Реферат Курсовая Конспект
Однофазный трансформатор напряжения - раздел Философия, ЭЛЕКТРОТЕХНИКА и ЭЛЕКТРОНИКА Рассмотрим Принцип Работы Трансформатора На Примере Однофазного Трансформатор...
|
Рассмотрим принцип работы трансформатора на примере однофазного трансформатора схематически представляющего собой магнитопровод с двумя обмотками w1 и w2 (рис.56,а).
| |||||
| |||||
| |||||
|
|
|
|
| |||||
| |||||
При подключении первичной обмотки к источнику синусои- дального напряжения по обмотке течет ток i1 = Imaxsin(wt+yu) , создающий намагничивающую силу i1w1 , под действием которой возникает магнитный поток Ф = Фmsin(wt+yф). По закону электромагнитной индукции во вторичной цепи индуцируется электродвижущаяся сила (ЭДС)
.
Подставим выражение для потока Ф и возьмем производную
.
Из формулы видно, что ЭДС отстает от магнитного потока на угол 90о, а Е2m = w2Фmw. Действующее значение ЭДС равно Е2=Е2m/Ö2 = w2Фm2p¦/Ö2, где ¦- частота сети.
Е2 = 4,44 w2Фm¦.
Такая же эдс возникает и в первичной обмотке, так как магнитный поток пронизывает витки и первичной обмотки. Поэтому отношение Е1 / Е2 будет определять коэффициент трансформации трансформатора – Ктр.
При Ктн >1 и Е1 >Е2 трансформатор понижающий, при Ктр < 1 и Е1<Е2 трансформатор повышающий , при Ктр = 1 и Е1 = Е2 трансформатор разделительный.
Изображение трансформатора на электрической схеме приведено на рис.56, в.
В работе трансформатора можно выделить три режима: холостого хода, когда вторичная обмотка разомкнута; короткого замыкания, когда вторичная обмотка замкнута накоротко, и рабочий режим под нагрузкой.
Режим холостогохода. Вторичная обмотка трансформатора разомкнута,U2хх = Е2, тогда ток в первичной обмотке определится как
I10 = U1/Z10, где Z10 = R10 + jX10.
Ток I10 составляет от 3-х до 10% от номинального (рабочего) тока трансформатора – I1н, при этом I2 = 0.
Ввиду малости первичного тока потери мощности в первичной катушке составляют не более одного процента от номинальной мощности трансформатора и их можно принять равными нулю также, как и во вторичной Р10®0, Р2 =0.
Таким образом, в режиме холостого хода потери мощности наблюдаются только в магнитопроводе, и связаны они с перемагничиванием и вихревыми токами, определяемыми магнитным материалом
Р10 = Рст = Рв + Рг.
Если первичное напряжение постоянно, то постоянны и потери в стали, которые пропорциональны значению магнитной индукции В в степени угла магнитного запаздывания - a. Значение угла составляет (5¸10)- электрических градусов.
В этом случае: Ктр = w1/w2 = Е1/Е2 » U10/U20.
Векторная диаграмма в режиме холостого хода (рис.57) может быть построена на основании уравнения для первичной обмотки
U1 = - E1 + I10 (R1 + jX1).
Рис. 57. Векторная диаграмма трансформатора в режиме холостого хода
Так как I10R1 и I10X1<< E1 , то параметры холостого хода или параметры магнитной системы можно определить из следующих выражений
, , .
Режим короткого замыканиядля трансформатораявляется аварийным. В режиме к.з. вторичная обмотка трансформатора замыкается накоротко, при этом U2 = 0 и Zн = 0 .Ток в первичной обмотке будет в 15-20 раз больше тока номинального рабочего режима. Поэтому опыт короткого замыкания производят только с целью определения параметров первичной и вторичной обмоток.
Опыт производят при условии, что I2к =I2н, тогда I1к = I1н и U1к<<U1н. Напряжение короткого замыкания для первичнойобмотки задается в паспортных данных трансформатора в процентах от вторичного напряжения U1к% = (U1к / U2к) 100% и составляет примерно 5% для трансформаторов с масляным охлаждением и (2¸2,5)% для трансформаторов с воздушным охлаждением
Поскольку напряжение короткого замыкания в первичной обмотке во много раз меньше номинального, то
U1 @ 4,44w1Фm¦ и Фmк.з.<<Фmн ,
а потери в стали будут стремиться к нулю.
Мощность при к.з. рассеивается только в обмотках трансформатора и идет на нагрев меди в них.
Рк.з. = Рмн = Рм1н + Рм2н = I21нR1 + I22нR2 = I21нRк.з.
Общее сопротивление короткого замыкания Zк.з определится из следующих соотношений:
U1 к / I1н Rк.з = Рк.з. / I1н ; соsj = Rк.з / Zк.з,; Ктр » I2н / I1н.
Векторная диаграмма трансформатора в режиме короткого
замыкания, рис.58 имеет вид в соответствии с уравнением:
Схема замещения трансформатора в режиме короткого замыкания и векторная диаграмма имеют вид в соответствии с уравнением
U1к.з = I1нZк.з =
I1н(Rк.з +jXк.з).
Рабочий режим трансформатора.Схема замещения трансформатора в рабочем режиме приведена на рис.56,б. Согласно этой схеме составим для обеих обмоток систему уравнений по 2-му закону Кирхгофа:
,
где xр1=Lр1; xр2=Lр2,- реактивные сопротивления рассеивания обмоток;Lр1 - индуктивности рассеивания первичной обмотки и Lр2 вторичной обмотки ;R1 – активное сопротивление первичной обмотки; R2 – активное сопротивление вторичной обмотки;Zн – сопротивление нагрузки; Uн = U2 напряжение на нагрузке.
Для составления расчетной схемы замещения и удобства расчета рабочих режимов используют метод приведения параметров вторичной обмотки трансформатора к первичной. Тогда w1 = w¢2 – число витков обмотки приведенного трансформатора, где w2 = Ктрw2; Е'2 = Е2 Ктр; U'2 = U2 Ктр. Условием приведения является постоянство энергетических характеристик (мощности и потерь)
S1 = S2 и Рм1 = Рм2.
Тогда I'2 = I2(1/ Ктр ); R'2=R2 Ктр 2;; X'2 = X2 Ктр 2 ; Z'2 = Z Ктр 2.
Для расчетов используют Т-образную и Г-образную схемы замещения (рис.59,а,б).Уравнения цепи для Т- схемы имеют вид:
;
Рис. 59,а. Т-образная схема замещения приведенного трансформатора.
Рис. 59,б. Г-образная схема замещения трансформатора.
Нагрузочный режим.Рабочие свойства трансформатора в нагрузочном режиме характеризуются зависимостями вторичного напряжения и кпд от тока во вторичной обмотке U2 = f(I2);h = f(I2, рис.60, а,б.
Зависимость напряжения от тока называется нагрузочной или внешней характеристикой (рис.60,а). Кривая 1 соответствует режиму емкостной нагрузки, cosj <1; кривая 2 - активной нагрузке, cosj=0 и кривая 3 - индуктивной нагрузке, cosj<1.
Максимальный коэффициент полезного действия трансформатора составляет 0,98¸0,99 и находится из соотношения полезной мощности на нагрузке к мощности потребляемой из сети.
h = Р2 / Р1,
где Р 1 – мощность ,потребляемая из сети (первичной обмотки), Вт;
Р 2 – активная мощность на выходе трансформатора (полезная мощность на нагрузке), Вт.
Р1 = Р2 + Рхх + Рк.з;; Р2 = U2I2 cosj = bSнcosj2. ,
где b = I2 / I2н - коэффициент нагрузки трансформатора, Sн – номинальная полная мощность трансформатора, ВА.
Из графиков зависимостей кпд и потерь в трансформаторе в функции коэффициента нагрузки (рис.60,б) видно, что потери в стали не зависят от нагрузки и являются постоянными. Потери в меди обмоток растут и изменяются по нелинейному закону. Коэффициент полезного действия будет иметь максимальное значение при равенстве указанных потерь и коэффициенте загрузки равном 0,6.
ВЫВОДЫ
Рассмотрены основные параметры и характеристики трансформаторов, приведены схемы замещения трансформатора напряжения; указано, что трансформатор является преобразовательным устройством.
– Конец работы –
Эта тема принадлежит разделу:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение... высшего профессионального образования... Национальный минерально сырьевой университет Горный...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Однофазный трансформатор напряжения
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Твитнуть |
Новости и инфо для студентов