Режими роботи трансформатора

Залежно від величини опору навантаження трансформатор може працювати в 3-х режимах:

1. Холостий хід при опорі навантаження zн = ∞.

2. короткий замикання при zн = 0.

3. Навантажувальний режим при 0 < z>

Маючи характеристики схеми заміщення, можна розглядати будь-якій режим роботи трансформатора. Самі характеристики визначають на базі дослідів холостого ходу і короткого замикання. При холостому ході вторинна обмотка трансформатора є розімкнутої.

Досвід холостого ходу трансформатора проводять для визначення коефіцієнта трансформації, потужності втрат в сталі і характеристик намагничивающей гілки схеми заміщення, проводять його зазвичай при номінальній напрузі первинної обмотки.

Для однофазового трансформатора на базі даних досвіду холостого ходу можна вирахувати:

- коефіцієнт трансформації

- процентне значення струму холостого ходу

- активний опір гілки намагнічування r0, яке визначається з умови

- повний опір гілки намагнічування

- індуктивний опір гілки намагнічування

Нерідко визначають також коефіцієнт потужності холостого ходу:

У деяких випадках досвід холостого ходу проводять для декількох значень напруги первинної обмотки: від U1 ≈ 0,3U1н до U1 ≈ 1,1U1н. За придбаним даними будують властивості холостого ходу, які представляють собою залежність P0, z0, r0 і cosφ в функції від напруги U1. Користуючись рисами холостого ходу, можна встановити значення визначених величин при будь-якому значенні напруги U1.

Для визначення напруги короткого замикання, втрат в обмотках і опорів rк і xк проводять досвід короткого замикання. При цьому до первинної обмотці підводять таке знижена напруга, щоб струми обмоток короткозамкнутого трансформатора були рівні своїм номінальним величинам, т. Е. I1к = I1н, I2к = I2н. Напруга на первинній обмотці, при якому зазначені умови виробляються, іменується номінальною напругою короткого замикання Uкн.

Беручи до уваги, що Uкн зазвичай становить всього 5-10% від U1н, потік взаємоіндукції сердечника трансформатора при досвіді короткого замикання в 10-ки разів менше, ніж в номінальному режимі, і сталь трансформатора ненасичені. Тому втратами в стали нехтують і вважають, що вся що підводиться до первинної обмотці потужність Pкн витрачається на нагрів обмоток і визначає величину активного опору короткого замикання rк.

Під час проведення випробування визначають напругу Uкн, ток I1к = I1н і потужність Pкн первинної обмотки. За цими даними можна знайти:

- процентне напруга короткого замикання

- активний опір короткого замикання

- активні опори первинної і наведеної вторинної обмоток, приблизно рівні половині опору короткого замикання

- повний опір короткого замикання

- індуктивний опір короткого замикання

- індуктивний опір первинної і наведеної вторинної обмоток, приблизно рівні половині індуктивного опору короткого замикання

- опору вторинної обмотки реального трансформатора:

- індуктивний, активне і повне процентні напруги короткого замикання:

У нагрузочном режимі дуже важливо знати, як впливають характеристики навантаження на ККД і зміна напруги на затискачах вторинної обмотки.

Коефіцієнтом корисної дії трансформатора називається ставлення активної потужності, що передається навантаженні, до активної потужності, що підводиться до трансформатора.

ККД трансформатора має високе значення. У силових трансформаторів невеликої потужності він становить приблизно 0,95, а у трансформаторів потужністю в кілька 10-десятків тисяч кіловольт-ампер доходить до 0,995.

Визначення ККД за формулою з впровадженням конкретно виміряних потужностей P1 і P2 дає величезну похибка. Зручніше цю формулу уявити в іншому вигляді:

де - сума втрат в трансформаторі.

У трансформаторі є два види втрат: магнітні втрати, викликані проходженням магнітного потоку по магнітопровода, і електронні втрати, що виникають при протіканні струму по обмотках.

Тому що магнітний потік трансформатора при U1 = const і зміні вторинного струму від нуля до номінального фактично залишається незмінним, то і магнітні втрати цьому спектрі навантажень також можна прийняти незмінними і рівними втрат холостого ходу.

Електронні втрати в міді обмоток ΔPм пропорційні квадрату струму. Їх комфортно висловити через втрати короткого замикання Pкн, придбані при номінальному струмі,

де β - коефіцієнт навантаження,

Розрахункова формул для визначення ККД трансформатора:

де S н - номінальна повна потужність трансформатора- φ2 - кут зсуву фаз між напругою і струмом в навантаженні.

Максимум ККД можна відшукати, прирівнявши першу похідну до нуля. При цьому отримаємо, що ККД має найбільші значення при такій навантаженні, коли постійні (не залежать від струму) втрати P0 рівні змінним (залежних від струму), звідки

У сучасних силових масляних трансформаторів βопт = 0,5 - 0,7. З таким навантаженням трансформатор більш нерідко працює в процесі використання.

Графік залежності η = f (β) зображений на малюнку 1.

Малюнок 1. Крива конфігурації ККД трансформатора залежно від коефіцієнта навантаження

Для визначення відсоткового зміни напруги на вторинній обмотці однофазового трансформатора вживають рівняння

де uКА і Uкр - активна і реактивна складові напруги короткого замикання, виражені в процентах.

Зміна напруги трансформатора залежить від коефіцієнта навантаження (β), її вдачі (кута φ2) і складових напруги короткого замикання (uКА і Uкр).

Зовнішньої рисою трансформатора є залежність при U1 = const і cosφ2 = const (малюнок 2).

Малюнок 2. Зовнішні властивості трансформаторів середньої та великої потужностей при різних характерах навантаження

Школа для електрика