Straipsnis, paaiškinantis transformatorių modeliavimą ir charakteristikų analizę

5.1 Pagrindinis transformatoriaus veikimo principas ir struktūra

5.1.1 Pagrindinis transformatoriaus veikimo principas

Transformatorius turi nuolatinės srovės blokavimo efektą

Jei pagrindinis magnetinis srautas kinta pagal sinuso dėsnį, t. y. φ(t)=φₙ, tai kiekvienas fizikinis dėsnis

Efektyvioji kiekio vertė tenkina šį ryšį:

Ignoruojant apvijos varžą ir šerdies nuostolius, pirminė ir antrinė galios išsaugomos taip:

taigi turiu

Transformatoriaus posūkių santykis arba posūkių santykis,

tarkime, yra tariamas pajėgumas.

Taip pat matyti, kad transformatorius vykdo srovės konvertavimą, tuo pačiu metu keisdamas įtampą.

Transformatorius taip pat gali atlikti impedanso transformacijos funkciją.

Antrinės apkrovos varža yra:

Jei pažvelgsite į ZI iš pagrindinės pusės, jo dydis yra:

Vienfazio transformatoriaus konstrukcija

1. Šerdies kolona 2. Geležinė jungtis 3. Aukštos įtampos apvija 4. Žemos įtampos apvija

Trifazio transformatoriaus konstrukcija

Trifazių transformatorių aukštos įtampos apvijų čiaupai

1. Geležinė šerdies kolona 2. Geležinė jungtis

3 - žemos įtampos apvija 4 - aukštos įtampos apvija

1. Duomenų lentelė 2. Termometras 3. Drėgmės sugėriklis 4. Alyvos lygio matuoklis 5. Alyvos talpykla 6. Apsauginis oro kanalas 7. Dujų relė 8. Aukšto slėgio alyvos vamzdis

9 žemo slėgio alyvos vamzdis 10 - čiaupo jungiklis 11 - degalų bako šerdis 12 - alyvos išleidimo vožtuvas 13 - ritė 14 - įžeminimo plokštė 15 - - vežimėlis

5.2 Transformatoriaus vardinės vertės

➢ Nominalioji arba tariamoji talpa Sn;

➢Nominali įtampa Un

Nominali srovė Iv;

➢Nominalus dažnis fn;

➢Nominalus efektyvumas ηn ;

Tiek vardinė įtampa, tiek vardinė srovė nurodo linijos vertę (t. y. linijos įtampą arba linijos srovę).

Tarp vardinių duomenų yra toks ryšys:

Formulėje m reiškia transformatoriaus fazių skaičių;

U1Nφ ir I1Nφ atitinkamai atitinka vardinės įtampos ir vardinės srovės fazių vertes.

Vienfaziams transformatoriams:

Trifaziams transformatoriams:

5.3 Transformatorių veikimo be apkrovos analizė

apibrėžimas:

Transformatoriaus be apkrovos būsena reiškia veikimo būseną, kai pirminė apvija yra prijungta prie kintamosios įtampos, o antrinė apvija yra atvira, t. y. antrinė pusė yra atvira (t. y. srovė lygi nuliui).

5.3.1 Transformatorių elektromagnetinis ryšys veikimo be apkrovos metu

Parašyta fazorine forma taip:

Apibendrinant:

Apvijos indukuoto potencialo dydis yra proporcingas dažniui, apvijos vijų skaičiui ir magnetinio srauto amplitudei; fazėje transformatoriaus apvijos indukuotas potencialas atsilieka nuo pagrindinio magnetinio srauto.

Kai pirminei apvijai taikoma vardinė įtampa, antrinės apvijos atvirosios grandinės įtampa nurodoma kaip antrinės pusės vardinė įtampa, būtent tokiu būdu transformatoriaus transformacijos koeficientą galima gauti taip:

5.3.2 Magnetinės grandinės elektrinių parametrų ekvivalentas

Pagrindinė idėja:

Transformatoriuje esanti magnetinės grandinės problema paverčiama grandinės problema, o tada transformatorius apskaičiuojamas pagal vieningos grandinės teoriją.

Nuotėkio srautui:

Tada X1δ arba L1δ gali būti naudojami magnetinės grandinės nuotėkio atspindėjimui (kaip konstanta, kodėl?).

Pagrindiniam srautui:

Pirma, įvedama ekvivalentinės sinusoidinės srovės sąvoka, o nesinusoidinė tuščiosios eigos srovė pakeičiama ekvivalentine sinusoidine srove.

(a) Fazės diagrama (b) Ekvivalentinė grandinė (c) Ekvivalentinė grandinė

idealiam transformatoriui:

5.3.3 Transformatoriaus tuščiosios būsenos įtampos balanso lygtis, fazorių diagrama ir ekvivalentinė grandinės schema

Apibendrinant:

Pirminės pusės galios koeficientas yra mažesnis, kai transformatorius veikia be apkrovos. Todėl,

Transformatoriai paprastai neleidžia veikti be apkrovos arba esant mažai apkrovai.

5.4 Transformatoriaus apkrovos veikimo analizė

Apkrovus transformatorių, antrinės apvijos srovė nebėra lygi nuliui, todėl šerdies viduje vyksta elektromagnetiniai procesai.

5.4.1 Magnetinio potencialo balanso lygtis, kai transformatorius yra apkrautas

5.4.1 Magnetinio potencialo balanso lygtis, kai transformatorius yra apkrautas

Be apkrovos / be apkrovos

Šią formulę galima suprasti taip: didėjant apkrovos srovei, atitinkamas magnetinis potencialas (arba srovė) pirminėje pusėje turi būti padidintas, kad būtų kompensuotas antrinės pusės magnetinis potencialas ir išlaikytas nepakitęs magnetinis srautas arba magnetinis potencialas be apkrovos. Taigi, yra:

Apibendrinant:

Apkrovus transformatorių, pirminės pusės srovė padidėja. Kuo didesnė apkrova (srovė) reikalinga antrinėje pusėje, tuo didesnė srovė tiekiama pirminėje pusėje. Tai reiškia, kad transformatorių galima laikyti pasiūlos ir paklausos pusiausvyros elementu.

5.4.2 Antrinės nuotėkio magnetinės grandinės ekvivalentiniai elektriniai parametrai po transformatoriaus apkrovos

X₂δ arba Ḯ₂ gali būti naudojami antrinės pusės nuotėkio magnetinės grandinės situacijai atspindėti.

5.4.3 Elektromagnetinis ryšys, kai transformatorius yra apkrautas

5.5 Transformatorių pagrindinės lygtys, ekvivalentinės grandinės ir fazorių diagramos

5.5.1 Pagrindinė transformatoriaus lygtis yra lygiavertė įvairioms ankstesniame skyriuje pateiktoms analizėms ir parametrams, o fazė

Transformatoriaus pagrindinės lygtys kiekybine forma

5.5.2 Ekvivalentinė grandinė transformatoriaus apkrovai valdyti

Pagal ankstesnes pagrindines lygtis galima atlikti įvairią transformatoriaus analizę ir skaičiavimus, tačiau skaičiavimai yra gana sudėtingi. Inžinerijoje jis paprastai paverčiamas ekvivalentine grandine, kad pakeistų tikrąjį transformatorių.

Ekvivalentinės grandinės pirminė ir antrinė pusės yra elektriškai nepriklausomos viena nuo kitos. Siekiant supaprastinti skaičiavimą, apvijų skaičius antrinėje pusėje paprastai padidinamas nuo N iki 1, kad kiekvienas fizikinis dydis antrinėje pusėje atitinkamai pasikeistų. Šis procesas dar vadinamas konversija.

Konversijos principas:

Prieš ir po konversijos elektromagnetinis santykis turėtų išlikti nepakitęs, būtent:

(1) Magnetinis potencialas prieš ir po konversijos turėtų išlikti nepakitęs;

(2) Elektros energija ir nuostoliai prieš ir po konversijos turėtų likti nepakitę.

(1) Įtampos konvertavimas (konvertuoti E ₁ į tą patį, kas E₂)

(2) Srovės konvertavimas (siekiant užtikrinti, kad magnetinis potencialas išliktų nepakitęs)

(3) Impedanso konversija (siekiant užtikrinti, kad energijos perdavimo santykis išliktų nepakitęs, įskaitant aktyviąją ir reaktyviąją galią)

Aktyvioji galia

Reaktyvioji galia

5.5.3 Fazės diagrama, kai transformatorius yra apkrautas Fazės diagrama ne tik rodo transformatoriaus elektromagnetinį ryšį, bet ir intuityviai mato kiekvieno transformatoriaus fizikinio dydžio dydį ir fazės ryšį.

Darant prielaidą, kad grandinės parametrai yra žinomi, o apkrovos dydis ir fazė yra nurodyti, fazių diagramą galima nubraižyti keliais etapais.

Apibendrinant:

Įkrovus transformatorių, sumažėja pirminės pusės galios koeficiento kampas, o galios koeficientas pagerėja.

5.6 Transformatoriaus ekvivalentinės grandinės parametrų bandymas ir matavimas Ekvivalentinė grandinė gali būti naudojama transformatoriaus veikimo charakteristikoms analizuoti. Pirmiausia reikia žinoti ekvivalentinės grandinės parametrus.

Tuščiosios apkrovos bandymas -> transformacijos santykis k, sužadinimo varža

Trumpojo jungimo bandymas → trumpojo jungimo varža

5.7 Transformatorių pastoviosios būsenos veikimo charakteristikų apskaičiavimas

5.7.1 Transformatorių išorinės charakteristikos ir įtampos kitimo greitis

Išorinių charakteristikų apibrėžimas (atspindintis transformatoriaus maitinimo į apkrovą kokybę)

Transformatoriaus antrinės pusės gnybtų įtampos ir antrinės pusės apkrovos srovės santykio kreivė esant vardinei maitinimo įtampai ir tam tikram apkrovos galios koeficientui.

Tipinės transformatorių išorinės charakteristikos esant įvairioms apkrovoms

Įtampos kitimo greičio apibrėžimas:

Esant vardinei maitinimo įtampai ir tam tikram apkrovos galios koeficientui, antrinės pusės gnybtų įtampos pokyčio procentas nuo apkrovos iki vardinės apkrovos yra toks:

∆u

Vidiniai veiksniai: xᶄ, rᶄ → transformatoriaus konstrukciniai parametrai

Išoriniai veiksniai: cosφ2, β-→apkrovos charakteristika, apkrovos dydis

Diskusija: Transformatorius paprastai yra rᶄ: daug mažesnis nei xᶄ, žr. pavyzdį (5-1).

◆Esant grynai varžinei apkrovai, cosφ2=1, sinφ2=0, taigi ∆u yra maža;

◆ Indukcinėms apkrovoms,

cosφ²>0, sinφ²>0, taigi ∆u>0,

tai yra, didėjant apkrovos srovei, įtampa antrinėje pusėje labai sumažėja;

◆Esant talpinei apkrovai, cosφ2>0, sinφ2<0, jei |rᶄ cosφ2|<| xᶄ sinφ2|, tada ∆u<0,

rodo, kad padidėjus apkrovos srovei I2, antrinės pusės įtampa gali būti

gali pakilti.

Talpinės apkrovos taikymas transformatoriaus antrinės gnybto įtampai:

(1) Kompensuoti reaktyviąją galią, pagerinti galios koeficientą ir sumažinti linijos nuostolius

(2) Padidinkite gamyklos elektros tinklo įtampą, kad išspręstumėte didelės gamyklos apkrovos ir elektros tinklo įtampos kritimo problemą

5.7.2 Transformatorių efektyvumo charakteristikos.

Transformatoriaus efektyvumas apibrėžiamas taip:

η įtakos veiksniai

Vidiniai veiksniai: transformatoriaus konstrukciniai parametrai, tokie kaip sužadinimo ir trumpojo jungimo parametrai

Išoriniai veiksniai: cosφ2, β apkrovos pobūdis, apkrovos dydis

Efektyvumo charakteristika apibrėžiama taip:

Esant vardinei įtampai ir tam tikram apkrovos galios koeficientui,

η = f(I2)

(arba η = f(β) ).

Transformatoriaus vardinis efektyvumas paprastai yra didesnis

Dauguma jų viršija 95 %, o dideli transformatoriai gali pasiekti 99 %. Kintamosios srovės variklis turi besisukantįjį elementą, todėl efektyvumas mažesnis.

Išspręskite maksimalų transformatoriaus efektyvumą:

5.8 Trifazių transformatorių specialiosios problemos

Ankstesniuose skyriuose, siekiant ištirti pagrindines transformatoriaus lygtis, ekvivalentines grandines ir našumo skaičiavimo metodus, kurie taip pat taikomi trifaziams transformatoriams, buvo naudojamas vienfazis transformatorius.

Trifaziai transformatoriai taip pat turi savo ypatingų problemų:

➢Prijungimo būdas

➢Magnetinės grandinės struktūra

5.8.1 Trifazio transformatoriaus prijungimo būdas ir prijungimo grupė

(1) Prijungimo būdas

(a) žvaigždės jungimas (b) trikampio jungimas

Reglamentas:

Didžiosios raidės (A, B, C, N) žymi pradinį kvadratą;

mažosios raidės (x, y, z, n) mokėtojo vardu;

(2) Susiejančios grupės

Trifaziuose transformatoriuose grupės paprastai naudojamos fazių skirtumui tarp trifazio transformatoriaus pirminės ir antrinės įtampų pavaizduoti: θ = (EABEab), kuris yra 30° kartotinis, tiksliai tarp valandų laikrodžio rodyklėje. Todėl fazių santykis tarp trifazio transformatoriaus aukštos ir žemos įtampos apvijų laidų potencialų paprastai išreiškiamas „laikrodžio žymėjimu“, tai yra grupės numeriu.

Kaip nustatyti grupę:

Aukštosios pusės linijos potencialą EAB naudokite kaip ilgąją rodyklę, nukreipdami į žemosios pusės linijos potencialą „12“ laikrodžio ciferblate.

Eab yra trumpa adata, o skaičius, į kurį ji nurodo, yra trifazio transformatoriaus prijungimo grupės numeris.

A. Vienfazio transformatoriaus prijungimo grupė

To paties pavadinimo koncepcija:

Kai ta pati geležinė šerdis apvyniojama dviem ritėmis, kad atspindėtų dvi rites ant tos pačios geležinės šerdies

Ričių apvijos krypties santykis paprastai įveda „to paties pavadinimo galo“ sąvoką.

To paties pavadinimo pusėje rašoma:

Dvi to paties šerdies rites jungia tas pats magnetinis srautas. Kai magnetinis srautas yra kintamas, jei vieno ritės galo indukuotas momentinis potencialas yra teigiamas kito tos pačios ritės galo atžvilgiu, tai abu teigiami gnybtai yra... Tai to paties pavadinimo gnybtas, kurį žymi „*“.

(a) Vyniojasi ta pačia kryptimi (b) Vyniojasi priešinga kryptimi

Vienfazių transformatorių atveju aukštosios įtampos apvijos galas pažymėtas A raide, o galas – X; žemosios įtampos apvijos galas pažymėtas A raide, o galas – X.

Reglamentas:

Teigiama potencialo kryptis yra nuo galvos iki uodegos.

Transformatoriuje to paties pavadinimo galas gali būti naudojamas kaip pagrindinis galas arba to paties pavadinimo galas gali būti naudojamas kaip pagrindinis galas. Žemiau pateiktuose a ir b paveiksluose atitinkamai parodytas pirminio ir antrinio potencialų fazinis ryšys šiais dviem atvejais.

(a) Galas su tuo pačiu pavadinimu pažymėtas kaip galvūgalis (b) Galas su tuo pačiu pavadinimu pažymėtas kaip galvūgalis

Jei naudojamas identifikavimo metodas, kai to paties pavadinimo galas žymimas kaip ir pagrindinis galas (žr. a pav.), vienfazių transformatorių grupė yra I, i0; kai I, i6.

B. Trifazio transformatoriaus prijungimo grupė

Per fazinį santykį tarp vienfazio transformatoriaus pirminio ir antrinio potencialų (arba trifazio transformatoriaus pirminio ir antrinio fazių potencialų), galima toliau nustatyti trifazio transformatoriaus pirminio ir antrinio potencialų fazinį santykį, t. y. jungties grupę.

(1) Y/Y jungties trifazis transformatorius

(2) Y/△ jungties trifazis transformatorius

Bendrieji trifazio transformatorių grupės nustatymo žingsniai:

(1) Nubraižykite aukštosios įtampos apvijos potencialų fazorių diagramą;

(2) Sujunkite taškus a ir A ir nubrėžkite žemosios įtampos apvijos ax fazės potencialą pagal fazių santykį tarp aukštos ir žemosios įtampos apvijų tame pačiame šerdies stulpelyje.

(3) Pagal žemosios įtampos apvijos laidų sujungimo būdą nubraižykite kitų dviejų žemosios įtampos apvijos fazių potencialų diagramą;

(4) Nustatykite EB ir E pagal aukštos ir žemos įtampos apvijų potencialų fazorių diagramas. tarp

Gaunamas trifazio transformatoriaus fazinis ryšys ir trifazio transformatoriaus prijungimo grupės numeris.

Y/Y,△/△ lyginė grupė

Y/△,Y/△ nelyginis masyvas

Yra penkios dažniausiai naudojamos standartinės sujungimo grupės:

Y, yn0, Y, d11, YN, d11, YN, y0, Y, y0, pirmieji trys yra dažniausiai naudojami.

5.8.2 Trifazio transformatoriaus magnetinės grandinės struktūra

Trifazių grupinių transformatorių charakteristikos: kiekvienos fazės magnetinės grandinės yra viena nuo kitos nepriklausomos.

Trifazio šerdies transformatoriaus charakteristikos: kiekvienos fazės magnetinės grandinės yra tarpusavyje susijusios.

5.8.3 Teisingas trifazio transformatoriaus apvijų jungimo ir magnetinės grandinės struktūros suderinimas

Sinusinės bangos srautas atitinka didžiausios bangos srovę. Sinusinės bangos srovė atitinka plokščios viršutinės bangos srautą.

apibendrinant:

Siekiant užtikrinti, kad fazės potencialo bangos forma būtų sinusoidinė, kiekvienos fazės pagrindinis magnetinis srautas turėtų kisti pagal sinusoidinį dėsnį. Šiuo metu reikalaujama, kad sužadinimo srovė būtų didžiausios bangos, t. y. grandinės jungtyje turi būti užtikrintas trečiosios harmonikos srovės kelias. (Kodėl?)

Plokščiojo virvelės bangos srautas - (išvestinė) - smailės bangos potencialas, jei smailė yra per didelė, ji gali pažeisti apvijos izoliaciją.

Atsižvelgiant į tai, kad kiekvienos grupinio transformatoriaus fazės magnetinės grandinės yra viena nuo kitos nepriklausomos, jos nėra tarpusavyje susijusios. Pagrindiniame magnetiniame sraute esantis trečiosios harmonikos magnetinis srautas yra toks pat kaip pagrindinės bangos magnetinis srautas ir cirkuliuoja kiekvieno fazinio transformatoriaus pagrindinėje magnetinėje grandinėje, tokiu būdu indukuodamas didesnės amplitudės trečiosios harmonikos potencialą pirminėje ir antrinėje apvijose, todėl fazės potencialo bangos forma yra aštrios viršūnės banga (gauta išvedant plokščios viršūnės bangos magnetinį srautą). Didžiausios bangos fazės potencialo pikas gali pažeisti apvijos izoliaciją.

Atsižvelgiant į tai, kad kiekvienos šerdies transformatoriaus fazės magnetinės grandinės yra tarpusavyje susijusios, trečiosios harmonikos magnetinio srauto fazė trifazės plokščiosios bangos pagrindiniame magnetiniame sraute yra ta pati, ir ji negali cirkuliuoti pagrindinės geležies šerdies magnetinėje grandinėje. Susidaro uždara magnetinė grandinė, todėl trečiosios harmonikos magnetinio srauto sukeltas trečiosios harmonikos potencialas pirminėje ir antrinėje apvijose yra mažas, o fazės potencialo bangos forma vis dar artima sinusinei bangai.

apibendrinant:

(1) Trifazės grupinės struktūros transformatoriaus trifazės apvijos negalima sujungti Y/Y jungtimi;.

(2) Trifazio šerdies transformatoriaus trifazę apviją galima sujungti Y/Y jungtimi, tačiau talpa neturėtų būti per didelė.

Viena apvijos pusė sujungta trikampiu, o trečiosios harmonikos srovė turi kelią. Todėl, nepriklausomai nuo to, ar magnetinė grandinė yra grupinio, ar šerdies tipo, trifazės apvijos gali būti sujungtos △/Y jungtimi.

Viena apvijos pusė yra sujungta Y forma, ir trečiosios harmonikos srovė joje negali tekėti, tačiau sinusinės bangos srovės generuojamas trečiosios harmonikos magnetinis srautas indukuos trečiosios harmonikos srovę antrinėje apvijoje (delta jungtyje) (žr. paveikslėlį žemiau). ), tai taip pat gali užtikrinti, kad pagrindinio magnetinio srauto bangos forma būtų artima sinusoidinei, todėl indukuotas fazės potencialas taip pat yra sinusoidinis. Matyti, kad trikampio jungimo poveikis toje pačioje pirminėje pusėje yra panašus.

apibendrinant:

0/Y (arba Y/0) prijungtoms trifazės apvijoms jis gali būti naudojamas grupinės struktūros trifaziams transformatoriams arba grupinės struktūros trifaziams transformatoriams.

apibendrinant:

Siekiant užtikrinti, kad fazės potencialas būtų sinusoidinis, geriausia naudoti delta jungimą vienoje trifazio transformatoriaus pusėje.

5.9 Specialūs transformatoriai elektros tempimo sistemose

5.9.1 Autotransformatoriai

(a) Konstrukcijos schema (b) Apvijų laidų schema

Savybės: Tarp pirminės ir antrinės apvijų yra bendra apvija, kuri sukuria ne tik magnetinį, bet ir elektrinį ryšį tarp pirminės ir antrinės apvijų.

Apibendrinant:

Autotransformatoriaus talpa susideda iš dviejų dalių:

(1) Elektromagnetinė galia U2nIl2: tai galia, perduodama apkrovai per elektromagnetinę jungtį tarp apvijos Aa ir bendros apvijos ax;

(2) Laidinė galia U2nI1N: tai elektros energija, tiesiogiai perduodama apkrovai per bendrą apvijos ašį.

➢Elektromagnetinė talpa < vardinė talpa

Mažas dydis, mažas geležies ir vario sunaudojimas, didelis efektyvumas

➢Mažas santykis

Bendrosios dalies srovė yra mažesnė nei antrinės pusės vardinė srovė

Skirtumas nėra akivaizdus, ​​ekonomika sumažėjo

➢Yra tiesioginis elektros prijungimas, todėl reikia sustiprinti vidinę izoliaciją ir apsaugą nuo viršįtampių.

5.9.2 Transformatorius

Įtampos transformatorius - aukštos įtampos matavimas žemos įtampos matuokliu

Atsargumo priemonės:

Vienas antrinės pusės galas turi būti įžemintas (siekiant užtikrinti saugumą ir išvengti statinio krūvio kaupimosi, kuris paveiktų rodmenis).

Antrinė pusė neturi būti trumpai sujungta, kitaip įtampos transformatorius perdegs. (Jei įtampą galima sumažinti, srovė gali padidėti.)

Srovės transformatorius 1 - didelės srovės matavimas mažos srovės ampermetru

Atsargumo priemonės:

➢ Vienas antrinės pusės galas turi būti įžemintas (siekiant užtikrinti saugumą ir išvengti statinio krūvio kaupimosi, kuris turėtų įtakos rodmenims).

➢ Antrinės apvijos negalima atidaryti, nes dėl didelio antrinės apvijos apvijų skaičiaus joje susidarys didesnis įtampos šuolis ir bus pažeista transformatoriaus apvijos izoliacija. (Įtampa gali būti padidinta, jei srovės stipris gali būti sumažintas.)