ИССЛЕДОВАНИЕ ТРАНСФОРМАТОРА МЕТОДОМ

ХОЛОСТОГО ХОДА И КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

 

Цель работы: Ознакомиться с устройством трансформатора, усвоить практические приёмы исследования трансформаторов методом холостого хода (х.х.) и короткого замыкания (к.з.).

Методические указания

Выполнение практической работы заключается в изучении устройства трансформатора, усвоении практических приёмов исследования трансформаторов методами холостого хода и короткого замыкания. Для защиты работы необходимо:

− освоить основные расчетные зависимости и методику расчета режимов работы трансформаторов; физические законы, лежащие в основе работы трансформаторов;

− научиться моделировать основные параметры электрических машин;

− овладеть навыком опытного определения параметров схемы замещения трансформаторов;

− решить практические задачи, варианты которых приведены в работе и ответить на контрольные вопросы.

 

Основные теоретические сведения

В процессе работы однофазного двухобмоточного трансформа­тора в его магнитопроводе наводится переменный магнитный по­ток (рис. 3.1). Основная часть этого потока Ф_mах (максимальное зна­чение), сцепляясь с обмотками трансформатора, индуцирует в них переменные ЭДС, действующие значения которых равны:

− первичная ЭДС

;

− вторичная ЭДС

;

где f – частота питающей сети (переменного тока), Гц;

w₁ – число витков в первичной обмотки трансформатора;

w₂ – число витков в вторичной обмотки трансформатора.

Максимальное значение основного магнитного потока – Ф_max:

, Вб,

где В_max – максимальное значение магнитной индукции в стержне магнитопровода, Тл;

Q_ст – площадь поперечного сечения стержня магнитопровода, м²;

k_c – коэффициент заполнения стержня сталью, который учитывает толщину изоляционных прослоек между пластинами электротехнической стали, при толщине плас­тин 0, 5 мм обычно принимают k_c = 0, 95.

Различие в значениях ЭДС Е₁ и Е₂ вызвано неодинаковым чис­лом витков в первичной w₁ и во вторичной w₂ обмотках трансформа­тора.

Рис. 3.1. Однофазный двухобмоточный трансформатор

 

Отношение ЭДС обмотки высшего напряжения к ЭДС обмотки низшего напряжения, равное отношению чисел витков этих обмо­ток, называют коэффициентом трансформации:

,

где U_1ном – номинальное напряжение первичной обмотки трансформатора, В;

U_2ном – номинальное напряжение вторичной обмотки трансформатора, В;

Трансформаторы характеризуются следующими параметрами:

− полная мощность первичной обмотки – S₁:

, В·А,

где U₁ – первичное напряжение;

I₁ – первичный ток;

− полная мощность вторичной обмотки – S₂:

, В·А,

где U₂ – вторичное напряжение;

I₂ – вторичный ток.

Так как потери в трансформаторе невелики, то за номинальную полную мощность трансформатора S_ном принимают:

, В·А.

Трансформатор, у которого параметры вторичной цепи приведе­ны к числу витков первичной обмотки щ, называют приведенным трансформатором. Такому трансформатору соответствует элект­рическая схема замещения (рис. 1.2) и основные уравнения:

;

;

.

Индуктивные сопротивления первичной х₁ и вторичной х₂ об­моток обусловлены потоками рассеяния Ф_{σ 1} и Ф_{σ 2} (рис. 3.2).

В режиме холостого хода ток в первичной обмотке I₁₀ обычно составляет небольшую величину относительно номинального зна­чения этого тока и поэтому падениями напряжения в первичной обмотке можно пренебречь ввиду их незначительности и принять U₁ ≈ (-Е₁).

Рис. 3.2. Схема замещения трансформатора

На основании схемы замещения и основных уравнений строят векторную диаграмму трансформатора. Угол сдвига фаз между ЭД С и током вторичной обмотки зависит от активного и индуктивного сопротивлений нагрузки трансформатора и определяется выраже­нием:

,

где ; .

Знак «плюс» в формуле соответствует индуктивному характеру нагрузки, а знак «минус» – емкостному.

Формулы приведения параметров вторичной цепи:

− ток вторичной обмотки

;

− ЭДС и напряжение вторичной обмотки

;     ;

− активное и индуктивное сопротивления вторичной обмотки

; ;

− полное сопротивление вторичной обмотки

;

− полное сопротивление нагрузки

.

Изменение напряжения на выводах вторичной обмотки транс­форматора:

− при номинальной нагрузке

,

где ;   ;   .

− при любой нагрузке

,

где  – коэффициент нагрузки трансформатора.

КПД трансформатора при любой нагрузке определяется выражением:

,

где Р_0ном – мощность холостого хода трансформатора при номиналь­ном первичном напряжении, равная мощности магнитных потерь, Вт;

Р_к.ном – мощность короткого замыкания при номинальных токах в об­мотках трансформатора, равная мощности электрических потерь, Вт.

Мощность магнитных потерь можно определить через удельные магнитные потери, т.е. магнитные потери в 1 кг электротехниче­ской стали. Для холоднокатаной текстуровэнной листовой элект­ротехнической стали марки 3411 толщиной 0, 5 мм, из которой изго­тавливается большинство сердечников трансформаторов общего на­значения при частоте переменного тока 50 Гц и максимальной маг­нитной индукции В_mах = 1, 5 Тл, удельные магнитные потери со­ставляют Р_{1, 5/50} = 2, 45 Вт/кг.

Электрические потери в обмотках трансформатора при номи­нальной нагрузке можно определить, если известны значения ак­тивных сопротивлений обмоток и номинальные значения токов в обмотках:

.

Наибольшее значение КПД соответствует коэффициенту на­грузки , который обычно составляет 0, 45 – 0, 65. Максимальный КПД равен:

.

 

Задание 1 . Однофазный двухобмоточный трансформатор име­ет номинальные напряжения: первичное 6, 3 кВ, вторичное 0, 4 кВ; максимальное значение магнитной индукции в стержне магнитопровода 1, 5 Тл; площадь поперечного сечения этого стержня 200 см²; коэффициент заполнения стержня сталью k_c = 0, 95. Опре­делить число витков в обмотках трансформатора и коэффициент трансформации, если частота переменного тока в сети f = 50 Гц.

Задание 2 . Используя приведенное в табл. 3.1 значения пара­метров трехфазных масляных трансформаторов серии ТМ (в обо­значении марки в числителе указано номинальная мощность транс­форматора в кВ·А, в знаменателе – высшее напряжение в кВ), определить для каждого варианта значения параметров, величи­ны которых не указаны в этой таблице. Обмотки соединены по схе­мам Y/Y. Частота тока в сети f – 50 Гц.

Задание 3 . Однофазный двухобмоточный трансформатор номи­нальной мощностью S_ном и номинальным током во вторичной цепи I_2ном при номинальном вторичном напряжении U_2ном имеет коэф­фициент трансформации k; при числе витков в обмотках w₁ и w₂. Максимальное значение магнитной индукции в стержне В_max, а пло­щадь поперечного сечения этого стержня Q_cт; ЭДС одного витка Е_втк, частота переменного тока в сети f = 50 Гц. Значения перечислен­ных параметров приведены в табл. 3.2. Требуется определить не указанные в этой таблице значения параметров для каждого ва­рианта.

 

 

Таблица 3.1

Основные пара­метры трехфазных масляных

Трансформаторов серии ТМ

Параметр	Тип трансформатора
	ТМ – 1000/35	ТМ – 50/6	ТМ – 100/6	ТМ – 180/6	ТМ – 320/6	ТМ – 560/35	ТМ – 750/35	ТМ – 1000/6	ТМ – 10/6
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Основной магнит­ный поток Фmax, Вб	–	–	–	–	–	–	–	–	–
Число витков w1	1600	1190	–	–	522	2000	–	–	–
Число витков w2	–	–	72	–	–	–	146	–	–
Сечение стержня магнитопровода Qст, м2, при Вmax = 1, 5 Тл	–	–	–	–	–	–	–	–	–
Напряжение U1ном, кВ	35	6	6	6	6	35	35	6	6
Напряжение U2ном, кВ	–	0, 4	0, 5	0, 5	0, 4	–	3, 15	0, 4	0, 4
Коэффициент трансформации k	5, 56	–	–	–	–	5, 55	–	–	–

 

Таблица 3.2

Исходные данные для задания 3

Параметр	Варианты
	1	2	3	4	5
Sном, кВ·А	–	120	–	240	600
U2ном, В	400	630	–	880	660
w1	–	1800	–	–	–
w2	–	–	169	128	140
k	15	–	12	23, 4	9, 55
Eвтк, В	5	–	6	–	–
Qст, м2	–	0, 018	–	0, 022	–
Вmax, Тл	1, 5	1, 4	1, 5	–	1, 55
Iном, А	172	–	140	–	–

 

Задание 4 . Однофазный трансформатор включен в сеть с часто­той тока 50 Гц. Номинальное вторичное напряжение U_2ном, а коэф­фициент трансформации k (табл. 3.3). Определить число витков в обмотках w₁ и w₂, если в стержне магнитопровода трансформатора сечением Q_ст максимальное значение магнитной индукции В_max. Ко­эффициент заполнения стержня сталью k_с = 0, 95.

Таблица 3.3

Исходные данные для задания 4

Параметр	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
U2ном, В	230	400	680	230	230	400	400	680	230	230
k	15	10	12	8	10	6	8	12	14	8
Qст, м2	0, 049	0, 08	0, 12	0, 18	0, 065	0, 08	0, 12	0, 076	0, 06	0, 085
Вmax, Тл	1, 3	1, 6	1, 8	1, 3	1, 4	1, 5	1, 2	1, 3	1, 5	1, 2

 

Задание 5 . В табл. 3.4 приведены данные некоторых параметров трехфазных масляных трансформаторов: номинальная мощность S_ном; номинальные первичное U_1ном и вторичное U_2ном напряжения; номи­нальный ток первичной стороны I_1ном; напряжение короткого замыка­ния u_к и его активная u_к.а и реактивная u_к.р составляющие; ток холосто­го хода i₀; мощности холостого хода Р₀ и короткого замыкания Р_к; ко­эффициенты мощности холостого хода cosφ ₀ и короткого замыкания cosφ _K; сопротивление короткого замыкания Z_к и его активная r_к и ре­активная х_К составляющие; номинальное изменение напряжения при сбросе нагрузки Δ U_ном при коэффициенте мощности нагрузки транс­форматора cosφ ₂ = 0, 8 (характер нагрузки – индуктивный). Соединение обмоток трансформатора Y/Y. Требуется определить параметры трансформатора, значения которых в таблице не указаны.

 

Таблица 3.4

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: