


3.В режиме нагрузки (рис. Л-26, Л-27, Л-28, Л-29 ) .

Снимаем нагрузочную характеристику исследуемого трансформатора малой мощности

типа ТН-36-127/220-50 (модель трансформатора представлена на рис. Л-26) . При этом сопротивление нагрузки изменяется в пределах от до 0.8 , и для каждого из сопротивлений нагрузки определяется величина выходного напряжения. Результаты эксперимента сводим в таблицу № 3. По данным таблицы на рисунке Л-28 построена нагрузочная характеристика трансформатора.


Таблица №3






57

49.6

36

28.4

23.33

18.66



27.49

26.49

26.35

25.94

25.55

25.17

24.64



0

0.47

0.53

0.72

0.89

1.08

1.32


Падение напряжения на трансформаторе равно:





или








Рис. Л-26. Модель трансформатора малой мощности типа ТН-36-127/220-50

в режиме нагрузки.


Используя выражение (1-13) для расчета падения напряжения на трансформаторе

получаем:





Что по отношению к номинальному напряжению составляет:





Величина ошибки при расчете падения напряжения на трансформаторе

по формуле (1-13):




На рис. Л-27 изображена векторная диаграмма исследуемого трансформатора,

по которой можно определить падение напряжения на трансформаторе:





Рис. Л-28. Нагрузочная характеристика маломощного трансформатора

типа ТН-36-127/220-50.


Используя модель исследуемого трансформатора малой мощности, снимаем показания активной мощности в зависимости от значений тока нагрузки. Результаты исследований

заносятся в таблицу № 4; на рис. Л-29 построен график зависимости КПД трансформатора малой мощности типа ТН-36-127/220-50 от тока нагрузки.

Таблица № 4




0

17.67

24.73

26.55

31.76

36.68

41.61

48.36



0

0.21

0.47

0.53

0.72

0.89

1.08

1.32



0

53.2

61

63

67

70

72.8

75.6





Рис. Л-29. Зависимость коэффициента полезного действия трансформатора

малой мощности типа ТН-36-127/220-50 от тока нагрузки.

Добавить документ в свой блог или на сайт
Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:

Похожие:



Трансформатором называют статическое электромагнитное устройство с двумя или несколькими обмотками, использующее для преобразования токов и напряжений одной си



Методика определения приращений токов и напряжений показана на рис. 17 и 18
Необходимо только иметь в наличии статические характеристики для соответствующих схем включения. Как отмечалось в п. 4, параметры...



Реферат по дисциплине: «Устройство автомобиля» На тему: Генераторы переменного тока
Генератор служит для преобразования меха­нической энергии в электрическую, не­обходимую для питания всех приборов электрооборудования...



Расшифровка маркировки шин
Часто высоту профиля называют серией. В некоторых типоразмерах номер серии отсутствует, например, 185 R14 c 102 Q. Такие шины называют...



2. Условия гарантийного обслуживания
Владелец – лицо, являющееся собственником Автомобиля, или лицо, владеющее и использующее Автомобиль на законном основании



«sobr»
Устройство sobr-ip 01 предназначено для защиты автомобиля от угона или захвата, для оповещения владельца автомобиля звонком на его...



Система для гарантированного запуска двигателя зимой - Предложено провести длительный тест необычного мска-162-16-п устройства или, как с определенной долей юмора называют
Обзорная статься по эксплуатации супеконденсаторной системы гарантированного запуска двигателей.



1 Для чего предназначен двигатель?
Б для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала



Сравнение программаторов разных производителей или как избежать ошибок при выборе программатора
Трудно сказать, что Жигули и Ferrari являются аналогами, хотя оба предназначены, по большому счету, для одного и того же, а именно:...



Инструкция по охране труда для водителя автомобиля направляемого в командировку
Инструкции, под автомобилем понимается устройство, предназначенное для перевозки по дороге людей, грузов или установленного на нём...

Поделиться в соцсетях



Авто-дневник






База данных защищена авторским правом ©ucheba 2000-2020

обратиться к администрации | правообладателям | пользователям

разработчик i-http.ru

на главную