Стаття з поясненням моделювання та аналізу характеристик трансформаторів

5.1 Основний принцип роботи та будова трансформатора

5.1.1 Основний принцип роботи трансформатора

Трансформатор має ефект блокування постійного струму

Якщо основний магнітний потік змінюється за законом синуса, тобто φ(t)=φ.sinot, то кожна фізична

Ефективне значення величини задовольняє таке співвідношення:

Ігноруючи опір обмотки та втрати сердечника, первинні та вторинні потужності зберігаються наступним чином:

таким чином мають

Коефіцієнт витків або коефіцієнт витків трансформатора,

скажімо, видима ємність.

Видно, що трансформатор реалізує перетворення струму, реалізуючи перетворення напруги. також,

Трансформатор також може реалізувати функцію перетворення імпедансу.

Опір навантаження на вторинній стороні становить:

Якщо подивитися на ZI з основної сторони, то його розмір:

Будова однофазного трансформатора

1- Колонка сердечника 2- Залізне ярмо 3- - Обмотка високої напруги 4- ~ Обмотка низької напруги

Будова трифазного трансформатора

Відводи для високовольтних обмоток трифазних трансформаторів

1-залізний сердечник колони 2-залізне ярмо

3- обмотка низької напруги 4- - обмотка високої напруги

1- Шильдик 2- Термометр 3- Поглинач вологи 4- Датчик рівня масла 5- Маслоконсерватор 6- Захисний повітропровід 7- Газове реле 8- Масляна труба високого тиску

9 масляна труба низького тиску 10 - перемикач крана 11 - сердечник паливного бака 12 - клапан зливу масла 13 - змійовик 14 - заземлювальна плита 15 - - візок

5.2 Номінальні характеристики трансформатора

➢ Номінальна потужність або видима потужність Sn;

➢Номінальна напруга Un

Номінальний струм Iv;

➢Номінальна частота fn;

➢Номінальний ККД ηn ;

І номінальна напруга, і номінальний струм відносяться до значення лінії (тобто лінійна напруга або лінійний струм)

Між оціночними даними існує наступна залежність:

У формулі m являє собою кількість фаз трансформатора;

U1Nφ та I1Nφ представляють значення фази номінальної напруги та номінального струму відповідно.

Для однофазних трансформаторів:

Для трифазних трансформаторів:

5.3 Аналіз роботи трансформаторів без навантаження

визначення:

Холосте навантаження трансформатора відноситься до робочого стану, в якому на первинну обмотку подається напруга змінного струму, а вторинна обмотка відкрита, тобто вторинна сторона відкрита (тобто струм дорівнює нулю).

5.3.1 Електромагнітне співвідношення трансформаторів під час роботи без навантаження

Записується у формі фазора як:

На закінчення:

Величина індукованого потенціалу в обмотці пропорційна частоті, кількості витків обмотки і амплітуді магнітного потоку; по фазі наведений потенціал в обмотці трансформатора відстає від основного магнітного потоку .

Коли номінальна напруга прикладається до первинної обмотки, напруга холостого ходу вторинної обмотки визначається як номінальна напруга вторинної сторони, а саме таким чином коефіцієнт трансформації трансформатора можна отримати як:

5.3.2 Еквівалент електричних параметрів магнітопроводу

Основна ідея:

Задача магнітного ланцюга, задіяна в трансформаторі, перетворюється в задачу ланцюга, а потім трансформатор розраховується відповідно до єдиної теорії ланцюга.

Для потоку витоку:

Тоді X1δ або L1δ, можна використовувати для відображення магнітного ланцюга витоку. (як константа, чому?)

Для основного потоку:

Спочатку вводиться поняття еквівалентного струму синусоїди, а несинусоїдний струм холостого ходу замінюється еквівалентним струмом синусоїди.

(а) Фазорна діаграма              (b) Еквівалентна схема           (c) Еквівалентна схема

для ідеального трансформатора:

5.3.3 Рівняння балансу напруги холостого ходу, фазограма та еквівалентна схема трансформатора

На закінчення:

Коефіцієнт потужності первинної сторони нижчий, коли трансформатор працює без навантаження. тому,

Трансформатори, як правило, не дозволяють працювати без навантаження або з невеликим навантаженням.

5.4 Аналіз роботи навантаження трансформатора

Після навантаження на трансформатор струм на вторинній стороні більше не дорівнює нулю, що призводить до змін електромагнітного процесу всередині сердечника.

5.4.1 Рівняння балансу магнітного потенціалу при навантаженні трансформатора

5.4.1 Рівняння балансу магнітного потенціалу при навантаженні трансформатора

Без навантаження/завантаження

Наведену вище формулу можна розуміти так: У міру збільшення струму навантаження відповідний магнітний потенціал (або струм) повинен бути збільшений на первинній стороні, щоб компенсувати магнітний потенціал вторинної сторони, щоб підтримувати магнітний потік або магнітний потенціал незмінними. - навантаження. Отже, є:

На закінчення:

Після навантаження трансформатора струм на первинній стороні зростає. Чим більше навантаження (струм) потрібно на вторинній стороні, тим більший струм, що подається на первинній стороні. Тобто трансформатор можна розглядати як баланс між попитом і пропозицією.

5.4.2 Еквівалентні електричні параметри вторинного магнітопроводу витоку після навантаження трансформатора

X₂δ або Ḯ₂ можна використовувати для відображення ситуації витоку вторинної сторони магнітного ланцюга.

5.4.3 Електромагнітні відносини, коли трансформатор знаходиться під навантаженням

5.5 Основні рівняння, еквівалентні схеми та фазограми трансформаторів

5.5.1 Основне рівняння трансформатора еквівалентне різним аналізам і параметрам у попередньому розділі, а фаза

Основні рівняння трансформатора в кількісній формі

5.5.2 Еквівалентна схема для роботи навантаження трансформатора

Згідно з попередніми базовими рівняннями можна виконувати різні аналізи та розрахунки трансформатора, але розрахунки є відносно громіздкими. У техніці він, як правило, перетворюється на еквівалентну схему для заміни фактичного трансформатора.

Первинна і вторинна сторони еквівалентної схеми електрично незалежні одна від одної. Щоб спростити розрахунок, кількість витків обмотки на вторинній стороні зазвичай збільшують з N до 1, так що кожна фізична величина на вторинній стороні буде відповідно змінюватися. Цей процес також називають конверсією.

Принцип перетворення:

До та після перетворення електромагнітне співвідношення має залишатися незмінним, а саме:

(1) Магнітний потенціал до і після перетворення повинен залишатися незмінним;

(2) Електрична потужність і втрати до і після перетворення повинні залишатися незмінними.

(1) Перетворення напруги (перетворення E ₁ те саме, що E₂)

(2) Перетворення струму (щоб переконатися, що магнітний потенціал залишається незмінним)

(3) Перетворення імпедансу (щоб гарантувати, що співвідношення передачі енергії залишається незмінним, включаючи активну та реактивну потужність)

Активна потужність    

Реактивна потужність

5.5.3 Фазорна діаграма, коли трансформатор перебуває під навантаженням. Фазорна діаграма не тільки показує електромагнітне співвідношення трансформатора, але також може інтуїтивно побачити величину та співвідношення фаз кожної фізичної величини в трансформаторі.

Припускаючи, що параметри схеми відомі, а також задані розмір і фаза навантаження, фазограму можна скласти за кількома кроками.

На закінчення:

Після навантаження трансформатора кут коефіцієнта потужності первинної сторони зменшується, а коефіцієнт потужності покращується.

5.6 Випробування та вимірювання параметрів еквівалентної схеми трансформатора. Еквівалентну схему можна використовувати для аналізу робочих характеристик трансформатора. По-перше, параметри в еквівалентній схемі повинні бути відомі.

Тест без навантаження -> коефіцієнт трансформації k, опір збудження

Перевірка короткого замикання → опір короткого замикання

5.7 Розрахунок усталених робочих характеристик трансформаторів

5.7.1 Зовнішні характеристики та швидкість зміни напруги трансформаторів

Визначення зовнішніх характеристик (що відображають якість живлення трансформатора до навантаження)

Крива співвідношення між напругою на клемах вторинної сторони трансформатора і струмом навантаження вторинної сторони за умов номінальної напруги живлення та певного коефіцієнта потужності навантаження.

Типові зовнішні характеристики трансформаторів при різних навантаженнях

Визначення швидкості зміни напруги:

За умови номінальної напруги джерела живлення та певного коефіцієнта потужності навантаження відсоток напруги вторинної сторони на клемі змінюється з холостого на номінальне навантаження, а саме:

∆u

Внутрішні фактори: xᶄ, rᶄ → конструктивні параметри трансформатора

Зовнішні фактори: cosφ2, β-→ специфічне навантаження, розмір навантаження

Обговорення: Зазвичай трансформатор rᶄ: набагато менший за xᶄ будь ласка, зверніться до прикладу (5-1)

◆Для чистого резистивного навантаження cosφ2=1, sinφ2=0, тому ∆u мале;

◆Для індуктивних навантажень,

 cosφ2>0, sinφ2>0, отже ∆u>0,

тобто зі збільшенням струму навантаження напруга на вторинній стороні сильно зменшується;

◆Для ємнісного навантаження cosφ2>0, sinφ2<0, якщо |rᶄ cosφ2|<| xᶄ sinφ2|, Тоді ∆u<0,

що вказує на те, що зі збільшенням струму навантаження I2 напруга на вторинній стороні може бути

може піднятися.

Застосування ємнісного навантаження на напругу вторинної клеми трансформатора:

(1) Компенсувати реактивну потужність, покращити коефіцієнт потужності та зменшити втрати в лінії

(2) Збільште напругу в електромережі заводу, щоб вирішити проблему великого навантаження на фабрику та падіння напруги в електромережі

5.7.2 ККД трансформаторів.

ККД трансформатора визначається як:

Фактори впливу η

Внутрішні фактори: параметри конструкції трансформатора, такі як збудження та параметри короткого замикання

Зовнішні фактори: cosφ2, β характер навантаження, розмір навантаження

Характеристика ефективності визначається як:

За умови номінальної напруги та певного коефіцієнта потужності навантаження,

η= f(I2)

(або η = f(β) ).

Номінальний ККД трансформатора, як правило, вище

Більшість із них вище 95%, а великі трансформатори можуть досягати 99%. Двигун змінного струму має обертову частину, ККД нижче.

Вирішіть для досягнення максимальної ефективності трансформатора:

5.8 Спеціальні задачі трифазних трансформаторів

У попередніх розділах на прикладі було взято однофазний трансформатор для вивчення основних рівнянь, еквівалентних схем і методів розрахунку продуктивності трансформатора, які також застосовні до трифазних трансформаторів.

У трифазних трансформаторів також є свої особливі проблеми:

➢Спосіб підключення

➢ Структура магнітного ланцюга

5.8.1 Спосіб підключення та група підключення трифазного трансформатора

(1) Спосіб підключення

(а) з'єднання зірка                           (b) з'єднання дельта

Регламент:

Великі літери (A, B, C, N) представляють вихідний квадрат;

малі літери (x, y, z,n) від імені платника;

(2) Зв'язування груп

У трифазних трансформаторах групи зазвичай використовуються для представлення різниці фаз між первинною та вторинною напругою трифазного трансформатора: θ=(EABEab), яка кратна 30°, точно між годинами на циферблаті годинника. Тому співвідношення фаз між потенціалами обмотки високої та низької напруги трифазного трансформатора зазвичай виражається «позначенням годинника», тобто номером групи.

Як визначити групу:

Використовуйте потенціал лінії високої сторони EAB як довгу стрілку, вказуючи на потенціал лінії низької сторони «12» на циферблаті годинника.

Eab – це коротка стрілка, а число, на яке вона вказує, є номером групи підключення трифазного трансформатора.

A. Група підключення однофазного трансформатора

однойменне поняття:

Коли один і той же залізний сердечник намотується двома котушками, щоб відбити дві котушки на одному залізному сердечнику

Відношення напряму намотування між котушками зазвичай вводить поняття «одноіменний кінець».

На одній і тій же стороні написано:

Дві котушки на одному сердечнику з'єднані одним і тим же магнітним потоком. Коли магнітний потік змінюється, якщо миттєвий потенціал, індукований одним кінцем котушки, є позитивним відносно іншого кінця тієї ж котушки, обидва клеми є позитивними. Це однойменний термінал, який представлений як " *",

       (а) Накручування в тому ж напрямку                          (b) Намотка в протилежному напрямку

Для однофазних трансформаторів головний кінець високовольтної обмотки маркується А, а хвостовий — Х; головний кінець низьковольтної обмотки позначений а, а хвостовий — X.

Регламент:

Позитивний напрямок потенціалу - від головного кінця до хвостового.

У трансформаторі кінець з такою ж назвою може використовуватися як головний кінець або кінець з такою ж назвою як головний. На рисунках a і b нижче показано співвідношення фаз між первинним і вторинним потенціалами в цих двох випадках відповідно.

(а) Кінець з такою ж назвою позначається як головний кінець                (b) Кінець з такою ж назвою позначається як головний кінець

Якщо прийнятий спосіб ідентифікації, в якому кінець з такою ж назвою позначений як головний (див. рисунок а), група однофазних трансформаторів — I, i0; для I, i6.

B. Група підключення трифазного трансформатора

Через фазове співвідношення між первинним і вторинним потенціалами однофазного трансформатора (або потенціалами первинної та вторинної фаз трифазного трансформатора) фазове співвідношення між первинним і вторинним потенціалами трифазного трансформатора може бути додатково визначається, тобто група з'єднання.

(1) З'єднання Y/Y трифазний трансформатор

(2) З'єднання Y/△ трифазний трансформатор

Загальні дії для визначення групи трифазних трансформаторів:

(1) Намалюйте діаграму фазора потенціалу високовольтної бічної обмотки;

(2) Збігайте точки a і A і накресліть фазовий потенціал осі низьковольтної обмотки відповідно до фазового співвідношення між обмотками високої та низької напруги на одному стовпці сердечника.

(3) Відповідно до методу підключення низьковольтної обмотки, намалюйте діаграму потенціалу фазора двох інших фаз низьковольтної обмотки;

(4) Визначте EB та E за діаграмами фази потенціалів обмоток високої та низької напруги. між

Отримано співвідношення фаз трифазного трансформатора та номер групи підключення трифазного трансформатора.

Y/Y,△/△ парна група

Y/△,Y/△ непарний масив

Існує п’ять часто використовуваних стандартних груп приєднання:

Y, yn0, Y, d11, YN, d11, YN, y0, Y, y0, перші три є найбільш часто використовуваними.

5.8.2 Структура магнітної схеми трифазного трансформатора

Характеристики трифазних групових трансформаторів: магнітопроводи кожної фази незалежні один від одного.

Характеристики трифазного сердечника трансформатора: магнітні ланцюги кожної фази пов’язані між собою.

5.8.3 Правильне узгодження з'єднання обмотки та структури магнітопроводу трифазного трансформатора

Потік синусоїдної хвилі відповідає піковому струму хвилі Синусоїдний струм відповідає потоку хвиль з плоскою вершиною

на закінчення:

Для того, щоб форма сигналу фазового потенціалу була синусоїдальною, основний магнітний потік кожної фази повинен змінюватися відповідно до синусоїдального закону. При цьому потрібно, щоб струм збудження був піковою хвилею, тобто в підключенні ланцюга повинен бути забезпечений шлях струму третьої гармоніки. (чому?)

Потік плоскої хвилі - (деривація) - потенціал пікової хвилі, якщо пік занадто великий, це може порушити ізоляцію обмотки.

Враховуючи, що магнітні кола кожної фази групового трансформатора незалежні один від одного, вони не пов’язані між собою. Магнітний потік третьої гармоніки, що міститься в основному магнітному потокі, такий самий, як і магнітний потік основної хвилі, і циркулює в головному магнітному ланцюзі кожного фазового трансформатора, таким чином індукуючи потенціал третьої гармонії з більшою амплітудою в первинній і вторинній обмотках, що призводить до Форма хвилі фазового потенціалу являє собою хвилю з гострою вершиною (отримана шляхом виведення магнітного потоку плоскої хвилі). Пік фазового потенціалу пікової хвилі може порушити ізоляцію обмотки.

Враховуючи, що магнітні ланцюги кожної фази сердечника трансформатора пов’язані між собою, фаза магнітного потоку третьої гармоніки в основному магнітному потоці трифазної хвилі плоскої вершини є однаковою, і її неможливо циркулювати в магнітопровод головного залізного сердечника. Утворюється замкнутий магнітний ланцюг, внаслідок чого потенціал третьої гармоніки, індукований магнітним потоком третьої гармоніки в первинній і вторинній обмотках, є малим, а форма хвилі фазового потенціалу все ще близька до синусоїди.

на закінчення:

(1) Трифазна обмотка трансформатора трифазної групової структури не може бути з'єднана за допомогою Y/Y; .

(2) Трифазну обмотку трансформатора з трифазною структурою сердечника можна з'єднати за допомогою Y/Y, але ємність не повинна бути занадто великою.

Одна сторона обмотки з'єднана в треугольник, а третя гармоніка струму має шлях. Таким чином, незалежно від того, чи є магнітопровод групового чи сердечникового типу, трифазні обмотки можна з’єднати за допомогою △/Y.

Одна сторона обмотки Y-з'єднана, і в ній не може протікати струм третьої гармоніки, але магнітний потік третьої гармоніки, створений синусоїдним струмом, індукує струм третьої гармоніки у вторинній обмотці (роз'єднання дельта) (див. малюнок нижче). ), він також може гарантувати, що форма хвилі основного магнітного потоку близька до синусоїдальної, тому потенціал індукованої фази також синусоїдальний. Видно, що ефект трикутного з'єднання на одній і тій же первинній стороні подібний.

на закінчення:

Для підключених трифазних обмоток 0/Y (або Y/0) можна використовувати для трифазних трансформаторів групової структури або трифазних трансформаторів групової структури.

на закінчення:

Для того, щоб фазовий потенціал був синусоїдальним, найкраще використовувати з’єднання «треугольник» на одній стороні трифазного трансформатора.

5.9 Спеціальні трансформатори в системах електротягу

5.9.1 Автотрансформатори

(а) Принципова схема конструкції                           (b) Схема підключення обмотки

Особливості: Між первинною і вторинною бічними обмотками є загальна обмотка, що призводить не тільки до магнітного з'єднання, але і до електричного з'єднання між первинною і вторинною бічними обмотками.

На закінчення:

Ємність автотрансформатора складається з двох частин:

(1) Електромагнітна потужність U2nIl2: це потужність, що передається навантаженню через електромагнітну муфту між обмоткою Aa і загальною осі обмотки;

(2) Проведена потужність U2nI1N: це електрична потужність, що безпосередньо передається навантаженню через загальну вісь обмотки.

➢Електромагнітна ємність< номінальна потужність

Невеликий розмір, низьке споживання заліза та міді, високий ККД

➢Малий коефіцієнт

Струм загальної частини менший, ніж номінальний показник вторинної сторони

Розрив не очевидний, економіка зменшується

➢Є пряме електричне підключення, необхідно посилити внутрішню ізоляцію та захист від перенапруги.

5.9.2 Трансформатор

Трансформатор напруги - вимірювач високої напруги за допомогою лічильника низької напруги

Запобіжні заходи:

Один кінець вторинної сторони повинен бути заземлений; (щоб забезпечити безпеку та запобігти накопиченню статичного заряду від впливу на показання)

Вторинна сторона не повинна бути закорочена, інакше трансформатор напруги згорить. (Це може збільшити струм, якщо його можна зменшити)

Трансформатор струму 1 - Вимірюйте великий струм за допомогою низького амперметра

Запобіжні заходи:

➢ Один кінець вторинної сторони повинен бути заземлений; (щоб забезпечити безпеку та запобігти накопиченню статичного заряду від впливу на показання)

➢ Вторинну сторону не можна відкрити, інакше на вторинній стороні через велику кількість витків на вторинній стороні виникне більш високий стрибок напруги, і ізоляція обмотки трансформатора буде порушена. (Напругу можна підвищити, якщо струм можна знизити)

• Рік Заснування
  --
• Тип бізнесу
  --
• Країна / регіон
  --
• Основна промисловість
  --
• Основні продукти
  --
• Підприємство Юридична особа
  --
• Всього працівників
  --
• Річна вихідна вартість
  --
• Експортне ринок
  --
• Співпрацює клієнтів
  --