Определение холостого хода трансформатора

Схема замещения в режиме трансформатора

Прямой электрический расчет трансформатора сложен по той причине, что он представляет собой две электрических цепи, связанных между собой магнитной цепью.

Для упрощения расчетов удобнее пользоваться упрощенной эквивалентной схемой. В схеме замещения вместо обмоток используются комплексные сопротивления:

  • для первичной обмотки комплексное сопротивление включается последовательно в цепь;
  • для вторичной обмотки параллельно нагрузке.

Каждое комплексное сопротивление состоит из последовательно соединенного активного сопротивления и индуктивности.

Активное сопротивление – это сопротивление проводов обмотки.

Параметры трансформатора по опытам холостого хода

В паспорте аппарата указывают ряд величин, способных помочь в расчете таких эксплуатационных показателей, как максимальное получаемое на практике значение электротока короткого замыкания, энергетические потери, амплитуда вариабельности напряжения приемника при меняющемся токе. Эти величины делятся на две группы. Первая принадлежит работе в холостом режиме: сюда относятся показатель токовой силы в процентах от номинальной и мощностные потери магнитопровода. Вторая – обмоточные потери при коротком замыкании и напряжение (тоже указываемое относительно номинального) в этом состоянии.

Потеря напряжения в трансформаторе

Электромашины > Трансформаторы

Потеря напряжения в трансформаторе

Потеря напряжения в обмотках двухобмоточного трансформаторе определяется по формулам:
где Р – активная нагрузка трансформатора, Мвт;Q – реактивная нагрузка трансформатора, Мвар;S – полная нагрузка трансформатора, Мва; U – напряжение на зажимах трансформатора, кв;Uн – номинальное напряжение сети, кв;cosj – коэффициент мощности нагрузки трансформатора;R – активное сопротивление обмоток трансформатора;
X – реактивное сопротивление обмоток трансформатора:
В формулах (5-26) и (5-27): Sн – номинальная мощность трансформатора, Мва;Uн.т. – номинальное напряжение обмоток трансформатора, кв;DРк.з – потери короткого замыкания в трансформаторе, Мвт;Ux – падение напряжения, %, в реактивном сопротивлении трансформатора, определяемое по формуле (9-7).

В формулах (5-24), (5-25), (5-26) и (5-27) все величины должны быть отнесены или к стороне высшего (ВН), или к стороне низшего (НН) напряжения.В табл. 9-2 приведены значения активных и реактивных сопротивлений трансформаторов по отношению к стороне ВН. Пересчет этих сопротивлений по отношению к стороне НН производится по формулам:
где n – коэффициент трансформации трансформатора:
где – относительная величина напряжения, соответствующая данному ответвлению обмотки ВН; – номинальный коэффициент трансформации трансформатора.Величины потерь напряжения в трансформаторах при номинальной нагрузке и номинальном напряжении на зажимах для различных коэффициентов мощности приведены в табл. 5-29.

Таблица 5-29
Потеря напряжения, % в понижающих трансформаторах 6-35/0,4/0,23 кв при номинальной нагрузке

Номинальнаямощностьтрансформатора, ква

Номинальноенапряжениеобмотки ВН, кв

При коэффициенте мощности

,7

0,75

0,8

0,85

0,88

0,9

0,92

0,94

0,96

0,98

1,0

254063631001001601602502504004006306301 0001 0001 6001 600

6-106-106-10206-1020-356-1020-356-1020-356-1020-356-1020-356-1020-356-1020-35

4,394,344,294,684,275,804,165,654,075,554,025,514,675,404,685,414,625,36

4,314,244,184,544,155,574,025,403,925,293,865,244,455,124,465,134,395,07

4,204,114,044,364,015,293,855,103,734,983,674,924,184,794,194,804,124,74

4,043,943,844,133,814,943,624,723,504,593,424,523,854,393,864,403,784,33

3,923,803,703,963,664,673,464,443,324,313,244,233,614,093,624,103,544,03

3,823,693,583,823,544,473,324,233,184,093,104,013,423,873,443,883,353,80

3,703,563,443,663,404,243,173,993,033,842,943,763,213,613,223,623,143,54

3,553,413,283,473,233,962,993,702,843,552,753,462,963,312,973,322,893,24

3,373,213,083,233,023,622,773,352,613,192,523,102,662,942,672,962,582,87

3,112,942,802,902,743,162,462,882,302,712,202,612,252,452,262,462,172,38

2,402,202,032,031,971,971,661,661,481,481,381,371,201,211,221,221,121,12

 

Таблица для трансформаторов ГОСТ 12022-66 и 11920-66

Пример 5-7

Определить потери напряжения в трансформаторе 10/0,4 кв мощностью 630 ква со схемой соединений обмоток У/Ун-0, если нагрузка трансформатора S=500 ква при cosj=0,85, ответвление обмотки трансформатора -5% и величина напряжения на вторичной стороне трансформатора U=0,39 кв.Решение
Из табл. 9-2 для трансформатора 630 ква, 10/0,4 кв находим активное и реактивное сопротивления обмоток трансформатора по отношению к стороне ВН:
Номинальный коэффициент трансформации трансформатора равен:
Фактический коэффициент трансформации с учетом выбранного ответвления обмоток определяется по формуле (5-30):

Пересчитываем сопротивления трансформатора по отношению к стороне НН по формулам (5-28) и (5-29):
Номинальное напряжение сети на стороне НН трансформатора Uн=0,38 кв.Для cosj=0,85 sinj=0,527.Потерю напряжения в трансформаторе определяем по формуле (5-25):

Все страницы раздела на websorТрансформаторы силовые Трансформатор без стального магнитопровода (воздушный трансформатор) Идеальный трансформатор Простейшие приближенные эквивалентные схемы трансформатора со стальным магнитопроводом Расчеты электрических цепей с трансформаторами Потеря напряжения в трансформаторе

Режим холостого хода трансформатора

Режимом холостого хода трансформатора называют режим работы при питании одной из обмоток трансформатора от источника с переменным напряжением и при разомкнутых цепях других обмоток. Такой режим работы может быть у реального трансформатоpa, когда он подключен к сети, а нагрузка, питаемая от его вторичной обмотки, еще не включена.

По первичной обмотке трансформатора проходит ток I, в то же время во вторичной обмотке тока нет, так как цепь ее разомкнута. Ток I, проходя по первичной обмотке, создает в магнитопроводе синусоидально изменяющийся лоток Ф, который из-за магнитных потерь отстает по фазе от тока на угол потерь δ.

Очевидно, что переменный магнитный поток Ф пересекает обе обмотки трансформатора. В каждой из них возникают эдс: в первичной обмотке — эдс самоиндукции Е1, во вторичной обмотке — эдс взаимоиндукции Е2. Действующие значения этих эдс зависят от числа витков в обмотках, магнитного потока Ф и частоты его изменения f. Величины эдс определяют по формулам:

Е1 = 4,44fω1Ф0 макс10-8В,

Е2 = 4,44fω2Ф2 макс10-8В,

где ω1 и ω2 — числа витков в обмотках;

f — частота, Гц;

Ф0 макс — максимальное значение магнитного потока, Вб.

Разделив Е1 на Е2, получим

Е1 / Е2 = ω1 / ω2.

Это соотношение характеризует одно из основных свойств трансформатора: эдс в обмотках трансформатора пропорциональны количеству витков. Отношение числа витков ω1 / ω2 = k называют коэффициентом трансформации.

Таким образом, если мы хотим повысить полученное от генератора напряжение в 10, 100 или 1000 раз, то необходимо так подобрать обмотки трансформатора, чтобы число витков ω2 вторичной обмотки было больше числа витков ω1 первичной обмотки соответственно в 10, 100 или 1000 раз.

Тогда вторичная обмотка оказывается обмоткой высшего напряжения (ВН), а первичная — обмоткой низшего напряжения (НН). Наоборот, если необходимо снизить напряжение в линии, первичное напряжение подводят к обмотке ВН, а к обмотке НН подключают приемники электрической энергии.

Итак, любой трансформатор может работать как повышающий и как понижающий. Все зависит от того, к какой из его обмоток будет подведено напряжение для преобразования. Обмотка трансформатора, к которой подводится энергия преобразуемого переменного тока, называется первичной (независимо от того, будет ли эта обмотка высшего или низшего напряжения). Обмотка трансформатора, от которой отводится энергия преобразованного переменного тока, называется вторичной.

Мы рассмотрели действие только рабочего, или основного, магнитного потока Ф. Однако в трансформаторе кроме рабочего существует еще магнитный поток рассеяния Фр1. Этот магнитный поток образуется силовыми линиями, которые ответвляются от основного потока в сердечнике и замыкаются по воздуху вокруг витков обмотки ω1.

Поскольку поток рассеяния замыкается по воздуху, его величина пропорциональна току, в нашем случае — току холостого хода I. Следовательно, поток рассеяния Фр1 является, как и ток I, переменным и, пересекая витки первичной обмотки, создает в ней эдс самоиндукции Ер1. В первичной обмотке трансформатора создаются две эдс самоиндукции: одна E1 — рабочим магнитным потоком Ф, другая Ер1 — магнитным потоком рассеяния.

Мы знаем, что эдс самоиндукции всегда направлена против приложенного напряжения и ее действие на ток в цепи равносильно добавочному сопротивлению, которое называют индуктивным и обозначают х. Для поддержания неизменным тока холостого хода подводимое напряжение U1 должно расходоваться не только на преодоление активного сопротивления r1 обмотки, но и на создание эдс самоиндукции.

Другими словами, приложенное напряжение U1 складывается из нескольких частей: первая часть равна эдс самоиндукции E1 от потока Ф, вторая — эдс самоиндукции Ер1 от потока рассеяния Фр1, третья — активному падению напряжения Ir1.

Режимы работы трансформатора.

Измерение мощности потерь в стали

Измерение потерь в магнитопроводе производят также только у мощных агрегатов. Для этого измеряют мощность, которая потребляется первичной обмоткой на холостом ходу. Можно использовать пониженное напряжение, подключаемое к обмотке через ваттметр. Это прибор, способный напрямую измерять мощность. Использование амперметра и вольтметра (косвенный метод измерения) подразумевает затем вычисление мощности путем умножения их показаний друг на друга. Рассчитанный результат получается искаженным, так как не учитывается коэффициент мощности – косинус угла между током и напряжением. Холостой ход трансформатора приводит к появлению угла порядка 90 градусов, что весьма существенно.

Ваттметр производит измерение уже с учетом коэффициента мощности, поэтому дорабатывать его показания нет необходимости. Измерение параметров напрямую всегда точнее, чем использование косвенного метода измерений. При наличии амперметра, вольтметра и ваттметра можно рассчитать по их показаниям коэффициент мощности трансформатора:

Cos ϕ = P1/U1∙Io

Производится вычисление из косинуса угла между напряжением и током. Теперь может быть построена векторная диаграмма. Расчет потерь производится по каждой фазе отдельно, для чего используется таблица.

Для измерений обязательно использование именно той схемы, которая применялась на заводе изготовителе (если о ней что-нибудь известно). Полученные значения не нормируются, но обязательно сравниваются с данными предыдущей проверки. Эта характеристика важна: если потери год за годом повышаются, это означает, что качество изоляции стальных пластин магнитопровода трансформатора ухудшается. Процесс этот необратим, повреждение будет развиваться в процессе эксплуатации, и скоро потребуется ремонт. Лучше выполнить его в плановом порядке.

Измерение тока и потерь холостого хода при малом напряжении

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 5Следующая ⇒

При проведении испытаний следует руководствоваться требованиями «Инструкции по технической эксплуатации передвижной электролаборатории ЛВИ-3 (или ЭТЛ-35)».

Для условий эксплуатации опыт холостого хода (XX) при малом напряжении является основным способом измерения тока и потерь холостого хода.

Измерения потерь XX трансформаторов при вводе их в эксплуатацию и в процессе эксплуатации производятся с целью выявления возможных витковых замыканий в обмотках, замыканий в элементах магнитопровода и замыканий магнитопровода на бак трансформатора.

Опыты XX рекомендуется проводить при малом напряжении 380/220В. При этом напряжение подается на обмотку НН, а другие обмотки остаются свободными. Предпочтительно обмотки возбуждать линейным напряжением 380 В, так как фазное напряжение сети может иметь значительное отклонение от синусоидальной формы кривой, что приведет к искажению результатов измерений.

Перед проведением опыта XX трансформатора, находящегося в эксплуатации, необходимо размагнитить его магнитопровод от остаточного намагничивания, возникающего вследствие внезапного сброса питающего напряжения (отключение трансформатора от сети) и обрыва тока при его переходе не через нуль. Снятие остаточного намагничивания производится пропусканием постоянного тока противоположных полярностей по одной из обмоток каждого стержня магнитопровода трансформатора.

Процесс размагничивания осуществляется в несколько циклов. В первом цикле ток размагничивания должен быть не менее удвоенного тока XX трансформатора при номинальном напряжении. В каждом последующем цикле ток размагничивания должен пример­но на 30% быть меньше тока предыдущего цикла. В последнем цикле ток размагничивания не должен быть больше тока XX трансформатора при напряжении 380 В.

При вводе в эксплуатацию нового трансформатора снятие остаточного намагничивания может не производиться, если трансформатор не прогревался постоянным током и измерению тока и потерь XX, не предшествовало измерение сопротивления обмоток постоянному току.

При пусконаладочных испытаниях опыт XX следует проводить перед началом других видов испытаний.

Испытание трехфазных трансформаторов производится путем пофазного измерения потерь XX. Это позволяет измеренные значения потерь каждой фазы сопоставлять не только с заводскими данными, но и между собой, что дает возможность выявить неисправную фазу.

При пофазном возбуждении трехфазных трансформаторов про­изводится три опыта рис. 11:

ÿ первый опыт. Замыкают накоротко обмотку фазы а, возбуждают обмотки фаз в и с, измеряют ток и потери XX I’вс, Р’вс.;

ÿ второй опыт. Замыкают накоротко обмотку фазы в, возбужда­ют обмотки фаз а и с, измеряют ток и потери XX I’ас, Р’ас.;

ÿ третий опыт. Замыкают накоротко обмотку фазы с, возбужда­ют обмотки фаз а и в, измеряют ток и потери XX I’ав, Р’ав.

Рис. 11. Схемы измерения тока и потерь холостого хода

трехфазного трехобмоточного трансформатора.

Для измерения должны применяться приборы класса точности не ниже 0,5.

При отсутствии дефекта в трехфазном трансформаторе потери Р’вс и Р’ав при допустимом отклонении ±5% практически равны. Потери Р’ас на 25-50% (в зависимости от конструкции и числа стержней магнитопровода трансформатора) больше потерь Р’вс и Р’ав .

Потери XX трансформаторов, полученные из опытов холостого хода при малом напряжении, нет необходимости приводить к номинальному напряжению трансформатора, Их сопоставляют с аналогичными потерями, измеренными при том же напряжении на заводе-изготовителе или при пусконаладочных испытаниях вновь вводимого трансформатора.

В тех случаях, когда возникает необходимость приведения измеренных при малом напряжении потерь к номинальному напряжению, вначале вычисляют суммарные потери трансформатора по формуле

Затем потери Ро приводят к номинальному напряжению, используя выражение

где Uном — номинальное напряжение обмотки НН трансформатора (В);

U’ — напряжение, измеренное в опыте XX (В);

n — показатель, равный 1,9 для холоднокатаной текстурированной стали.

У трехфазных трансформаторов при вводе в эксплуатацию и при капитальном ремонте соотношение потерь на разных фазах не должно отличаться от соотношений, приведенных в протоколе заводских испытаний (паспорте), более чем на 5%. У однофазных трансформаторов при вводе в эксплуатацию отличие измеренных значений потерь от исходных не должно превышать 10%.. Измерения в процессе эксплуатации производятся при комплексных испытаниях трансформатора. Отличие измеренных значений от исходных данных не должно превышать 30%.

⇐ Предыдущая2Следующая ⇒

Рекомендуемые страницы:

Воспользуйтесь поиском по сайту:

Качество стали

Чтобы правильно определить процентные потери из-за различных магнитных причин при нормальной работе трансформаторного оборудования, специалистам обязательно нужно будет учитывать характеристики электротехнической стали, используемой в устройстве. Для проведения измерений нужно учесть также технологические особенности магнитной системы, массу, методику производства стальных пластин и другие ее характеристики.

Все факторы, влияющие на потери трансформатора можно разделить на две группы: конструктивную и техническую. К конструктивной группе факторов принято относить форму, размеры и используемую методику крепежа металлических пластин, способ их прессовки, особенности обработки стержней и т.д. Технологическими факторами называют методику резки стальных пластин, используемые технологии для удаления заусенцев на них, методику отжига, материал лакировки и т.д.

Достаточно распространенными причинами потерь на трансформаторах являются ошибки при производстве элементов такого оборудования, а также ошибки в ходе сборки трансформаторного устройства.

Согласно нормам ГОСТа, правильно собранный трансформатор должен иметь уровень реальных потерь с отклонением не более 5% от расчетного уровня потерь, указанного в технической документации.

Правильность осуществления измерения потерь

Замеры потерь осуществляются только при обязательном использовании установки, которая обладает большими показателями мощности. В это время разрешается использовать для проведения расчетов более низкое напряжение, подключение которого осуществляется к первичному контуру через такой измерительный аппарат, как ваттметр. Такой вид измерений называют прямым методом.

Если учитывать предоставленные показатели такого измерительного оборудования, как вольтметр или амперметр, будет необходимо дополнительно произвести умножение их мощностей один на другой. Этот метод имеет еще название косвенный

При получении результата по такой методике следует принять во внимание, что в результате возможно наличие некоторых погрешностей. Причина искажения заключается в том, что нет возможности учесть в полной мере коэффициент показателя мощности

При действии данного режима наблюдается образование между ними угла, который составляет девяносто градусов.

От чего зависит ЭДС в обмотках трансформатора?

В прошлой статье я указал, что мгновенное значение ЭДС в обмотке трансформатора определяется числом витков ω провода в ней и скоростью изменения магнитного потока dΦ/dt

где ω – число витков обмотки трансформатора,

dФВ/dt – скорость изменения магнитного потока.

Однако в большинстве случаев нам интересно не мгновенное значение ЭДС, а действующее. Поэтому выведем выражение, определяющее действующее значение ЭДС в обмотках трансформатора. Это можно сделать аналитически проинтегрировав функцию изменения магнитного потока dΦ/dt, либо же путем нахождения среднего значения ЭДС Ecp и коэффициента формы ЭДС kф. Я буду выводить выражение вторым способом.

Магнитный поток протекая в сердечнике трансформатора изменяется в соответствии с некоторой периодичной функцией имеет два амплитудных значения максимальное +Фm и минимальное –Фm, тогда полное изменение магнитного потока за полупериод Т/2 будет иметь значение

Тогда среднее значение ЭДС Еср в обмотке трансформатора будет иметь вид

где ω – число витков обмотки трансформатора,

Т/2 – полупериод изменения функции магнитного потока,

f – частота изменения магнитного потока,

Фm – амплитуда магнитного потока.

Действующее значение ЭДС и её среднее значение связывает коэффициент формы кривой ЭДС kф, тогда действующее значение ЭДС в обмотке трансформатора будет определяться следующим выражением

где kф – коэффициент формы ЭДС,

f – частота изменения ЭДС,

ω – число витков обмотки трансформатора,

B – магнитная индукция в сердечнике,

Sc – площадь сечения сердечника трансформатора.

Приведём примеры действующего значение ЭДС для синусоидального, прямоугольного (меандр) и треугольного изменения

Из вышесказанного следует, что при условии постоянства электромагнитной индукции B, ЭДС пропорциональна конструктивным параметрам трансформатора сечению магнитопровода Sc и количеству витков ω. Правильный выбор величины электромагнитной индукции В является одной из ключевых задач при проектировании трансформатора. Кроме того, с ростом частоты f увеличивается ЭДС, поэтому для реализации одинаковой ЭДС с ростом частоты требуются меньшие размеры и вес трансформатора. Данный фактор является основным преимуществом трансформаторов высокой частоты, которые чаще всего применяются в настоящее время.

Примеры реальных конструкций современных энергоэффективных трансформаторов

Указанные выше конструктивные способы уменьшения потерь хх и кз в наиболее полной мере реализованы в нескольких линейках энергосберегающих масляных силовых трансформаторов серий ТМГ12, ТМГ15, ТМГ32, ТМГ33, ТМГ35. Динамика изменений электротехнических и массогабаритных характеристик на примере трансформатора мощностью 1000 кВА представлена в таблице 5.

Таблица 5. Характеристики энергоэффективных трансформаторов МЭТЗ им. В.И. Козлова (г. Минск, РБ)

Потери хх в трансформаторе ТМГ35 снижены на 52% по сравнению со стандартным трансформатором ТМГ11. Потери кз уменьшены на 11,5%. Масса трансформатора ТМГ35 по сравнению с массой стандартного трансформатора ТМГ11 увеличилась почти на 35%. Стоимость трансформатора увеличилась (по данным завода-изготовителя) практически на 50%. Однако принципиально важным является факт, что стоимость потерь энергоэффективного трансформатора ТМГ35 за 30 лет нормативного срока службы в 11 раз меньше стоимости потерь в обычном трансформаторе ТМГ11. Т.е. разность в стоимости энергоэффективного и обычного трансформаторов окупается примерно за 4 года.

а) Опыт XX в поминальных условиях

Холостым ходом трансформатора называется режим работы, при котором к одной из его обмоток приложено номинальное напряжение номинальной частоты синусоидальной формы, а остальные обмотки разомкнуты. При испытании трехфазных трансформаторов, кроме того, необходимо, чтобы напряжение было практически симметричным. Ток. протекающий по обмоткам трансформатора, в этом случае называется током XX и обозначается I0. Ток XX данной обмотки выражается в процентах тока той же обмотки, приведенного к номинальной мощности трансформатора. В трехфазных трансформаторах значение тока XX определяют как среднее арифметическое трех измеренных значений токов XX различных фаз. Ток XX зависит от мощности трансформатора, конструкции магнитопровода, качества электротехнической стали и исполнения. Активная мощность, подводимая к трансформатору, расходуется главным образом на потери, вызванные перемагничиванием электротехнической стали (потери от гистерезиса), и на потерн от вихревых токов. Измеренные при этом потери в трансформаторе называются потерями XX и обозначаются Р0. При опыте XX трехфазного трансформатора подводимое напряжение определяют как среднее арифметическое трех измеренных линейных напряжений. В допускается за подводимое напряжение принимать линейное напряжение на вводах а—с(А—С).

При испытании трехфазных трансформаторов приложенное напряжение должно быть практически симметричным. Трехфазная система считается практически симметричной, если при ее разложении на системы векторов прямой и обратной последовательностей окажется, что размер векторов обратной последовательности не превышает 5% размера векторов Прямой последовательности. Cиcтемy линейных напряжений допускается считать практически симметричной, если каждое из линейных напряжений отличается не более чем на 4,5% от среднего арифметического трех линейных напряжений системы. Допуски для значений потерь и тока XX мощных трансформаторов согласно ГОСТ 11677-75 установлены следующие: для потерь XX +15%; для тока XX +30%. Назначение опыта XX состоит в том, чтобы определить потери и ток XX, соответствующие поминальному напряжению, при практически синусоидальном1 и симметричном напряжении и номинальной частоте. Затем результаты измерений сравнивают с расчетными. При изготовлении трансформатора опыт XX производят несколько раз (см. гл. 1). Это испытание является одним из наиболее часто повторяемых, и его проводят в следующих случаях: 1) при испытании магнитопровода (на первых экземплярах новых конструкций и в других случаях, когда это вызывается необходимостью),

  1. при операционном испытании при малом напряжении;
  2. при испытании трансформатора с запаянными отводами без бака (измерение потерь XX при малом напряжении);

4) приемосдаточные испытания (опыт XX при номинальных условиях и повторный опыт XX при тех же условиях после испытания электрической прочности изоляции индуктированным напряжением при повышенной частоте); 5) пофазные измерения потерь XX при малом напряжении (иногда делается для трех значений напряжений: при 5—10% номинального возбуждения трансформатора; при 380 и 220 В);

1 Кривая напряжения считается практически синусоидальной, если ни одна из ее ординат и не отличается от соответствующей ординаты основной синусоиды более чем на 5% амплитуды U основной синусоиды, т. е. если разность синусоидальность напряжения допускается проверять визуально с помощью электроннолучевого осциллографа.