Рабочие характеристики трансформатора

теги:



Трансформатор потребляет из сети мощность:

Трансформатор потребляет из сети мощность

где m1 – число фаз.

Часть этой мощности, как отмечалось, теряется в виде потерь в обмотках:

Часть этой мощности, как отмечалось, теряется в виде потерь в обмотках

другая часть — в виде потерь в сердечнике на гистерезисе и вихревые токи.

Электромагнитная мощность:

Электромагнитная мощность

передается во вторичную обмотку посредством магнитного поля.

Полезная мощность равна:

Полезная мощность равна

Потери в стали:

Потери в стали

мало изменяются при изменении нагрузки и относятся к категории постоянных потерь. Потери в обмотках:

Потери в обмотках

являются переменными т.к. изменяются при изменении тока. Коэффициент полезного действия трансформатора показывает соотношение между мощностью, которая передается из первичной обмотки во вторичную и обратно, и мощностью, которая преобразуется в тепло. КПД определяется по формуле:

КПД определяется по формуле

КПД силовых трансформаторов обычно достигает 94…98%. Рассчитывают трансформаторы таким образом, чтобы КПД имел наибольшее значение при нагрузке β = 0,5 – 0,7 от номинальной. Обычно трансформаторы работают с некоторой недогрузкой — в области максимального значения КПД рис. 1.

Коэффициент  полезного действия  трансформатора

Рис. 1 - Коэффициент полезного действия трансформатора

При передаче значительной реактивной мощности (при уменьшении cosφ2) КПД уменьшается, что показано на рис. 1, кривая 2.



теги:



Внешней характеристикой трансформатора называют зависимость:

Внешней характеристикой трансформатора называют зависимость

при  напряжение  и cosφ1 = const (рис. 1).

Внешняя характеристика  трансформатора

Рис. 1 —  Внешняя характеристика трансформатора

Из рис. 1 следует, что внешняя характеристика трансформатора при увеличении тока нагрузки до номинального является достаточно жесткой. Изменение напряжения составляет всего несколько процентов и зависит от характера нагрузки, что находится в соответствии с векторной диаграммой (рис. 1 другой статьи).

При активной и активно-индуктивной нагрузке напряжение  уменьшается, при активно-емкостной нагрузке оно может несколько возрастать. На практике величина изменения напряжения обычно рассчитывается по приближенной формуле:

На практике величина изменения напряжения обычно рассчитывается по приближенной формуле

где  β = I2/I2н нагрузка трансформатора в относительных единицах;

- активная и реактивная составляющие напряжения короткого замыкания, %.



теги:



Изменением напряжения двухобмоточного трансформатора при заданной нагрузке называется выраженная в процентах от номинального вторичного напряжения разность:

Изменением напряжения двухобмоточного трансформатора при  заданной нагрузке называется выраженная в процентах от номиналь- ного вторичного напряжения разность

где U2o и U2н — вторичные напряжения при холостом ходе и при нагрузке.

Существуют определенные ГОСТом допустимые нормы изменения напряжения трансформатора при номинальной нагрузке. Часто в конструкции трансформатора предусматривается возможность в небольших пределах регулировать вторичное напряжение путем изменения числа витков первичной или вторичной обмоток, имеющих дополнительные выводы.

Физически влияние величины нагрузки на вторичное напряжение объясняется изменением (увеличением) падения напряжения на соп­ротивлениях обмоток трансформатора при увеличении тока нагрузки I2 (или I2’).

Логическая цепочка этого процесса такова:

Физически влияние величины нагрузки на вторичное напряже-ние объясняется изменением (увеличением) падения напряжения на соп¬ротивлениях обмоток трансформатора при увеличении тока на-грузки

При возрастании тока ТОК увеличивается и ток I1 вызывая увеличение падения напряжения в сопротивлениях первичной обмотки. Поскольку:

НАПРЯЖЕНИЕ РАВНО КОНСТАНТЕ

то это приводит к некоторому снижению ЭДС E1, и соответствующему изменению магнитного потока взаимоиндукции, а это влечет за собой уменьшение УМЕНЬШЕНИЕ. В свою очередь падение напряжения на сопротивлениях вторичной обмотки создают дополнительные изменения напряжения  ПАДЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ.

Влияние характера нагрузки (отношения xн /rн) на величину вторичного напряжения при неизменном токе нагрузки удобно проследить, пользуясь упрощенной векторной диаграммой (рис. 1), на которой показаны режимы работы трансформатора для случаев φ2 > 0, φ2 = 0  и φ2 < 0, а также геометрическое место концов вектора ВЕКТОРпри изменении угла φпределах :

ПРЕДЕЛЫ УГЛОВ

Построение упрощенных диаграмм производятся следующим образом: из точки 0 как из центра проводится дуга окружности радиусом, равным в принятом масштабе величине напряжения НАПРЯЖЕНИЕ; под углом φ2 проводятся направления вектора вторичного напряжения ВЕКТОР НАПРЯЖЕНИЯ; во всех случаях нагрузки треугольник короткого замыкания распо­лагается таким образом, чтобы вершина А была на дуге  НАПРЯЖЕНИЕ, вер­шина С — на направлении вектора ВЕКТОР НАПРЯЖЕНИЯ; а катет ВС совпадал с направлением вектора тока ВЕКТОР ТОКА.

Упрощенная векторная диаграмма приведенного  трансформатора при различных по характеру нагрузках

Рис. — 1.  Упрощенная векторная диаграмма приведенного  трансформатора при различных по характеру нагрузках

Точки С, С1 и C2 определяют величину приведенного вторичного напряжения при соответствующем значении φ2 . Если треугольник ABC поместить в положение 0 B' C', то дуга, проведенная из вершины С радиусом, равным НАПРЯЖЕНИЕ, пройдет через точки С, С1 и C2 и является, таким образом, геометрическим местом конца вектора напряжения  ВЕКТОР НАПРЯЖЕНИЯ.Из рис. 1 хорошо видно, что при активно-индуктивной (φ2 > 0) и чисто активной нагрузке (φ2 = 0) приведенное вторичное напряжение ВЕКТОРменьше первичного напряжения  напряжение вектор.

При активно-емкостной нагрузке (φ2 < 0) вторичное напряжение может стать даже больше первичного.

Физически это объясняется следующим образом. Реактивная мощность, необходимая для создания магнитного поля взаимоиндукции определяется, главным образом, реактивным сопротивлением рассеяния xk. При активно-емкостной нагрузке эта реактивная мощность может забираться от нагрузки и при определенной величине емкости в нагрузке избыток реактивной мощности отдается в первичную сеть. При этом растет ЭДС:

При этом растет ЭДС

что приводит к перевозбуждению трансформатора, т.е. к возрастанию потока и увеличению напряжения ПАДЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ.





radionet