9. Режимы работы трансформаторов. Схемы замещения. Зависимость массогабаритных показателей от электромагнитных нагрузок, частоты и габаритной мощности.

Трансформатор – статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанные обмотки, и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока.

Трансформаторы могут работать в трёх режимах: эксплуатационном (работа под нагрузкой) и двух экспериментальных – режимы холостого хода (ХХ) и коротко замыкания (КЗ).

В режиме ХХ вторичная обмотка трансформатора разомкнута (ток I2=0), на первичную обмотку подаётся номинальное напряжение U1=U1н, и напряжение на вторичной обмотке, равное индуктируемой в ней ЭДС, также имеет номинальное значение Е2=Е2н. Ток, протекающий по первичной обмотке, называется током ХХ, т. е. Iхх. Величина тока ХХ много меньше номинального тока первичной обмотки, так как ток нагрузки и P2 равны нулю. При Iхх«Iн и I2=0 потери в обмотках (меди) в режиме ХХ близки к нулю, а поэтому мощность, потребляемая трансформатором в режиме ХХ, практически равна потерям в стали, которая определяется двумя составляющими: потерями на гистерезис и потерями на вихревые токи.

Эквивалентная схема трансформатора при ХХ будет выглядеть следующим образом:

Как видно из рисунка, ток холостого хода I0 имеет две составляющие: 1) реактивную Iµ; 2) активную Iħ, обусловленную наличием потерь в стали магнитопровода.

В режиме работы трансформатора под нагрузкой на первичную обмотку подается номинальное напряжение, и по ней должен протекать номинальный ток, так как ток нагрузки равен номинальному.

Эквивалентная схема замещения выглядит следующим образом:

В режиме КЗ обмотка закорачивается накоротко, на первичную обмотку подается пониженное напряжение, при котором ток в обмотке будет равен номинальному значению. При малой величине напряжения, а следовательно, и малой величине потока потери в стали трансформатора пренебрежимо малы. Поэтому потребляемая трансформатором мощность равна потерям в меди.

Геометрические размеры магнитопровода и мощность трансформатора жестко связаны и характеризуют так называемую габаритную мощность, уравнение которой следующее:

,

где η –значение КПД;

В_m- значение магнитной индукции;

f – значение частоты;

S_{ст а}- активное сечение стали, отличающее от геометрического множителем 0,9 ( );

S₀ – площадь окна магнитопровода;

К_ок – технологический коэффициент заполнения окна;

j – плотность тока в обмоточном проводнике.

10. Специальные типы трансформаторов: автотрансформаторы, измерительные трансформаторы, трансформаторы тока.

Автотрансформаторы

Автотрансформатором называется трансформатор, две или большее число обмоток которого гальванически связаны так, что они имеют общую часть.

Автотрансформатор может как понижать, так и повышать напряжение переменное напряжение. Коэффициентом трансформации К автотрансформатора называют отношению вызывающего напряжения холостого хода к низшему. Это отношение практически равно отношению числа витков обмотки высшего напряжения к числу витков обмотки низшего напряжения:

Конструкция магнитопроводов и обмоток автотрансформаторов не отличается от конструкции магнитопроводов и обмоток трансформаторов, а схемы соединения обмоток автотрасфонматоров друг с другом и схемы их включения в сеть существенно отличаются от схем соединения и схем включения обмоток трансформаторов. Представим себе броневой магнитопровод, на стрежне которого расположена обмотка АХ, состоящая из частей Аа и аХ. Если к зажимам АХ, Аа или аХ подвести переменное напряжение, то в магнитопроводе возникаем магнитный поток, основная часть которого будет пронизывать все витки обмотки АХ и будет индуцировать в частях этой обмотки электродвижущие силы e_Aa и e_aX. Электродвижущая сила всей обмотки АХ может быть при этом равна либо арифметической сумме ЭДС e_Aa и e_aX (если части Аа и аХ включены согласно), либо арифметической разности этих ЭДС (если части Аа и аХ включены встречно).

Измерительные трансформаторы тока. Трансформаторы тока.

Под измерительным преобразователем тока (ИПТ) будем понимать устройство, предназначенное для преобразования первичного тока в такой выходной сигнал, информативные параметры которого функционально связаны с информативными параметрами первичного тока. Для создания ИПТ можно использовать различные физические явления..

Трансформаторы тока (ТТ), являющиеся наиболее широко применяемым ИПТ, называется такой трансформатор, в котором при нормальных условиях работы выходной сигнал является током, практически пропорциональным первичному току и при правильном включении сдвинутым относительно него по фазе на угол, близкий к нулю.

Трансформаторы тока по назначению разделяются на трансформаторы тока для измерений и трансформаторы тока для защиты. В некоторых случаях эти функции совмещаются в одном ТТ.

Трансформаторы тока для измерения предназначаются для передачи информации измерительным приборам. Они устанавливаются в цепях высокого напряжения или в цепях с большим током, т.е. в цепях, в которых невозможно непосредственное включение измерительных приборов. Ко вторичной обмотке ТТ для измерений подключаются амперметры, токовые обмотки ваттметров, счетчиков

аналогичных приборов. Таким образом, трансформатор тока для измерений обеспечивает:

1. преобразование переменного тока любого значения в переменный ток, приемлемый для непосредственного измерения с помощью стандартных измерительных приборов;

2. изолирование измерительных приборов, к которым имеет доступ обслуживавший персонал, от цепи высокого напряжения.

Трансформаторы тока для защиты предназначаться для передачи измерительной информации в устройства защиты и управления. Соответственно этому трансформатору тока для защиты обеспечивает:

1. преобразование переменного тока любого значения в переменный ток, приемлемый для питания устройств релейной защиты;