Сторінка 3 з 30
Принцип дії трансформатора
Нехай первинна обмотка 1 трансформатора (рис. 28) містить W1
витків і підключена до джерела змінного струму при розімкнутому ключі К. Під дією напруги джерела струму в обмотці 1 з'являється струм холостого ходу. Ампер-витки створюють основний змінний магнітний потік Ф, який замикається по магнітопровода трансформатора.
Магнітний потік Ф, перетинаючи витки обмоток 1 і 2, наводить в обох обмотках змінні е. д. з.
Діючі значення е. д с. можуть бути визначені за формулами, В:
(34)
де Е1 і Е2-відповідно діючі значення е. д. з. обмоток 1 і 2, В.
1-частота джерела змінного струму, Гц;
\ 1 і W2- відповідно числа витків обмоток 1 і 2;
Ф - основний магнітний потік, 3-с.
Якщо замкнути ключ К, під дією е. д. з. Е2 по обмотці 2 потече струм h, спрямований протилежно току обмотки 1. Ампер-витки діють зустрічно ампер-витків обмотки 1. При нормальних режимах роботи трансформатора потік Ф практично залишається по стояв, це забезпечується за рахунок того, що зі збільшенням струму h збільшується струм обмотки. З достатньою для практики точністю можна вважати справедливим наступне рівність:
hWx = hW2. (35)
При розімкнутому ключі До напруга на обмотці 2 одно е. д. з. цієї обмотки; у міру навантаження трансформатора напруга обмотки U2 дещо зменшується.
Холостий хід і коротке замикання трансформатора
Холостий хід і коротке замикання трансформатора є дуже важливими режимами його роботи, що визначають експлуатаційні якості трансформатора. I
Холостий хід - це такий режим роботи трансформатора, коли до однієї з обмоток підводиться номінальну напругу, а друга обмотка розімкнути. Розглянемо холостий хід трифазного трансформатора з магнітопроводом стрижневого типу, обмотки якого з'єднані за схемою (рис. 29). Досвід проводиться в такій послідовності. Включимо рубильник Р і за допомогою індукційного регулятора 1 встановимо номінальна лінійна напруга U1л на первинній обмотці трансформатора, спостерігаючи за показаннями вольтметра V1. Домовимося вважати первинної ту обмотку трансформатора, до якої підводиться напруга. Встановивши номінальну напругу на первинній обмотці, зафіксуємо показання приладів: амперметров- А1, А2, А3; ватметрів W1 і W2, вольтметра- V2.
Мал. 29. Схема випробування холостого ходу трансформатора:
Амперметри А 1, А2, А3 покажуть нам лінійні струми холостого ходу відповідних фаз -
1-індукційний регулятор; 2 - трифазний трансформатор.
Струми рівні. Це явище пояснюється тим, що довжина середньої магнітної силової лінії фази В менше, ніж довжини середніх магнітних силових ліній фаз А і С (рис. 30), а тому провести магнітний потік по дліне1 легше, ніж по довжинах 1А, 1С. За струм холостого ходу трифазного трансформатора приймають середнє арифметичне трьох струмів окремих фаз А; В \ С:
(36)
ок холостого ходу трансформаторів зазвичай не перевищує 4-12% від номінального струму, причому менші Цифри відносяться до трансформаторів більшої потужності. Мала величина струму холостого ходу трансформаторів пояснюється відсутністю повітряних зазорів в муздрамтеатрі (в асинхронних двигунах струм холостого ходу дорівнює 20-f-60% від номінального). Іноді необхідно знати фазное значення струму холостого ходу Фазний струм холостого ходу визначається за такими формулами:
при з'єднанні обмоток зіркою і зигзагом
(37)
де / оф і / 0л-відповідно фазний і лінійні струми холостого ходу, А; при з'єднанні обмоток трикутником
(38
При холостому ході трансформатор не робить поліз ної роботи, його к. П. Д. Дорівнює нулю. Активна потужність яку при цьому показують ватметри W1 і W2 мети кому розсіюється у вигляді тепла, що йде на нагрів муздрамтеатру і первинної обмотки трансформатора. Сле дме відзначити, що для визначення активної потужності при холостому ході трансформатора необхідно один і ватметрів переключити і взяти різницю показань двох ватметрів. Як зазначалося раніше, струм холостого го ходу трансформатора малий, а втрати в обмотці за висять від квадрата струму і складають менше 2% від втрати холостого ходу. При холостому ході трансформатора втратами в первинній обмотці нехтують і вважають що втратами холостого ходу є втрати в сталі.
Мал. 30. Довжини середніх магнітних силових ліній трехстержневого трифазного трансформатора.
При холостому ході з великим ступенем точності можна вважати, що U = E.
Ставлення е. д. з. первинної обмотки до е. д. з. вторинної обмотки називають коефіцієнтом трансформації. У трьох фазних трансформаторах розрізняють два коефіцієнт трансформації: коефіцієнт трансформації лінійні е. д. з. і коефіцієнт транс формації фазних е. д. з.
З досвіду холостого ходу (рис. 29) можна визначити коефіцієнта трансформації за показаннями вольтметрів.
Коефіцієнт трансформації лінійних Е.Д. с.
(39)
де Е1л і Е2л - відповідно первинна і вторинна лінійні е. д. з. В.
Коефіцієнт трансформації фазних е. д. з.
(40)
де Е1ф, Еф2 - відповідно фазні е. д. з. і напруги первинної і вторинної обмоток, В.
Якщо обидві обмотки трансформатора з'єднані однаково, то коефіцієнти трансформації фазних і лінійних ЕРС рівні.
При холостому ході трансформатора коефіцієнт потужності cos ф0 менше 0,2.
Коефіцієнт потужності при холостому ході можна визначити по досвідченим даним за допомогою формули:
(41)
де Р0-потужність холостого ходу, визначена за допомогою ватметрів.
Однофазний трансформатор працює при холостому ході, як одна фаза трифазного.
Коротке замикання - це такий режим роботи трансформатора, коли вторинна обмотка замкнута, а до первинної обмотці підведена напруга, що забезпечує протікання номінальних струмів по обидва обмоткам (під час перевірки коротке замикання). При випробувальному короткому замиканні до первинної обмотці підводиться напруга, рівне 3,5-17% номінального. В процесі експлуатації трансформатора можливо коротке замикання вторинної обмотки при номінальному напрузі на первинній. Такий режим роботи є аварійним, а коротке замикання називається раптовим. При раптовому короткому замиканні струми в обмотках трансформатора в 10 і більше разів більше номінальний. Якщо трансформатор при таке може статися коротке замикання буде своєчасно відключений від мережі, то він вийде з ладу.
Мал. 31. Схема випробування короткого замикання трансформатора: 1 - індукційний регулятор; 2 - трифазний трансформатор.
Надалі ми будемо розглядати тільки випробувальне коротке замикання.
Розглянемо коротке замикання трансформатора, обмотки якого з'єднані за схемою (рис. 31). Досвід потрібно проводить в такій послідовності. Індукційний регулятор 1 поста вити в положення мінімальної напруги, включити рубильник Р і за допомогою індукційної регулятора за показаннями амперметра А1 або А2 встановити номінальний струм трансформатора. При симетричному напрузі мережі і справному трансформаторі показання амперметрів повинні бути однаковими. При дослідженні короткого замикання прилади показують: перметри А1, А2, А3 лінійні струми фаз з первинної стороні трансформатора; амперметр
Ац - лінійний струм вторинної сторони; вольтметр V - напруга короткого замикання; ватметри і W2 - активну потужність коротко го замикання. При короткому замиканні трансформатор не робить корисної роботи, його к. П. Д. Дорівнює нулю. Активна потужність короткого замикання розсіюється у вигляді тепла, яке нагріває обмотки трансформатора. Втрати в сталі можна вважати пропорційними квадрату напруги. Так як напруга мало, то, отже, і втрати в сталі дуже малі, і ними можна знехтувати.
При короткому замиканні вважають, що активна потужність короткого замикання є втратами в обмотках трансформатора.
При з'єднанні обмотки в трикутник фазні і лінійні напруги однакові.
Зазвичай напруга короткого замикання виражають у відсотках від номінального:
Ul и- номінальна лінійна напруга первинної обмотки, В.
V - показання вольтметра, В.
Схеми з'єднання обмоток і групи трансформаторів
Обмотки ВН або НН трифазного трансформатора можуть бути з'єднані зіркою, трикутником або зигзагом, причому обмотка, з'єднана зіркою або зигзагом, може мати нульовий висновок. Кожна з перерахованих схем з'єднання має умовне позначення.
Обмотка, з'єднана зіркою з нульовим виводом, позначається ¥; обмотка, з'єднана трикутником, - А, а обмотка, з'єднана зигзагом з нульовим виводом, -У. Схема з'єднання обмоток ВН і НН записувати стся у вигляді дробу: в чисельнику ставиться схема обмоток ВН, а в знаменнику - НН. Наприклад, якщо обмотка В'г з'єднана зіркою, а обмотка НН - зіркою з нульовим виводом, то можна записати
При паралельній роботі трансформаторів більшої значення має група трансформатора.
Силові масляні трансформатори мають паспортні щитки з наступними даними: потужність транс форматора (ВА або кВА); лінійні напруги кожної обмотки на основних висновках і відгалуженнях (В або кВ); лінійні струми при номінальній потужності (А); частота (Гц); число фаз; схема і група з'єднання обмоток; напруга короткого замикання, характеризують падіння напруги в обмотках; режим роботи транс форматора; спосіб охолодження; завод-виготовлювач маса трансформатора, маса масла; маса активної частини.