Un article pour expliquer la modélisation et l'analyse des caractéristiques des transformateurs

5.1 Le principe de fonctionnement de base et la structure du transformateur

5.1.1 Le principe de fonctionnement de base du transformateur

Le transformateur a un effet de blocage DC

Si le flux magnétique principal évolue selon la loi des sinus, c'est-à-dire φ(t)=φ.sinot, alors chaque

La valeur efficace de la grandeur satisfait la relation suivante :

En ignorant la résistance d'enroulement et la perte de noyau, les puissances primaire et secondaire sont conservées, comme suit :

ont donc

Le rapport de spires ou rapport de spires du transformateur,

dire est la capacité apparente.

On peut voir que le transformateur réalise la conversion de courant tout en réalisant la transformation de tension. aussi,

Le transformateur peut également réaliser la fonction de transformation d'impédance.

L'impédance de charge côté secondaire vaut :

Si vous regardez le ZI du côté primaire, sa taille est :

La structure d'un transformateur monophasé

1- Colonne centrale 2- Fourche en fer 3- - Bobinage haute tension 4- ~ Bobinage basse tension

La structure d'un transformateur triphasé

Prises pour enroulements haute tension de transformateurs triphasés

1-Colonne de noyau de fer 2-Fer joug

3- enroulement basse tension 4- - enroulement haute tension

1- Plaque signalétique 2- Thermomètre 3- Absorbeur d'humidité 4- Indicateur de niveau d'huile 5- Conservateur d'huile 6- Passage d'air de sécurité 7- Relais gaz 8- Tuyau d'huile haute pression

9 tuyau d'huile basse pression 10 - interrupteur à robinet 11 - noyau du réservoir de carburant 12 - vanne de vidange d'huile 13 - bobine 14 - plaque de masse 15 - - chariot

5.2 Caractéristiques du transformateur

➢ Capacité nominale ou capacité apparente Sn ;

➢Tension nominale Un

Courant nominal Iv ;

➢Fréquence nominale fn ;

➢Efficacité nominale ηn ;

La tension nominale et le courant nominal se réfèrent à la valeur de ligne (c'est-à-dire la tension de ligne ou le courant de ligne)

La relation suivante existe entre les données nominales :

Dans la formule, m représente le nombre de phases du transformateur ;

U1Nφ et I1Nφ représentent les valeurs de phase de la tension nominale et du courant nominal, respectivement.

Pour les transformateurs monophasés :

Pour les transformateurs triphasés :

5.3 Analyse du fonctionnement à vide des transformateurs

définition:

L'absence de charge du transformateur fait référence à l'état de fonctionnement dans lequel l'enroulement primaire est alimenté en tension alternative et l'enroulement secondaire est ouvert, c'est-à-dire que le côté secondaire est ouvert (c'est-à-dire que le courant est nul).

5.3.1 Relation électromagnétique des transformateurs pendant le fonctionnement à vide

Écrit sous forme de phaseur comme:

En conclusion:

L'amplitude du potentiel induit dans l'enroulement est proportionnelle à la fréquence, au nombre de tours d'enroulement et à l'amplitude du flux magnétique ; en phase, le potentiel induit dans l'enroulement du transformateur est en retard par rapport au flux magnétique principal .

Lorsque la tension nominale est appliquée à l'enroulement primaire, la tension en circuit ouvert de l'enroulement secondaire est spécifiée comme la tension nominale du côté secondaire, à savoir de cette manière, le rapport de transformation du transformateur peut être obtenu comme :

5.3.2 Équivalent des paramètres électriques du circuit magnétique

L'idée de base :

Le problème de circuit magnétique impliqué dans le transformateur est converti en un problème de circuit, puis le transformateur est calculé selon la théorie du circuit unifié.

Pour le flux de fuite :

Alors X1δ ou L1δ, peut être utilisé pour réfléchir le circuit magnétique de fuite. (comme une constante, pourquoi ?)

Pour le flux principal :

Tout d'abord, le concept de courant sinusoïdal équivalent est introduit et le courant à vide non sinusoïdal est remplacé par un courant sinusoïdal équivalent.

(un) Diagramme de phaseur              (b) Circuit équivalent           (c) Circuit équivalent

pour un transformateur idéal :

5.3.3 L'équation d'équilibre de tension à vide, le diagramme de phase et le schéma de circuit équivalent du transformateur

En conclusion:

Le facteur de puissance du côté primaire est plus faible lorsque le transformateur fonctionne à vide. Donc,

Les transformateurs ne permettent généralement pas un fonctionnement à vide ou à faible charge.

5.4 Analyse du fonctionnement en charge du transformateur

Une fois le transformateur chargé, le courant du côté secondaire n'est plus nul, ce qui entraîne des modifications du processus électromagnétique à l'intérieur du noyau.

5.4.1 L'équation d'équilibre du potentiel magnétique lorsque le transformateur est sous charge

5.4.1 L'équation d'équilibre du potentiel magnétique lorsque le transformateur est sous charge

À vide/charge

La formule ci-dessus peut être comprise comme : lorsque le courant de charge augmente, le potentiel (ou courant) magnétique correspondant doit être augmenté du côté primaire pour compenser le potentiel magnétique du côté secondaire, de manière à maintenir le flux magnétique ou le potentiel magnétique inchangé à aucun moment. -charger. Alors il y a:

En conclusion:

Une fois le transformateur chargé, le courant côté primaire augmente. Plus la charge (courant) requise du côté secondaire est élevée, plus le courant fourni du côté primaire est important. Autrement dit, le transformateur peut être considéré comme un équilibre entre l'offre et la demande.

5.4.2 Paramètres électriques équivalents du circuit magnétique de fuite secondaire après la charge du transformateur

X₂δ ou Ḯ₂ peut être utilisé pour refléter la situation du circuit magnétique de fuite côté secondaire.

5.4.3 Relation électromagnétique lorsque le transformateur est sous charge

5.5 Équations de base, circuits équivalents et diagrammes de phase des transformateurs

5.5.1 L'équation de base du transformateur est équivalente aux différentes analyses et paramètres de la section précédente, et la phase

Équations de base du transformateur sous forme quantitative

5.5.2 Circuit équivalent pour le fonctionnement en charge du transformateur

Selon les équations de base précédentes, diverses analyses et calculs du transformateur peuvent être effectués, mais les calculs sont relativement lourds. En ingénierie, il est généralement converti en un circuit équivalent pour remplacer le transformateur actuel.

Les côtés primaire et secondaire du circuit équivalent sont électriquement indépendants l'un de l'autre. Afin de simplifier le calcul, le nombre de tours d'enroulement du côté secondaire est généralement augmenté de N à 1, de sorte que chaque grandeur physique du côté secondaire changera en conséquence. Ce processus est également appelé conversion.

Le principe de conversion :

Avant et après la conversion, la relation électromagnétique doit rester inchangée, à savoir :

(1) Le potentiel magnétique avant et après la conversion doit rester inchangé ;

(2) La puissance électrique et les pertes avant et après conversion doivent rester inchangées.

(1) Conversion de tension (convertir E ₁ comme E₂)

(2) Conversion de courant (pour garantir que le potentiel magnétique reste inchangé)

(3) Conversion d'impédance (pour garantir que la relation de transfert d'énergie reste inchangée, y compris la puissance active et réactive)

Puissance active    

Puissance réactive

5.5.3 Le diagramme de phase lorsque le transformateur est sous charge Le diagramme de phase montre non seulement la relation électromagnétique du transformateur, mais peut également voir intuitivement la relation d'amplitude et de phase de chaque grandeur physique dans le transformateur.

En supposant que les paramètres du circuit sont connus et que la taille et la phase de la charge sont données, le diagramme de phaseur peut être tracé en plusieurs étapes.

En conclusion:

Une fois le transformateur chargé, l'angle du facteur de puissance du côté primaire est réduit et le facteur de puissance est amélioré.

5.6 Essai et mesure des paramètres du circuit équivalent du transformateur Le circuit équivalent peut être utilisé pour analyser les performances de fonctionnement du transformateur. Tout d'abord, les paramètres du circuit équivalent doivent être connus.

Essai à vide -> rapport de transformation k, impédance d'excitation

Test de court-circuit → impédance de court-circuit

5.7 Calcul des caractéristiques de fonctionnement en régime permanent des transformateurs

5.7.1 Caractéristiques externes et taux de variation de tension des transformateurs

Définition des caractéristiques externes (reflétant la qualité de l'alimentation du transformateur à la charge)

La courbe de relation entre la tension aux bornes du côté secondaire du transformateur et le courant de charge du côté secondaire dans les conditions de tension d'alimentation nominale et d'un certain facteur de puissance de charge.

Caractéristiques externes typiques des transformateurs sous diverses charges

Définition du taux de variation de tension :

Dans des conditions de tension d'alimentation nominale et d'un certain facteur de puissance de charge, le pourcentage de tension aux bornes du côté secondaire passe de l'absence de charge à la charge nominale, à savoir :

∆u

Facteurs internes : xᶄ, rᶄ → paramètres structurels du transformateur

Facteurs externes : cosφ2, β-→charge spécifique, taille de la charge

Discussion : Le transformateur est généralement rᶄ : beaucoup plus petit que xᶄ veuillez vous référer à l'exemple (5-1)

◆Pour une charge résistive pure, cosφ2=1, sinφ2=0, donc ∆u est petit ;

◆Pour les charges inductives,

 cosφ2>0, sinφ2>0, donc ∆u>0,

c'est-à-dire qu'avec l'augmentation du courant de charge, la tension du côté secondaire diminue fortement ;

◆Pour une charge capacitive, cosφ2>0, sinφ2<0, si |rᶄ cosφ2|<| xᶄ sinφ2|,Puis ∆u<0,

indiquant qu'avec l'augmentation du courant de charge I2, la tension du côté secondaire peut être

peut monter.

L'application de la charge capacitive sur la tension aux bornes secondaires du transformateur :

(1) Compenser la puissance réactive, améliorer le facteur de puissance et réduire la perte de ligne

(2) Augmentez la tension du réseau électrique de l'usine pour résoudre le problème de la charge lourde de l'usine et de la chute de tension du réseau électrique

5.7.2 Caractéristiques de rendement des transformateurs.

Le rendement d'un transformateur est défini comme :

Facteurs d'influence de η

Facteurs internes : paramètres structurels du transformateur tels que les paramètres d'excitation et de court-circuit

Facteurs externes : cosφ2, β nature de la charge, taille de la charge

La caractéristique d'efficacité est définie comme suit :

Dans des conditions de tension nominale et d'un certain facteur de puissance de charge,

η= f(I2)

(ouη = f(β) ).

Le rendement nominal du transformateur est généralement plus élevé

La plupart d'entre eux sont supérieurs à 95 % et les gros transformateurs peuvent atteindre 99 %. Le moteur à courant alternatif a une partie tournante, l'efficacité inférieure.

Résoudre pour l'efficacité maximale du transformateur :

5.8 Problèmes particuliers des transformateurs triphasés

Les chapitres précédents ont pris un transformateur monophasé comme exemple pour étudier les équations de base, les circuits équivalents et les méthodes de calcul des performances du transformateur, qui sont également applicables aux transformateurs triphasés.

Les transformateurs triphasés ont également leurs propres problèmes particuliers :

➢Méthode de connexion

➢Structure du circuit magnétique

5.8.1 Méthode de connexion et groupe de connexion du transformateur triphasé

(1) Méthode de connexion

(un) connexion en étoile                           (b) connexion en triangle

Régulation:

Les lettres majuscules (A, B, C, N) représentent le carré d'origine ;

lettres minuscules (x, y, z, n) au nom du payeur ;

(2) Groupes de liaison

Dans les transformateurs triphasés, des groupes sont généralement utilisés pour représenter le déphasage entre les tensions primaire et secondaire du transformateur triphasé : θ=(EABEab), qui est un multiple de 30°, exactement entre les heures sur le cadran de l'horloge Par conséquent, la relation de phase entre les potentiels de fil d'enroulement haute et basse tension du transformateur triphasé est généralement exprimée par la "notation d'horloge", c'est-à-dire le numéro de groupe.

Comment déterminer le groupe :

Utilisez le potentiel de ligne côté haut EAB comme une aiguille longue, pointant vers le potentiel de ligne côté bas "12" sur le cadran de l'horloge.

Eab est une aiguille courte et le numéro vers lequel elle pointe est le numéro du groupe de connexion du transformateur triphasé.

A. Groupe de connexion du transformateur monophasé

Le concept du même nom :

Lorsque le même noyau de fer est enroulé avec deux bobines, afin de réfléchir les deux bobines sur le même noyau de fer

La relation de sens d'enroulement entre les bobines introduit généralement le concept de "même extrémité de nom".

Le côté du même nom dit :

Deux bobines sur le même noyau sont liées par le même flux magnétique. Lorsque le flux magnétique est alternatif, si le potentiel instantané induit par une extrémité d'une bobine est positif par rapport à l'autre extrémité de la même bobine, les deux bornes qui sont toutes les deux positives sont C'est la borne du même nom, qui est représentée par " *",

       (un) Enroulé dans le même sens                          (b) Enroulement dans le sens opposé

Pour les transformateurs monophasés, la tête de l'enroulement haute tension est marquée A et la queue est marquée X; l'extrémité de tête de l'enroulement basse tension est marquée a et l'extrémité de queue est marquée X.

Régulation:

La direction positive du potentiel va de l'extrémité de tête à l'extrémité de queue.

Dans le transformateur, l'extrémité portant le même nom peut être utilisée comme tête de réseau, ou l'extrémité portant le même nom peut être utilisée comme tête de réseau. Les figures a et b ci-dessous montrent la relation de phase entre les potentiels primaire et secondaire dans ces deux cas, respectivement.

(un) La fin avec le même nom est marquée comme la tête de lit                (b) La fin avec le même nom est marquée comme la tête de lit

Si la méthode d'identification dans laquelle l'extrémité portant le même nom est marquée comme tête de réseau est adoptée (voir Figure a), le groupe de transformateurs monophasés est I, i0 ; pour moi, i6.

B. Groupe de connexion du transformateur triphasé

Grâce à la relation de phase entre les potentiels primaire et secondaire du transformateur monophasé (ou les potentiels de phase primaire et secondaire du transformateur triphasé), la relation de phase entre les potentiels primaire et secondaire du transformateur triphasé peut être davantage déterminé, c'est-à-dire le groupe de connexion.

(1) Transformateur triphasé connexion Y/Y

(2) Raccordement Y/△ transformateur triphasé

Étapes générales pour déterminer le groupe de transformateurs triphasés :

(1) Dessinez le diagramme de phaseur potentiel de l'enroulement côté haute tension ;

(2) Faites coïncider le point a et le point A, et dessinez le potentiel de phase de l'axe d'enroulement basse tension en fonction de la relation de phase entre les enroulements haute et basse tension sur la même colonne centrale.

(3) Selon la méthode de câblage de l'enroulement basse tension, dessinez le diagramme de phaseur de potentiel des deux autres phases de l'enroulement basse tension ;

(4) Déterminer EB et E à partir des diagrammes de phaseurs potentiels des enroulements haute et basse tension. entre

La relation de phase du transformateur triphasé est obtenue, et le numéro de groupe de connexion du transformateur triphasé est obtenu.

Y/Y,△/△ un groupe pair

Y/△,Y/△ un tableau impair

Il existe cinq groupes de jointure standard couramment utilisés :

Y, yn0, Y, d11, YN, d11, YN, y0, Y, y0, les trois premiers sont les plus couramment utilisés.

5.8.2 Structure du circuit magnétique du transformateur triphasé

Les caractéristiques des transformateurs de groupe triphasés : les circuits magnétiques de chaque phase sont indépendants les uns des autres.

Les caractéristiques du transformateur à noyau triphasé : les circuits magnétiques de chaque phase sont liés les uns aux autres.

5.8.3 Adaptation correcte de la connexion des enroulements et de la structure du circuit magnétique du transformateur triphasé

Le flux d'onde sinusoïdale correspond au courant d'onde de crête Le courant d'onde sinusoïdale correspond au flux d'onde à sommet plat

en conclusion:

Afin de garantir que la forme d'onde du potentiel de phase est sinusoïdale, le flux magnétique principal de chaque phase doit changer selon la loi sinusoïdale. A ce moment, il est nécessaire que le courant d'excitation soit une onde de crête, c'est-à-dire que le chemin du courant de troisième harmonique doit être assuré dans la connexion du circuit. (Pourquoi? )

Flux d'onde à sommet plat - (dérivation) - le potentiel de l'onde de crête, si le pic est trop grand, il peut briser l'isolation de l'enroulement.

Considérant que les circuits magnétiques de chaque phase du transformateur de groupe sont indépendants les uns des autres, ils ne sont pas liés les uns aux autres. Le flux magnétique de troisième harmonique contenu dans le flux magnétique principal est le même que le flux magnétique d'onde fondamentale et circule dans le circuit magnétique principal de chaque transformateur de phase, induisant ainsi un potentiel de troisième harmonique d'amplitude plus élevée dans les enroulements primaire et secondaire, ce qui entraîne La forme d'onde de potentiel de phase est une onde à sommet pointu (obtenue par la dérivation du flux magnétique d'onde à sommet plat). Le pic du potentiel de phase d'onde de crête peut rompre l'isolation de l'enroulement.

Considérant que les circuits magnétiques de chaque phase du transformateur à noyau sont liés les uns aux autres, la phase du flux magnétique de troisième harmonique dans le flux magnétique principal de l'onde plate triphasée est la même, et il est impossible de circuler dans le circuit magnétique du noyau de fer principal. Un circuit magnétique fermé est formé, ce qui fait que le potentiel de troisième harmonique induit par le flux magnétique de troisième harmonique dans les enroulements primaire et secondaire est faible, et la forme d'onde du potentiel de phase est toujours proche d'une onde sinusoïdale.

en conclusion:

(1) L'enroulement triphasé du transformateur de structure de groupe triphasé ne peut pas être connecté par Y/Y ; .

(2) L'enroulement triphasé du transformateur avec structure de noyau triphasé peut être connecté par Y/Y, mais la capacité ne doit pas être trop grande.

Un côté de l'enroulement est connecté en triangle et le troisième courant harmonique a un chemin. Par conséquent, peu importe si le circuit magnétique est un type de groupe ou une structure de type noyau, les enroulements triphasés peuvent être connectés par △/Y.

Un côté de l'enroulement est connecté en Y et le courant de troisième harmonique ne peut pas y circuler, mais le flux magnétique de troisième harmonique généré par le courant d'onde sinusoïdale induira le courant de troisième harmonique dans l'enroulement secondaire (connexion delta) (voir la figure dessous). ), il peut également garantir que la forme d'onde du flux magnétique principal est proche de la sinusoïdale, de sorte que le potentiel de phase induit est également sinusoïdal. On peut voir que l'effet de la connexion triangulaire sur le même côté primaire est similaire.

en conclusion:

Pour les enroulements triphasés connectés 0/Y (ou Y/0), il peut être utilisé pour les transformateurs triphasés de structure de groupe ou les transformateurs triphasés de structure de groupe.

en conclusion:

Afin de s'assurer que le potentiel de phase est sinusoïdal, il est préférable d'utiliser une connexion en triangle d'un côté du transformateur triphasé.

5.9 Transformateurs spéciaux dans les systèmes de traînée électriques

5.9.1 Autotransformateurs

(a) Schéma de principe de la structure                           (b) Schéma de câblage de l'enroulement

Caractéristiques : Il existe un enroulement commun entre les enroulements primaires et secondaires, ce qui entraîne non seulement un couplage magnétique, mais également une connexion électrique entre les enroulements primaires et secondaires.

En conclusion:

La capacité de l'autotransformateur est composée de deux parties :

(1) Puissance électromagnétique U2nIl2 : c'est la puissance transmise à la charge par le couplage électromagnétique entre l'enroulement Aa et l'axe commun de l'enroulement ;

(2) Puissance conduite U2nI1N : c'est la puissance électrique directement transmise à la charge par l'axe commun du bobinage.

➢Capacité électromagnétique< capacité nominale

Petite taille, faible consommation de fer et de cuivre, haute efficacité

➢Petit rapport

Le courant de la partie commune est inférieur à la cote du côté secondaire

L'écart n'est pas évident, l'économie est réduite

➢Il y a une connexion électrique directe, l'isolation interne et la protection contre les surtensions doivent être renforcées.

5.9.2 Transformateur

Transformateur de tension - mesure haute tension avec compteur basse tension

Précautions:

Une extrémité du côté secondaire doit être mise à la terre ; (pour assurer la sécurité et empêcher l'accumulation de charge statique d'affecter la lecture)

Le côté secondaire ne doit pas être court-circuité, sinon le transformateur de tension sera grillé. (Il peut augmenter le courant s'il peut être réduit)

Transformateur de courant 1 - Mesurer un courant important avec un ampèremètre faible

Précautions:

➢ Une extrémité du côté secondaire doit être mise à la terre ; (pour assurer la sécurité et empêcher l'accumulation de charge statique d'affecter la lecture)

➢ Le côté secondaire ne peut pas être ouvert, sinon une pointe de tension plus élevée sera induite du côté secondaire en raison du grand nombre de spires du côté secondaire, et l'isolation de l'enroulement du transformateur sera endommagée. (La tension peut être augmentée si le courant peut être abaissé)

• Année de création
  --
• Type d'entreprise
  --
• Pays / région
  --
• Industrie principale
  --
• Principaux produits
  --
• Personne morale d'entreprise
  --
• Total des employés
  --
• Valeur annuelle de sortie
  --
• Marché d'exportation
  --
• Clients coopéré
  --