No Image

Чем отличается приведенный трансформатор от неприведенного

СОДЕРЖАНИЕ
0 просмотров
11 марта 2020

В общем случае параметры первичной обмотки трансформатора отличаются от параметров вторичной обмотки. Разница наиболее ощутима при больших коэффициентах трансформации, что затрудняет расчеты и особенно построение векторных диаграмм. Векторы электрических величин, относящиеся к первичной обмотке, значительно отличаются по своей длине от одноименных векторов вторичной обмотки. Затруднения можно устранить, если привести все параметры трансформатора к одинаковому числу витков, например, к w1. С этой целью параметры вторичной обмотки пересчитываются на число витков w1. Таким образом, вместо реального трансформатора с коэффициентом трансформации k = w1 / w2, получают эквивалентный трансформатор с k = w1 / w2 = 1. Такой трансформатор называется приведенным. Приведение параметров трансформатора не должно отразиться на его энергетическою процессе, то есть все мощности и фазы вторичной обмотки должны остаться такими же, что и в реальном трансформаторе.

Эквивалентная схема (схема замещения) и параметры приведенного трансформатора

При расчетах необходимо сопоставить параметры первичной и вторичной цепей трансформатора. Если коэффициент трансформации велик, например, более 100, то изобразить векторные диаграммы первичной и вторичной цепей невозможно, т. к. при конкретных величинах векторов напряжении, токов и падений напряжений первичной (вторичной) цепи векторная диаграмма вторичной (цепи) вырождаются в точку. Эту проблему можно решить, если пользоваться приведенной схемой замещения трансформатора, в которой число витков вторичной обмотки равно числу витков первичной, но при этом не изменяются энергетические соотношения. Положим, что вторичная обмотка приводится к первичной, тогда

Так как реактивная мощность должна оставаться постоянной, то

Эквивалентную схему замещения трансформатора (рис.1.20) заменяем схемой замещения приведенного трансформатора(рис.1.21)

22. Опыты холостого хода и короткого замыкания трансформатора.

Если подключить первичную обмотку трансформатора к напряжению сети, а зажимы его вторичной обмотки замкнуть накоротко, то это приведет к опасному явлению короткого замыкания трансформатора. Токи короткого замыкания выделяют большое количество тепла в обмотках, что может привести к порче изоляции проводников обмоток, разложению и воспламенению масла, залитого в бак трансформатора. Механические усилия, возникающие в обмотках трансформатора при коротких замыканиях, иногда могут привести к разрушению обмоток.

Если же зажимы вторичной обмотки трансформатора замкнуть накоротко, а первичную обмотку подключить к пониженному напряжению, чтобы ток короткого замыкания I 2K был бы равен номинальному току I 2H , то при этом с трансформатором ничего опасного не произойдет. Этот опыт называется опытом короткого замыкания. Напряжение, под которое включается первичная обмотка трансформатора при опыте короткого замыкания, составляет несколько процентов от номинального напряжения этой обмотки, называется напряжением короткого замыкания и обозначается UК .

Силовые трансформаторы, изготовляемые в СССР, имеют напряжение короткого замыкания, равное 5—10% (в некоторых случаях 17%) от номинального первичного напряжения.

При испытаниях трансформаторов всегда снимают характеристики холостого хода и короткого замыкания.

Для снятия характеристики холостого хода трансформатора его вторичную обмотку размыкают, а в первичную обмотку включают амперметр, вольтметр и ваттметр. Постепенно увеличивают напряжение, к которому включена первичная обмотка, и записывают показания приборов. Примерная характеристика холостого хода трансформатора показана на фиг. 207.

При небольших напряжениях, соответствующих начальной части характеристики холостого хода, магнитная система трансформатора не насыщена и существует пропорциональность между напряжением U и током Iо. При дальнейшем увеличении напряжения сердечник трансформатора насыщается и при этом ток Iо начинает увеличиваться быстрее напряжения.

По данным опыта холостого хода подсчитываются сопротивления, коэффициент мощности, активная и реактивная составляющие тока холостого хода трансформатора. Мощность, подводимая к трансформатору при холостом ходе, идет на покрытие потерь холостого хода. Так как ток холостого хода Iо. мал, то потерями мощности на нагрев первичной обмотки, равными Iо2r1, можно пренебречь и считать, что мощность, потребляемая трансформатором при холостом ходе, идет на покрытие потерь в стали сердечни

Для снятия характеристики короткого замыкания трансформатора в цепь его первичной обмотки включают амперметр, вольтметр и ваттметр, а вторичную обмотку замыкают через амперметр накоротко. Увеличивают напряжение, к которому подключена первичная обмотка, до тех пор, пока амперметр во вторичной обмотке не покажет вторичный номинальный ток. По данным опыта короткого замыкания подсчитываются сопротивления и напряжение короткого замыкания.

По данным опыта строится характеристика короткого замыкания, из которой видно, что между током и напряжением существует линейная зависимость. Это объясняется тем, что магнитный поток в сердечнике мал, так как напряжение короткого замыкания во много раз меньше номинального напряжения. Поэтому потерями в стали при опыте короткого замыкания можно пренебречь и считать, что мощность при этом опыте идет на покрытие потерь в меди в обмотках трансформатора Примерная характеристика короткого замыкания Дана на фиг. 208.

23. Потери мощности и КПД трансформатора.

Коэффициент полезного действия. Коэффициентом полезного действия трансформатора называют отношение отдаваемой мощности Р2 к мощности Р1:

где ΔР—суммарные потери в трансформаторе.

Высокие значения КПД трансформаторов не позволяют определять его с достаточной степенью точности путем непосредственного измерения мощностей Р1 и Р2, поэтому его вычисляют косвенным методом по значению потерь мощности.

С учетом энергетической диаграммы формулу (2.50) можно представить в виде

Согласно требованиям ГОСТа потери мощности в трансформаторе определяют по данным опытов холостого хода и короткого замыкания. Получаемый при этом результат имеет высокую точность, так как при указанных опытах трансформатор не отдает мощность нагрузке. Следовательно, вся мощность, поступающая в первичную обмотку, расходуется на компенсацию имеющихся в нем потерь.

Читайте также:  Каталог дизайна кухни фото

Рис. 2.26. Энергетическая диаграмма трансформатор

При опыте холостого хода ток I невелик и электрическими потерями мощности в первичной обмотке можно пренебречь. В то же время магнитный поток практически равен потоку при нагрузке, так как его значение определяется приложенным к трансформатору напряжением. Магнитные потери в стали пропорциональны квадрату значения магнитного потока. Следовательно, с достаточной точностью можно считать, что магнитные потери в стали магнитопровода равны мощности, потребляемой трансформатором при холостом ходе и номинальном первичном напряжении, т. е.


или

где ΔРэл.ном — суммарные электрические потери при номинальной нагрузке.

За расчетную температуру обмоток — условную температуру, к которой должны быть отнесены потери мощности ΔРэл и напряжения uк, принимают: для масляных и сухих трансформаторов с изоляцией классов нагревостойкости А, Е, В (см. § 12.1) температуру 75° С; для трансформаторов с изоляцией классов нагревостойкости F, Н — температуру 115° С.

Величину можно с достаточной степенью точности принять равной мощности Рк, потреб­ляемой трансформатором при опыте короткого замыкания, который проводится при номинальном токе нагрузке. При этом магнитные потери в стали АРМ весьма малы по сравнению с потерями ΔРэл из-за сильного уменьшения напряжения U1 а следовательно, и магнитного потока трансформатора и ими можно пренебречь. Таким образом,

Подставляя полученные значения Р в (2.51) и учитывая, что

Эта формула рекомендуется ГОСТом для определения КПД трансфор-матора. Значения Ро и Рк для силовых трансформаторов приведены в соответствующих стандартах и каталогах.

Потери мощности в трансформаторе являются одной из основных характеристик экономичности конструкции трансформатора. Полные нормированные потери состоят из потерь холостого хода (XX) и потерь короткого замыкания (КЗ). При холостом ходе (нагрузка не присоединена), когда ток протекает только по обмотке, присоединенной к источнику питания, а в других обмотках тока нет, мощность, потребляемая от сети, расходуется на создание магнитного потока холостого хода, т.е. на намагничивание магнитопровода, состоящего из листов трансформаторной стали. Поскольку переменный ток изменяет свое направление, то направление магнитного потока также меняется. Это значит, что сталь намагничивается и размагничивается попеременно. При изменении тока от максимума до нуля сталь размагничивается, магнитная индукция уменьшается, но с некоторым запаздыванием, т.е. размагничивание задерживается (при достижении нулевого значения тока индукция не равна нулю точка N). Задерживание в перемагничивании является следствием сопротивления стали переориентировке элементарных магнитов.

Кривая намагничивания при перемене направления тока образует так называемую петлю гистерезиса, которая различна для каждого сорта стали и зависит от максимальной магнитной индукции Втах. Площадь, охватываемая петлей, соответствует мощности, затрачиваемой на намагничивание. Так как при перемагничивании сталь нагревается, электрическая энергия, подводимая к трансформатору, преобразуется в тепловую и рассеивается в окружающее пространство, т.е. безвозвратно теряется. В этом физически и заключаются потери мощности на перемагничивание.

Кроме потерь на гистерезис при протекании магнитного потока по магнитопроводу возникают потери на вихревые токи. Как известно, магнитный поток индуктирует электродвижущую силу (ЭДС), создающую ток не только в обмотке, находящейся на стержне магнитопровода, но и в самом его металле. Вихревые токи протекают по замкнутому контуру (вихревое движение) в месте стали в направлении, перпендикулярном направлению магнитного потока. Для уменьшения вихревых токов магнитопровод собирают из отдельных изолированных листов стали. При этом чем тоньше лист, тем меньше элементарная ЭДС, меньше созданный ею вихревой ток, т.е. меньше потери мощности от вихревых токов. Эти потери тоже нагревают магнитопровод. Для уменьшения вихревых токов, потерь и нагревов увеличивают электрическое сопротивление стали путем введения в металл присадок.

В любом трансформаторе расход материалов должен быть оптимальным. При заданной индукции в магнитопроводе его габарит определяет мощность трансформатора. Поэтому стараются, чтобы в сечении стержня магнитопровода было как можно больше стали, т.е. при выбранном наружном размере коэффициент заполнения кз должен быть наибольшим. Это достигается применением наиболее тонкого слоя изоляции между листами стали. В настоящее время применяется сталь с тонким жаростойким покрытием, наносимым в процессе изготовления стали и дающим возможность получить кз = 0,950,96.

При изготовлении трансформатора вследствие различных технологических операций со сталью ее качество в готовой конструкции несколько ухудшается и потери в конструкции получаются примерно на 2550 % больше, чем в исходной стали до ее обработки (при применении рулонной стали и прессовки магнитопровода без шпилек).

УДК 621.314.001.5

Составители: Н. Н. Новиков, канд. техн. наук
И. Е. Родионов, канд. техн. наук
В. Ф. Шутько, канд. техн. наук

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ: контрольные вопросы / Н. Н. Новиков,
И. Е. Родионов, В. Ф. Шутько. – Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ–УПИ, 2006. – 65 с.

Контрольные вопросы предназначены для студентов всех форм обучения по направлениям 140600 – Электротехника, электромеханика и электротехнологии, 140200 – Электроэнергетика.

Библиогр.: 9 назв. Рис. 73.

Подготовлены кафедрами
«Электрические машины»
и «Микропроцессорная техника»
на факультете ускоренного обучения

© ГОУ ВПО
«Уральский государственный
технический университет – УПИ», 2006

Введение

Все контрольные вопросы в зависимости от степени сложности распределены по трем группам:

Группа А— простые вопросы, правильные ответы на которые дают возможность судить лишь о минимальном, но не о достаточном уровне знаний дисциплины.

Группа Б — вопросы повышенной трудности, правильные ответы на которые дают возможность судить о достаточном знании дисциплины.

Читайте также:  Заливной патрубок для стиральной машины

Группа В — вопросы высокой трудности, которые дают возможность судить о глубоком и полном изучении предмета.

Вопросы групп А и Б сопровождаются тремя-четырьмя вариантами ответов, один из которых правильный. При ответе на вопрос студенту недостаточно выбрать правильный ответ. Он должен убедительно обосновать этот выбор. Именно уровень теоретического обоснования выбранного ответа является решающим фактором при оценке знаний студента. При ответе на вопросы студент может также предложить и обосновать свой вариант ответа. Для облегчения ответов на некоторые вопросы повышенной сложности (группа В) в конце разделов даны пояснения, комментарии и методическая помощь, отражающие содержание данного вопроса.

Раздел 1

ТРАНСФОРМАТОРЫ

Группа A
(вопросы невысокого уровня трудности)

1. Для повышающего трансформатора справедливы следующие условия:

2. Каково соотношение между линейными напряжениями при соединении обмоток по схеме Y/Δ?

2) Uп1/Uп2 = W1/W2;

3) Uп1/Uп2 = W1/ W2.

3. Чем отличается приведённый трансформатор от неприведённого?

1) Коэффициентом трансформации.

2) Соотношением мощностей.

3) Конструкцией обмоток.

4. Какое из перечисленных допущений используется при построении электрической схемы замещения трансформатора?

1) Не учитывается насыщение в стали.

2) Не учитывается ёмкостный ток.

3) Не учитываются потери в стали.

5. В контур намагничивания схемы замещения трансформатора включается дополнительное сопротивление для учёта потерь в стали. Величина сопротивления соответствует потерям в стали, имеющим место:

1) в нормальном режиме;

2) в опыте холостого хода при номинальном напряжении;

3) в опыте короткого замыкания.

6. Между индуктивными сопротивлениями схемы замещения существует соотношение:

7. Какое из соотношений справедливо для мощного трансформатора?

8. Магнитный поток взаимоиндукции трансформатора на холостом ходу зависит от:

1) магнитной проницаемости стали магнитопровода;

2) приложенного напряжения;

3) ЭДС взаимоиндукции.

9. Как изменится поток в сердечнике трансформатора на холостом ходу, если число витков первичной обмотки увеличить в два раза?

1) Увеличится в два раза.

2) Уменьшится в два раза.

3) Уменьшится в четыре раза.

10. Как изменятся потери в стали трансформатора, если число витков первичной обмотки увеличить в два раза?

1) Увеличится в два раза.

2) Уменьшится в четыре раза.

3) Уменьшится в два раза.

11. Вектор тока холостого хода трансформатора (на векторной диаграмме):

1) совпадает по фазе с вектором потока взаимоиндукции;

2) отстаёт от вектора потока взаимоиндукции на угол потерь;

3) опережает вектор потока взаимоиндукции на угол потерь.

12. Во сколько раз увеличатся потери в стали трансформатора, рассчитанного на 220 В, если его включить в сеть 380 В?

2) В раза.

3) Более чем в 3 раза.

13. Вектор магнитного потока взаимоиндукции трансформатора на холостом ходу (на векторной диаграмме):

1) отстаёт от вектора приложенного напряжения на 90 о ;

2) опережает вектор ЭДС взаимоиндукции на угол 90 о ;

3) совпадает по фазе с вектором тока.

14. Какова причина появления высших гармоник составляющих в кривой тока холостого хода трансформатора?

1) Насыщение стали магнитопровода.

2) Наличие стыков в магнитопроводе.

3) Наличие потерь в стали.

15. В каком состоянии находится магнитопровод трансформатора в опыте короткого замыкания?

1) Магнитопровод сильно насыщен.

2) Магнитопровод не насыщен.

3) Уровень насыщения магнитопровода такой же,
как и в номинальном режиме.

16. Как изменится ток первичной обмотки трансформатора при увеличении тока вторичной обмотки:

1) не изменится, 2) уменьшится, 3) увеличится?

17. Каков характер нагрузки трансформатора, если при уменьшении тока нагрузки от номинального до нуля напряжение вторичной обмотки понижается?

1) Емкостный. 2) Индуктивный. 3) Активный.

18. Каковы причины изменения напряжения на вторичной обмотке при увеличении тока нагрузки?

1) Падение напряжения на внутреннем сопротивлении трансформатора.

2) Потери в обмотках трансформатора.

3) Изменение степени насыщения магнитопровода.

19. Почему в трансформаторе коэффициент мощности первичной обмотки всегда меньше коэффициента мощности вторичной обмотки?

1) Потому что трансформатор потребляет реактивную мощность для создания магнитного потока.

2) Потому что в трансформаторе имеют место потери электрической энергии.

3) Разница объясняется различными параметрами первичной и вторичной обмоток.

20. При какой нагрузке трансформатора может существовать следующее соотношение между токами первичной и приведенной вторичной обмоток: I1 ‘ ?

1) Активной. 2) Активно-индуктивной. 3) Активно-емкостной.

21. Трансформатор имеет максимальный КПД при коэффициенте нагрузки β = 1. Как изменится оптимальный βопт, если потери в меди трансформатора уменьшить в два раза?

1) βот = . 2) βопт = . 3) βопт = 0.5.

22. Трансформатор имеет максимальный КПД при коэффициенте нагрузки β = 1. Как изменится оптимальный βопт, если потери в меди трансформатора увеличить в два раза?

1) βот = . 2) βопт = . 3) βопт = 0.5.

23. Каково соотношение между потерями в стали при номинальной нагрузке и в опыте короткого замыкания?

31. Где протекает уравнительный ток двух параллельно работающих трансформаторов, если у них не равны коэффициенты трансформации?

1) Во вторичной обмотке.

2) В первичной обмотке.

3) Во вторичной и первичной обмотках.

32. Что произойдёт, если на параллельную работу включить трансформаторы с различными группами соединений обмоток?

1) Уменьшится напряжение на нагрузке почти до 0.

2) Возрастут токи во вторичных обмотках.

3) Возрастут токи во вторичных и первичных обмотках.

33. Напряжение короткого замыкания первого трансформатора больше, чем второго, а номинальные мощности их равны. Как распределится ток нагрузки при включении их на параллельную работу?

Читайте также:  Котел нева люкс датчик температуры

1) Первый трансформатор будет нагружен больше.

2) Второй трансформатор будет нагружен больше.

3) Оба трансформатора будут нагружены одинаково.

34. Схема соединений обмоток трансформатора: Yн / Yн. Определить по рис. 1–3 схему замещения для токов нулевой последовательности.

35. Схема соединений обмоток трансформатора: Yн/Y. Определить по рис. 1–3 схему замещения для токов нулевой последовательности.

36. Схема соединений обмоток трансформатора: Yн/Δ. Определить по рис. 1–3 схему замещения для токов нулевой последовательности.

37. Между мощностями обмоток трёхобмоточного трансформатора существует соотношение:

28. В трёхфазном трансформаторе, имеющем схему соединения обмоток Y/Y и подключенном к сети бесконечной мощности, произошло короткое замыкание двух фаз вторичной обмотки. Как изменится напряжение на свободной фазе трансформатора?

3) Задача неопределённая.

29. Оцените величину потоков, создаваемых постоянными во времени и по величине токами, протекающими по обмоткам (рис. 1–2).

33. Между токами короткого замыкания автотрансформатора и трансформатора одинаковой мощности существует соотношение:

Трансформатор – электрическое изделие, которое оказывает определенное влияние на показатель напряжения переменного тока. Его принцип действия основывается на таком физическом явлении, как электромагнитная индукция. Существует несколько разновидностей, каждая из них отличается конструкцией, назначением и характеристиками. К таким устройствам относится приведенный трансформатор.

Общие сведения

Трансформатор – распространенное электротехническое устройство, которое является статическим электромагнитным изделием, предназначенным для трансформации системы переменного тока с сохранением частоты, но изменением тока и напряжения. Созданию этого аппарата предшествовали несколько условий.

В конце 19-го века промышленность стремительно развивалась, что привело к увеличению необходимости в передаче электроэнергии на большие расстояния. В процессе исследований удалось определить, что самый простой и результативный способ решения – повышение значения напряжения на линии. Период изобретения производительного и экономичного трансформатора совпал с успехами в электротехнической сфере.

Опыт конструкторов и инженеров позволил реализовать совершенно новую модель, принцип работы которой лежит в основе современных агрегатов. Главным открытием стал закон электромагнитной индукции, появившийся в 1831 году.

Важно! М. Фарадей на практике доказал возможность трансформации магнетизма в электрическую энергию, что и послужило основой для появления трансформатора.

Разновидности

Научный прогресс привел к появлению нескольких видов трансформаторов, которые активно используются не только промышленности, но и в других сферах. Каждый вид отличается техническими характеристиками, способом функционирования и имеет характерные конструктивные особенности. В целом их принцип работы одинаковые, но встречаются уникальные устройства, например, это приведенный трансформатор.

К основным видам относятся:

  • Силовой. Распространенная разновидность, предназначенная для изменения электроэнергии в сетях энергетических систем с переменным током, а также в осветительных системах и промышленности. Силовое устройство является частью подстанций комплектного типа. Разделяется на несколько видов по показателю напряжения и числу фаз. Отличительной чертой считается высокий КПД, у некоторых моделей он достигает 99%. Также к преимуществам относится устойчивость к перегреву, простота обслуживания и повышенные технические параметры.

  • Автотрансформаторы. Между собой обмотки соединены гальваническим методом. За счет незначительных коэффициентов изменения U обладают скромными размерами и ценой, нежели многообмоточные модели. К недостаткам относится невозможность реализации гальванической изоляции электроцепей. Эта разновидность получила широкое применение, она способна приводить в действие и поддерживать работоспособное состояние пусковых систем больших электрических аппаратов с переменным током, а также в устройства релейной защиты.

  • Измерительный. Позволяют изменить напряжение с повышенной точностью. Разделяются на высоко- и низковольтные. Вторичная обмотка взаимосвязана с измерительными приспособлениями (счетчиками, вольтметрами, амперметрами, реле тока). Изделие способно изолировать измеряющие устройства от всевозможных негативных факторов, а еще открывает возможности для стандартизации оборудования.

  • Импульсный. Характеризуется наличием ферромагнитного сердечника, который применяется для импульсной работы. Получили распространение в электровычислительных аппаратах, в счетчиках электроэнергии, системах радиолокации. Принцип работы импульсного устройства основан на сохранении формы импульса. Такой результат удается достичь за счет понижения емкости между витками, уменьшения индуктивного рассеивания путем установки небольших сердечников и сокращения количества обмоток.

Каждая разновидность применяется в конкретном случае, но есть еще одна менее распространенная – пик-трансформаторы. Агрегат меняет напряжение синусоидального типа в импульсное, при этом полярность разная каждые полпериода. Отдельного внимания заслуживает приведенный тип.

Особенности приведенного трансформатора

Для начала необходимо выяснить, что же такое приведенный трансформатор. Приведенная модель представляет собой устройство, оказывающее на цепь такое же воздействие, как и стандартный трансформатор, но при этом его показатель трансформации равен 1. В обычном изделии характеристики первичной обмотки существенно различаются в сравнении с вторичной. Максимальное отличие заметно при высоких показателях трансформации, что усложняет расчет и создание векторных диаграмм.

Электрические векторные величины обмотки первичного типа имеют другую длину, нежели аналогичные векторы обмотки вторичного типа. С данной проблемой можно справится, если основные параметры привести к одному количеству витков, к примеру, W1. Для этого пересчитываются показатели вторичной обмотки с учетом W1. Удается получить устройство эквивалентного вида, где k=W1/W2=1, он имеет ряд отличительных особенностей от стандартной (реальной) модели, где k=W1/W2.

Приведение характеристик не отражается на процессе функционирования трансформатора, фаза и мощность обмотки вторичного типа идентичны реальному трансформатору. К примеру, мощность реального устройства S2=Е2 I2 равна показателю мощности вторичной обмотки приведенного изделия. Вот, чем отличается приведенный трансформатор от неприведенного.

Комментировать
0 просмотров
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Это интересно
No Image Строительство
0 комментариев
No Image Строительство
0 комментариев
No Image Строительство
0 комментариев
No Image Строительство
0 комментариев
Adblock detector