Рад који објашњава моделирање и анализу карактеристика трансформатора

5.1 Основни принцип рада и структура трансформатора

5.1.1 Основни принцип рада трансформатора

Трансформатор има ефекат блокирања једносмерне струје

Ако се главни магнетни флукс мења по синусном закону, односно φ(t)=φ.sinot, онда свака физичка

Ефективна вредност количине задовољава следећи однос:

Занемарујући отпор намотаја и губитке у језгру, примарне и секундарне снаге се чувају, на следећи начин:

тако имају

Однос обртаја или однос обртаја трансформатора,

рецимо да је то привидни капацитет.

Може се видети да трансформатор остварује конверзију струје док остварује трансформацију напона. Такође,

Трансформатор такође може да оствари функцију трансформације импедансе.

Импеданса оптерећења на секундарној страни је:

Ако погледате ЗИ са примарне стране, његова величина је:

Структура једнофазног трансформатора

1- Језгро стуба 2- Гвоздени јарам 3- - Намотај високог напона 4- ~ Намотај ниског напона

Структура трофазног трансформатора

Одводници за високонапонске намотаје трофазних трансформатора

1-Стуб од гвозденог језгра 2-Гвоздени јарам

3- намотај ниског напона 4- - намотај високог напона

1- Натписна плочица 2- Термометар 3- Апсорбер влаге 4- Мерач нивоа уља 5- Конзерватор уља 6- Заштитни пролаз за ваздух 7- Гасни релеј 8- Цев за уље високог притиска

9 цев за уље ниског притиска 10 - прекидач славине 11 - језгро резервоара за гориво 12 - вентил за испуштање уља 13 - калем 14 - плоча за уземљење 15 - - колица

5.2 Називне снаге трансформатора

➢ Називни капацитет или привидни капацитет Sn;

➢Називни напон Un

Називна струја Iv;

➢Називна фреквенција fn;

➢Називна ефикасност ηn ;

И називни напон и називна струја односе се на вредност мреже (тј. напон мреже или струја мреже)

Следећи однос постоји између оцењених података:

У формули, m представља број фаза трансформатора;

U1Nφ и I1Nφ представљају фазне вредности називног напона и називне струје, респективно.

За једнофазне трансформаторе:

За трофазне трансформаторе:

5.3 Анализа рада трансформатора без оптерећења

дефиниција:

Без оптерећења трансформатора односи се на радно стање у којем је примарни намотај напајан наизменичним напоном, а секундарни намотај је отворен, односно секундарна страна је отворена (тј. струја је нула).

5.3.1 Електромагнетни однос трансформатора током рада без оптерећења

Записано у фазорском облику као:

У закључку:

Величина индукованог потенцијала у намотају је пропорционална фреквенцији, броју намотаја и амплитуди магнетног флукса; у фази, индуковани потенцијал у намотају трансформатора заостаје за главним магнетним флуксом.

Када се на примарни намотај примени номинални напон, напон отвореног кола секундарног намотаја се одређује као номинални напон секундарне стране, односно на тај начин се однос трансформације трансформатора може добити као:

5.3.2 Еквивалент електричних параметара магнетног кола

Основна идеја:

Проблем магнетног кола укључен у трансформатор се претвара у проблем кола, а затим се трансформатор израчунава према теорији обједињених кола.

За флукс цурења:

Тада се X1δ или L1δ може користити за одражавање магнетног кола цурења. (као константа, зашто?)

За главни флукс:

Прво, уводи се концепт еквивалентне синусоидне струје, а несинусоидна струја празног хода замењује се еквивалентном синусоидном струјом.

(а) Фазорски дијаграм (б) Еквивалентно коло (ц) Еквивалентно коло

за идеалан трансформатор:

5.3.3 Једначина равнотеже напона без оптерећења, фазорски дијаграм и еквивалентна шема кола трансформатора

У закључку:

Фактор снаге примарне стране је нижи када трансформатор ради без оптерећења. Стога,

Трансформатори генерално не дозвољавају рад без оптерећења или са малим оптерећењем.

5.4 Анализа рада трансформатора под оптерећењем

Након што је трансформатор оптерећен, струја на секундарној страни више није нула, што доводи до промена у електромагнетном процесу унутар језгра.

5.4.1 Једначина равнотеже магнетног потенцијала када је трансформатор под оптерећењем

5.4.1 Једначина равнотеже магнетног потенцијала када је трансформатор под оптерећењем

Без оптерећења/са оптерећењем

Горња формула се може схватити као: Како се струја оптерећења повећава, одговарајући магнетни потенцијал (или струја) мора се повећати на примарној страни да би се компензовао магнетни потенцијал секундарне стране, тако да магнетни флукс или магнетни потенцијал остану непромењени у празном ходу. Дакле, постоје:

У закључку:

Након што се трансформатор оптерети, струја примарне стране се повећава. Што је веће оптерећење (струја) потребно на секундарној страни, већа је струја која се испоручује на примарној страни. То јест, трансформатор се може сматрати равнотежом између понуде и потражње.

5.4.2 Еквивалентни електрични параметри секундарног магнетног кола цурења након оптерећења трансформатора

X₂δ или Ḯ₂ могу се користити за одражавање ситуације магнетног кола цурења на секундарној страни.

5.4.3 Електромагнетни однос када је трансформатор под оптерећењем

5.5 Основне једначине, еквивалентна кола и фазорски дијаграми трансформатора

5.5.1 Основна једначина трансформатора је еквивалентна различитим анализама и параметрима у претходном одељку, а фаза

Основне једначине трансформатора у квантитативном облику

5.5.2 Еквивалентна шема за рад са трансформаторским оптерећењем

Према претходним основним једначинама, могу се извршити разне анализе и прорачуни трансформатора, али су прорачуни релативно гломазни. У инжењерству се генерално претвара у еквивалентно коло како би се заменио стварни трансформатор.

Примарна и секундарна страна еквивалентног кола су електрично независне једна од друге. Ради поједностављења прорачуна, број намотаја на секундарној страни се обично повећава са N на 1, тако да ће се свака физичка величина на секундарној страни сходно томе променити. Овај процес се назива и конверзија.

Принцип конверзије:

Пре и после конверзије, електромагнетни однос треба да остане непромењен, наиме:

(1) Магнетни потенцијал пре и после конверзије треба да остане непромењен;

(2) Електрична снага и губици пре и после конверзије треба да остану непромењени.

(1) Конверзија напона (претворити E ₁ у исто као E₂)

(2) Конверзија струје (како би се осигурало да магнетни потенцијал остане непромењен)

(3) Конверзија импедансе (како би се осигурало да однос преноса енергије остане непромењен, укључујући активну и реактивну снагу)

Активна снага

Реактивна снага

5.5.3 Фазорски дијаграм када је трансформатор под оптерећењем Фазорски дијаграм не само да приказује електромагнетни однос трансформатора, већ такође може интуитивно видети однос величине и фазе сваке физичке величине у трансформатору.

Под претпоставком да су параметри кола познати, а величина и фаза оптерећења дати, фазорски дијаграм се може нацртати у неколико корака.

У закључку:

Након што се трансформатор оптерети, угао фактора снаге примарне стране се смањује, а фактор снаге се побољшава.

5.6 Тестирање и мерење параметара еквивалентног кола трансформатора Еквивалентно коло се може користити за анализу радних перформанси трансформатора. Прво, параметри у еквивалентном колу морају бити познати.

Тест без оптерећења -> однос трансформације k, импеданса побуде

Тест кратког споја → импеданса кратког споја

5.7 Прорачун стационарних радних карактеристика трансформатора

5.7.1 Спољашње карактеристике и брзина промене напона трансформатора

Дефиниција спољних карактеристика (које одражавају квалитет напајања трансформатора до оптерећења)

Крива односа између напона на терминалима секундарне стране трансформатора и струје оптерећења секундарне стране под условима називног напона напајања и одређеног фактора снаге оптерећења.

Типичне спољашње карактеристике трансформатора под различитим оптерећењима

Дефиниција брзине промене напона:

Под условом називног напона напајања и одређеног фактора снаге оптерећења, проценат напона секундарних терминала се мења од празног хода до називног оптерећења, наиме:

∆u

Унутрашњи фактори: xᶄ, rᶄ → структурни параметри трансформатора

Спољни фактори: cosφ², β-→специфично оптерећење, величина оптерећења

Дискусија: Трансформатор је генерално rᶄ: много мањи од xᶄ, погледајте пример (5-1)

◆За чисто отпорно оптерећење, cosφ²=1, sinφ²=0, тако да је ∆u мало;

◆За индуктивна оптерећења,

cosφ²>0, sinφ²>0, па је ∆u>0,

то јест, са повећањем струје оптерећења, напон на секундарној страни знатно опада;

◆За капацитивно оптерећење, cosφ²>0, sinφ²<0, ако је |rᶄ cosφ²|<| xᶄ sinφ²|,тада је ∆u<0,

што указује да са повећањем струје оптерећења I2, напон на секундарној страни може бити

може да се подигне.

Примена капацитивног оптерећења на секундарни напон трансформатора:

(1) Компензација реактивне снаге, побољшање фактора снаге и смањење губитака у линији

(2) Повећајте напон електричне мреже фабрике како бисте решили проблем великог фабричког оптерећења и пада напона електричне мреже

5.7.2 Карактеристике ефикасности трансформатора.

Коефицијент корисности трансформатора је дефинисан као:

Фактори који утичу на η

Унутрашњи фактори: структурни параметри трансформатора као што су параметри побуде и кратког споја

Спољни фактори: cosφ², β природа оптерећења, величина оптерећења

Карактеристика ефикасности је дефинисана као:

Под условом називног напона и одређеног фактора снаге оптерећења,

η= f(I2)

(илиη = f(β)).

Номинална ефикасност трансформатора је генерално већа

Већина њих је изнад 95%, а велики трансформатори могу достићи 99%. АЦ мотор има ротирајући део, ефикасност је нижа.

Решите за максималну ефикасност трансформатора:

5.8 Специјални проблеми трофазних трансформатора

У претходним поглављима је као пример узео једнофазни трансформатор за проучавање основних једначина, еквивалентних кола и метода прорачуна перформанси трансформатора, које се такође могу применити и на трофазне трансформаторе.

Трофазни трансформатори такође имају своје посебне проблеме:

➢Начин повезивања

➢Структура магнетног кола

5.8.1 Начин повезивања и група повезивања трофазног трансформатора

(1) Начин повезивања

(а) звездаста веза (б) делта веза

Регулација:

Велика слова (А, Б, Ц, Н) представљају оригинални квадрат;

мала слова (x, y, z,n) у име стране која плаћа;

(2) Повезујуће групе

Код трофазних трансформатора, групе се обично користе за представљање фазне разлике између примарног и секундарног напона трофазног трансформатора: θ=(EABEab), што је вишекратник од 30°, тачно између сати на бројчанику сата. Стога се фазни однос између потенцијала жице намотаја високог и ниског напона трофазног трансформатора генерално изражава „нотацијом сата“, односно бројем групе.

Како одредити групу:

Користите потенцијал линије више стране EAB као дугачку казаљку, показујући на потенцијал линије ниже стране "12" на бројчанику сата.

Еаб је кратка игла, а број на који показује је број групе прикључака трофазног трансформатора.

А. Група за повезивање једнофазног трансформатора

Исти концепт:

Када се исто гвоздено језгро намота са две завојнице, како би се рефлектовале две завојнице на истом гвозденом језгру

Однос смера намотавања између калемова обично уводи концепт „истог имена краја“.

Иста страна са именом каже:

Две завојнице на истом језгру су повезане истим магнетним флуксом. Када је магнетни флукс наизменични, ако је тренутни потенцијал индукован једним крајем завојнице позитиван у односу на други крај исте завојнице, два терминала која су оба позитивна су... То је терминал истог имена, који је представљен са "*".

(а) Намотавање у истом смеру (б) Намотавање у супротном смеру

Код једнофазних трансформатора, предњи крај високонапонског намотаја је означен са А, а задњи крај са X; предњи крај нисконапонског намотаја је означен са а, а задњи крај са X.

Регулација:

Позитиван смер потенцијала је од главе до репа.

У трансформатору, крај са истим називом може се користити као предњи крај, или крај са истим називом може се користити као предњи крај. Слике а и б испод приказују фазни однос између примарног и секундарног потенцијала у ова два случаја, респективно.

(а) Крај са истим именом је означен као предњи крај (б) Крај са истим именом је означен као предњи крај

Ако се усвоји метод идентификације у којем се крај са истим именом обележава као предњи крај (видети слику а), група једнофазних трансформатора је I, i0; за I, i6.

Б. Група веза трофазног трансформатора

Кроз фазни однос између примарног и секундарног потенцијала једнофазног трансформатора (или примарног и секундарног фазног потенцијала трофазног трансформатора), може се даље одредити фазни однос између примарног и секундарног потенцијала трофазног трансформатора, односно група веза.

(1) Y/Y веза трофазног трансформатора

(2) Y/△ веза трофазног трансформатора

Општи кораци за одређивање групе трофазних трансформатора:

(1) Нацртајте дијаграм потенцијалног фазора намотаја на страни високог напона;

(2) Поклопите тачку a и тачку A и нацртајте фазни потенцијал нисконапонског намотаја ax према фазном односу између високонапонског и нисконапонског намотаја на истом стубу језгра.

(3) Према начину ожичења нисконапонског намотаја, нацртајте дијаграм потенцијалног фазора друге две фазе нисконапонског намотаја;

(4) Одредити EB и E из дијаграма фазора потенцијала високонапонских и нисконапонских намотаја између

Добија се фазни однос трофазног трансформатора и добија се број групе прикључака трофазног трансформатора.

Y/Y,△/△ парна група

Y/△,Y/△ непаран низ

Постоји пет уобичајено коришћених стандардних група за спајање:

И, ин0, И, д11, ИН, д11, ИН, и0, И, и0, прва три се најчешће користе.

5.8.2 Структура магнетног кола трофазног трансформатора

Карактеристике трофазних групних трансформатора: магнетна кола сваке фазе су независна једно од другог.

Карактеристике трофазног језграног трансформатора: магнетна кола сваке фазе су међусобно повезана.

5.8.3 Правилно подударање везе намотаја и структуре магнетног кола трофазног трансформатора

Флукс синусног таласа одговара струји вршног таласа. Струја синусног таласа одговара флуксу таласа равног врха.

закључно:

Да би се осигурало да је облик таласа фазног потенцијала синусоида, главни магнетни флукс сваке фазе треба да се мења према синусоидном закону. У овом случају, потребно је да побудна струја буде вршни талас, односно да се у споју кола мора осигурати путања струје трећег хармоника. (зашто?)

Флукс таласа равног врха - (извођење) - потенцијал вршног таласа, ако је врх превелик, може доћи до пробијања изолације намотаја.

С обзиром на то да су магнетна кола сваке фазе групног трансформатора независна једно од другог, она нису међусобно повезана. Магнетни флукс трећег хармоника садржан у главном магнетном флуксу исти је као магнетни флукс основног таласа и циркулише у главном магнетном колу сваког фазног трансформатора, чиме индукује потенцијал трећег хармоника веће амплитуде у примарном и секундарном намотају, што резултира тиме да је облик таласа фазног потенцијала талас са оштрим врхом (добијен извођењем магнетног флукса таласа са равним врхом). Врх фазног потенцијала вршног таласа може пробити изолацију намотаја.

С обзиром на то да су магнетна кола сваке фазе језгра трансформатора повезана једна са другом, фаза магнетног флукса трећег хармоника у главном магнетном флуксу трофазног таласа равног врха је иста и немогуће је да циркулише у магнетном колу главног гвозденог језгра. Формира се затворено магнетно коло, што узрокује да потенцијал трећег хармоника индукован магнетним флуксом трећег хармоника у примарном и секундарном намотају буде мали, а облик таласа фазног потенцијала је и даље близак синусном таласу.

закључно:

(1) Трофазни намотај трофазног групног трансформатора не може бити повезан Y/Y;

(2) Трофазни намотај трансформатора са трофазном структуром језгра може се повезати помоћу Y/Y, али капацитет не сме бити превелик.

Једна страна намотаја је повезана у делта, а струја трећег хармоника има путању. Стога, без обзира да ли је магнетно коло групног типа или језграстог типа, трофазни намотаји могу бити повезани помоћу △/Y.

Једна страна намотаја је Y-спојена и струја трећег хармоника не може да тече кроз њу, али магнетни флукс трећег хармоника генерисан синусном струјом ће индуковати струју трећег хармоника у секундарном намотају (делта веза) (видети слику испод). ), такође може осигурати да је облик таласа главног магнетног флукса близак синусоидном, тако да је индуковани фазни потенцијал такође синусоидан. Може се видети да је ефекат троугласте везе на истој примарној страни сличан.

закључно:

За 0/Y (или Y/0) повезане трофазне намотаје, може се користити за трофазне трансформаторе групне структуре или трофазне трансформаторе групне структуре.

закључно:

Да би се осигурало да је фазни потенцијал синусоидан, најбоље је користити делта везу на једној страни трофазног трансформатора.

5.9 Специјални трансформатори у електричним вучним системима

5.9.1 Аутотрансформатори

(а) Шематски дијаграм структуре (б) Дијаграм ожичења намотаја

Карактеристике: Постоји заједнички намотај између примарног и секундарног намотаја, што доводи не само до магнетног спрезања већ и до електричне везе између примарног и секундарног намотаја.

У закључку:

Капацитет аутотрансформатора се састоји од два дела:

(1) Електромагнетна снага U2nIl2: то је снага која се преноси на оптерећење кроз електромагнетну спрегу између намотаја Aa и заједничког намотаја ax;

(2) Проведена снага U2nI1N: то је електрична снага која се директно преноси на оптерећење кроз заједнички намотај ax.

➢Електромагнетни капацитет < номинални капацитет

Мала величина, мала потрошња гвожђа и бакра, висока ефикасност

➢Мали однос

Струја заједничког дела је мања од номиналне струје секундарне стране

Јаз није очигледан, економија је смањена

➢ Постоји директна електрична веза, потребно је ојачати унутрашњу изолацију и заштиту од пренапона.

5.9.2 Трансформатор

Напонски трансформатор - мерење високог напона помоћу мерача ниског напона

Превентивне мере:

Један крај секундарне стране треба да буде уземљен (да би се осигурала безбедност и спречило накупљање статичког наелектрисања које утиче на очитавање)

Секундарна страна не сме бити кратко спојена, у супротном ће трансформатор напона прегорети. (Може повећати струју ако се може смањити.)

Струјни трансформатор 1 - Мерење велике струје малим амперметром

Превентивне мере:

➢ Један крај секундарне стране треба да буде уземљен; (како би се осигурала безбедност и спречило накупљање статичког наелектрисања које утиче на очитавање)

➢ Секундарна страна не може бити отворена, јер ће у супротном доћи до већег напонског скока на секундарној страни због великог броја намотаја на секундарној страни, а изолација намотаја трансформатора ће бити оштећена. (Напон се може повећати ако се струја може смањити)