2957
.pdf
I 1K
~ U1K
|
|
* |
|
PA1 |
* |
I 2K |
|
PW |
|||
|
|||
|
|
T |
|
|
|
PV1 |
Рис. 11
При пониженном напряжении U1K поток взаимоиндукции сердечника
трансформатора в десятки раз меньше, чем в номинальном режиме, и сталь трансформатора не насыщена. Поэтому считают, что вся подводимая мощность PK расходуется на нагревание проводов (меди) обмоток (PK = PM )
.
Во время проведения опыта измеряют напряжение U K1 (PV1 ), ток I1K (PA 1 ), потребляемую мощность PK (PW ) первичной обмотки. По этим данным можно определить:
·номинальное напряжение короткого замыкания U K1 ;
·процентное напряжение короткого замыкания
U1K % = U1K ×100%
U1H
·активное сопротивление короткого замыкания
RK |
= |
PK |
(Ом) |
|
|||
|
|
I 2 K |
|
· активное сопротивление первичной и приведённой вторичной обмоток
R1 |
» R'1 |
= |
RК |
(Ом) |
|
||||
|
|
2 |
|
|
·полное сопротивление короткого замыкания
zK = U K (Ом) I1K
·индуктивное сопротивление короткого замыкания
X K = 
zK2 - RK2 (Ом)
·индуктивное сопротивление первичной и приведённой вторичной обмоток
X1 |
» X'1 |
= |
X К |
(Ом) |
|
||||
|
|
2 |
|
|
11
∙коэффициент мощности короткого замыкания
cosϕК = PК U1К I1К
2.7. Внешняя характеристика трансформатора
Под внешней характеристикой трансформатора понимается зависимость напряжения на нагрузке U '2 от тока нагрузки I '2 .
U '2 = f (I '2 )
Внешняя характеристикаанализируется при следующих режимах работы трансформатора (рис. 12):
1– холостой ход;
2– резистивная нагрузка R, cosϕ = 1;
3– индуктивная нагрузка XL, cosϕ = 0,8 ;
4– емкостная нагрузка XC, cosϕ = −0,8 .
I1
T |
U1
I'2 |
R'2 |
1 |
X X
U'20 |
PV2 U'2 |
2 |
3 |
4 |
R |
|
X L |
X C |
|
Рис. 12
При холостом ходе вторичная обмотка трансформатора разомкнута и
|
|
∙ |
|
|
|
|
ток I '2 = 0 , поэтому U '2 ≈ U '20 . |
|
|
||||
При резистивной нагрузке (R, cosϕ = 1) по обмотке W2 идет ток I '2 > 0 , |
||||||
тогда напряжение на нагрузке будет |
|
|||||
|
|
∙ |
∙ |
∙ |
∙ |
|
∙ |
∙ |
U '2 |
= U '20 |
− I '2 |
(R'2 + jX '2 ) = I '2 R , |
|
(R' + jX ' ) – потеря напряжения. |
||||||
где U ' |
= I ' |
|||||
2 |
2 |
2 |
2 |
|
∙ |
|
|
|
|
|
|
||
С ростом тока нагрузки I '2 |
увеличивается потеря напряжения U '2 на |
|||||
сопротивлениях вторичной обмотки (R'2, X'2), и внешняя характеристика трансформатора имеет падающий характер (рис 13).
При индуктивной нагрузке (XL, cosϕ = 0,8 ), по обмотке идет ток I '2 > 0 , тогда напряжение на нагрузке будет
12
|
|
|
U'2 , В |
|
X c , cosϕ = - 0.8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R, cosϕ=1 |
∙ |
|
|
|
|
||
U '20 |
|
|
|
|
X L , cosϕ = 0.8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I'2 , A |
|
|
|
|
Рис. 13 |
||
∙ |
|
∙ |
∙ |
(R'2 |
∙ |
|
U '2 |
= U 20 |
− I 2 |
+ jX '2 ) = I '2 jX L |
|||
Внешняя характеристика имеет падающий характер, причем, так как |
||||||
cosϕL меньше, чем cosϕ |
резистивной нагрузки, то характеристика идет |
|||||
круче внешней характеристики резистивной нагрузки. |
||||||
При емкостной нагрузке (XC, cosϕ = −0,8 ) внешняя характеристика будет |
||||||
иметь «повышающий» характер |
и |
вследствие компенсации падения |
||||
∙
напряжения U '2 емкостной нагрузкой.
∙ |
∙ |
∙ |
∙ |
U '2 |
= U '20 |
−U '2 |
= I '2 (− jX C ) |
С учетом вышеизложенного можно констатировать, что чем меньше |
|||
коэффициент нагрузки cosϕ , тем больший ток I1 потребляется от источника, а при емкостной нагрузке трансформатор «разгружается», потребляя наименьший ток из-за возрастания вторичного напряжения U '2 .
2.8. Трёхфазный трансформатор. Устройство и принцип работы
Устройство трехфазного трансформатора показано на рис.14. Трехфазный трансформатор выполняется обычно стержневым. Его
сердечник состоит из расположенных в одной плоскости трех стержней (1), соединенных ярмами (2).
На стержнях расположена первичная обмотка (3) с числом витков W1 и вторичная обмотка (4) с числом витковW2. На данном рисунке первичная
обмотка соединена в |
«звезду» |
|
, вторичная – в «звезду» с выведенной |
||
|
|||||
нейтральной точкой |
|
|
. |
|
|
|
|||||
|
|||||
Принцип действия трехфазного трансформатора аналогичен принципу действия однофазного (см. п. 1.1), за исключение того, что магнитные потоки
ΦС в стержнях сдвинуты относительно друг друга на угол 120°. Коэффициент трансформации трехфазных трансформаторов равен
13
|
А |
|
Φ A |
2 |
1 |
|
|
|
а |
B C
Φ B ΦC
w1
3
4 
w2
b |
с |
n |
|
Рис. 14 |
|
K = W1 = U1Φ . W2 U 2Φ
Кроме коэффициента трансформации K вводится понятие эксплуатационного коэффициента трансформации KЛ:
K Л = U1Л . U 2 Л
В зависимости от схем соединений обмоток, эксплутационный коэффициент KЛ может не совпадать с коэффициентом трансформации K.
Обмотки трехфазных трансформаторов могут соединяться в различные виды трехфазных соединений – « звезда», «треугольник», поэтому вводится понятие группы соединения трансформаторов.
Всего групп соединений – 12, наиболее часто применяются следующие группы:
0 – |
соединение |
/ |
11 – |
соединение |
/ |
2.9. Параллельная работа трансформаторов
Под параллельной работой трансформаторов понимается работа двух и более трансформаторов на общую нагрузку, при этом первичные обмотки присоединены к общим шинам питающей сети, вторичные – к общим шинам потребителя (рис 15).
14
U 1 ~
T 1 |
T2 |
I ур
U 2 ZH
Рис. 15
Обычно на трансформаторных подстанциях устанавливают два и более однотипных трансформаторов, что позволяет выполнять переменный график нагрузки предприятия. При увеличении нагрузки на параллельную работу включают большее количество трансформаторов, при уменьшении – часть трансформаторов отключается.
При нормальной параллельной работе между трансформаторами не должны проходить уравнительные токи, а это возможно при соблюдении следующих условии:
∙ равенство первичных |
(U1T 1 = U1T 2 ) |
и вторичных напряжений |
(U 2T1 = U 2T 2 ) и, как |
следствие, |
равенство коэффициентов |
трансформации (К1 = К2 );
∙равенство напряжений короткого замыкания (U КT 1 = U КT 2 );
∙принадлежность трансформаторов к одной группе соединений (только для трехфазных трансформаторов).
Стандарт допускает параллельную работу трансформаторов при условии, что их коэффициенты трансформации отличаются не более чем на 0.5%, а напряжения короткого замыкания отличаются не более чем на 10% от среднего арифметического значения.
2.10. Коэффициент полезного действия трансформатора
КПД трансформатора – это отношение активной мощности на нагрузке P2 к активной мощности потребляемой из сети P1.
η = |
P2 |
= βSHT × cosϕ2 |
(7) |
|
|||
|
P1 |
P1 |
|
где SHT – номинальная мощность (кВ·А);
ϕ2 – угол сдвига фаз нагрузки;
β– коэффициент загрузки, равный
β = I 2 ,
I 2 H
15
где I2 – |
текущее значение тока нагрузки, |
|
|||||||||
|
I 2 H – |
номинальное значение тока нагрузки. |
|
||||||||
Потребляемую мощность P1 можно представить, как мощность нагрузки |
|||||||||||
P2 плюс сумма потерь в трансформаторе Pпот. |
|
|
|
||||||||
|
|
|
P1 = P2 + ∑ Pпот = P2 + β 2 PM + Pст , |
(8) |
|||||||
где PM |
– |
потери в меди обмоток (кВт), |
|
|
|
||||||
Pст |
– |
потери в стали сердечника (кВт) при неизменном напряжении |
|||||||||
|
|
питания. |
|
|
|
|
|
|
|
||
С учетом (5.7) и (5.8) КПД будет равен |
|
|
|
||||||||
|
|
|
η = |
|
|
βS H ×cosϕ2 |
(9) |
||||
|
|
|
βS |
H |
×cosϕ |
2 |
+ β 2 P |
+α 2 P |
|
||
|
|
|
|
|
|
M |
ст |
|
|||
Исследуя (9) на экстремум, получаем, |
что ηmax = 0,95 при |
β ≈ 0,7 и |
|||||||||
cosϕ2 = 1. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Зависимость η = f (β ) построена на рис. 16. |
|
||||||||||
η
0,95
|
|
|
|
|
|
cosϕ = 1 |
|
|
|
|
|
|
cosϕ = 0.8 |
||
0 |
|
|
|
|
|
β |
|
|
|
|
|
|
|||
0,5 |
0,7 |
1,0 |
|||||
|
|||||||
Рис. 16
С ростом нагрузки КПД трансформатора возрастает, при дальнейшем увеличении (свыше β = 0,7 ) падает из-за увеличения потерь в трансформаторе.
2.11. Применение трансформаторов в системах теплогазоснабжения и вентиляции
Трансформаторы находят широкое применение в промышленности. По своим функциональным возможностям они подразделяются на следующие виды:
∙ силовые;
16
∙сварочные;
∙измерительные;
∙специальные;
∙малой мощности.
Силовые трёхфазные трансформаторы предназначены для приёма электроэнергии высокого напряжения 6 ÷ 10 кВ и преобразования её в электрическую напряжением 380/220 В для питания силовых потребителей и электроосвещения.
Как правило, силовые трансформаторы входят в состав комплектных трансформаторных подстанций (КТП), которые, кроме трансформаторов, содержат аппаратуру защиты и управления, а также электроизмерительные приборы.
Сварочные трансформаторы предназначены для производства сварочных работ, необходимость в которых возникает в процессе эксплуатации оборудования.
Измерительные трансформаторы – это трансформаторы тока и напряжения, предназначенные для изменения пределов измерений в цепях переменного тока свыше 1000 В.
Специальные трансформаторы предназначены для производства специальных электротехнических работ, а трансформаторы малой мощности – для питания цепей управления электроприводов и низковольтного освещения.
17
Александрова Наталья Леонидовна Костров Вячеслав Петрович
Трансформаторы
Учебно-методическое пособие к лекционным и практическим занятиям по дисциплине «Электроснабжение высотных и большепролетных зданий» для обучающихся по специальности 08.05.01 Строительство уникальных зданий и сооружений направленность Строительство высотных и большепролетных зданий и сооружений
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет» 603950. Нижний Новгород, ул. Ильинская, 65
http://www.nngasu.ruszec@nngasu.ru
18