• 1 Приведення параметрів вторинної обмотки й схема заміщення приведеного трансформатора
  • 1 Явища при намагнічуванні магнітопроводів трансформаторів

  • Скачать 14.91 Mb.


    страница3/68
    Дата29.01.2019
    Размер14.91 Mb.
    ТипУчебник

    Скачать 14.91 Mb.

    Конструкція трансформаторів


    1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   68

    Самостійна робота №2



    Тема: Приведення параметрів вторинної обмотки ТР та схема заміщення. Векторна діаграма ТР.

    Мета: ознайомитися з основними рівняннями та схемою заміщення приведеного трансформатора; вивчити порядок побудови векторної діаграми

    Питання, що виносяться на самостійне вивчення:

    1 Приведення параметрів вторинної обмотки й схема заміщення приведеного трансформатора

    2 Векторна діаграма трансформатора

    Література: Электрические машины: учебник для студ. образоват. учреждений сред. проф. образования/ М. М. Кацман. – 6-е изд., испр. и доп. – М.: Издательский центр «Академия», 2006. – 496 с.

    Питання для самоконтролю:

    1 Як отримати приведений трансформатор?

    2 Запишіть рівняння напруг та струмів для приведеного трансформатора.

    3 Побудуйте еквівалентну схему та схему заміщення приведеного трансформатора.



    4 Побудуйте векторну діаграму трансформатора та опишіть порядок її побудови.

    1 Приведення параметрів вторинної обмотки й схема заміщення приведеного трансформатора


    У загальному випадку параметри первинної обмотки трансформатора відрізняються від параметрів вторинної обмотки. Ця різниця найбільш відчутна при більших коефіцієнтах трансформації, що утрудняє розрахунки й побудову векторних діаграм, тому що в цьому випадку вектори електричних величин первинної обмотки значно відрізняються по своїй довжині від однойменних векторів вторинної обмотки. Зазначені утруднення усуваються приведенням всіх параметрів трансформатора до однакового числа витків, звичайно до числа витків первинної обмотки w1. Із цією метою всі величини, що характеризують вторинний ланцюг трансформатора, — ЕРС, напруга, струм й опори — перераховують на число витків w1 первинної обмотки.

    Таким чином, замість реального трансформатора з коефіцієнтом трансформації k=w1/w2 одержують еквівалентний трансформатор з k=w1/w’2=1, де w’2=w1. Такий трансформатор називають наведеним. Однак приведення вторинних параметрів трансформатора не повинне відбитися на його енергетичних показниках: всі потужності й фазові зрушення у вторинній обмотці наведеного трансформатора повинні залишитися такими, як й у реальному трансформаторі.

    Так, електромагнітна потужність вторинної обмотки реального трансформатора Е2I2 повинна бути дорівнює електромагнітної потужності вторинної обмотки наведеного трансформатора:

    (1.27)

    Підставивши значення наведеного струму вторинної обмотки I2 = I2(w2/w1,) в (1.27), одержимо формулу наведеної вторинної ЕРС:

    (1.28)

    Тому що U2I2U’2I’2, та наведена напруга вторинної обмотки

    (1.29)

    З умови рівності втрат в активному опорі вторинної обмотки маємо . Визначимо наведений активний опір:

    (1.30)

    Наведений індуктивний опір розсіювання вторинної обмотки визначають із умови рівності реактивних потужностей , звідки

    (1.31)

    Наведений повний опір вторинної обмотки трансформатора

    (1.32)

    Наведений повний опір навантаження, підключеної на висновки вторинної обмотки, визначимо за аналогією з (1.32):

    (1.33)



    Рівняння напруг і струмів для наведеного трансформатора мають вигляд

    (1.34)

    Ці рівняння встановлюють аналітичний зв'язок між параметрами трансформатора у всьому діапазоні навантажень від режиму х.х. до номінальної.

    Ще одним засобом, що полегшує дослідження електромагнітних процесів і розрахунок трансформаторів, є застосування електричної схеми заміщення наведеного трансформатора. На мал. 1.18, а представлена еквівалентна схема наведеного трансформатора, на якій опору r і х умовно винесені з відповідних обмоток і включені послідовно їм. Як було встановлено раніше, у наведеному трансформаторі k = 1, а тому . У результаті крапки А и а, а також крапки X і х на схемі мають однакові потенціали, що дозволяє электрически з'єднати зазначені крапки, одержавши Т–подібну схему заміщення наведеного трансформатора (рисунок 2.1, б). В електричній схемі заміщення трансформатора магнітний зв'язок між колами замінена електричною.



    Рисунок 2.1 – Еквівалентна схема (в) і схема заміщення (б) наведеного


    Схема заміщення наведеного трансформатора задовольняє всім рівнянням ЕРС і струмів наведеного трансформатора (1.34) і являє собою сукупність трьох галузей: первинної — опором Z1 = r1 + jx1 і струмом ; що намагнічує — опором Zm=rm+jxm і струмом ; вторинної — із двома опорами: опором властиво вторинної галузі Z'2 = r’2 + jx'2 й опором навантаження Z' = rн' ± jx' і струмом . Зміною опору навантаження Z' на схемі заміщення можуть бути відтворені всі режими роботи трансформатора.

    Параметри галузі намагнічування Zm = rm + jxm визначаються струмом х.х. Наявність у цій вітці активної складової rm обумовлено магнітними втратами в трансформаторі.

    Всі параметри схеми заміщення, за винятком Z', є постійними для даного трансформатора й можуть бути визначені з досліду х.х. і досліду к. з..
    2 Векторна діаграма трансформатора

    Скориставшись схемою заміщення наведеного трансформатора й основних рівнянь напруг і струмів (1.34), побудуємо векторну діаграму трансформатора, що наочно показує співвідношення й фазові зрушення між струмами, ЕРС і напругами трансформатора. Векторна діаграма - графічне вираження основних рівнянь наведеного трансформатора (1.34).



    Побудова діаграми (рисунок 2.2, а) варто починати з вектора максимального значення основного магнітного потоку .

    Вектор струму випереджає по фазі вектор потоку на кут δ, а вектори ЭДС , і відстають від цього вектора на кут 90°. Далі будуємо вектор . Для визначення кута зрушення фаз між і треба знать характер навантаження. Припустимо, що навантаження трансформатора активно-індуктивна. Тоді вектор. відстає по фазі від на кут обумовлений як характером зовнішнього навантаження, так і власними опорами вторинної обмотки.


    (1.35)

    Рисунок 2.2 – Векторні діаграми трансформатора при активно-індуктивній (а) і активно-ємнісної (б) навантаженнях
    Для побудови вектора вторинної напруги необхідно з вектора ЕРС відняти вектори спадань напруги й . Із цією метою з кінця вектора опускаємо перпендикуляр на напрямок вектора струму й відкладаємо на ньому вектор . Потім проводимо пряму, паралельну , і на ній відкладаємо вектор . Побудувавши вектор , одержимо трикутник внутрішніх спадань напруги у вторинному ланцюзі. Потім із крапки Про проводимо вектор , що випереджає по фазі струм на кут φ2=arctg(х'н/rн').

    Вектор первинного струму будуємо як векторну суму: . Вектор проводимо з кінця вектора протилежно вектору . Побудуємо вектор , для чого до вектора , що випереджає по фазі вектор потоку на 90°, додаємо вектори внутрішніх спадань напруги первинної обмотки: вектор , паралельний току , і вектор , що випереджає вектор струму на кут 90°. З'єднавши крапку О с кінцем вектора , одержимо вектор , що випереджає по фазі вектор струму , на кут φ1.

    Іноді векторну діаграму трансформатора будують із метою визначення ЕРС обмоток. У цьому випадку заданими є параметри вторинної обмотки: U2, I2 і соsφ2. Знаючи w1/w2, визначають й а потім будують вектори цих величин під фазовим кутом φ2 друг до друга. Вектор ЕРС одержують геометричним додаванням вектора напруги зі спаданнями напруги у вторинній обмотці:

    У випадку активно-ємнісного навантаження векторна діаграма трансформатора має вигляд, показаний на рисунок 2.2, б. Порядок побудови діаграми залишається колишнім, але вид її трохи змінюється. Струм у цьому випадку випереджає по фазі ЕРС на кут

    (1.36)

    При значній ємнісній складовій навантаження спадання напруги в ємнісні складові опори навантаження й індуктивне спадання напруги розсіювання у вторинній обмотці частково компенсують один одного. У результаті напруга може виявитися більше, ніж ЕРС . Крім того, реактивна (випереджальна) складова вторинного струму збігається по фазі з реактивної складової струму х.х. , тобто робить на магнитопровод трансформатора подмагничшающее дія.

    Це веде до зменшення первинного струму , у порівнянні з його значенням при активно-індуктивному навантаженні, коли складова впливає (рисунок 2.2, а).

    Самостійна робота №3
    Тема: Явища при намагнічуванні магнітопроводів. Вплив схеми з'єднання на роботу ТР.

    Мета: вивчити порядок побудови графіку намагнічуючого струму трансформатора; ознайомитися з впливом різних схем з'єднання обмоток ТР на його роботу.

    Питання, що виносяться на самостійне вивчення:

    1 Явища при намагнічуванні магнітопроводів трансформаторів

    2 Вплив схеми з'єднання обмоток на роботу трифазних трансформаторів у режимі холостого ходу

    Література: Электрические машины: учебник для студ. образоват. учреждений сред. проф. образования/ М. М. Кацман. – 6-е изд., испр. и доп. – М.: Издательский центр «Академия», 2006. – 496 с.

    Питання для самоконтролю:

    1 Опишіть порядок побудови графіку намагнічуючого струму.

    2 Побудуйте графік намагнічуючого струму.

    3Як впливають різні схеми з'єднання обмоток на роботу ТР?



    1 Явища при намагнічуванні магнітопроводів трансформаторів


    Припустимо, що до первинної обмотки трансформатора підведена синусоїдальна напруга. При цьому потік у магнітопроводі також буде синусоїдальним: Ф = Фmах sinωt. Однак, внаслідок насичення магнітний потік трансформатора не пропорційний струму, що намагнічує. Тому при синусоїдальному потоці Ф струм, що намагнічує ; є несинусоїдальним. Для визначення форми кривої цього струму iОр = f(t) скористаємося кривою намагнічування магнітопровода Ф = f(iОр) і графіком зміни потоку Ф =f(t).


    Рисунок 1.23 – Побудова графіка намагнічуючого струму) і розкладання його на складові (б)
    На рисунку 1.23, а дана побудова графіка струму, що намагнічує, i0= f(t). Тут у лівому верхньому квадранті показана синусоїдальна крива Ф =f(t), а у верхньому правому квадранті — крива намагнічування Ф = f(i0р) матеріалу магнитопровода. Для одержання графіка струму, що намагнічує, i0= f(t) , розташованого в правому нижньому квадранті, надходять у такий спосіб. На графіку Ф = f(t) вибирають ряд точок 7, 2, 3, проектують їх на криву намагнічування й визначають значення струму, що намагнічує, відповідним обраним значенням магнітного потоку. Потім проводять вертикальні лінії через крапки 1, 2, 3 на осі i у правий нижній квадрант до перетинання з горизонтальними лініями, проведеними із крапок 1, 2, 3 на осі часу цього квадранта, і одержують геометричне місце крапок кривій струму, що намагнічує, i0 = f(t). Зі зроблених побудов видно, що при синусоїдальній формі кривій Ф =f(t) струм, що намагнічує, має шпилясту форму. З метою спрощення побудов у цьому випадку скористалися кривою намагнічування Ф = f(i0р), побудованої без обліку гістерезису.

    Після розкладання несинусоїдальної кривої струму i на синусоїдальні складові (рисунок 1.23, б) видно, що в цьому струмі крім основної (першої) гармоніки i0р1 яскраво виражена третя гармоніка i0р3.

    Так, у трансформаторі з магнітопроводом з високолегованої сталі при індукції В=1,4Тл амплітуда третьої гармоніки становить приблизно 30% амплітуди основної гармоніки струму, що намагнічує. Сказане відноситься лише до реактивної складової струму х.х., бо активна складова i0a є синусоїдальною. Звичайно i0a не перевищує 10% від I0, тому з деяким наближенням можна прийняти, що крива струму х.х. i0=f(t) не відрізняється від кривій i = f(t).



    2 Вплив схеми з'єднання обмоток на роботу трифазних трансформаторів у режимі холостого ходу

    З рівнянь струмів третьої гармоніки в трифазній системі видно, що ці струми в будь-який момент часу збігаються по фазі, тобто мають однаковий напрямок.



    (1.37)

    Цей же висновок поширюється на всі вищі гармоніки струму, кратні трьом, - 3, 9, 15 і т.д. Ця обставина впливає на процеси, що супроводжують намагнічування сердечників при трансформуванні трифазного струму.



    Розглянемо особливості режиму холостого ходу трифазних трансформаторів для деяких схем сполуки обмоток.


    Рисунок 1.24 – Напрямок струмів третьої гармоніки для різних схем сполуки обмоток
    Сполука Y/Y0. Якщо напруга підводить із боку обмоток, з'єднаних зіркою без нульового висновку (рисунок 1.24, а), то струми третьої гармоніки (і кратні трьом — 9, 15 і т.д.), збігаючись по фазі у всіх трьох фазах, будуть дорівнюють нулю. Порозумівається це відсутністю нульового проведення, а отже, відсутністю виходу з нульової крапки. У підсумку струми третьої й кратні трьом гармоніки будуть взаємно компенсуватися й струм, що намагнічує, трансформатора виявиться синусоїдальним, але магнітний потік у магнитопроводе виявиться несинусоїдальним (сплощеним) з явно вираженим потоком третьої гармоніки Фз (рисунок 1.25).

    Рисунок 1.25 Побудова графіка магнітного потоку при синусоїдальній формі струму, що намагнічує


    Потоки третьої гармоніки не можуть замкнути в трехстержневом магнитопроводе, тому що вони збігаються по фазі, тобто спрямовані зустрічно. Ці потоки замикаються через повітря (масло) і металеві стінки бака (рисунок 1.26). Великий магнітний опір потоку Ф3 послабляє його величину, наводи тому потоками Ф3 у фазних обмотках ЕРС третьої гармоніки невелика й звичайно їхня амплітуда не перевищує 5—7% від амплітуди основної гармоніки. На практиці потік Фз ураховують лише з погляду втрат від вихрових струмів, индуцируемых цим потоком у стінках бака. Наприклад, при індукції в стрижні магнитопровода порядку 1,4 Тл втрати від вихрових струмів у баці становлять близько 10% від втрат у магнитопроводе, а при індукції 1,6 Тл ці втрати зростають до 50 - 65%.


    Рисунок 1.26 Шляхи замикання магнітних потоків третьої гармоніки в трехстержневом магнитопроводе
    У випадку трансформаторної групи, що складає із трьох однофазних трансформаторів (див. мал. 1.20, а), магнитопроводи окремих фаз магнітно не зв'язані, тому магнітні потоки третьої гармоніки всіх трьох фаз безперешкодно замикаються (потік кожної фази замикається у своєму магнитопроводе). При цьому значення потоку Фз може досягати 15 — 20% від Ф1 Несинусоїдальний магнітний потік Ф, що містить крім основної гармоніки Ф1 ще й третю Ф3,

    (1.38)



    наводить у фазних обмотках несинусоїдальну ЭДС

    (1.39)


    Рисунок 1.27 Форма графіка фазної ЕРС трансформаторної групи при сполуці обмоток Y/Y
    Підвищена частота Зω магнітного потоку Ф3 приводить до появи значної ЕРС е3, що різко збільшує амплітудне значення фазної ЕРС обмотки при тім же її діючому значенні (мал. 1.27), що створює несприятливі умови для електричної ізоляції обмоток.


    Рисунок 1.28 – Векторні діаграми ЭДС основної (а) і третьої (б) гармонік трифазного трансформатора
    Амплітуда ЕРС третьої гармоніки в трансформаторній групі може досягати 45—65% від амплітуди основної гармоніки. Однак слід зазначити, що лінійні ЕРС (напруги) залишаються синусоїдальними й не містять третьої гармоніки, тому що при сполуці обмоток зіркою фазні ЕРС е3A, е3B й езс, збігаючись по фазі, не створюють лінійної ЕРС. Порозумівається це тим, що лінійна ЕРС при сполуці обмоток зіркою визначається різницею фазних ЕРС. Так, для основної гармоніки (мал. 1.28, а) лінійна ЕРС



    Що ж стосується лінійної ЕРС третьої й кратних трьом гармонік, то через збіг по фазі фазних ЕРС цих гармонік (мал. 1.28, б) одержимо



    Якщо первинна обмотка трансформатора є обмоткою НН й її нульовий висновок приєднаний до нульового висновку генератора (див. мал. 1.24, б), то струми, що намагнічують, фаз містять треті гармоніки. Ці струми збігаються по фазі [див. (1.37)], а тому всі вони спрямовані або від трансформатора до генератора, або навпаки. У нульовому проведенні буде протікати струм, рівний 3iз. при цьому магнітний потік трансформатора, а отже, і ЕРС у фазах будуть синусоидальны.

    Сполуки, при яких обмотки якої-небудь сторони трансформатора (НН або ВН) з'єднані в трикутник. Ці схеми сполуки найбільш бажані, тому що вони позбавлені недоліків розглянутих раніше схем.

    Допустимо, що в трикутник з'єднані первинні обмотки трансформатора. Тоді струм третьої гармоніки безперешкодно замикається в замкнутому контурі фазних обмоток, з'єднаних у трикутник (див. мал. 1.24, в). Але якщо струм, що намагнічує, містить третю гармоніку, те магнітні потоки в стрижнях, а отже, і ЕРС у фазах практично синусоидальны.

    Якщо ж вторинні обмотки трансформатора з'єднані в трикутник, а первинні — у зірку, то ЕРС третьої гармоніки, наведені у вторинних обмотках, створюють у замкнутому контурі трикутника струм третьої гармоніки. Цей струм створює в магнитопроводе магнітні потоки третьої гармоніки Ф23, спрямовані зустрічно потокам третьої гармоніки від струму, що намагнічує, Ф 13 (за правилом Ленца). У підсумку результуючий потік третьої гармоніки значно послабляється й практично не впливає на властивості трансформаторів.

    1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   68

    Коьрта
    Контакты

        Главная страница


    Конструкція трансформаторів

    Скачать 14.91 Mb.