Лекция №11.

Все параметры в схеме замещения, кроме , являются постоянными для данного трансформатора, и могут быть определены из опытов холостого хода и короткого замыкания.

Опыт холостого хода.

;

.

При холостом ходе сопротивление нагрузки очень велико, то есть , поэтому ток через вторичную цепь не течёт, то есть.

По данным опыта холостого хода можно определить коэффициент трансформации . Ток холостого хода в процентах от номинального определяется по формуле:.

Схема замещения для опыта холостого хода.

Так как сопротивление много меньше сопротивления, то модуль сопротивления можно найти по формуле:, тогда, следовательно,.

;

.

Опыт короткого замыкания:

При опыте короткого замыкания сопротивление нагрузки равно нулю, то есть, поэтому напряжение на зажимах вторичной обмотки также равно нулю, то есть. При эксплуатации трансформатора, режим при котором входное напряжение равно номинальному считается аварийным. При проведении опыта короткого замыкания входное напряжение снижают до нуля и только потом закорачивают проводником вторичную обмотку, а затем постепенно увеличивают входное напряжение до значения, при котором токи в обмотках станут равными номинальным. Такое напряжение называется номинальным напряжением короткого замыкания, и выражается в процентах от номинального напряжения:. Для силовых трансформаторов это пять-десять процентов, так как магнитны потокв магнитопроводе пропорционален напряжению на зажимах первичной обмотки, а величинамала, следовательно, магнитный потоктоже мал и для его создания требуется малый намагничивающий ток, поэтому токсчитают равным нулю.

Схема замещения для опыта короткого замыкания.

;

.

Пользуясь этой схемой определяют параметры обмоток. По закону Ома: .

;

;

.

Приближённо можно считать, что и.

Изменение вторничного напряжения.

В условиях эксплуатации нагрузка трансформатора может изменяться в широких пределах. Соответственно меняется и напряжения на зажимах вторичной обмотки. Отклонение величиныотвыражают в процентах и называют процентным изменением вторичного напряжения, то есть.

Имея паспортные данные трансформатора при любой нагрузке и постоянном напряжении на зажимах первичной обмотки можно рассчитать процентное изменение вторичного напряжения:

, где - коэффициент нагрузки трансформатора;

;

;;;

.

Последнее выражение показывает, что процентное изменение вторичного напряжениязависит не только от величины нагрузки, но и от её характера.

1 – случай для активной нагрузки ();

2 – случай для индуктивной нагрузки (;

3 – случай для ёмкостной нагрузки ().

Внешняя характеристика трансформатора – зависимость напряжения на зажимах вторичной обмотки от коэффициента нагрузки трансформатора.

Внешняя характеристика зависит от характера нагрузки, кроме того, напряжение на зажимах вторичной обмотки можно найти по следующей формуле:.

1 – случай для активной нагрузки ;

2 – случай для индуктивной нагрузки ;

3 – случай для ёмкостной нагрузки .

Потери энергии в трансформаторе.

Потери энергии в трансформаторе делятся на электрические и магнитные.

Электрические потери обусловлены нагревом обмоток при прохождении по ним тока. При проектировании трансформатора потери рассчитываются следующим образом: , где- число фаз трансформатора. Для изготовления трансформатора эти потери определяются опытным путём, измеряя мощность короткого замыкания при номинальных токах в обмотках по формуле:. Эти потери являются переменными.

.

Кроме того эти потери называют потерями в меди, то есть в медных проводах обмотки.

Магнитные потери происходят главным образом магнитопроводе. Причина их лежит в систематическом перемагничивании магнитопровода переменным магнитным полем. Магнитные потери определяются по формуле: , где- потери вследствие гистерезиса;- потери вследствие вихревых токов.

При неизменно первичном напряжении, то есть , и при неизменной частоте, то естьмагнитные потери не зависят от нагрузки трансформатора.

При изготовлении трансформатора магнитные потери определяют в опыте холостого хода при номинальном первичном напряжении. При проектировании трансформатора магнитные потери определяются по значению удельных магнитных потерь на килограмм тонколистовой электротехнической стали при определённом значении магнитной индукции и частоте перемагничивания .

Магнитные потери называются потерями в стали.

Таким образом, общие потери можно определить по формуле: , где величинаопределяется в опыте холостого хода; величинаопределяется в опыте короткого замыкания.

Коэффициент полезного действия: , где- мощность, поступающая в нагрузку;- мощность, поступающая из сети в первичную нагрузку.

Коэффициент полезного действия силовых трансформаторов составляет 90-95 процентов, поэтом коэффициент полезного действия силовых трансформаторов рассчитывают косвенным путём по данным опытов холостого хода и короткого замыкания.

;

; ;

;

,следовательно,, то есть потери в стали равны потерям в меди. Тогда:.

Для силовых трансформаторов оптимальный коэффициент трансформации лежит в следующих пределах.

Трёхфазные трансформаторы.

Всё полученное ранее для однофазного трансформатора можно применить для каждой фазы трёхфазного трансформатора. В случае симметричной нагрузки трёхфазные трансформаторы изготавливают мощностью до , то есть они применяются в установках средней и небольшой мощности.

Устройство трёхфазного трансформатора.

На каждом стержне трёхстержневого магнитопровода размещены первичные и вторичные обмотки, относящиеся к одной и той же фазе. В данном случае обмотки высшего и низшего напряжения соединены звездой. Применяют и другую систему, когда обмотки высшего напряжения соединены звездой, а обмотки низшего напряжения соединены треугольником.

Необходимо знать начала и концы обмоток. Начала обмоток высшего напряжения обозначаются заглавными буквами,и, а концы – заглавными буквами,и. Начала обмоток низшего напряжения обозначаются прописными буквами,и, а концы – прописными буквами,и.

Маркировка зажимов обмоток, расположенных на одном стержне выполняется так, чтобы индуцированные магнитным поток МДС совпадали по фазе.

Например:

Если у одной из обмоток поменять начало и конец, то индуцированные магнитными потоками МДС будут прямопротивоположенными по фазе.