Un documento per spiegare la modellazione e l'analisi delle caratteristiche dei trasformatori

5.1 Il principio di funzionamento di base e la struttura del trasformatore

5.1.1 Il principio di funzionamento di base del trasformatore

Il trasformatore ha un effetto di blocco CC

Se il flusso magnetico principale cambia secondo la legge del seno, cioè φ(t)=φ.sinot, allora ogni

Il valore effettivo della quantità soddisfa la seguente relazione:

Ignorando la resistenza dell'avvolgimento e la perdita del nucleo, le potenze primarie e secondarie vengono conservate, come segue:

così avere

Il rapporto giri o il rapporto giri del trasformatore,

dire è la capacità apparente.

Si può vedere che il trasformatore realizza la conversione di corrente mentre realizza la trasformazione della tensione. anche,

Il trasformatore può anche realizzare la funzione di trasformazione dell'impedenza.

L'impedenza di carico sul lato secondario è:

Se guardi la ZI dal lato primario, la sua dimensione è:

La struttura di un trasformatore monofase

1- Colonna centrale 2- Giogo in ferro 3- - Avvolgimento alta tensione 4- ~ Avvolgimento bassa tensione

La struttura di un trasformatore trifase

Rubinetti per avvolgimenti alta tensione di trasformatori trifase

1-Colonna centrale in ferro 2-Giro in ferro

3- avvolgimento di bassa tensione 4- - avvolgimento di alta tensione

1- Targhetta dati 2- Termometro 3- Assorbitore di umidità 4- Indicatore livello olio 5- Conservatore olio 6- Passaggio aria di sicurezza 7- Relè gas 8- Tubo olio alta pressione

9 tubo olio bassa pressione 10 - interruttore rubinetto 11 - nucleo serbatoio carburante 12 - valvola scarico olio 13 - serpentina 14 - piastra massa 15 - - carrello

5.2 Valori nominali del trasformatore

➢ Portata nominale o portata apparente Sn;

➢Tensione nominale Un

Corrente nominale Iv;

➢Frequenza nominale fn;

➢Efficienza nominale ηn ;

Sia la tensione nominale che la corrente nominale si riferiscono al valore di rete (ovvero tensione di rete o corrente di rete)

Esiste la seguente relazione tra i dati valutati:

Nella formula, m rappresenta il numero di fasi del trasformatore;

U1Nφ e I1Nφ rappresentano rispettivamente i valori di fase della tensione nominale e della corrente nominale.

Per trasformatori monofase:

Per trasformatori trifase:

5.3 Analisi del funzionamento a vuoto dei trasformatori

definizione:

Il vuoto del trasformatore si riferisce allo stato di funzionamento in cui il primario è applicato con tensione alternata e il secondario è aperto, cioè il lato secondario è aperto (cioè la corrente è zero).

5.3.1 Relazione elettromagnetica dei trasformatori durante il funzionamento a vuoto

Scritto in forma fasoriale come:

Insomma:

L'entità del potenziale indotto nell'avvolgimento è proporzionale alla frequenza, al numero di spire dell'avvolgimento e all'ampiezza del flusso magnetico; in fase, il potenziale indotto nell'avvolgimento del trasformatore è in ritardo rispetto al flusso magnetico principale.

Quando la tensione nominale è applicata al primario, la tensione a vuoto del secondario viene indicata come tensione nominale del secondario, ovvero in questo modo il rapporto di trasformazione del trasformatore può essere ottenuto come:

5.3.2 Equivalente dei parametri elettrici del circuito magnetico

L'idea di base:

Il problema del circuito magnetico coinvolto nel trasformatore viene convertito in un problema del circuito, quindi il trasformatore viene calcolato secondo la teoria del circuito unificato.

Per flusso di dispersione:

Quindi X1δ o L1δ, può essere utilizzato per riflettere il circuito magnetico di dispersione. (come una costante, perché?)

Per il flusso principale:

Innanzitutto, viene introdotto il concetto di corrente d'onda sinusoidale equivalente e la corrente a vuoto non sinusoidale viene sostituita dalla corrente d'onda sinusoidale equivalente.

(un) Diagramma dei fasori              (b) Circuito equivalente           (c) Circuito equivalente

per un trasformatore ideale:

5.3.3 L'equazione di bilanciamento della tensione a vuoto, il diagramma dei fasori e lo schema del circuito equivalente del trasformatore

Insomma:

Il fattore di potenza del lato primario è inferiore quando il trasformatore funziona a vuoto. dunque,

I trasformatori generalmente non consentono il funzionamento a vuoto o con carico leggero.

5.4 Analisi del funzionamento a carico del trasformatore

Dopo che il trasformatore è stato caricato, la corrente sul lato secondario non è più zero, provocando variazioni nel processo elettromagnetico all'interno del nucleo.

5.4.1 L'equazione di bilancio del potenziale magnetico quando il trasformatore è sotto carico

5.4.1 L'equazione di bilancio del potenziale magnetico quando il trasformatore è sotto carico

A vuoto/carico

La formula di cui sopra può essere intesa come: all'aumentare della corrente di carico, il corrispondente potenziale magnetico (o corrente) deve essere aumentato sul lato primario per compensare il potenziale magnetico del lato secondario, in modo da mantenere inalterato il flusso magnetico o il potenziale magnetico -carico. Quindi ci sono:

Insomma:

Dopo che il trasformatore è stato caricato, la corrente del lato primario aumenta. Maggiore è il carico (corrente) richiesto sul lato secondario, maggiore è la corrente erogata sul lato primario. Cioè, il trasformatore può essere considerato come un equilibrio tra domanda e offerta.

5.4.2 Parametri elettrici equivalenti del circuito magnetico di dispersione secondaria dopo il caricamento del trasformatore

X₂δ o Ḯ₂ possono essere utilizzati per riflettere la situazione del circuito magnetico di dispersione del lato secondario.

5.4.3 Relazione elettromagnetica quando il trasformatore è sotto carico

5.5 Equazioni di base, circuiti equivalenti e diagrammi fasoriali dei trasformatori

5.5.1 L'equazione di base del trasformatore è equivalente alle varie analisi e parametri della sezione precedente, e la fase

Equazioni di base del trasformatore in forma quantitativa

5.5.2 Circuito equivalente per il funzionamento del carico del trasformatore

Secondo le precedenti equazioni di base, è possibile eseguire varie analisi e calcoli del trasformatore, ma i calcoli sono relativamente ingombranti. In ingegneria, viene generalmente convertito in un circuito equivalente per sostituire il trasformatore vero e proprio.

I lati primario e secondario del circuito equivalente sono elettricamente indipendenti l'uno dall'altro. Per semplificare il calcolo, il numero di spire sul lato secondario viene solitamente aumentato da N a 1, in modo che ogni grandezza fisica sul lato secondario cambi di conseguenza. Questo processo è anche chiamato conversione.

Il principio di conversione:

Prima e dopo la conversione, la relazione elettromagnetica dovrebbe essere mantenuta invariata, ovvero:

(1) Il potenziale magnetico prima e dopo la conversione dovrebbe rimanere invariato;

(2) La potenza elettrica e la perdita prima e dopo la conversione dovrebbero rimanere invariate.

(1) Conversione di tensione (convertire E ₁ come E₂)

(2) Conversione di corrente (per garantire che il potenziale magnetico rimanga invariato)

(3) Conversione di impedenza (per garantire che il rapporto di trasferimento dell'energia rimanga invariato, compresa la potenza attiva e reattiva)

Potenza attiva    

Potere reattivo

5.5.3 Il diagramma dei fasori quando il trasformatore è sotto carico Il diagramma dei fasori non solo mostra la relazione elettromagnetica del trasformatore, ma può anche vedere intuitivamente la relazione di grandezza e fase di ciascuna grandezza fisica nel trasformatore.

Supponendo che i parametri del circuito siano noti e siano fornite la dimensione e la fase del carico, il diagramma dei fasori può essere disegnato secondo più passaggi.

Insomma:

Dopo aver caricato il trasformatore, l'angolo del fattore di potenza del lato primario viene ridotto e il fattore di potenza viene migliorato.

5.6 Prova e misura dei parametri del circuito equivalente del trasformatore Il circuito equivalente può essere utilizzato per analizzare le prestazioni di funzionamento del trasformatore. In primo luogo, devono essere noti i parametri nel circuito equivalente.

Prova a vuoto -> rapporto di trasformazione k, impedenza di eccitazione

Prova di cortocircuito → impedenza di cortocircuito

5.7 Calcolo delle caratteristiche di funzionamento in regime stazionario dei trasformatori

5.7.1 Caratteristiche esterne e velocità di variazione della tensione dei trasformatori

Definizione delle caratteristiche esterne (che riflettono la qualità dell'alimentazione del trasformatore al carico)

La curva di relazione tra la tensione ai terminali del lato secondario del trasformatore e la corrente di carico del lato secondario nelle condizioni di tensione di alimentazione nominale e un certo fattore di potenza del carico.

Caratteristiche esterne tipiche dei trasformatori sotto vari carichi

Definizione del tasso di variazione della tensione:

In condizioni di tensione nominale di alimentazione e di un determinato fattore di potenza del carico, la percentuale della tensione del terminale sul lato secondario cambia da nessun carico a carico nominale, ovvero:

∆u

Fattori interni: xᶄ, rᶄ → parametri strutturali del trasformatore

Fattori esterni: cosφ2, β-→specifico del carico, dimensione del carico

Discussione: Il trasformatore è generalmente rᶄ: molto più piccolo di xᶄ fare riferimento all'Esempio (5-1)

◆Per carico resistivo puro, cosφ2=1, sinφ2=0, quindi ∆u è piccolo;

◆Per carichi induttivi,

 cosφ2>0, sinφ2>0, così ∆u>0,

cioè all'aumentare della corrente di carico la tensione sul lato secondario diminuisce notevolmente;

◆Per carico capacitivo, cosφ2>0, sinφ2<0, se |rᶄ cosφ2|<| xᶄ sinφ2|,Allora ∆u<0,

indicando che con l'aumento della corrente di carico I2, la tensione sul lato secondario può essere

può salire.

L'applicazione del carico capacitivo sulla tensione del terminale secondario del trasformatore:

(1) Compensare la potenza reattiva, migliorare il fattore di potenza e ridurre la perdita di linea

(2) Aumentare la tensione della rete elettrica della fabbrica per risolvere il problema del carico di fabbrica pesante e della caduta di tensione della rete elettrica

5.7.2 Caratteristiche di efficienza dei trasformatori.

L'efficienza di un trasformatore è definita come:

Fattori influenzanti di η

Fattori interni: parametri strutturali del trasformatore come parametri di eccitazione e cortocircuito

Fattori esterni: cosφ2, β natura del carico, dimensione del carico

La caratteristica di efficienza è definita come:

Nella condizione di tensione nominale e un certo fattore di potenza del carico,

η= f(I2)

(oη = f(β) ).

L'efficienza nominale del trasformatore è generalmente superiore

La maggior parte di essi supera il 95% e i grandi trasformatori possono raggiungere il 99%. Il motore AC ha una parte rotante, l'efficienza è inferiore.

Risolvi per la massima efficienza del trasformatore:

5.8 Problemi particolari dei trasformatori trifase

I capitoli precedenti hanno preso come esempio un trasformatore monofase per studiare le equazioni di base, i circuiti equivalenti e i metodi di calcolo delle prestazioni del trasformatore, applicabili anche ai trasformatori trifase.

Anche i trasformatori trifase hanno i loro problemi speciali:

➢Metodo di connessione

➢Struttura del circuito magnetico

5.8.1 Metodo di collegamento e gruppo di collegamento del trasformatore trifase

(1) Metodo di connessione

(un) connessione a stella                           (b) connessione a triangolo

Regolamento:

Le lettere maiuscole (A, B, C, N) rappresentano il quadrato originale;

lettere minuscole (x, y, z,n) per conto del pagatore;

(2) Collegamento di gruppi

Nei trasformatori trifase, i gruppi sono solitamente usati per rappresentare la differenza di fase tra la tensione primaria e quella secondaria del trasformatore trifase: θ=(EABEab), che è un multiplo di 30°, esattamente tra le ore sul quadrante dell'orologio Pertanto, la relazione di fase tra i potenziali dei fili degli avvolgimenti di alta e bassa tensione del trasformatore trifase è generalmente espressa dalla "notazione di clock", ovvero dal numero di gruppo.

Come determinare il gruppo:

Usa il potenziale della linea high-side EAB come una lancetta lunga, indicando il potenziale della linea low-side "12" sul quadrante dell'orologio.

Eab è un ago corto e il numero a cui punta è il numero del gruppo di connessione del trasformatore trifase.

A. Gruppo di collegamento del trasformatore monofase

Il concetto con lo stesso nome:

Quando la stessa anima di ferro è avvolta con due spire, in modo da riflettere le due spire sulla stessa anima di ferro

La relazione della direzione di avvolgimento tra le bobine introduce solitamente il concetto di "estremità con lo stesso nome".

Lo stesso lato del nome dice:

Due bobine sullo stesso nucleo sono collegate dallo stesso flusso magnetico. Quando il flusso magnetico è alternato, se il potenziale istantaneo indotto da un capo di una bobina è positivo rispetto all'altro capo della stessa bobina, i due terminali che sono entrambi positivi sono Terminale con lo stesso nome, che è rappresentato da " *",

       (un) Avvolgimento nella stessa direzione                          (b) Avvolgimento nella direzione opposta

Per i trasformatori monofase, l'estremità di testa dell'avvolgimento di alta tensione è contrassegnata con A e l'estremità di coda è contrassegnata con X; l'estremità di testa dell'avvolgimento di bassa tensione è contrassegnata con a e l'estremità di coda è contrassegnata con X.

Regolamento:

La direzione positiva del potenziale è dalla testata alla coda.

Nel trasformatore, l'estremità con lo stesso nome può essere utilizzata come testata, oppure l'estremità con lo stesso nome può essere utilizzata come testata. Le figure aeb sottostanti mostrano la relazione di fase tra i potenziali primari e secondari in questi due casi, rispettivamente.

(un) L'estremità con lo stesso nome è contrassegnata come estremità della testa                (b) L'estremità con lo stesso nome è contrassegnata come estremità della testata

Se si adotta il metodo di identificazione in cui l'estremità con lo stesso nome è contrassegnata come testata (vedi figura a), il gruppo di trasformatori monofase è I, i0; per io, i6.

B. Gruppo di collegamento del trasformatore trifase

Attraverso il rapporto di fase tra i potenziali primario e secondario del trasformatore monofase (o i potenziali di fase primario e secondario del trasformatore trifase), il rapporto di fase tra il potenziale primario e secondario del trasformatore trifase può essere ulteriormente determinato, ovvero il gruppo di connessione.

(1) Trasformatore trifase collegamento Y/Y

(2) Collegamento Y/△ trasformatore trifase

Passaggi generali per determinare il gruppo di trasformatori trifase:

(1) Disegnare il diagramma del potenziale fasore dell'avvolgimento laterale di alta tensione;

(2) Far coincidere il punto a e il punto A e disegnare il potenziale di fase dell'ascia dell'avvolgimento di bassa tensione in base alla relazione di fase tra gli avvolgimenti di alta e bassa tensione sulla stessa colonna centrale.

(3) Secondo il metodo di cablaggio dell'avvolgimento di bassa tensione, tracciare il diagramma del potenziale fasore delle altre due fasi dell'avvolgimento di bassa tensione;

(4) Determinare EB ed E dai diagrammi dei potenziali fasori degli avvolgimenti di alta e bassa tensione. fra

Si ottiene la relazione di fase del trasformatore trifase e si ottiene il numero del gruppo di connessione del trasformatore trifase.

Y/Y,△/△ un gruppo pari

Y/△,Y/△ un array dispari

Esistono cinque gruppi di join standard comunemente usati:

Y, yn0, Y, d11, YN, d11, YN, y0, Y, y0, i primi tre sono i più comunemente usati.

5.8.2 Struttura del circuito magnetico del trasformatore trifase

Le caratteristiche dei trasformatori di gruppo trifase: i circuiti magnetici di ciascuna fase sono indipendenti l'uno dall'altro.

Le caratteristiche del trasformatore a nucleo trifase: i circuiti magnetici di ciascuna fase sono correlati tra loro.

5.8.3 Corretto abbinamento del collegamento degli avvolgimenti e della struttura del circuito magnetico del trasformatore trifase

Il flusso dell'onda sinusoidale corrisponde alla corrente dell'onda di picco La corrente dell'onda sinusoidale corrisponde al flusso dell'onda superiore piatta

Insomma:

Per garantire che la forma d'onda del potenziale di fase sia sinusoidale, il flusso magnetico principale di ciascuna fase dovrebbe cambiare secondo la legge sinusoidale. In questo momento è necessario che la corrente di eccitazione sia un'onda di picco, ovvero che il percorso della corrente di terza armonica sia assicurato nella connessione del circuito. (perché? )

Flusso dell'onda flat-top - (derivazione) - il potenziale dell'onda di picco, se il picco è troppo grande, può rompere l'isolamento dell'avvolgimento.

Considerando che i circuiti magnetici di ciascuna fase del trasformatore di gruppo sono indipendenti tra loro, non sono correlati tra loro. Il flusso magnetico di terza armonica contenuto nel flusso magnetico principale è lo stesso del flusso magnetico dell'onda fondamentale e circola nel circuito magnetico principale di ciascun trasformatore di fase, inducendo così un potenziale di terza armonica di ampiezza maggiore negli avvolgimenti primario e secondario, con conseguente La forma d'onda del potenziale di fase è un'onda acuta (ottenuta dalla derivazione del flusso magnetico dell'onda piatta). Il picco del potenziale di fase dell'onda di picco può rompere l'isolamento dell'avvolgimento.

Considerando che i circuiti magnetici di ciascuna fase del nucleo trasformatore sono correlati tra loro, la fase del flusso magnetico di terza armonica nel flusso magnetico principale dell'onda flat top trifase è la stessa, ed è impossibile circolare in il circuito magnetico del nucleo principale di ferro. Si forma un circuito magnetico chiuso, che fa sì che il potenziale di terza armonica indotto dal flusso magnetico di terza armonica negli avvolgimenti primario e secondario sia piccolo e la forma d'onda del potenziale di fase è ancora vicina a un'onda sinusoidale.

Insomma:

(1) L'avvolgimento trifase del trasformatore di struttura del gruppo trifase non può essere collegato a Y/Y; .

(2) L'avvolgimento trifase del trasformatore con struttura del nucleo trifase può essere collegato tramite Y/Y, ma la capacità non dovrebbe essere troppo grande.

Un lato dell'avvolgimento è collegato a delta e la corrente di terza armonica ha un percorso. Pertanto, indipendentemente dal fatto che il circuito magnetico sia di tipo a gruppi oa nucleo, gli avvolgimenti trifase possono essere collegati tramite △/Y.

Un lato dell'avvolgimento è collegato a Y e la corrente di terza armonica non può fluire al suo interno, ma il flusso magnetico di terza armonica generato dalla corrente d'onda sinusoidale indurrà la corrente di terza armonica nell'avvolgimento secondario (connessione a triangolo) (vedere la figura sotto). ), può anche garantire che la forma d'onda del flusso magnetico principale sia prossima alla sinusoidale, quindi anche il potenziale di fase indotto è sinusoidale. Si può notare che l'effetto della connessione triangolare sullo stesso lato primario è simile.

Insomma:

Per avvolgimenti trifase collegati 0/Y (o Y/0), può essere utilizzato per trasformatori trifase di struttura di gruppo o trasformatori trifase di struttura di gruppo.

Insomma:

Per garantire che il potenziale di fase sia sinusoidale, è meglio utilizzare una connessione a triangolo su un lato del trasformatore trifase.

5.9 Trasformatori speciali nei sistemi di trascinamento elettrico

5.9.1 Autotrasformatori

(a) Schema schematico della struttura                           (b) Schema elettrico degli avvolgimenti

Caratteristiche: C'è un avvolgimento comune tra gli avvolgimenti del lato primario e secondario, che porta non solo all'accoppiamento magnetico ma anche al collegamento elettrico tra gli avvolgimenti del lato primario e secondario.

Insomma:

La capacità dell'autotrasformatore è composta da due parti:

(1) Potenza elettromagnetica U2nIl2: è la potenza trasmessa al carico attraverso l'accoppiamento elettromagnetico tra l'avvolgimento Aa e l'ascia comune dell'avvolgimento;

(2) Potenza condotta U2nI1N: è la potenza elettrica trasmessa direttamente al carico attraverso il comune avvolgimento ax.

➢Capacità elettromagnetica< capienza stimata

Dimensioni ridotte, basso consumo di ferro e rame, alta efficienza

➢Piccolo rapporto

La corrente della parte comune è inferiore al valore nominale del lato secondario

Il divario non è evidente, l'economia è ridotta

➢È necessario un collegamento elettrico diretto, è necessario rafforzare l'isolamento interno e la protezione da sovratensione.

5.9.2 Trasformatore

Trasformatore di tensione - misurazione dell'alta tensione con misuratore di bassa tensione

Precauzioni:

Un'estremità del lato secondario deve essere collegata a terra; (per garantire la sicurezza ed evitare che l'accumulo di carica statica influisca sulla lettura)

Il lato secondario non deve essere cortocircuitato, altrimenti il ​​trasformatore di tensione verrà bruciato. (Può aumentare la corrente se può essere ridotta)

Trasformatore di corrente 1 - Misura una corrente elevata con un amperometro basso

Precauzioni:

➢ Un'estremità del lato secondario deve essere collegata a terra; (per garantire la sicurezza ed evitare che l'accumulo di carica statica influisca sulla lettura)

➢ Il lato secondario non può essere aperto, altrimenti si verificherà un picco di tensione più elevato sul lato secondario a causa dell'elevato numero di spire sul lato secondario e l'isolamento degli avvolgimenti del trasformatore verrà rotto. (La tensione può essere aumentata se la corrente può essere abbassata)

• Anno stabilito
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• tipo di affari
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• Paese / regione
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• Industria principale
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• Prodotti Principali
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• Persona giuridica aziendale
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• Dipendenti totali
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