Um artigo para explicar a modelagem e análise de características de transformadores

5.1 O princípio básico de funcionamento e estrutura do transformador

5.1.1 O princípio básico de funcionamento do transformador

Transformador tem efeito de bloqueio DC

Se o fluxo magnético principal muda de acordo com a lei do seno, ou seja, φ(t)=φ.sinot, então cada

O valor efetivo da quantidade satisfaz a seguinte relação:

Ignorando a resistência do enrolamento e a perda do núcleo, as potências primária e secundária são conservadas, como segue:

assim tem

A relação de voltas ou relação de voltas do transformador,

dizer é a capacidade aparente.

Pode-se ver que o transformador realiza a conversão de corrente enquanto realiza a transformação de tensão. também,

O transformador também pode realizar a função de transformação de impedância.

A impedância de carga no lado secundário é:

Se você olhar para o ZI do lado primário, seu tamanho é:

A estrutura de um transformador monofásico

1- Coluna do núcleo 2- Garfo de ferro 3- - Enrolamento de alta tensão 4- ~ Enrolamento de baixa tensão

A estrutura de um transformador trifásico

Torneiras para enrolamentos de alta tensão de transformadores trifásicos

1-Coluna de núcleo de ferro 2-Jugo de ferro

3- enrolamento de baixa tensão 4- - enrolamento de alta tensão

1- Placa de identificação 2- Termômetro 3- Absorvedor de umidade 4- Medidor de nível de óleo 5- Conservador de óleo 6- Passagem de ar de segurança 7- Relé de gás 8- Tubulação de óleo de alta pressão

9 tubo de óleo de baixa pressão 10 - interruptor da torneira 11 - núcleo do tanque de combustível 12 - válvula de drenagem de óleo 13 - bobina 14 - placa de aterramento 15 - - carrinho

5.2 Classificações do transformador

➢ Capacidade nominal ou capacidade aparente Sn;

➢Tensão nominal Un

Corrente nominal Iv;

➢Frequência nominal fn;

➢Eficiência nominal ηn;

Tanto a tensão nominal quanto a corrente nominal referem-se ao valor da linha (ou seja, tensão da linha ou corrente da linha)

Existe a seguinte relação entre os dados classificados:

Na fórmula, m representa o número de fases do transformador;

U1Nφ e I1Nφ representam os valores de fase da tensão nominal e corrente nominal, respectivamente.

Para transformadores monofásicos:

Para transformadores trifásicos:

5.3 Análise de operação sem carga de transformadores

definição:

A ausência de carga do transformador refere-se ao estado de operação em que o enrolamento primário é aplicado com tensão CA e o enrolamento secundário está aberto, ou seja, o lado secundário está aberto (ou seja, a corrente é zero).

5.3.1 Relação eletromagnética dos transformadores durante a operação sem carga

Escrito em forma fasorial como:

Para concluir:

A magnitude do potencial induzido no enrolamento é proporcional à frequência, ao número de espiras do enrolamento e à amplitude do fluxo magnético; em fase, o potencial induzido no enrolamento do transformador fica atrás do fluxo magnético principal.

Quando a tensão nominal é aplicada ao enrolamento primário, a tensão de circuito aberto do enrolamento secundário é especificada como a tensão nominal do lado secundário, ou seja, desta forma, a relação de transformação do transformador pode ser obtida como:

5.3.2 Equivalente dos parâmetros elétricos do circuito magnético

A ideia básica:

O problema do circuito magnético envolvido no transformador é convertido em um problema de circuito, e então o transformador é calculado de acordo com a teoria do circuito unificado.

Para fluxo de vazamento:

Então X1δ ou L1δ, pode ser usado para refletir o circuito magnético de fuga. (como uma constante, por quê?)

Para fluxo principal:

Primeiro, o conceito de corrente de onda senoidal equivalente é introduzido, e a corrente sem carga não senoidal é substituída por corrente de onda senoidal equivalente.

(uma) Diagrama fasorial              (b) Circuito equivalente           (c) Circuito equivalente

para um transformador ideal:

5.3.3 A equação de equilíbrio de tensão sem carga, diagrama fasorial e diagrama de circuito equivalente do transformador

Para concluir:

O fator de potência do lado primário é menor quando o transformador está funcionando sem carga. Portanto,

Os transformadores geralmente não permitem operação sem carga ou com carga leve.

5.4 Análise da operação de carga do transformador

Depois que o transformador é carregado, a corrente no lado secundário não é mais zero, resultando em mudanças no processo eletromagnético dentro do núcleo.

5.4.1 A equação de equilíbrio do potencial magnético quando o transformador está sob carga

5.4.1 A equação de equilíbrio do potencial magnético quando o transformador está sob carga

Sem carga/carga

A fórmula acima pode ser entendida como: À medida que a corrente de carga aumenta, o potencial magnético correspondente (ou corrente) deve ser aumentado no lado primário para compensar o potencial magnético do lado secundário, de modo a manter o fluxo magnético ou potencial magnético inalterado em nenhum -carregar. Então existem:

Para concluir:

Depois que o transformador é carregado, a corrente do lado primário aumenta. Quanto maior a carga (corrente) necessária no lado secundário, maior a corrente fornecida no lado primário. Ou seja, o transformador pode ser considerado como um equilíbrio entre oferta e demanda.

5.4.2 Parâmetros elétricos equivalentes do circuito magnético de vazamento secundário após o transformador ser carregado

X₂δ ou Ḯ₂ podem ser usados ​​para refletir a situação do circuito magnético de fuga do lado secundário.

5.4.3 Relação eletromagnética quando o transformador está sob carga

5.5 Equações básicas, circuitos equivalentes e diagramas fasoriais de transformadores

5.5.1 A equação básica do transformador é equivalente às diversas análises e parâmetros da seção anterior, e a fase

Equações Básicas do Transformador na Forma Quantitativa

5.5.2 Circuito equivalente para operação de carga do transformador

De acordo com as equações básicas anteriores, várias análises e cálculos do transformador podem ser realizados, mas os cálculos são relativamente complicados. Na engenharia, geralmente é convertido em um circuito equivalente para substituir o transformador real.

Os lados primário e secundário do circuito equivalente são eletricamente independentes um do outro. Para simplificar o cálculo, o número de voltas do enrolamento no lado secundário geralmente é aumentado de N para 1, de modo que cada quantidade física no lado secundário mude de acordo. Esse processo também é chamado de conversão.

O princípio da conversão:

Antes e depois da conversão, a relação eletromagnética deve ser mantida inalterada, a saber:

(1) O potencial magnético antes e depois da conversão deve permanecer inalterado;

(2) A energia elétrica e as perdas antes e depois da conversão devem permanecer inalteradas.

(1) Conversão de tensão (converter E ₁ o mesmo que E₂)

(2) Conversão de corrente (para garantir que o potencial magnético permaneça inalterado)

(3) Conversão de impedância (para garantir que a relação de transferência de energia permaneça inalterada, incluindo potência ativa e reativa)

Poder ativo    

Potência Reativa

5.5.3 O diagrama fasorial quando o transformador está sob carga O diagrama fasorial não só mostra a relação eletromagnética do transformador, mas também pode ver intuitivamente a relação de magnitude e fase de cada grandeza física no transformador.

Assumindo que os parâmetros do circuito são conhecidos e o tamanho e a fase da carga são dados, o diagrama fasorial pode ser desenhado de acordo com várias etapas.

Para concluir:

Depois que o transformador é carregado, o ângulo do fator de potência do lado primário é reduzido e o fator de potência é melhorado.

5.6 Teste e medição dos parâmetros do circuito equivalente do transformador O circuito equivalente pode ser usado para analisar o desempenho operacional do transformador. Primeiro, os parâmetros no circuito equivalente devem ser conhecidos.

teste sem carga -> razão de transformação k, impedância de excitação

Teste de curto-circuito → impedância de curto-circuito

5.7 Cálculo das características de operação em regime permanente de transformadores

5.7.1 Características externas e taxa de mudança de tensão dos transformadores

Definição de características externas (refletindo a qualidade do fornecimento de energia do transformador à carga)

A curva de relação entre a tensão terminal do lado secundário do transformador e a corrente de carga do lado secundário sob as condições de tensão nominal de alimentação e um determinado fator de potência de carga.

Características externas típicas de transformadores sob várias cargas

Definição de Taxa de Mudança de Tensão:

Sob a condição de tensão nominal da fonte de alimentação e determinado fator de potência de carga, a porcentagem da tensão do terminal do lado secundário muda de sem carga para carga nominal, a saber:

∆u

Fatores internos: xᶄ, rᶄ → parâmetros estruturais do transformador

Fatores externos: cosφ2, β-→específico da carga, tamanho da carga

Discussão: O transformador é geralmente rᶄ: muito menor que xᶄ consulte o Exemplo (5-1)

◆Para carga resistiva pura, cosφ2=1, sinφ2=0, então ∆u é pequeno;

◆Para cargas indutivas,

 cosφ2>0, sinφ2>0, então ∆u>0,

ou seja, com o aumento da corrente de carga, a tensão no lado secundário diminui bastante;

◆Para carga capacitiva, cosφ2>0, senφ2<0, se |rᶄ cosφ2|<| xᶄ senφ2|,Então ∆u<0,

indicando que com o aumento da corrente de carga I2, a tensão no lado secundário pode ser

pode subir.

A aplicação de carga capacitiva na tensão do terminal secundário do transformador:

(1) Compensar a potência reativa, melhorar o fator de potência e reduzir a perda de linha

(2) Aumente a tensão da rede elétrica da fábrica para resolver o problema de carga pesada da fábrica e queda de tensão da rede elétrica

5.7.2 Características de eficiência dos transformadores.

A eficiência de um transformador é definida como:

Fatores influenciadores de η

Fatores internos: parâmetros estruturais do transformador, como parâmetros de excitação e curto-circuito

Fatores externos: cosφ2, β natureza da carga, tamanho da carga

A característica de eficiência é definida como:

Sob a condição de tensão nominal e um certo fator de potência de carga,

η= f(I2)

(ou η = f(β) ).

A eficiência nominal do transformador é geralmente maior

A maioria deles está acima de 95%, e grandes transformadores podem chegar a 99%. O motor AC tem uma parte rotativa, a eficiência mais baixa.

Resolva a eficiência máxima do transformador:

5.8 Problemas Especiais de Transformadores Trifásicos

Os capítulos anteriores tomaram como exemplo um transformador monofásico para estudar as equações básicas, circuitos equivalentes e métodos de cálculo de desempenho do transformador, que também são aplicáveis ​​a transformadores trifásicos.

Os transformadores trifásicos também têm seus próprios problemas especiais:

➢Método de conexão

➢Estrutura do circuito magnético

5.8.1 Método de conexão e grupo de conexão do transformador trifásico

(1) Método de conexão

(uma) conexão estrela                           (b) conexão delta

Regulamento:

Letras maiúsculas (A, B, C, N) representam o quadrado original;

letras minúsculas (x, y, z,n) em nome do pagador;

(2) Grupos de ligação

Em transformadores trifásicos, geralmente são usados ​​grupos para representar a diferença de fase entre as tensões primária e secundária do transformador trifásico: θ=(EABEab), que é um múltiplo de 30°, exatamente entre as horas no mostrador do relógio Portanto, a relação de fase entre os potenciais do fio do enrolamento de alta e baixa tensão do transformador trifásico é geralmente expressa por "notação de relógio", ou seja, o número do grupo.

Como determinar o grupo:

Use o potencial de linha do lado alto EAB como um ponteiro longo, apontando para o potencial de linha do lado baixo "12" no mostrador do relógio.

Eab é uma agulha curta e o número para o qual aponta é o número do grupo de conexão do transformador trifásico.

A. Grupo de conexão do transformador monofásico

O conceito de mesmo nome:

Quando o mesmo núcleo de ferro é enrolado com duas bobinas, para refletir as duas bobinas no mesmo núcleo de ferro

A relação de direção de enrolamento entre as bobinas geralmente introduz o conceito de "fim de mesmo nome".

O lado do mesmo nome diz:

Duas bobinas no mesmo núcleo estão ligadas pelo mesmo fluxo magnético. Quando o fluxo magnético é alternado, se o potencial instantâneo induzido por uma extremidade de uma bobina é positivo em relação à outra extremidade da mesma bobina, os dois terminais que são ambos positivos são terminais de mesmo nome, que é representado por " *",

       (uma) Enrolando na mesma direção                          (b) Enrolamento na direção oposta

Para transformadores monofásicos, a extremidade principal do enrolamento de alta tensão é marcada com A e a extremidade traseira é marcada com X; a extremidade da cabeça do enrolamento de baixa tensão está marcada com um e a extremidade traseira está marcada com X.

Regulamento:

A direção positiva do potencial é da extremidade da cabeça para a extremidade da cauda.

No transformador, a extremidade com o mesmo nome pode ser usada como cabeçote, ou a extremidade com o mesmo nome pode ser usada como cabeçote. As Figuras aeb abaixo mostram a relação de fase entre os potenciais primário e secundário nesses dois casos, respectivamente.

(uma) A extremidade com o mesmo nome é marcada como a extremidade principal                (b) A extremidade com o mesmo nome é marcada como a extremidade da cabeça

Se for adotado o método de identificação em que a extremidade com o mesmo nome é marcada como cabeceira (ver Figura a), o grupo de transformadores monofásicos é I, i0; para I, i6.

B. Grupo de conexão do transformador trifásico

Através da relação de fase entre os potenciais primário e secundário do transformador monofásico (ou os potenciais de fase primário e secundário do transformador trifásico), a relação de fase entre os potenciais primário e secundário do transformador trifásico pode ser ainda mais determinado, ou seja, o grupo de conexão.

(1) Transformador trifásico de conexão Y/Y

(2) Transformador trifásico de conexão Y/△

Etapas gerais para determinar o grupo de transformadores trifásicos:

(1) Desenhe o diagrama fasorial de potencial do enrolamento lateral de alta tensão;

(2) Coincida o ponto a e o ponto A, e desenhe o potencial de fase do eixo do enrolamento de baixa tensão de acordo com a relação de fase entre os enrolamentos de alta e baixa tensão na mesma coluna do núcleo.

(3) De acordo com o método de fiação do enrolamento de baixa tensão, desenhe o diagrama fasorial de potencial das outras duas fases do enrolamento de baixa tensão;

(4) Determine EB e E a partir dos diagramas de fasores de potencial dos enrolamentos de alta e baixa tensão. entre

A relação de fase do transformador trifásico é obtida e o número do grupo de conexão do transformador trifásico é obtido.

Y/Y,△/△ um grupo par

Y/△,Y/△ uma matriz ímpar

Existem cinco grupos de junção padrão comumente usados:

Y, yn0, Y, d11, YN, d11, YN, y0, Y, y0, os três primeiros são os mais usados.

5.8.2 Estrutura do circuito magnético do transformador trifásico

As características dos transformadores de grupo trifásicos: os circuitos magnéticos de cada fase são independentes uns dos outros.

As características do transformador de núcleo trifásico: os circuitos magnéticos de cada fase estão relacionados entre si.

5.8.3 Correspondência correta da conexão do enrolamento e estrutura do circuito magnético do transformador trifásico

O fluxo de onda senoidal corresponde à corrente de onda de pico A corrente de onda senoidal corresponde ao fluxo de onda de topo plano

para concluir:

Para garantir que a forma de onda do potencial de fase seja senoidal, o fluxo magnético principal de cada fase deve mudar de acordo com a lei senoidal. Neste momento, é necessário que a corrente de excitação seja uma onda de pico, ou seja, o caminho da corrente do terceiro harmônico deve ser assegurado na conexão do circuito. (Por quê? )

Fluxo de onda de topo plano - (derivação) - o potencial da onda de pico, se o pico for muito grande, pode quebrar o isolamento do enrolamento.

Considerando que os circuitos magnéticos de cada fase do grupo transformador são independentes entre si, eles não estão relacionados entre si. O fluxo magnético de terceiro harmônico contido no fluxo magnético principal é o mesmo que o fluxo magnético de onda fundamental, e circula no circuito magnético principal de cada transformador de fase, induzindo assim um potencial de terceiro harmônico de maior amplitude nos enrolamentos primário e secundário, resultando em A forma de onda do potencial de fase é uma onda de topo pontiagudo (obtida pela derivação do fluxo magnético de onda de topo plano). O pico do potencial de fase de onda de pico pode quebrar o isolamento do enrolamento.

Considerando que os circuitos magnéticos de cada fase do transformador de núcleo estão relacionados entre si, a fase do fluxo magnético do terceiro harmônico no fluxo magnético principal da onda plana trifásica é a mesma, sendo impossível circular em o circuito magnético do núcleo principal de ferro. Um circuito magnético fechado é formado, fazendo com que o potencial do terceiro harmônico induzido pelo fluxo magnético do terceiro harmônico nos enrolamentos primário e secundário seja pequeno, e a forma de onda do potencial de fase ainda esteja próxima de uma onda senoidal.

para concluir:

(1) O enrolamento trifásico do transformador de estrutura de grupo trifásico não pode ser conectado por Y/Y; .

(2) O enrolamento trifásico do transformador com estrutura de núcleo trifásico pode ser conectado por Y/Y, mas a capacidade não deve ser muito grande.

Um lado do enrolamento está conectado em delta e a corrente do terceiro harmônico tem um caminho. Portanto, não importa se o circuito magnético é do tipo grupo ou estrutura do tipo núcleo, os enrolamentos trifásicos podem ser conectados por △/Y.

Um lado do enrolamento é conectado em Y, e a corrente do terceiro harmônico não pode fluir nele, mas o fluxo magnético do terceiro harmônico gerado pela corrente da onda senoidal induzirá a corrente do terceiro harmônico no enrolamento secundário (conexão delta) (veja a figura abaixo de). ), também pode garantir que a forma de onda do fluxo magnético principal seja próxima à senoidal, de modo que o potencial de fase induzido também seja senoidal. Pode-se observar que o efeito da conexão triangular no mesmo lado primário é semelhante.

para concluir:

Para enrolamentos trifásicos conectados 0/Y (ou Y/0), pode ser usado para transformadores trifásicos de estrutura de grupo ou transformadores trifásicos de estrutura de grupo.

para concluir:

Para garantir que o potencial de fase seja senoidal, é melhor usar uma conexão delta em um lado do transformador trifásico.

5.9 Transformadores especiais em sistemas de arrasto elétrico

5.9.1 Autotransformadores

(a) Diagrama esquemático da estrutura                           (b) Diagrama de fiação do enrolamento

Características: Existe um enrolamento comum entre os enrolamentos laterais primário e secundário, o que leva não apenas ao acoplamento magnético, mas também à conexão elétrica entre os enrolamentos laterais primário e secundário.

Para concluir:

A capacidade do autotransformador é composta por duas partes:

(1) Potência eletromagnética U2nIl2: é a potência transmitida à carga através do acoplamento eletromagnético entre o enrolamento Aa e o enrolamento comum ax;

(2) Potência conduzida U2nI1N: é a potência elétrica transmitida diretamente à carga através do eixo de enrolamento comum.

➢Capacidade eletromagnética< capacidade nominal

Tamanho pequeno, baixo consumo de ferro e cobre, alta eficiência

➢Pequena proporção

A corrente da parte comum é menor do que a classificação do lado secundário

A diferença não é óbvia, a economia é reduzida

➢Existe uma conexão elétrica direta, o isolamento interno e a proteção contra sobretensão precisam ser reforçados.

5.9.2 Transformador

Transformador de tensão - medindo alta tensão com medidor de baixa tensão

Precauções:

Uma extremidade do lado secundário deve ser aterrada; (para garantir a segurança e evitar que o acúmulo de carga estática afete a leitura)

O lado secundário não deve ser curto-circuitado, caso contrário o transformador de tensão será queimado. (Pode aumentar a corrente se puder ser reduzida)

Transformador de corrente 1 - Meça uma corrente grande com amperímetro baixo

Precauções:

➢ Uma extremidade do lado secundário deve ser aterrada; (para garantir a segurança e evitar que o acúmulo de carga estática afete a leitura)

➢ O lado secundário não pode ser aberto, caso contrário, um pico de tensão mais alto será induzido no lado secundário devido ao grande número de voltas no lado secundário, e o isolamento do enrolamento do transformador será quebrado. (A tensão pode ser aumentada se a corrente puder ser reduzida)

• Ano Estabelecido
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• Tipo de Negócio
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• País / região
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• Indústria principal
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• Produtos Principais
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• Pessoa jurídica empresarial.
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• Total de funcionários
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• Valor anual de saída
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• Mercado de exportação
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• Clientes cooperados
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