Электротехника и электроника (стр. 13 из 19)

Рисунок 7.2 – Схема замещения трансформатора в режиме холостого хода

Составим уравнение для первичной цепи по II закону Кирхгофа в комплексной форме

U&1 I&1x r1 U&LS1 U&L1. (7

.

9

)

Рисунок 7.3 – Векторная диаграмма напряжений и тока трансформаторав режиме холостого хода

На рисунке 7.3 представлена векторная диаграмма напряжений и токов, построенная в соответствии с (7.9).

Опытом холостого хода называется испытание электрического трансформатора при разомкнутой цепи вторичной обмотки и номинальном приложенном к первичной обмотке напряжении U_1xU_1н.

Для проведения опыта холостого хода собирается электрическая цепь согласно схеме рисунка 7.4.

Рисунок 7.4 – Схема электрической цепи для проведения опыта холостого хода трансформатора

При U_1xU_1н ток I_1x составляет 3…10 % от номинального первичного тока I_1н. Следовательно, в формуле (7.9) слагаемыми ^U&_LS1 ^I&_1x и ^U&_r1 ^I&_1x можно пренебречь. Тогда имеем:

U&1xU&L1. (

7

.

1

0

)

При разомкнутой цепи вторичной обмотки

U2xUM 2, (

7

.

1

1

)

поэтому, измерив вольтметром PV1 первичное напряжение U_1x и вольтметром PV2 - вторичное напряжение U_2x , определяют коэффициент трансформации

(

K. 7

L1 1x 1

.

1

2

)

Этот коэффициент указывается на щитках электрических трансформаторов как отношение высшего напряжения к низшему (например, К6000/230).

При холостом ходе I_1x <<I_1н и мощность потерь в проводах первичной обмотки (потери в меди) P_М1 мала по сравнению с потерями на вихревые токи (потери в стали) P_с . Поэтому в опыте холостого хода по показаниям ваттметра pW определяют мощность потерь в магнитопроводе.

7.4 Опыт короткого замыкания

Необходимо различать опыт короткого замыкания и режим короткого замыкания, так как в последнем случае имеет место аварийный режим электрического трансформатора, при котором он сильно разогревается и может произойти сгорание трансформатора.

Опыт короткого замыкания – испытание электрического трансформатора при короткозамкнутой цепи вторичной обмотки и номинальном токе в первичной обмотке

I1к

1н. (

7

.

1

3

)

Этот опыт проводится при аттестации электрического трансформатора для определения важнейших параметров:

- мощности потерь в проводах обмоток (потери в меди) P_М ;

- внутреннего падения напряжения; - коэффициента трансформации и др.

Опыт короткого замыкания (рис.7.5), как и опыт холостого хода, обязателен при заводских испытаниях.

Рисунок 7.5 – Схема электрической цепи для проведения опыта короткого замыкания трансформатора

В опыте короткого замыкания (U₂0) напряжение U_M2к , индуктируемое во второй обмотке равно

U&М2к

I&2к, (7

.

1

4

)

где I_2кr₂ - напряжение на резистивном сопротивлении вторичной обмотки; x_S2I_2к - напряжение на индуктивном сопротивлении рассеяния вторичной обмотки.

Напряжение первичной обмотки в опыте короткого замыкания U_1к при токе I_1к

_1н составляет 5…10 % от номинального U_1н. Поэтому действующее значение напряжения индукции U_M2к составляет лишь 2…5 % от действующего значения U_{M 2} в рабочем (номинальном) режиме.

Пропорционально значению U_{M 2} уменьшается магнитный поток Ф₀ в магнитопроводе, а вместе с ним и мощность потерь в магнитопроводе P_с , пропорциональная Ф₀².

Следовательно, в опыте короткого замыкания почти вся мощность трансформатораP_1к равна мощности потерь в проводах первичной и вторичной обмоток (потери в меди):

2 2 . (7

P1к I1к r1 I2к r2 PM

.

1

5

)

Значение этой мощности определяется по показаниям ваттметра рW1 (рис.7.5). I_1к и I_2к - токи в опыте короткого замыкания соответствующих обмоток трансформатора, определяемые по показаниям амперметров рА1 и рА2.

При коротком замыкании в уравнении (7.7) составляющая I_1x

w₁ ничтожно мала, по сравнению с двумя другими составляющими, и ею можно пренебречь, следовательно

w I_2к,

и коэффициент трансформации

Таким образом, опыт короткого замыкания может служить для определения коэффициента трансформации К .

7.5 Мощность потерь в трансформаторе

Отношение активной мощности Р₂ на выходе трансформатора к активной мощности Р₁ на входе

^Р₂ / ^P₁ или (%) ( Р₂ / P₁ ) 100%

называется коэффициентом полезного действия трансформатора. Коэффициент полезного действия трансформатора зависит от режима работы.

При номинальных значениях напряжения ^U₁ ^U_1Н и тока ^I_{1 1Н} на первичной обмотке трансформатора и коэффициенте мощности приемника cos >0,8 коэффициент полезного действия очень высок и у мощных электрических трансформаторов превышает 99 %.

По этой причине не применяется прямое определение коэффициента полезного действия трансформатора на основании непосредственного измерения мощностей Р₁ и Р₂, так как для получения удовлетворительных результатов нужно было бы измерять мощности Р₁ и Р₂ с очень высокой точностью (свыше 1 %), что практически трудно получить.

Но относительно просто можно определить коэффициент полезного действия методом косвенного измерения, основанного на прямом измерении мощности потерь в трансформаторе.

Мощность потерь в электрических трансформаторах равна сумме мощностей потерь в магнитопроводе Р_с (потери в стали) и в проводах обмоток Р_M (потери в меди).

При номинальных значениях первичных напряжений U₁

U_1н и тока I_{1 1н} мощности потерь в магнитопроводе и проводах обмоток практически равны активным мощностям трансформатора в опытах холостого хода и короткого замыкания соответственно.

7.6 Автотрансформаторы

В ряде случаев при передаче электроэнергии требуется соединить через трансформатор электрические цепи, отношение номинальных напряжений которых не превышает два, например цепи высокого напряжения 110 и 220 кВ.

В подобных случаях экономически целесообразно вместо электротрансформатора применить автотрансформатор, так как его коэффициент полезного действия выше, а габариты меньше, чем у электротрансформатора той же номинальной мощности.