Назначение и области применения трансформаторов

Содержание

Слайд 3

У потребителей напряжение понижается несколькими ступенями: на районных подстанциях до 35 (10)

У потребителей напряжение понижается несколькими ступенями: на районных подстанциях до 35 (10)
кВ, на подстанциях предпри­ятий до 10 (6) кВ и, наконец, на подстанциях цехов и жилых районов — до 380/220 В. По числу фаз трансформаторы подразделяются на однофазные и
трехфазные. Последние наиболее эффективны для трансформации тока в трех­фазной сети. Каждая фаза трансформатора имеет первичную обмотку (к ней энергия подводится от источника) и вторичную обмогку (с нее энергия поступа­ет к потребителю). Вторичных обмоток у трансформатора может быть несколь­ко. В этом случае трансформатор называется многообмоточным. Таким образом, однофазные трансформаторы имеют как минимум две обмотки, трехфазные — шесть.

Слайд 4

Обмотки фаз высшего (ВН) или низшего (HIT) напряжений могут соеди­няться звездой (Y)

Обмотки фаз высшего (ВН) или низшего (HIT) напряжений могут соеди­няться звездой (Y)
или треугольником (А). Если обе обмотки соединены звездой, то такое соединение обозначается (Y/Y). В числителе указывается способ соеди­нения обмоток фаз высшего напряжения, а в знаменателе :— низшего напряже­ния. Начала фаз высшего напряжения обозначаются буквами А, В и С, а концы

Слайд 5

2. Паспортные данные трехфазных трансформаторов
Эксплуатационные параметры трансформатора, соответствующие режиму работы, для которого

2. Паспортные данные трехфазных трансформаторов Эксплуатационные параметры трансформатора, соответствующие режиму работы, для
он предназначен заводом-изготовителем, указываются в каталогах и на табличке, прикрепленной к корпусу. Таковыми являются:
1. Номинальная мощность SH0M. Ею является полная мощность, которая для трехфазного трансформатора определяется как

Так как коэффициент полезного действия трансформатора весьма велик и в
номинальном режиме, как правило, составляет 95-98%, то принято считать,
что мощ­ности первичной и вторичной обмоток равны S1 = S2 = SHOM.

Слайд 6

2. Под номинальными напряжениями U1л,ном и U2л,ном понимают линей-
ные напряжения каждой из

2. Под номинальными напряжениями U1л,ном и U2л,ном понимают линей- ные напряжения каждой
обмоток. При неизменном линейном напряжении первичной обмотки напряжение вторичной обмотки будет зависеть от характера нагрузки (активный, индуктивный, емкостной).

Поэтому, чтобы избежать неопределенности, за номинальное напряжение вторичной обмотки принимается напряжение при холостом ходе, когда ток вторичной обмотки равен нулю (I2,л=0).
По значениям номинальных напряжений может быть определен коэффи­циент трансформации, определяемый как отношение номинального высшего на­пряжения к номинальному низшему напряжению п = UBH /UHН. Для трехфазных трансформаторов в зависимости от способа соединения обмоток определяются линейный и фазный коэффициенты трансформации.

Слайд 7

При соединении обмоток по схеме "звезда - звезда" эти коэффициенты равны nл

При соединении обмоток по схеме "звезда - звезда" эти коэффициенты равны nл
=nф,, а при соединении "звезда - треугольник" отличаются в √3 раз ( nл =√3 • nф)
3. Номинальными токами трансформатора — первичным I1л,ном и вторичным I2л,ном — называются линейные токи, указанные на щитке и вычислен­ные по номинальным значениям мощности и напряжения.

4. Частота питающего напряжения f, выраженная в Гц. Принятый стан­дарт промышленной частоты в России — 50 Гц.
5. Напряжение кроткого замыкания, выраженное в процентах по отноше­нию к номинальному напряжению первичной обмотки

Слайд 8

6. Схема и группа соединения. Группа трансформатора определяется отно­сительным сдвигом фаз

6. Схема и группа соединения. Группа трансформатора определяется отно­сительным сдвигом фаз между
между электродвижущими силами первич-ной и вторичной обмоток. В зависимости от схемы соединения обмоток (Y или А) и порядка соединения их начал и концов получаются различ-ные углы сдвига фаз между линейными напряжениями.
Принято сдвиг фаз между ЭДС характеризовать положением стрелок на
циферблате часов, при этом вектор ЭДС обмотки высшего напряжения
мысленно совмещают с минутной стрелкой часов и постоянно устанав-ливают на цифре 12, а вектор ЭДС обмотки низшего напряжения с часовой стрелкой. Цифра, на которую будет ориентирована часовая стрелка, показывает группу соединения обмоток.

Слайд 9

Например, маркировка Y/Y - 6 означает, что векторы линейных ЭДС АВ и

Например, маркировка Y/Y - 6 означает, что векторы линейных ЭДС АВ и
ав сдвинуты на 180°. Таким образом, в трехфазных трансформато-рах может быть образовано 12 групп со сдвигом фаз ЭДС от 0 до 330° через 30°, что соответствует 12 цифрам часового циферблата.

7. Режим работы (продолжительный или кратковременный).
8. Полная масса.
Марка трансформатора содержит информацию о его номинальной мощно­сти и высшем линейном напряжении. Например, марка ТСМ 60/35 указывает на то, что полная номинальная мощность составляет 60 кВЛ, а высшее линейное напряжение 35 кВ.

Слайд 10

3. Характеристики трансформаторов
Важнейшей эксплуатационной характеристикой любого трансформатора яв-ляется внешняя — зависимость напряжения

3. Характеристики трансформаторов Важнейшей эксплуатационной характеристикой любого трансформатора яв-ляется внешняя — зависимость
на вторичной обмотке от нагрузки при заданном напряжении на входе трансформатора. Так как именно к вторичной обмотке подключаются потребители, пониженное или повышенное по сравнению с номинальным напряжение может отрицательно сказаться на их работе.
Для построения внешней характеристики трансформатора требуется ис­пользование некоторых дополнительных параметров, характеризующих режим работы трансформатора и физические процессы, происходящие в нем.
Нагрузку определяет коэффициент нагрузки , определяемый соотношением

Слайд 11

При известном изменении вторичного напряжения ∆U% при фиксированной нагрузке вторичное напряжение определяется

При известном изменении вторичного напряжения ∆U% при фиксированной нагрузке вторичное напряжение определяется
как

Найти процентное изменение вторичного напряжения можно в каталоге или рассчитать с использованием параметров обмоток и сердечника трансформатора. Схема замещения трехфазного трансформатора составляется на одну фазу в силу симметрии электромагнитной системы. Она моделирует процессы, происходящие в трансформаторе при различной нагрузке

Слайд 13

На представленной схеме R1 и X1 - активное сопротивление и сопротивление рассеяния

На представленной схеме R1 и X1 - активное сопротивление и сопротивление рассеяния
(реактивное) первичной обмотки; R'2 и Х'2 - приведенные активное и реактивное сопротивление вторичной обмотки; R 0 и X0 - активное и реактивное сопротивления ветви холостого хода, определяющие нагревание сердечника из-за вихревых токов и гистерезиса и рассеяние магнитного потока в сердечнике. Объединение обеих обмоток трансформатора при равенстве ЭДС этих обмоток (E1 = Е'2) ведет к необходимости приведения параметров вторич­ной цепи к числу витков первичной цени. Равенство будет выполнено, если новое число витков вторичной обмотки w'2 сделать равным числу витков первичной обмотки w1. Очевидно, что при таком преобразовании изменятся все величины, характеризующие вторичную цепь. Эти параметры обозначаются штриха­ми, называются приведенными.

Слайд 14

Приведение вторичной обмотки к первичной упрощает расчет рабочих характеристик трансформатора, так

Приведение вторичной обмотки к первичной упрощает расчет рабочих характеристик трансформатора, так как
как в приведенном транс-форматоре величины вторичной цепи имеют тот же порядок, что и величины первичной. В частности, процентное изменение вторичного напряжения можно выразить через параметры обмоток следующим образом

где Rк и Хк - активная и реактивная составляющие сопротивления обмотки
трансформатора, измеренные в опыте короткого замыкания.
В качестве характеристики нагрузки используется коэффициент мощности
cosφ2. Нагрузка может быть активной (φ2 =0), индуктивной (φ2>0) или
емкостной (φ2 <0).

Слайд 15

Схема замещения однофазного трансформатора при проведении опыта короткого замыкания приведена на

Схема замещения однофазного трансформатора при проведении опыта короткого замыкания приведена на рис.
рис. 3.

Эта схема замещения является упрощенной, т. к. параметры сердечника трансформатора в рассмотрение не принимаются. При этом принято считать, что Rk - суммарное активное сопротивление первичной и вторичной обмоток трансформатора, Хк- суммарное реактивное сопротивление первичной и вто­ричной обмоток и выполняются соотношения

Слайд 16

а полное сопротивление Z k можно определить как

В силу того что вторичная

а полное сопротивление Z k можно определить как В силу того что
обмотка пересчитана на число витков первичной обмотки, то обычно сопротивление приведенной вторичной обмотки принимают равным сопротивлению первичной обмотки,

Обычно U1k составляет 5-8% от U1H0M:

а тогда

Слайд 17

Значение указано на щитке трансформатора. Активная составляющая напряжения короткого замыкания определяется выражением

а

Значение указано на щитке трансформатора. Активная составляющая напряжения короткого замыкания определяется выражением
реактивная составляющая напряжения короткого замыкания

Процентные значения напряжения uk, иак, ирк связаны соотношением

Тогда процентное изменение вторичного напряжения можно выразить через активную и реактивную составляющие напряжения короткого замыкания

Слайд 18

Внешняя характеристика трансформатора может быть построена по двум точкам. Первая точка соответствует

Внешняя характеристика трансформатора может быть построена по двум точкам. Первая точка соответствует
номинальному напряжению вторичной об мотки (U2 = U2HOM) при β = 0, а вторая соответствует напряжению, вычисленному с использованием изменения вторичного напряжения при заданном значе нии β (рис. 4).

Рис.4. Внешняя характеристика
Трансформатора при различном
характере нагрузки

Слайд 19

Другой важной характеристикой для трансформатора является зависимость коэффициента полезного действия от нагрузки

Другой важной характеристикой для трансформатора является зависимость коэффициента полезного действия от нагрузки
η(β). Как известно, КПД любого устройства определяется отношением отдаваемой мощности к потребляемой

Слайд 20

Трансформаторы

Трансформаторы

Слайд 21

Трансформаторы

Трансформаторы

Слайд 22

Разницу между мощностями ∆Р = Р2 – Р1 называют полными потерями

Разницу между мощностями ∆Р = Р2 – Р1 называют полными потерями мощности.
мощности. Эти потери складываются из потерь в обмотках трансформатора, определяемые как электрические ∆РЭЛ, и потерь в сердечнике, определяемых как маг­нитные ∆Рмагн. Электрические потери относятся к переменным потерям, так как они зависят от нагрузки. Для номинального режима эту мощность можно определить экспериментально при проведении опыта короткого замыкания, так как по условиям проведения опыта токи в обеих обмотках должны соответствовать своим номинальным значениям

Исходя из упрощенной схемы замещения, составляемой для опыта корот­кого замыкания, можно принять

Слайд 23

Учитывая, что нагрузка характеризуется коэффициентом нагрузки β, ток нагрузки можно определить как

Учитывая, что нагрузка характеризуется коэффициентом нагрузки β, ток нагрузки можно определить как
I2 = β* I1ном при одновременном изменении тока в первичной обмотке I1 = β * I2ном. Тогда потери в обмотках трансформато­ра в зависимости от нагрузки можно представить как

Магнитные потери, или потери в сердечнике трансформатора, относятся к по­стоянным потерям, так как они практически не зависят от нагрузки. Постоянство этих потерь обеспечивается с одной стороны выбором такой марки стали, у ко­торой даже при малых токах сердечник находится в режиме насыщения (Фт= const).

С другой стороны, сердечник набирают из тонких листов стали для обес­печения минимальных потерь при образовании вихревых токов. Эти потери можно определить из опыта холостого хода. При проведении опыта холостого хода вторичная обмотка разомкнута, а к первичной подводится напряжение, рав­ное номинальному. На рис. 5 представлена его схема замещения.

Слайд 24

В этом случае нагрузка отсутствует /2 = 0, а ток первичной обмотки,

В этом случае нагрузка отсутствует /2 = 0, а ток первичной обмотки,
назы­ваемый током холостого хода 1Х, обычно составляет около 5% от номинального тока. Часто используется процентное значение тока холостого хода -

Измеряемая активная мощность в этом опыте является мощностью
потерь в сердечнике трансформатора, так как потери в обмотках в этом режиме пренебрежимо малы. Параметры схемы замещения в режиме холостого хода:

Слайд 25

Коэффициент мощности в опыте холостого хода определяется как

Опыты холостого хода и короткого

Коэффициент мощности в опыте холостого хода определяется как Опыты холостого хода и
замыкания позволяют не только определить параметры схемы замещения, но и вычислить коэффициент полезно­го действия трансформатора. В частности

Учитывая, что мощность, потребляемая нагрузкой

коэффициент полезного действия находится по формуле

Имя файла: Назначение-и-области-применения-трансформаторов.pptx
Количество просмотров: 32
Количество скачиваний: 0