Документ, объясняющий моделирование и анализ характеристик трансформаторов.

5.1 Основной принцип работы и структура трансформатора

5.1.1 Основной принцип работы трансформатора

Трансформатор имеет эффект блокировки постоянного тока

Если основной магнитный поток изменяется по синусоидальному закону, т. е. φ(t)=φ.sinot, то каждое физическое

Действующее значение величины удовлетворяет следующему соотношению:

Без учета сопротивления обмотки и потерь в сердечнике первичная и вторичная мощности сохраняются следующим образом:

таким образом иметь

Коэффициент трансформации или коэффициент трансформации трансформатора,

скажем, кажущаяся емкость.

Видно, что трансформатор осуществляет преобразование тока при преобразовании напряжения. также,

Трансформатор также может реализовать функцию преобразования импеданса.

Полное сопротивление нагрузки на вторичной стороне:

Если смотреть на ЗИ с первичной стороны, то его размер составляет:

Структура однофазного трансформатора

1- Стержень сердечника 2- Железное ярмо 3- - Обмотка высокого напряжения 4- ~ Обмотка низкого напряжения

Структура трехфазного трансформатора

Отводы для обмоток высокого напряжения трехфазных трансформаторов

1-колонна с железным сердечником 2-железное ярмо

3- обмотка низкого напряжения 4- - обмотка высокого напряжения

1- Фирменная табличка 2- Термометр 3- Влагопоглотитель 4- Указатель уровня масла 5- Маслорасширитель 6- Предохранительный воздуховод 7- Газовое реле 8- Маслопровод высокого давления

9 маслопровод низкого давления 10 - переключатель кранов 11 - сердцевина топливного бака 12 - клапан слива масла 13 - катушка 14 - пластина заземления 15 - - тележка

5.2 Номинальные характеристики трансформатора

➢ Номинальная мощность или полная мощность Sn;

➢Номинальное напряжение Un

Номинальный ток IV;

➢Номинальная частота fn;

➢Номинальный КПД ηn ;

И номинальное напряжение, и номинальный ток относятся к линейному значению (т. е. линейному напряжению или линейному току).

Между номинальными данными существует следующая зависимость:

В формуле m представляет собой количество фаз трансформатора;

U1Nφ и I1Nφ представляют собой фазные значения номинального напряжения и номинального тока соответственно.

Для однофазных трансформаторов:

Для трехфазных трансформаторов:

5.3 Анализ работы трансформаторов на холостом ходу

определение:

Отсутствие нагрузки трансформатора относится к рабочему состоянию, в котором на первичную обмотку подается переменное напряжение, а вторичная обмотка разомкнута, то есть вторичная сторона разомкнута (т. е. ток равен нулю).

5.3.1 Электромагнитная связь трансформаторов при работе на холостом ходу

Записывается в векторной форме как:

В заключение:

Величина наведенного потенциала в обмотке пропорциональна частоте, числу витков обмотки и амплитуде магнитного потока; по фазе наведенный потенциал в обмотке трансформатора отстает от основного магнитного потока .

Когда к первичной обмотке приложено номинальное напряжение, напряжение холостого хода вторичной обмотки определяется как номинальное напряжение вторичной обмотки, а именно таким образом можно получить коэффициент трансформации трансформатора как:

5.3.2 Эквивалент электрических параметров магнитопровода

Основная мысль:

Задача о магнитной цепи, связанная с трансформатором, преобразуется в задачу о цепи, а затем трансформатор рассчитывается в соответствии с единой теорией цепей.

Для потока рассеяния:

Тогда X1δ или L1δ, можно использовать для отражения рассеяния магнитной цепи. (как константа, почему?)

Для основного потока:

Во-первых, вводится понятие эквивалентного синусоидального тока, а несинусоидальный ток холостого хода заменяется эквивалентным синусоидальным током.

(а) Векторная диаграмма              (b) Эквивалентная схема           (c) Эквивалентная схема

для идеального трансформатора:

5.3.3 Уравнение баланса напряжения холостого хода, векторная диаграмма и схема замещения трансформатора

В заключение:

Коэффициент мощности первичной обмотки ниже, когда трансформатор работает без нагрузки. следовательно,

Трансформаторы обычно не допускают работы без нагрузки или с малой нагрузкой.

5.4 Анализ работы трансформатора под нагрузкой

После загрузки трансформатора ток на вторичной стороне больше не равен нулю, что приводит к изменению электромагнитного процесса внутри сердечника.

5.4.1 Уравнение баланса магнитного потенциала при работе трансформатора под нагрузкой

5.4.1 Уравнение баланса магнитного потенциала при работе трансформатора под нагрузкой

Без нагрузки/нагрузки

Вышеприведенная формула может быть понята как: По мере увеличения тока нагрузки соответствующий магнитный потенциал (или ток) должен увеличиваться на первичной стороне, чтобы компенсировать магнитный потенциал вторичной стороны, чтобы поддерживать магнитный поток или магнитный потенциал неизменными при любых условиях. -нагрузка. Итак, есть:

В заключение:

После загрузки трансформатора ток первичной обмотки увеличивается. Чем больше нагрузка (ток), требуемая на вторичной стороне, тем больше ток, подаваемый на первичную сторону. То есть трансформатор можно рассматривать как баланс между спросом и предложением.

5.4.2 Эквивалентные электрические параметры вторичного магнитопровода рассеяния после нагрузки трансформатора

X₂δ или Ḯ₂можно использовать для отражения ситуации с магнитной цепью рассеяния на вторичной стороне.

5.4.3 Электромагнитная связь, когда трансформатор находится под нагрузкой

5.5 Основные уравнения, эквивалентные схемы и векторные диаграммы трансформаторов

5.5.1 Основное уравнение трансформатора эквивалентно различным анализам и параметрам в предыдущем разделе, а фаза

Основные уравнения трансформатора в количественной форме

5.5.2 Эквивалентная схема для работы трансформаторной нагрузки

В соответствии с предыдущими основными уравнениями можно выполнять различные анализы и расчеты трансформатора, но расчеты относительно громоздки. В технике он обычно преобразуется в эквивалентную схему для замены фактического трансформатора.

Первичная и вторичная стороны эквивалентной схемы электрически независимы друг от друга. Для упрощения расчета количество витков обмотки на вторичной стороне обычно увеличивают с N до 1, так что соответственно изменится каждая физическая величина на вторичной стороне. Этот процесс также называется конверсией.

Принцип преобразования:

До и после преобразования электромагнитная зависимость должна сохраняться неизменной, а именно:

(1) Магнитный потенциал до и после преобразования должен оставаться неизменным;

(2) Электрическая мощность и потери до и после преобразования должны оставаться неизменными.

(1) Преобразование напряжения (преобразовать E ₁ так же, как E₂)

(2) Преобразование тока (для обеспечения неизменности магнитного потенциала)

(3) Преобразование импеданса (для обеспечения неизменности соотношения передачи энергии, включая активную и реактивную мощность)

Активная мощность    

Реактивная сила

5.5.3 Векторная диаграмма, когда трансформатор находится под нагрузкой На векторной диаграмме не только показаны электромагнитные отношения трансформатора, но также можно интуитивно увидеть амплитуду и фазовое соотношение каждой физической величины в трансформаторе.

Предполагая, что параметры цепи известны, а величина и фаза нагрузки заданы, векторную диаграмму можно построить в несколько этапов.

В заключение:

После загрузки трансформатора угол коэффициента мощности первичной стороны уменьшается, а коэффициент мощности улучшается.

5.6 Проверка и измерение параметров эквивалентной схемы трансформатора Эквивалентную схему можно использовать для анализа рабочих характеристик трансформатора. Во-первых, должны быть известны параметры эквивалентной схемы.

Тест без нагрузки -> коэффициент трансформации k, импеданс возбуждения

Испытание на короткое замыкание → импеданс короткого замыкания

5.7 Расчет установившихся рабочих характеристик трансформаторов

5.7.1 Внешние характеристики и скорость изменения напряжения трансформаторов

Определение внешних характеристик (отражающих качество питания трансформатора в нагрузку)

Кривая зависимости между напряжением на клеммах вторичной обмотки трансформатора и током нагрузки вторичной обмотки в условиях номинального напряжения питания и определенного коэффициента мощности нагрузки.

Типовые внешние характеристики трансформаторов при различных нагрузках

Определение скорости изменения напряжения:

При условии номинального напряжения источника питания и определенного коэффициента мощности нагрузки процент изменения напряжения на клеммах вторичной обмотки от нулевой до номинальной нагрузки, а именно:

∆и

Внутренние факторы: xᶄ, rᶄ → конструктивные параметры трансформатора

Внешние факторы: cosφ2, β-→специфическая нагрузка, размер нагрузки

Обсуждение: Трансформатор обычно rᶄ: намного меньше, чем xᶄ см. пример (5-1)

◆Для чисто резистивной нагрузки cosφ2=1, sinφ2=0, поэтому ∆u мало;

◆Для индуктивных нагрузок

 cosφ2>0, sinφ2>0, так что ∆и>0,

то есть с увеличением тока нагрузки сильно снижается напряжение на вторичной стороне;

◆Для емкостной нагрузки, cosφ2>0, sinφ2<0, если |rᶄ cosφ2|<| хᶄ sinφ2|, тогда ∆u<0,

указывая на то, что с увеличением тока нагрузки I2 напряжение на вторичной стороне может быть

может подняться.

Приложение емкостной нагрузки к вторичному напряжению на клеммах трансформатора:

(1) Компенсация реактивной мощности, улучшение коэффициента мощности и снижение потерь в линии

(2) Увеличьте напряжение электросети завода, чтобы решить проблему большой заводской нагрузки и падения напряжения в электросети.

5.7.2 КПД трансформаторов.

КПД трансформатора определяется как:

Факторы, влияющие на η

Внутренние факторы: структурные параметры трансформатора, такие как параметры возбуждения и короткого замыкания.

Внешние факторы: cosφ2, β характер нагрузки, размер нагрузки

Характеристика эффективности определяется как:

При условии номинального напряжения и определенного коэффициента мощности нагрузки,

η= f(I2)

(или η = f(β) ).

Номинальная эффективность трансформатора, как правило, выше

Большинство из них выше 95%, а большие трансформаторы могут достигать 99%. Двигатель переменного тока имеет вращающуюся часть, КПД ниже.

Решите для максимального КПД трансформатора:

5.8 Специальные проблемы трехфазных трансформаторов

В предыдущих главах в качестве примера использовался однофазный трансформатор для изучения основных уравнений, эквивалентных схем и методов расчета производительности трансформатора, которые также применимы к трехфазным трансформаторам.

Трехфазные трансформаторы также имеют свои особенности:

➢Способ подключения

➢Структура магнитной цепи

5.8.1 Способ подключения и группа подключения трехфазного трансформатора

(1) Способ подключения

(а) звездное соединение                           б) соединение треугольником

Регулирование:

Заглавные буквы (A, B, C, N) обозначают исходный квадрат;

строчные буквы (x, y, z,n) от имени плательщика;

(2) Связывание групп

В трехфазных трансформаторах группы обычно используются для представления разности фаз между первичным и вторичным напряжениями трехфазного трансформатора: θ=(EABEab), кратное 30°, точно между часами на циферблате. Следовательно, фазовое соотношение между потенциалами проводов обмотки высокого и низкого напряжения трехфазного трансформатора обычно выражается «нотацией часов», то есть номером группы.

Как определить группу:

Используйте потенциал верхней стороны линии EAB как длинную стрелку, указывая на потенциал нижней стороны «12» на циферблате часов.

Eab — это короткая стрелка, а число, на которое она указывает, — это номер группы соединений трехфазного трансформатора.

A. Группа подключения однофазного трансформатора

Одноименное понятие:

Когда один и тот же железный сердечник намотан двумя катушками, чтобы отразить две катушки от одного и того же железного сердечника.

Соотношение направления намотки между катушками обычно вводит понятие «одноименный конец».

На одноименной стороне написано:

Две катушки на одном сердечнике связаны одним и тем же магнитным потоком. Когда магнитный поток является переменным, если мгновенный потенциал, индуцированный одним концом катушки, положителен по отношению к другому концу той же катушки, две клеммы, которые обе положительные, равны. *",

       (а) Обмотка в том же направлении                          (b) Обмотка в противоположном направлении

У однофазных трансформаторов головной конец высоковольтной обмотки маркируется А, а хвостовой - Х; головной конец низковольтной обмотки обозначен буквой а, а хвостовой конец - буквой Х.

Регулирование:

Положительное направление потенциала — от головного конца к хвостовому концу.

В трансформаторе конец с тем же именем может использоваться как головной конец, или конец с таким же именем может использоваться как головной конец. На рисунках а и б ниже показано фазовое соотношение между первичным и вторичным потенциалами в этих двух случаях соответственно.

(а) Конец с таким же названием помечен как головной конец                (b) Конец с таким же названием помечен как головной конец

Если принят метод идентификации, при котором одноименный конец маркируется как головной (см. рис. а), группа однофазных трансформаторов I, i0; для я, i6.

B. Группа подключения трехфазного трансформатора

Через фазовое соотношение между первичным и вторичным потенциалами однофазного трансформатора (или между первичным и вторичным фазными потенциалами трехфазного трансформатора) фазовое соотношение между первичным и вторичным потенциалами трехфазного трансформатора может быть дополнительно определяется, то есть группа соединения.

(1) Соединение Y/Y трехфазный трансформатор

(2) Соединение Y/△ трехфазный трансформатор

Общие действия по определению группы трехфазного трансформатора:

(1) Нарисуйте векторную диаграмму потенциала высоковольтной боковой обмотки;

(2) Совместите точки a и A и нарисуйте фазовый потенциал оси обмотки низкого напряжения в соответствии с соотношением фаз между обмотками высокого и низкого напряжения на одном и том же столбце сердечника.

(3) В соответствии с методом подключения обмотки низкого напряжения нарисуйте векторную диаграмму потенциала двух других фаз обмотки низкого напряжения;

(4) Определите EB и E по векторным диаграммам потенциалов обмоток высокого и низкого напряжения. между

Получено фазовое соотношение трехфазного трансформатора и номер группы соединений трехфазного трансформатора.

Y/Y,△/△ четная группа

Y/△,Y/△ нечетный массив

Существует пять часто используемых стандартных групп соединения:

Y, yn0, Y, d11, YN, d11, YN, y0, Y, y0, чаще всего используются первые три.

5.8.2 Структура магнитной цепи трехфазного трансформатора

Характеристики трехфазных групповых трансформаторов: магнитопроводы каждой фазы независимы друг от друга.

Характеристики трехфазного сердечникового трансформатора: магнитопроводы каждой фазы связаны друг с другом.

5.8.3 Правильное согласование соединения обмоток и структуры магнитопровода трехфазного трансформатора

Синусоидальный поток соответствует пиковому волновому току Синусоидальный ток соответствует волновому потоку с плоской вершиной

В заключение:

Для того, чтобы форма сигнала фазового потенциала была синусоидальной, основной магнитный поток каждой фазы должен изменяться по синусоидальному закону. При этом требуется, чтобы ток возбуждения был пиковой волной, то есть в цепи подключения должен быть обеспечен путь тока третьей гармоники. (Почему? )

Поток плоской волны - (деривация) - потенциал пиковой волны, если пик слишком велик, это может привести к пробою изоляции обмотки.

Учитывая, что магнитопроводы каждой фазы группового трансформатора независимы друг от друга, они не связаны друг с другом. Магнитный поток третьей гармоники, содержащийся в основном магнитном потоке, такой же, как магнитный поток основной волны, и циркулирует в основной магнитной цепи каждого фазного трансформатора, тем самым индуцируя потенциал третьей гармоники более высокой амплитуды в первичной и вторичной обмотках, что приводит к Форма волны фазового потенциала представляет собой волну с острой вершиной (полученную путем вывода магнитного потока волны с плоской вершиной). Пик фазового потенциала пиковой волны может привести к пробою изоляции обмотки.

Учитывая, что магнитопроводы каждой фазы сердечникового трансформатора связаны друг с другом, фаза магнитного потока третьей гармоники в основном магнитном потоке трехфазной плоской вершины одинакова, и она не может циркулировать в магнитопровод основного железного сердечника. Формируется замкнутая магнитная цепь, в результате чего потенциал третьей гармоники, индуцированный магнитным потоком третьей гармоники в первичной и вторичной обмотках, мал, а форма сигнала фазового потенциала все еще близка к синусоиде.

В заключение:

(1) Трехфазная обмотка трехфазного трансформатора групповой структуры не может быть соединена Y/Y; .

(2) Трехфазная обмотка трансформатора с трехфазным сердечником может быть соединена Y/Y, но мощность не должна быть слишком большой.

Одна сторона обмотки соединена в треугольник, а третья гармоника тока имеет путь. Следовательно, независимо от того, является ли магнитная цепь групповой или сердечниковой, трехфазные обмотки могут быть соединены △/Y.

Одна сторона обмотки соединена звездой, и ток третьей гармоники в ней не может протекать, но магнитный поток третьей гармоники, создаваемый синусоидальным током, будет индуцировать ток третьей гармоники во вторичной обмотке (соединение треугольником) (см. рис. ниже). ), это также может гарантировать, что форма волны основного магнитного потока близка к синусоидальной, поэтому индуцированный фазовый потенциал также является синусоидальным. Видно, что эффект треугольного соединения на одной и той же первичной стороне аналогичен.

В заключение:

Для трехфазных обмоток, соединенных 0/Y (или Y/0), его можно использовать для трехфазных трансформаторов групповой структуры или трехфазных трансформаторов групповой структуры.

В заключение:

Чтобы обеспечить синусоидальность фазного потенциала, лучше всего использовать соединение треугольником на одной стороне трехфазного трансформатора.

5.9 Специальные трансформаторы в электрических тормозных системах

5.9.1 Автотрансформаторы

(а) Схематическая диаграмма конструкции                           (b) Схема подключения обмотки

Особенности: Между первичной и вторичной обмотками имеется общая обмотка, что приводит не только к магнитной связи, но и к электрическому соединению между первичной и вторичной обмотками.

В заключение:

Емкость автотрансформатора состоит из двух частей:

(1) Электромагнитная мощность U2nIl2: это мощность, передаваемая на нагрузку через электромагнитную связь между обмоткой Aa и общей осью обмотки;

(2) Проводимая мощность U2nI1N: это электрическая мощность, непосредственно передаваемая на нагрузку через общую ось обмотки.

➢Электромагнитная мощность< номинальная мощность

Небольшой размер, низкое потребление железа и меди, высокая эффективность

➢Малый коэффициент

Ток общей части меньше, чем номинал вторичной стороны

Разрыв не очевиден, экономия снижается

➢Имеется прямое электрическое соединение, внутренняя изоляция и защита от перенапряжения должны быть усилены.

5.9.2 Трансформатор

Трансформатор напряжения - измерение высокого напряжения с помощью измерителя низкого напряжения

Меры предосторожности:

Один конец вторичной стороны должен быть заземлен; (для обеспечения безопасности и предотвращения влияния накопления статического заряда на показания)

Вторичная сторона не должна быть закорочена, иначе трансформатор напряжения сгорит. (Это может увеличить ток, если его можно уменьшить)

Трансформатор тока 1 - Измерьте большой ток с помощью амперметра с малым значением

Меры предосторожности:

➢ Один конец вторичной стороны должен быть заземлен; (для обеспечения безопасности и предотвращения влияния накопления статического заряда на показания)

➢ Вторичную сторону нельзя размыкать, в противном случае на вторичной стороне будет индуцироваться более высокий скачок напряжения из-за большого количества витков на вторичной стороне, и изоляция обмотки трансформатора будет пробита. (Напряжение может быть увеличено, если ток может быть снижен)

• Год создания
  --
• тип бизнеса
  --
• Страна / регион
  --
• Основная промышленность
  --
• Основные продукты
  --
• Предприятие юридическое лицо
  --
• Общие сотрудники
  --
• Годовое выпускное значение
  --
• Экспортный рынок
  --
• Сотрудничает клиентов
  --