- •Классификация трансформаторов и особенности их конструкции.
- •Принцип действия трансформатора. Сущность магнитопровода.
- •Идеализированный трансформатор, его электрические соотношения. Работа на холостом ходу и при нагрузке
- •Электрические соотношения в идеальном трансформаторе Три основных признака идеального трансформатора:
- •Намагничивающий ток и ток холостого хода идеального и реального трансформатора
- •Уравнения и векторные диаграммы реального трансформатора при холостом ходе и нагрузке.
- •В чем состоит необходимость приведения параметров трансформатора? Их физический смысл.
- •Схемы замещения трансформатора
- •Векторные диаграммы «r» и «rc» нагрузки.
- •Векторные диаграммы приведенного трансформатора
- •Упрощение векторной диаграммы
- •Опыт холостого хода трансформатора.
- •Определение параметров намагничивающего контура
- •Опыт короткого замыкания
- •Выражение для определения изменения напряжения трансформатора
- •Определение коэффициента полезного действия
- •Трехфазный трансформатор, маркировка, группы соединения.
- •В чем необходимость параллельной работы трансформатора? Условия включения на параллельную работу. Особенности работы при их нарушении.
- •Переходные процессы в трансформаторах на хх.
-
Схемы замещения трансформатора
Одним из средств изучения работы трансформатора является эквивалентная схема замещения, в которой магнитная связь между обмотками трансформатора замещена электрической связью, а параметры вторичной обмотки приведены к числу витков первичной. Схема (а)
Так как в приведенном трансформаторе k=1, то и –E1=E2. В результате точки a1и a2, b1 и b2 имеют одинаковый потенциал, поэтому на схеме их можно соединить, получив тем самым Т-образную схему замещения трансформатора. (б)
Параметры r1, x1 – активное и индуктивное сопротивления первичной обмотки, соответственно.
r2, x2 – приведенные значения активного и индуктивного сопротивлений вторичной обмотки, соответственно.
Zн – полное сопротивление нагрузки.
Магнитный поток не зависит от нагрузки, поэтому его представляют как индуктивное сопротивление xm, активное сопротивление rm, которое обусловлено магнитными потерями и протекающий через них ток холостого хода I0. Эти параметры определяются в опыте холостого хода трансформатора.
Изменяя Zн на схеме замещения, можно получить любой режим работы трансформатора. Например, при разомкнутой вторичной обмотке Zн= ∞, что соответствует режиму холостого хода трансформатора, а при Zн= 0 – режимукороткого замыкания. При любых других значениях Zн – режим работы под нагрузкой. Режимы работы необходимы для определения параметров схемы замещения.
При практических расчетах, током холостого хода пренебрегают, тогда схема сводится к упрощенной.
Где rэкв=r1+r2’, xэкв=x1+x2’
-
Векторные диаграммы «r» и «rc» нагрузки.
Воспользовавшись схемой замещения приведенного трансформатора и основными уравнениями напряжений и токов (1.34), построим векторную диаграмму трансформатора, наглядно показывающую соотношения и фазовые сдвиги между токами, ЭДС и напряжениями трансформатора. Векторная диаграмма — графическое выражение основных уравнений приведенного трансформатора (1.34).
Построение диаграммы (рис. 1.19, а) следует начинать с вектора максимального значения основного магнитного потока .
Вектор тока опережает по фазе вектор потока на угол δ, а векторы ЭДС , и отстают от этого вектора на угол 90° [см. (1.6) и (1.7)]. Далее строим вектор . Для определения угла сдвига фаз между и следует знать характер нагрузки. Предположим, что нагрузка трансформатора активно-индуктивная. Тогда вектор . отстает по фазе от на угол
(1.35)
определяемый как характером внешней нагрузки, так и собственными сопротивлениями вторичной обмотки.
Рис. 1.19. Векторные диаграммы трансформатора при активно-индуктивной (а) и активно-емкостной (б) нагрузках
Для построения вектора вторичного напряжения необходимо из вектора ЭДС вычесть векторы падений напряжения и . С этой целью из конца вектора опускаем перпендикуляр на направление вектора тока и откладываем на нем вектор . Затем проводим прямую, параллельную , и на ней откладываем вектор . Построив вектор , получим треугольник внутренних падений напряжения во вторичной цепи. Затем из точки О проводим вектор , который опережает по фазе ток на угол φ2=arctg(х’н/rн').
Вектор первичного тока строим как векторную сумму: . Вектор проводим из конца вектора противоположно вектору . Построим вектор , для чего к вектору , опережающему по фазе вектор потока на 90°, прибавляем векторы внутренних падений напряжения первичной обмотки: вектор , параллельный току , и вектор , опережающий вектор тока на угол 90°. Соединив точку О с концом вектора , получим вектор , который опережает по фазе вектор тока , на угол φ1.
Иногда векторную диаграмму трансформатора строят с целью определения ЭДС обмоток. В этом случае заданными являются параметры вторичной обмотки: U2, I2 и соsφ2. Зная w1/w2, определяют и а затем строят векторы этих величин под фазовым углом φ2 друг к другу. Вектор ЭДС получают геометрическим сложением вектора напряжения с падениями напряжения во вторичной обмотке:
В случае активно-емкостной нагрузки векторная диаграмма трансформатора имеет вид, показанный на рис. 1.19, б. Порядок построения диаграммы остается прежним, но вид ее несколько изменяется. Ток в этом случае опережает по фазе ЭДС на угол
(1.36)
При значительной емкостной составляющей нагрузки падение напряжения в емкостной составляющей сопротивления нагрузки и индуктивное падение напряжения рассеяния во вторичной обмотке частично компенсируют друг друга. В результате напряжение может оказаться больше, чем ЭДС . Кроме того, реактивная (опережающая) составляющая вторичного тока совпадает по фазе с реактивной составляющей тока х.х. , т. е. оказывает на магнитопровод трансформатора подмагничшающее действие.
Это ведет к уменьшению первичного тока , по сравнению с его значением при активно-индуктивной нагрузке, когда составляющая оказывает размагничивающее влияние (рис. 1.19, а).