И ОСТЫВАНИЯ ТРАНСФОРМАТОРА

 

     Цель работы: изучение основных закономерностей процесса нагрева и остывания трансформаторов и методики измерения.

   Краткие теоретические сведения.

   Потери энергии в магнитопроводе и обмотках вызывают нагрев трансформатора. Потери в магнитопроводе на гистерезис и вихревые токи не зависят от загрузки трансформатора и считаются постоянными. Потери в обмотках зависят от квадрата величины тока и считаются переменными. Применение термостойкой изоляции и принудительного охлаждения позволяет увеличить плотность тока в проводах, мощность трансформатора и уменьшить его габариты.

  Количество тепловой энергии, отдаваемой трансформатором в окружающую среду, пропорционально разности их температур. В холодной среде трансформатор можно несколько перегрузить по мощности без опасности его выхода из строя, в среде с повышенной температурой трансформатор может перегреться даже при пониженной или номинальной мощности. Стандартная температура окружающей среды принимается равной 35-40 ⁰C.

   Для классов нагревостойкости изоляции большинства трансформаторов

( класс А- 105 ⁰C) увеличение температуры нагрева на 6-8 градусов выше номинальной сокращает срок его службы вдвое. В сухих трансформаторах допускается температура обмотки 70 градусов Цельсия, а в масляных не более 95 в самых горячих точках.

  Процесс нагрева и остывания трансформатора инерционен и характеризуется постоянными времени нагрева Тн и остывания То. При неизменной мощности потерь процессы нагрева и остывания практически завершаются через время, равное 4-5 постоянным времени нагрева и остывания.

Нагрев трансформатора происходит по закону:

= уст[1- exp( - t / Tн )]                                                                 4.1.

    Где - разность температуры трансформатора т и окружающей среды х в текущий момент времени t, К;

    уст- установившаяся предельная допустимая разность температуры (превышение температуры) нагрева трансформатора и окружающей среды, К.

    уст определяется отношением мощности потерь q (Вт) в трансформаторе к произведению площади поверхности трансформатора F(м²) на коэффициент теплоотдачи [Вт/(К м²)]; уст= q/( F ).

    Tн – постоянная времени нагрева, имеет размерность времени.

Тн=CG/(  F)                                                                                         4.2.

где C-удельная теплоемкость материала, Дж/(кг К), G –масса электрической машины, (кг). Постоянные времени зависят только от конструкции трансформатора и не зависят от загрузки по току.

Охлаждение трансформатора происходит по закону:

= о exp( - t / Tост ).                                                                      4.3.

где Tост – постоянная времени остывания, с;

   о- начальная разность температур трансформатора и среды, К.

Вычисление температуры обмоток производят по изменению величины их активного сопротивления на постоянном токе.

Процесс нагрева длителен, поэтому Тн в лабораторной работе определяют методом трех точек. Для этого на кривой нагрева определяют три точки: ₁, ₂ и ₂, ₃, отстоящие по времени друг от друга на t. Величину Тн вычисляют по формуле:

                                      t

Тнагр =               ,                                      4.4.

₂ – ₁

                               Ln

₃– ₂

где: t- отрезок времени процесса нагрева (остывания).

₂- ₁- приращение превышения температуры за время  t.

₃- ₂- при­ращение превышения температуры за время  t.

Температуру  обмоток т определяют по изменению сопротивления обмоток при нагреве по формуле:

R_г - Rх

т =           (235 +  х) +  х                         4.5.

Rх                                                            

где: R_г -сопротивление нагретой обмотки, Ом. Rх- сопротивление холодной обмотки, Ом. х - температура окружающей среды, ⁰C. 235-коэфициент для меди, 245-для алюминия. Сопротивление обесточенных обмоток измеряют многоразрядным цифровым омметром. Температуру окружающей среды  х измеряют термометром.

ПЛАН ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Исследуйте процесс нагрева трансформатора. Соберите схему согласно рис. 4.1. Измерьте сопротивление отключенной сетевой обмотки в холодном состоянии. Включите трансформатор под номинальной нагрузкой на две минуты и отключите. Измерьте сопротивление проводников цифровым омметром на отключенном трансформаторе. Повторите опыт несколько раз. Результаты занесите в таблицу 4.1.        

Начертите графики зависимостей процесса нагрева от времени.

 

Рис.4.1.Схема включения однофазного трансформатора.

Таблица 4.1.Данные нагрева обмоток трансформатора

             

т, ⁰C

  R_г, Ом

    

t, мин.

 х, =   ⁰С Rх = Ом -     -    -  -    -     -   -

  Измерьте мощность в нагрузке трансформатора как произведение тока вторичной обмотки на напряжение. Р=      Вт.

   2. Исследуйте процесс охлаждения трансформатора. Отключите трансформатор от сети и через каждые 2 минуты измеряйте сопротивление обмоток. Результаты измерений занесите в таблицу 4.2. По полученным данным постройте зависимости температуры от времени.

Таблица 4.2. Охлаждение трансформатора.

             

т, ⁰C

    

R_г, Ом

    

 t.,

мин.

  3.Определите Тн и Тост трансформатора.

  4.Рассчитайте номинальную мощность трансформатора исходя из допустимой температуры нагрева обмотки.       

Выводы.

 

 

Контрольные вопросы

1. Как выглядит временная зависимость нагрева трансформатора для продолжительного и кратковременного режимов работы?

2. Как определяют время нагрева и остывания по экспериментальным графи  

кам?

3. Какие классы нагревостойкости изоляции существуют? Какие из них ис-

пользуют в трансформаторах?

4. Как определить температуру обмотки трансформатора?

5. Что такое постоянная времени нагрева трансформатора и что она характе-

ризует?

 6. От чего зависит постоянные времени нагрева Тн и остывания То транс-

форматора?

7. Почему активное сопротивление трансформатора приводят к температуре 

75 градусов Цельсия?

8. Какие виды охлаждения применяют в трансформаторах?

9. Какая температура допустима для масляных и сухих трансформаторов?

10. Как зависит долговечность изоляции от температуры нагрева обмоток?

11. Как влияет температура окружающей среды на нагрев трансформатора?

12. Какая температура окружающей среды является стандартной?

13. Как зависят масса и мощность трансформатора от теплостойкости изоля- 

ции?

14. Как происходит нагрев и остывания трансформатора для продолжительно

го, кратковременного и повторно-кратковременного режимов работы?

15. Как по результатам опыта нагрева и остывания экспериментально опреде-

лить мощность трансформатора?

16. Задача.

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: