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변압기의 모델링 및 특성분석을 설명하는 논문

소개
변신 로봇
자기 회로를 결합하여 전압, 전류 또는 위상을 변경하는 장치
왜 트랜스포머를 배우는가?
변압기는 고정 AC 모터라고도 합니다.

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5.1 변압기의 기본 작동 원리 및 구조

5.1.1 변압기의 기본 작동 원리

변압기에는 DC 차단 효과가 있습니다.

주자속이 사인법칙에 따라 변하면, 즉 φ(t)=φ.sinot이면 각각의 물리적

수량의 유효 값은 다음 관계를 충족합니다.

권선 저항과 철손을 무시하면 다음과 같이 1차 및 2차 전력이 보존됩니다.

따라서 가지고

변압기의 권선비 또는 권선비,

겉보기 용량을 말합니다.

변압기는 전압 변환을 구현하면서 전류 변환을 구현함을 알 수 있습니다. 또한,

변압기는 또한 임피던스 변환의 기능을 실현할 수 있습니다.

2차측의 부하 임피던스는 다음과 같습니다.

기본 측면에서 ZI를 보면 크기는 다음과 같습니다.

단상 변압기의 구조

1- 코어 컬럼 2- 철 요크 3- - 고전압 권선 4- ~ 저압 권선

삼상 변압기의 구조

3상 변압기의 고전압 권선용 탭

1-철 코어 기둥 2-철 요크

3- 저전압 권선 4- - 고전압 권선

1- 명판 2- 온도계 3- 수분 흡수 장치 4- 오일 레벨 게이지 5- 오일 컨서베이터 6- 안전 공기 통로 7- 가스 릴레이 8- 고압 오일 파이프

9 저압 오일 파이프 10 - 탭 스위치 11 - 연료 탱크 코어 12 - 오일 배출 밸브 13 - 코일 14 - 접지판 15 - - 트롤리

5.2 변압기 정격

➢ 정격 용량 또는 겉보기 용량 Sn;

➢정격 전압 Un

정격 전류 Iv;

➢정격 주파수 fn;

➢정격 효율 ηn ;

정격 전압과 정격 전류는 모두 라인 값(즉, 라인 전압 또는 라인 전류)을 나타냅니다.

평가된 데이터 사이에는 다음과 같은 관계가 있습니다.

공식에서 m은 변압기의 위상 수를 나타냅니다.

U1Nφ 및 I1Nφ는 각각 정격 전압 및 정격 전류의 위상 값을 나타냅니다.

단상 변압기의 경우:

3상 변압기의 경우:

5.3 변압기의 무부하 동작 해석

정의:

변압기의 무부하란 1차 권선에 교류 전압이 인가되고 2차 권선이 개방된, 즉 2차측이 개방된(즉, 전류가 0인) 동작 상태를 의미한다.

5.3.1 무부하 작동 중 변압기의 전자기 관계

다음과 같이 페이저 형식으로 작성됩니다.

결론적으로:

권선에서 유도된 전위의 크기는 주파수, 권선 회전 수 및 자속의 진폭에 비례합니다. 위상에서 변압기 권선의 유도 전위는 주 자속보다 뒤쳐집니다.

정격 전압이 1차 권선에 적용될 때, 2차 권선의 개방 회로 전압은 2차 측의 정격 전압으로 지정됩니다. 즉, 이러한 방식으로 변압기의 변압비는 다음과 같이 얻을 수 있습니다.

5.3.2 자기회로의 전기적 매개변수의 등가

기본 아이디어:

변압기에 포함된 자기회로 문제는 회로 문제로 변환된 다음 통합 회로 이론에 따라 변압기가 계산됩니다.

누설 플럭스의 경우:

그런 다음 X1δ 또는 L1δ는 누설 자기 회로를 반영하는 데 사용할 수 있습니다. (상수로서, 왜?)

주요 플럭스의 경우:

먼저 등가 사인파 전류의 개념이 도입되고 비정현파 무부하 전류가 등가 사인파 전류로 대체됩니다.

(ㅏ) 페이저 다이어그램 (b) 등가회로 (c) 등가 회로

이상적인 변압기의 경우:

5.3.3 변압기의 무부하 전압 평형 방정식, 페이저 다이어그램 및 등가 회로도

결론적으로:

변압기가 무부하 상태에서 작동할 때 1차측의 역률이 더 낮습니다. 그러므로,

변압기는 일반적으로 무부하 또는 경부하 작동을 허용하지 않습니다.

5.4 변압기의 부하 동작 분석

변압기가 로드된 후 2차측의 전류는 더 이상 0이 아니므로 코어 내부의 전자기 프로세스가 변경됩니다.

5.4.1 변압기에 부하가 걸렸을 때의 자기 전위 균형 방정식

무부하/부하

위의 공식은 다음과 같이 이해할 수 있습니다. 부하 전류가 증가함에 따라 해당 자성 전위(또는 전류)는 1차측에서 증가하여 2차측 자성 전위를 상쇄해야 합니다. -짐. 그래서 다음이 있습니다:

결론적으로:

변압기가 부하되면 1차측 전류가 증가합니다. 2차측에 요구되는 부하(전류)가 클수록 1차측에 공급되는 전류도 커집니다. 즉, 변압기는 수요와 공급의 균형이라고 볼 수 있습니다.

5.4.2 변압기가 부하된 후 2차 누설 자기 회로의 등가 전기 매개변수

X₂δ 또는 Ḯ₂는 2차측 누설 자기회로의 상황을 반영하여 사용할 수 있습니다.

5.4.3 변압기 부하 시 전자기 관계

5.5 변압기의 기본 방정식, 등가 회로 및 페이저 다이어그램

5.5.1 변압기의 기본 방정식은 이전 섹션의 다양한 분석 및 매개변수와 동일하며 위상

정량적 형태의 변압기 기본 방정식

5.5.2 변압기 부하 동작을 위한 등가 회로

위의 기본 방정식에 따르면 변압기에 대한 다양한 해석 및 계산이 가능하지만 계산이 상대적으로 번거롭다. 공학에서는 일반적으로 실제 변압기를 대체하기 위해 등가 회로로 변환됩니다.

등가 회로의 1차측과 2차측은 전기적으로 서로 독립적입니다. 계산을 단순화하기 위해 2차측의 권선 횟수는 일반적으로 N에서 1로 증가하므로 2차측의 각 물리량이 그에 따라 변경됩니다. 이 프로세스를 변환이라고도 합니다.

변환 원리:

변환 전후에 전자기 관계는 변경되지 않은 상태로 유지되어야 합니다. 즉:

(1) 변환 전후의 자기 전위는 변하지 않아야 한다.

(2) 변환 전후의 전력 및 손실은 변하지 않아야 한다.

(1) 전압 변환(E ₁변환은 E₂와 동일)

(2) 전류 변환(자기 전위가 변하지 않도록 하기 위해)

(삼) 임피던스 변환(유효 및 무효 전력을 포함하여 에너지 전달 관계가 변경되지 않은 상태로 유지되도록)

유효 전력

반응성

5.5.3 변압기 부하 시 페이저 다이어그램 페이저 다이어그램은 변압기의 전자기 관계를 보여줄 뿐만 아니라 변압기의 각 물리량의 크기와 위상 관계를 직관적으로 볼 수 있습니다.

회로 매개변수가 알려져 있고 부하의 크기와 위상이 주어진다고 가정하면 페이저 다이어그램은 여러 단계에 따라 그릴 수 있습니다.

결론적으로:

변압기가 부하 된 후 1 차측의 역률 각도가 감소하고 역률이 향상됩니다.

5.6 변압기 등가 회로 매개변수의 테스트 및 측정 등가 회로를 사용하여 변압기의 작동 성능을 분석할 수 있습니다. 먼저 등가 회로의 매개변수를 알아야 합니다.

무부하 테스트 -> 변환비 k, 여기 임피던스

단락 테스트 → 단락 임피던스

5.7 변압기의 정상 상태 동작 특성 계산

5.7.1 변압기의 외부 특성 및 전압 변화율

외부 특성 정의(트랜스의 부하에 대한 전원 품질 반영)

정격 전원 전압과 일정한 부하 역률 조건에서 변압기 2차측 단자 전압과 2차측 부하 전류 사이의 관계 곡선.

다양한 부하에서 변압기의 일반적인 외부 특성

전압 변화율의 정의:

정격 전원 전압 및 특정 부하 역률 조건에서 2차측 단자 전압의 백분율은 무부하에서 정격 부하로 변경됩니다. 즉,

∆u

내부 요인: xᶄ, rᶄ → 변압기의 구조적 매개변수

외부 요인: cosφ2, β-→부하별, 부하 크기

토론: 변환기는 일반적으로 rᶄ: xᶄ보다 훨씬 작습니다. 예(5-1) 참조

◆순수 저항 부하의 경우 cosφ2=1, sinφ2=0이므로 ∆u는 작습니다.

◆유도 부하의 경우,

코스φ2>0, sinφ2>0, 그래서 ∆u>0,

즉, 부하 전류가 증가함에 따라 2차측의 전압이 크게 감소합니다.

◆용량성 부하의 경우 cosφ2>0, sinφ2<0이면 |rᶄ 코스φ2|<| 쯧쯧 sinφ2|,그럼 ∆u<0,

부하 전류 I2가 증가함에 따라 2차측의 전압은 다음과 같이 될 수 있음을 나타냅니다.

상승할 수 있습니다.

변압기의 2차 단자 전압에 용량성 부하 적용:

(1) 무효 전력 보상, 역률 개선 및 선로 손실 감소

(2) 공장의 전력망 전압을 높여 공장 부하가 크고 전력망 전압 강하 문제를 해결합니다.

5.7.2 변압기의 효율 특성.

변압기의 효율은 다음과 같이 정의됩니다.

η의 영향 요인

내부 요인: 여기 및 단락 매개변수와 같은 변압기 구조적 매개변수

외부 요인: cosφ2, β 하중 특성, 하중 크기

효율성 특성은 다음과 같이 정의됩니다.

정격 전압 및 특정 부하 역률 조건에서,

η= f(I2)

(orη = f(β) ).

변압기의 정격 효율은 일반적으로 더 높습니다

대부분은 95% 이상이며 대형 변압기는 99%에 도달할 수 있습니다. AC 모터에는 회전 부분이 있으므로 효율이 낮습니다.

변압기의 최대 효율을 구하십시오.

5.8 3상 변압기의 특수 문제

이전 장에서는 단상 변압기를 예로 들어 삼상 변압기에도 적용 가능한 변압기의 기본 방정식, 등가 회로 및 성능 계산 방법을 연구했습니다.

3상 변압기에는 다음과 같은 특별한 문제도 있습니다.

➢연결 방법

➢자기 회로 구조

5.8.1 3상 변압기의 결선방법 및 결선군

(1) 연결 방법

(ㅏ) 스타 연결 (b) 델타 연결

규제:

대문자(A, B, C, N)는 원래 사각형을 나타냅니다.

지불 당사자를 대신하는 소문자(x, y, z,n)

(2) 연결 그룹

3상 변압기에서 그룹은 일반적으로 3상 변압기의 1차 전압과 2차 전압 사이의 위상차를 나타내는 데 사용됩니다. 따라서 삼상 변압기의 고전압 권선과 저압 권선 전위 사이의 위상 관계는 일반적으로 "시계 표기법", 즉 그룹 번호로 표현됩니다.

그룹을 결정하는 방법:

높은 쪽 라인 전위 EAB를 시계판의 "12" 아래쪽 라인 전위를 가리키는 장침으로 사용합니다.

Eab는 짧은 바늘이며 가리키는 숫자는 3상 변압기의 연결 그룹 번호입니다.

가. 단상변압기의 접속군

같은 이름의 개념:

같은 철심에 두 개의 코일을 감았을 때 두 개의 코일을 같은 철심에 반사시키기 위해

코일 간의 권선 방향 관계는 일반적으로 "동일한 이름 끝"의 개념을 도입합니다.

같은 이름 쪽은 다음과 같이 말합니다.

동일한 코어에 있는 두 개의 코일은 동일한 자속으로 연결됩니다. 자속이 교번할 때 코일의 한쪽 끝에서 유도되는 순시전위가 같은 코일의 다른 쪽 끝과 비교하여 양의 값이면 양의 양인 두 단자는 다음과 같이 표시되는 동명 단자이다. *",

(ㅏ) 같은 방향으로 감기 (b) 반대 방향으로 감기

단상 변압기의 경우 고전압 권선의 헤드 엔드는 A로 표시되고 테일 엔드는 X로 표시됩니다. 저전압 권선의 헤드 엔드는 표시되고 테일 엔드는 X로 표시됩니다.

규제:

전위의 양의 방향은 머리 끝에서 꼬리 끝으로입니다.

트랜스포머에서 같은 이름의 끝을 헤드 끝으로 사용하거나 같은 이름의 끝을 머리 끝으로 사용할 수 있습니다. 아래 그림과 b는 각각 이 두 경우의 1차 전위와 2차 전위 사이의 위상 관계를 보여줍니다.

(ㅏ) 같은 이름의 끝은 헤드 끝으로 표시됩니다. (b) 같은 이름의 끝은 헤드엔드로 표시

같은 이름의 끝을 헤드 끝으로 표시하는 식별 방법을 채택하는 경우(그림 a 참조), 단상 변압기 그룹은 I, i0입니다. 나에게, i6.

B. 삼상 변압기의 연결 그룹

단상 변압기의 1차 및 2차 전위 사이의 위상 관계(또는 3상 변압기의 1차 및 2차 위상 전위)를 통해 3상 변압기의 1차 및 2차 전위 사이의 위상 관계는 더욱 즉, 연결 그룹이 결정됩니다.

(1) Y/Y 연결 3상 변압기

(2) Y/△ 결선 삼상 변압기

3상 변압기 그룹을 결정하는 일반적인 단계:

(1) 고전압 측 권선의 전위 페이저 다이어그램을 그립니다.

(2) 점 a와 점 A를 일치시키고 동일한 코어 열에 있는 고압 권선과 저압 권선의 위상 관계에 따라 저압 권선 도끼의 위상 전위를 그립니다.

(3) 저전압 권선의 배선 방법에 따라 저전압 권선의 다른 두 위상의 전위 페이저 다이어그램을 그립니다.

(4) 고전압 및 저전압 권선의 전위 페이저 다이어그램에서 EB와 E를 결정합니다. ~ 사이

3상 변압기의 위상 관계를 구하고 3상 변압기의 연결 그룹 번호를 구합니다.

Y/Y,△/△ 짝수 그룹

Y/△,Y/△ 홀수 배열

일반적으로 사용되는 5가지 표준 조인 그룹이 있습니다.

Y, yn0, Y, d11, YN, d11, YN, y0, Y, y0, 처음 세 가지가 가장 일반적으로 사용됩니다.

5.8.2 3상 변압기의 자기회로 구조

3상 그룹 변압기의 특성: 각 상의 자기 회로는 서로 독립적입니다.

3상 코어 변압기의 특성: 각 상의 자기 회로는 서로 관련되어 있습니다.

5.8.3 3상 변압기의 권선 연결 및 자기 회로 구조의 올바른 일치

사인파 플럭스는 피크 파동 전류에 해당합니다. 사인파 전류는 플랫 탑 웨이브 플럭스에 해당합니다.

결론적으로:

위상 전위 파형이 정현파임을 확인하려면 각 상의 주요 자속이 정현파 법칙에 따라 변경되어야 합니다. 이때 여자전류는 첨두파, 즉 3차 고조파전류의 경로는 회로연결에서 확보되어야 한다. (왜? )

평상파의 플럭스 - (파생) - 피크파의 전위, 피크가 너무 크면 권선의 절연을 파괴할 수 있습니다.

그룹 트랜스포머의 각 상의 자기 회로는 서로 독립적인 것을 고려하면 서로 관련이 없습니다. 주 자속에 포함된 3차 고조파 자속은 기본파 자속과 같으며 각 상변압기의 주자기회로를 순환하여 1차 권선과 2차 권선에 더 높은 진폭의 3차 고조파 전위를 유도하여 결과적으로 위상 전위 파형은 톱이 뾰족한 파(톱이 평평한 파 자속의 유도에 의해 구함)입니다. 피크 파형 위상 전위의 피크는 권선 절연을 파괴할 수 있습니다.

코어트랜스의 각 상의 자기회로가 서로 연관되어 있음을 고려하면, 3상 평상파의 주자속에서 3차 고조파 자속의 위상은 동일하며, 내부 순환이 불가능하다. 주요 철심의 자기 회로. 폐쇄 자기 회로가 형성되어 1차 및 2차 권선의 3차 고조파 자속에 의해 유도된 3차 고조파 전위가 작아지고 위상 전위 파형은 여전히 사인파에 가깝습니다.

결론적으로:

(1) 3상 그룹 구조 변압기의 3상 권선은 Y/Y로 연결할 수 없습니다. .

(2) 삼상 코어 구조의 변압기의 삼상 권선은 Y/Y로 연결할 수 있지만 용량이 너무 커서는 안됩니다.

권선의 한쪽은 델타로 연결되고 3차 고조파 전류에는 경로가 있습니다. 따라서 자기회로가 그룹형이든 코어형이든 상관없이 △/Y로 3상 권선을 연결할 수 있다.

권선의 한쪽은 Y결선으로 되어 있어 3차 고조파 전류가 흐르지 못하지만 사인파 전류에 의해 발생하는 3차 고조파 자속이 2차 권선에 3차 고조파 전류를 유도(델타 결선)(그림 참조) 아래에). ), 또한 주요 자속 파형이 사인파에 가깝도록 보장할 수 있으므로 유도 위상 전위도 사인파입니다. 동일한 1차측에서 삼각형 연결의 효과는 유사함을 알 수 있습니다.

결론적으로:

0/Y(또는 Y/0)로 연결된 3상 권선의 경우 그룹 구조의 3상 변압기 또는 그룹 구조의 3상 변압기에 사용할 수 있습니다.

결론적으로:

위상 전위가 사인파인지 확인하려면 3상 변압기의 한쪽에 델타 연결을 사용하는 것이 가장 좋습니다.

5.9 전기 드래그 시스템의 특수 변압기

5.9.1 자동 변압기

(a) 구조의 개략도 (b) 권선 배선도

특징: 1차측 권선과 2차측 권선 사이에 공통 권선이 있어 자기 커플링 뿐만 아니라 1차측 권선과 2차측 권선 사이에 전기적 연결이 이루어집니다.

결론적으로:

자동 변압기의 용량은 두 부분으로 구성됩니다.

(1) 전자기 전력 U2nIl2: 권선 Aa와 공통 권선 도끼 사이의 전자기 결합을 통해 부하에 전달되는 전력입니다.

(2) 전도 전력 U2nI1N: 공통 권선 도끼를 통해 부하에 직접 전달되는 전력입니다.