Потери в трансформаторе: определение, расчет и формула - услуги электромонтажа, строительства и ремонта

Приведенная выше методология применима к оценке двухконтурных трансформаторов. Для трехконтурных трансформаторов необходимо учитывать ряд других данных. Они указываются производителем в техническом паспорте.

Содержание

Определение потерь в трансформаторах

Трансформатор – это устройство, предназначенное для преобразования электрической энергии в электрическую. Это устройство имеет две или более обмоток. Во время своей работы трансформаторы могут преобразовывать частоту и напряжение тока, а также количество фаз сети.

Во время выполнения определенных функций в трансформаторе наблюдаются потери мощности. Они влияют на начальное количество электроэнергии, выделяемой устройством. Что такое потери и каков КПД трансформатора, будет рассмотрено ниже.

Трансформатор – это устройство, которое используется для преобразования электрической энергии в энергию сети. Это устройство имеет две или более обмоток. Трансформаторы во время своей работы могут преобразовывать частоту и напряжение тока, а также количество фаз сети.

Дизайн

Трансформатор – это статическое устройство. Он работает от электричества. В конструкции нет движущихся частей. Это позволяет избежать увеличения затрат на электроэнергию по механическим причинам.

Если энергопринимающее устройство работает, потребление энергии увеличивается, когда оно не работает. Это связано с увеличением активных потерь холостого хода в стали. В то же время наблюдается снижение номинальной нагрузки при увеличении реактивной энергии. Потери энергии, которые определяются в трансформаторе, относятся к активной мощности. Они возникают в магнитном приводе, обмотках и других компонентах устройства.

Величина потерь энергии в трансформаторе зависит в основном от качества, конструкции и материала трансформаторной стали, из которой изготовлен сердечник. Потери энергии намного выше, если ядро монолитное, поэтому монолитные ядра сегодня не используются на практике. Для дополнительной изоляции друг от друга пластины сердечника покрыты лаком.

Потери электроэнергии в трансформаторах

Потери электроэнергии в трансформаторах являются одним из технических видов потерь электроэнергии, возникающих в результате физических процессов, происходящих при передаче энергии. Передача электроэнергии от источника к конечному потребителю неизбежно связана с потерей части мощности и энергии в системе электроснабжения. Сюда входят потери в линиях электропередач и потери в трансформаторах.

Стандартный двухобмоточный трансформатор состоит из замкнутого (магнитного) сердечника, который представляет собой стальную пластину трансформатора, и двух обмоток: к генератору (первичная) и к нагрузке (вторичная). Эффект трансформации вызван различным количеством витков в обмотках. Потери мощности в трансформаторе с такой конфигурацией состоят из:

Тепловые потери обмоток трансформатора;
тепловые потери ядра;
Потери при перемагничивании сердечника.

Величина потерь мощности в трансформаторе в основном зависит от качества, конструкции и материала трансформаторной стали, из которой изготовлен сердечник. Потери мощности намного выше, если сердечник имеет монолитную конструкцию, поэтому монолитные сердечники сегодня не используются на практике. Для дополнительной изоляции друг от друга пластины сердечника покрыты лаком.

Величина этих потерь и КПД трансформатора также зависит от передаваемого напряжения и мощности. Чем выше мощность трансформатора, тем выше КПД и меньше потери. Правильно спроектированный трансформатор имеет коэффициент полезного действия 97-99%. Потери мощности в трансформаторах также зависят от времени их работы, поэтому одним из ключевых условий снижения потерь мощности в трансформаторах является их отключение при малых нагрузках. Этого можно достичь, питая работающие электроустановки, которых не так много, от одного трансформатора в ночное время, а также в выходные и праздничные дни. Это возможно благодаря объединению подстанций с более низким напряжением.

Другим важным условием снижения потерь электроэнергии в трансформаторах является обеспечение рациональности включенных трансформаторов. Для этого необходимо выбрать оптимальный коэффициент загрузки трансформатора в зависимости от уровня активной и реактивной составляющих потерь.

Для точного расчета потерь мощности в трансформаторе с двумя обмотками необходимы следующие данные:

номинальная мощность трансформатора, потери холостого хода при номинальном напряжении и потери короткого замыкания трансформатора при номинальной нагрузке;
фактический: Общее количество часов работы трансформатора, количество часов работы трансформатора при номинальной нагрузке, энергия, зарегистрированная по показаниям счетчика.

На основании этих исходных данных можно определить следующее:

Средневзвешенный коэффициент мощности трансформатора;
Коэффициент нагрузки трансформатора;
И фактические потери энергии трансформатора, в киловатт-часах.

Для расчета потерь электроэнергии в трансформаторе с тремя обмотками назначаются коэффициенты нагрузки для каждой обмотки – высокого, среднего и низкого напряжения – и рассчитываются общие потери электроэнергии как средневзвешенное значение с учетом этих величин.

Способность правильно рассчитать потери во всех элементах энергосистемы, выявить их ключевые составляющие и определить приоритетные области для снижения потерь и экономии энергии является основным условием правильной работы электросети и, в частности, снижения потерь электроэнергии в трансформаторах.

При проектировании трансформатора электрические потери определяются в соответствии с (1.73), а в случае изготовленного трансформатора эти потери определяются экспериментально путем измерения мощности короткого замыкания при номинальных токах в обмотках:

Потери и эффективность трансформатора

В процессе преобразования электроэнергии часть энергии теряется в трансформаторе для покрытия потерь. Потери в трансформаторе делятся на электрические и магнитные.

Электрические потери. Они возникают из-за нагрева обмоток трансформатора при прохождении через них электрического тока. Потери мощности пропорциональны квадрату тока и определяются суммой электрических потерь в первичной и вторичной обмотках:

– количество фаз трансформатора (для однофазного трансформатора
m
= 1, для трехфазного трансформатора
m
= 3).

Для трансформатора величина электрических потерь может быть определена из (1.73); для изготовленного трансформатора эти потери могут быть определены экспериментально путем измерения пропускной способности обмоток при номинальном токе:

где – коэффициент нагрузки.

Электрические потери называются переменными, поскольку они зависят от нагрузки трансформатора (рис. 44).

Магнитные потери. Они возникают в основном в магнитопроводе трансформатора. Эти потери вызваны систематическим перемагничиванием магнитопровода переменным магнитным полем. Это перемагничивание вызывает два типа магнитных потерь в магнитной цепи: потери на гистерезис, возникающие из-за энергии, необходимой для разрушения остаточного магнетизма в ферромагнитном материале магнитной цепи, и потери на вихревые токи, вызванные переменным магнитным полем в пластинах магнитной цепи:

Чтобы уменьшить магнитные потери, магнитопровод трансформатора изготавливается из магнитно-мягкого ферромагнитного материала, например, тонкого листа электротехнической стали. В этом случае магнитопровод изготавливается в виде пакетов тонких пластин (полос), изолированных с обеих сторон тонким слоем лака.

Магнитные потери из-за гистерезиса прямо пропорциональны частоте намагничивания магнитной цепи, т.е. частоте переменного тока, а магнитные потери из-за вихревых токов пропорциональны квадрату этой частоты. Предполагается, что полные магнитные потери пропорциональны частоте тока в степени 1,3, т.е. . Величина магнитных потерь также зависит от магнитной индукции в сердечниках и витках магнитопровода. Если первичное напряжение постоянно, то магнитные потери постоянны, т.е. не зависят от нагрузки трансформатора (рис. 44, а

Рис. 44 Зависимость потерь в трансформаторе от его нагрузки (а

и энергетическая диаграммаб

Рис. 45. Диаграмма эффективности трансформатора в зависимости от нагрузки

При проектировании трансформатора магнитные потери можно определить по значениям удельных магнитных потерь, возникающих в 1 кг стального листа, для значений магнитной индукции 1,0, 1,5 или 1,7 Тл и частоты изменения магнитного поля 50 Гц:

где – фактическое значение магнитной индукции в магнитопроводе или ярме трансформатора, Тл; – магнитная индукция, соответствующая выбранному значению удельных магнитных потерь, например, = 1,0 или 1,5 Тл; – масса магнитопровода или ярма, кг.

Значения магнитных потерь приведены в ГОСТе для тонколистовой электротехнической стали. Например, для стали марки 3411 толщиной 0,5 мм при = 1,5 Тесла и = 50 Гц, удельные магнитные потери = 2,45 Вт/кг.

Для изготовленного трансформатора магнитные потери определяются экспериментально путем измерения мощности переменного тока при номинальном напряжении первичной обмотки.

Поэтому активная мощность, поступающая из сети на первичную обмотку трансформатора, частично расходуется на электрические потери в этой обмотке. Переменный магнитный поток вызывает магнитные потери в магнитопроводе трансформатора. Энергия, которая остается после этого, называется электромагнитная энергия

передается во вторичную обмотку, где частично расходуется на электрические потери в этой обмотке. Активная мощность, отдаваемая в нагрузку трансформатора, равна , где – полные потери в трансформаторе. Все виды потерь, сопровождающие процесс работы трансформатора, показаны на энергетической диаграмме (рис. 44,
б
).

Коэффициент мощности трансформатора

трансформатора определяется как отношение активной мощности на выходе вторичной обмотки (полезная мощность) к активной мощности на входе первичной обмотки (входная мощность):

Активная мощность на выходе вторичной обмотки трехфазного трансформатора (Вт)

где – номинальная мощность трансформатора, В-А; и линейные значения тока, А, и напряжения, В.

Учитывая это, мы получаем выражение для расчета КПД трансформатора:

Из анализа (1.79) следует, что КПД трансформатора зависит как от , так и от типа нагрузки. Эта зависимость иллюстрируется графиками на рисунке 45. Максимальный КПД соответствует нагрузке, при которой магнитные потери равны электрическим потерям: Из этого графика можно определить коэффициент нагрузки, соответствующий максимальному КПД,

При нормальных условиях КПД трансформатора имеет максимальное значение при = 0,45÷0,65. Подставив (1.79) в (1.80), получим выражение для максимального КПД трансформатора:

В дополнение к рассмотренной выше энергоэффективности, энергоэффективностью иногда называют отношение количества энергии, которую трансформатор отдает потребителю (кВтч) за год, к энергии, которую он получает из сети за тот же период:

Энергоэффективность трансформатора характеризует эксплуатационную эффективность преобразования.

Лекция 9

Дата добавления: 2016-10-18; Просмотров: 14434; ЗАПРОС НА НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Узнайте больше:

Где t – количество фаз трансформатора (для однофазного трансформатора t = 1, для трехфазного трансформатора t = 3).

Потери энергии в трансформаторе. Эффективность и ее зависимость от нагрузки

При преобразовании электроэнергии часть энергии теряется в трансформаторе для покрытия потерь. Потери в трансформаторе делятся на электрические и магнитные.

Электрические потери. Они возникают из-за нагрева обмоток трансформатора при прохождении через них электрического тока. Мощность электрических потерь RE пропорциональна квадрату тока и определяется суммой электрических потерь в первичной обмотке RE1 и во вторичной обмотке RE2:

Re = Pz1 + Re2 = mI12r1 + mI’22r’2, (1.73)

где t – количество фаз трансформатора (для однофазного трансформатора t = 1, для трехфазного трансформатора t = 3).

Для трансформатора электрические потери определяются согласно (1.73), а для изготовленного трансформатора эти потери определяются экспериментально путем измерения мощности короткого замыкания при номинальных токах обмоток Pk.nom-.

где P – коэффициент нагрузки.

Электрические потери называют “переменными потерями”, поскольку они зависят от нагрузки трансформатора.

Магнитные потери. Они возникают в основном в магнитопроводе трансформатора. Эти потери вызваны систематическим перемагничиванием магнитопровода переменным магнитным полем. Это перемагничивание вызывает два типа магнитных потерь в магнитной цепи: гистерезисные потери RH, возникающие из-за энергии, необходимой для разрушения остаточного магнетизма в ферромагнитном материале магнитной цепи, и вихретоковые потери RHT, вызванные переменным магнитным полем в пластинах магнитной цепи:

Для уменьшения магнитных потерь магнитопровод трансформатора изготавливается из магнитно-мягкого ферромагнитного материала, например, тонких листов электротехнической стали. В этом случае магнитопровод изготавливается в виде пакетов тонких пластин (полос), изолированных с обеих сторон тонким слоем лака.

Магнитные потери из-за гистерезиса прямо пропорциональны частоте намагничивания магнитной цепи, т.е. частоте переменного тока (RG = f), а магнитные потери из-за вихревых токов пропорциональны квадрату этой частоты (RHT ≡ f2). Предполагается, что полные магнитные потери пропорциональны частоте тока ступени 1.3, т.е. PM = f1.3. Магнитные потери также зависят от магнитной индукции в стержнях и витках магнитопровода (PM ≡ V2) При постоянном первичном напряжении (U1 = const) магнитные потери постоянны, т.е. не зависят от нагрузки трансформатора.

Эффективность в зависимости от нагрузки.

Используя (2.57), можно построить график зависимости КПД от нагрузки (рис. 2.39, а). Когда β = 0, полезная мощность и КПД равны нулю. При увеличении мощности КПД возрастает, так как в энергетическом балансе уменьшается удельная величина магнитных потерь в стали, которые имеют постоянное значение. При определенном значении βopt кривая КПД достигает максимума, а затем начинает снижаться по мере увеличения нагрузки. Причиной этого является сильный рост электрических потерь в обмотках, которые увеличиваются пропорционально квадрату тока, т.е. пропорционально β2, в то время как полезная мощность P2 увеличивается только пропорционально β.

Максимальный КПД в трансформаторах большой мощности достигает очень высоких значений (0,98-0,99).

Рисунок 2.39: Зависимость КПД трансформатора η от нагрузки β

Оптимальный коэффициент нагрузки βopt, при котором КПД имеет максимальное значение, можно определить, выведя первую производную dη/dβ из уравнения (2.57) и приравняв ее к нулю. В этом случае

β2optPc = P0 или ΔPel = ΔPm

(2.58)

Поэтому КПД достигает максимума при такой нагрузке, при которой электрические потери в обмотках равны магнитным потерям в стали. Это условие (равенство постоянных и переменных потерь) также приблизительно верно для других типов электрических машин. Для серийно выпускаемых силовых трансформаторов

Конкретные значения βopt получаются при проектировании трансформаторов для минимальных эксплуатационных затрат (приобретение и эксплуатация). Наиболее вероятная нагрузка трансформатора соответствует β = 0,5 ÷ 0,7.

В трансформаторах максимальный КПД относительно невысок, т.е. остается высоким в довольно широком диапазоне изменения нагрузки (0,4 < β < 1,5). С уменьшением cosφ2 КПД уменьшается (рис. 2.39,6), так как увеличиваются токи 12 и I1, при которых трансформатор имеет заданную мощность Р2.

В трансформаторах малой мощности из-за относительного увеличения потерь КПД значительно ниже, чем в трансформаторах большой мощности. Для трансформаторов мощностью менее 50 Вт он составляет 0,6-0,8, а для 100-500 Вт – 0,90-0,92.

КПД = M1/M2, где M1 и M2 – активные мощности трансформатора, определяемые по результатам измерений на входной и выходной цепи.

Силовые трансформаторы, трансформаторы напряжения, трансформаторы тока. Потери и эффективность трансформатора

Трансформатор – это электромагнитный статический преобразователь с двумя или более неподвижными обмотками, который преобразует параметры переменного тока: напряжение, ток, частоту, количество фаз. Трансформаторы также могут использоваться для преобразования синусоидально переменного тока в несинусоидально переменный ток. [adsense_id=”1″]. Силовые трансформаторы в основном используются для электрооборудованияпреобразование напряжения переменного тока с постоянной частотой. Трансформаторы, преобразующие не только переменное напряжение, но и частоту, количество фаз и т.д., называются трансформаторами специального назначения.

Силовые трансформаторы широко используются в энергосистемах для передачи электроэнергии от электростанций к потребителям и в различных электроустановках для получения напряжения необходимой величины.

В этой главе мы рассмотрим силовые трансформаторы (для краткости будем называть их трансформаторами) малой мощности (не более нескольких киловольт-ампер), которые чаще всего используются в источниках питания для оборудования автоматизации, компьютерной техники, измерительных приборов и средств связи.

Трансформаторы делятся на:

– Количество фаз трансформатора напряжения, разделенное на однофазное и многофазное (обычно трехфазное);

– Количество обмоток, приходящихся на одну фазу трансформатора напряжения, подразделяется на двухобмоточные и многообмоточные;

– Способ охлаждения, в сухом (воздушное охлаждение) и масляном (погружен в металлический объем, заполненный трансформаторным маслом) вариантах.

Рис.2.1.1 Электромагнитная схема однофазного трансформатора с двойной обмоткой

Рассмотрим однофазный трансформатор с двойной обмоткой. В его основе лежит явление электромагнитной индукции. Однофазный двухобмоточный трансформатор состоит из замкнутого магнитопровода и двух обмоток. Одна из обмоток, первичная обмотка, подключена к источнику переменного тока с напряжением U1 и частотой f (рис. 2.1.1). Переменный ток, протекающий по виткам этой обмотки, создает МРП, который приводит в движение переменный магнитный поток Ф в магнитопроводе трансформатора. Этот поток, захваченный магнитной катушкой, соединяется с обмотками трансформатора и наводит ЭДС в первичной обмотке w 1 и вторичной обмотке w 2, соответственно:

e 1 = w 1 dF / dt; (2.1.1)

e 2 = w 2 dF / dt. (2.1.2)

Если магнитный поток трансформатора является синусоидальной функцией времени Ф = Ф max sinwt, которая изменяется с угловой частотой w = 2pf, то после подстановки в (2.1.1) и (2.1.2), дифференцирования и преобразования получаем значение реальной ЭДС первичной и вторичной обмоток

E 1 = 4,44 fw 1 F max; (2.1.3)

E 2 = 4,44 fw 2 F макс. (2.1.4)

В состоянии холостого хода трансформатора, когда во вторичной обмотке не течет ток (обмотка разомкнута), вторичное напряжение равно вторичной ЭДС E 2 = U 20, а первичная ЭДС настолько незначительно отличается от первичного напряжения, что этой разницей можно пренебречь: E 1 “U 1. [Отношение ЭДС обмотки высокого напряжения к ЭДС обмотки низкого напряжения называется коэффициентом трансформации k. Для ненагруженной области трансформатора отношение этих ЭДС в основном такое же, как и отношение этих напряжений:

k = E 1 / E 2 = w 1 / w 2 “U 1 / U 20. (2.1.5)

Если w 2w 1 и U 2> U 1, то трансформатор называется повышающим трансформатором. Один и тот же трансформатор может быть понижающим или повышающим, в зависимости от того, какая обмотка питается.

Если к вторичным выводам трансформатора подключить нагрузку с сопротивлением Z n, то в обмотке возникнет ток нагрузки I 2. Мощность на выходе трансформатора определяется произведением вторичного напряжения U 2 и тока нагрузки I 2. С некоторым приближением можно считать, что мощность на входе и выходе трансформатора одинакова, т.е. U 1 I 1 “U 2 I 2. Отсюда следует, что отношение токов в обмотках трансформатора обратно пропорционально отношению напряжений:

I 1 / I 2 “U 2 / U 1″ 1 / k. (2.1.6)

Поэтому ток в низковольтной обмотке в k раз больше, чем ток в высоковольтной обмотке.

Если на выходе вторичной обмотки трансформатора подключить нагрузку с сопротивлением r n, то, поскольку мощности на входе P 1 = i 1 2 r n ¢ и на выходе P 2 = i 2 lut r n трансформатора примерно одинаковы, из уравнения.

AND 1 2 r n ¢ “AND 2 r n (2.1.7)

определяем сопротивление нагрузки, измеренное на выводах первичной обмотки

r n ¢ “r n i 2 2 / I 1 2” r n k 2, (2.1.8)

т.е. она изменится в k 2 раз по отношению к сопротивлению r n.

Это свойство трансформаторов используется в межкаскадных трансформаторах для согласования входного сопротивления данного каскада (блока) с выходным сопротивлением предыдущего каскада (блока).

Трансформатор – это устройство переменного тока.

Если основной трансформатор подключен к сети постоянного токаМагнитный поток в магнитной цепи этого трансформатора будет постоянным как по величине, так и по направлению, т.е. dF / dt = 0. Этот поток не будет наводить ЭДС в обмотках трансформатора и препятствовать передаче электрической энергии от первичной обмотки к вторичной. Кроме того, отсутствие ЭДС в первичной обмотке трансформатора приведет к недопустимо высокому току в первичной обмотке, что приведет к выходу трансформатора из строя. [ads[adsense_id=”1″]

Трансформеры. Потери и эффективность трансформатора

Когда трансформатор работает под нагрузкой, часть активной мощности P 1, поступающей на первичную обмотку из сети, рассеивается в трансформаторе для покрытия потерь. В результате активная мощность P 2, поступающая в нагрузку, меньше мощности P 1 на величину полных потерь в трансформаторе åP:

В трансформаторе существует два типа потерь: магнитные и электрические.

Магнитные потери P m в стальном сердечнике, через который замыкается магнитный поток F max, состоят из стоимости гистерезиса P r, вихревых токов P in:

P r = P r + P in. (2.1.23)

Магнитные потери прямо пропорциональны массе магнитопровода и квадрату магнитной индукции в нем. Они также зависят от свойств стали, из которой изготовлен магнитный контур. Магнитопровод из ферромагнитных материалов (электротехническая сталь), которые имеют низкую коэрцитивную силу (узкая петля гистерезиса), позволяет уменьшить гистерезисные потери. Для уменьшения потерь на вихревые токи магнитная катушка изготавливается из ламинированной (тонкие стальные пластины, изолированные друг от друга тонким слоем лака или оксидного слоя) или скрученной стальной полосы. Магнитные потери также зависят от частоты переменного тока. С увеличением частоты f магнитные потери возрастают из-за гистерезисных потерь P g и вихревых токов P in.

Ранее было установлено, что основной магнитный поток в магнитопроводе не зависит от нагрузки трансформатора [см. (2.1.17)], поэтому магнитные потери остаются практически неизменными при изменении нагрузки.

Электрические потери – это потери в обмотках трансформатора из-за нагрева обмоток под воздействием протекающих по ним токов.

P e = P e 1 + P e 2 = i 1 2 r 1 + I 2 (2.1.24)

Электрические потери являются переменными, поскольку их величина пропорциональна квадрату тока обмотки. Электрические потери при любом токе нагрузки и 2 трансформатора, Вт,

P e = P e. Nom b 2, (2.1.25)

где P э.ном – электрические потери при номинальном токе нагрузки; b = I 2 / I 2ном – коэффициент нагрузки, характеризующий степень нагрузки на трансформатор.

КПД трансформатора – это отношение активной мощности на его выходе P 2 к активной мощности на его входе P 1:

h = P 2 / P 1 = P 2 / (P 2 + P m + P e). (2.1.26)

Активная мощность на выходе трансформатора, Вт,

P 2 = S nom b cos j 2, (2.1.27)

где S ном – номинальная мощность трансформатора, В × А; cos j 2 – коэффициент мощности нагрузки.

Учитывая (2.1.25), (2.1.26) и (2.1.27), получаем формулу КПД трансформатора, удобную для практических расчетов:

h = (S nom b cos j 2) / (S nom b cos j 2 + P m + P e.nom b 2). (2.1.28)

Рис.2.1.4. Соотношение h = f (b) с cosj 2 = 1 (диаграмма 1) и cosj 2

Таким образом, эффективность трансформаторов Эта зависимость представлена графически на рис. 2.1.4. Максимальное значение КПД h max соответствует нагрузке b ¢ при которой электрические потери равны магнитным (P e.nom b ¢ 2 = P m). [adsen[adsense_id=”1″]Чем выше номинальная мощность трансформатора S ном, тем выше КПД h ном.

h ном = 0,70 ¸ 0,85 при S ном £ 100 В × A

hnom = 0,90 ¸ 0,95 при S nom £ 10 кВ × A.

В больших трансформаторах КПД может быть даже hnom = 0,98 ¸ 0,99.

2.1.5 Испытание на холостой ход и короткое замыкание

Испытание холостого хода проводится следующим образом: первичная обмотка подключается к источнику при номинальном напряжении, а вторичная обмотка остается разомкнутой. Это приведет к тому, что первичный ток I 0 и вторичный ток I 2 = 0 (рис. 2.1.5, а).

Рис.2.1.5 Схемы однофазных трансформаторов во время экспериментов с

без нагрузки (a) и с коротким замыканием (b)

Амперметр А в первичной цепи позволяет определить ток холостого хода I 0, который обычно измеряется в процентах от номинального тока и 1ном в первичной обмотке:

I 0 = (I 0 / I 1nom) 100 (2.1.29).

В трансформаторах большой и средней мощности I 0 = (2 ¸ 10)%, а в трансформаторах малой мощности (ниже 200-300 В × А) он может достигать 40% и более.

Ток холостого хода I 0 вместе с реактивной составляющей, которая приводит в движение основной магнитный поток в магнитопроводе, имеет активную составляющую и 0на, который вызван магнитными потерями в магнитопроводах трансформатора. Использование высококачественных электротехнических сталей с низкими удельными потерями позволяет снизить активную составляющую тока холостого хода менее чем до 10%, т.е. I 0a £ 0,1 и 0. Результирующий ток холостого хода, A.

Если ток холостого хода I 0, полученный экспериментально, значительно превышает значение, указанное в каталоге для проверяемого типа трансформатора, это свидетельствует о неисправности трансформатора: наличии короткого замыкания в обмотках, нарушении электрической изоляции между некоторыми пластинами (полосами) магнитопровода.

При испытании холостого хода U 20 = E 2, а U 1 “E 1, поэтому, используя показания вольтметров V 1 и V 2, мы можем определить коэффициент трансформации k = U 1 / U 20 с достаточной точностью.

Используя ваттметр W в первичной цепи трансформатора, измеряется мощность P 0, потребляемая трансформатором в режиме холостого хода. В трансформаторах 200-300 В × А электрические потери в первичной цепи, вследствие малого тока I 0, малы, поэтому мощность в режиме холостого хода считается равной магнитным потерям, т.е. P 0 = P m (рис.2.1.4).

Испытание на короткое замыкание проводится следующим образом. Вторичная обмотка трансформатора замыкается накоротко (рис. 2.1.5, б), а на первичной обмотке появляется пониженное напряжение короткого замыкания U 1 = U k, при котором ток короткого замыкания в первичной обмотке равен номинальному значению, i 1k = I 1ном. Напряжение короткого замыкания обычно выражается в процентах от номинального напряжения U 1nom:

u k = (U k / U 1nom) 100 (2.1.31)

Как правило, u k = (5 ¸ 12)%.

Магнитный поток F max пропорционален напряжению U 1 [см. [Поскольку напряжение короткого замыкания не превышает 5-12% от U 1ном, намагничивающий ток настолько мал, что он пренебрежимо мал для генерации основного магнитного потока в эксперименте с коротким замыканием. Исходя из этого, предполагается, что магнитные потери при коротком замыкании равны нулю и что используемая мощность короткого замыкания Pk равна электрическим потерям трансформатора (Diw.2.1.4) при номинальной нагрузке трансформатора (Pk = P e.nom).

Коэффициент мощности для эксперимента с коротким замыканием

cos j k = P k / (U k Inom). (2.1.32)

Таким образом, испытания холостого хода и короткого замыкания позволяют экспериментально определить несколько важных параметров трансформатора: I 0, P 0 = P m, u k, P k = P e.ном, используя (2.1.28) можно определить КПД трансформатора.

Читайте далее: