Помогнете на развитието на сайта, споделяйки статията с приятели!

Ние сме свикнали да приемаме, че всички магнитни потоци в трансформатор проникват и в намотките, и в магнитното ядро. Ако има идеален трансформатор, тогава наистина би се случило. За съжаление, в действителност част от магнитния поток преодолява изолиращото пространство, излиза извън границите на намотките и ги затваря (виж фиг. 1). В резултат на това възниква реактивоспособността на трансформатора. Това явление се нарича също разсейване на магнитните потоци.

Фиг. 1. Диаграма, илюстрираща дисперсията на магнитния поток

В рулоните има други съпротивления, които са причина за загуба на мощност. Това са: вътрешното съпротивление на материалите на намотките и дисперсията, причинена от индуктивни съпротивления. Комбинацията от дисперсии на магнитния поток се нарича вътрешно съпротивление или импеданс на трансформатора.

Загуба на реактивна мощност

Спомнете си как работи идеален трансформатор с две намотки (виж фиг. 2). Когато първичната намотка е под променливо напрежение (например от електрическа мрежа), ще възникне магнитен поток, който прониква в бобината на вторичната индуктивност. Под действието на магнитни полета се възбуждат вторични намотки, при които се появява ЕМП. Когато към уреда е свързана активната мощност, във вторичната верига започва да тече променлив ток на честотата на входния ток.

Фиг. 2. Трансформаторно устройство

В идеалния трансформатор се формира пряко пропорционална връзка между напреженията в намотките. Тяхното съотношение се определя от съотношението на броя завъртания на всяка от намотките. Ако U 1 и U 2 са напреженията съответно в първата и втората намотки, а w 1 и w 2 са броят на завъртанията на намотките, тогава формулата е вярна: U 1 / U 2 = w 1 / w 2 .

С други думи: напрежението в работната намотка е толкова много пъти (по-малко), колко пъти се увеличава (намалява) броят на намотките на втората намотка спрямо броя на завъртанията, образуващи първичната намотка.

Стойността w 1 / w 2 = k се нарича коефициент на трансформация. Отбележете, че дадената по-горе формула е приложима и за автотрансформаторите.

В един истински трансформатор част от енергията се губи поради разсейването на магнитните потоци (виж фиг. 1). Зоните, в които се среща концентрацията на потоците, са обозначени с прекъснати линии. Фигурата показва, че индуктивността на утечката покрива магнитното ядро и се простира отвъд намотките.

Наличието на реактивни съпротивления в комбинация с активното съпротивление на намотките води до нагряване на конструкцията. Това означава, че при изчисляване на ефективността е необходимо да се вземе предвид импедансът на трансформатора.

Означаваме активното съпротивление на намотките съответно със символите R 1 и R 2 и реактивно с буквите X 1 и X 2 . Тогава основният импеданс може да бъде записан като: Z 1 = R 1 + jX 1 . За работната намотка съответно ще имаме: Z 2 = R 2 + j X 2, където j е коефициент, зависещ от вида на сърцевината.

Реактивното съпротивление може да бъде представено като разлика между индукционния и капацитивния индекс: X = R L - R C. Като се има предвид, че R L = ωL, и R C = 1 / ωC, където ω е честотата на тока, получаваме формулата за изчисляване на реактивност: X = ωL - 1 / ωC .

Без да се прибягва до верига от трансформации, даваме готова формула за изчисляване на импеданса, т.е. за определяне на импеданса на трансформатор:

Общото съпротивление на трансформатора трябва да е известно, за да се определи неговата ефективност. Степента на загуба зависи главно от материала на намотките и от конструктивните особености на трансформаторното желязо. Вихровите потоци в монолитни стоманени сърцевини са много по-големи от многосекционните конструкции на магнитните вериги. Следователно на практика сърцевините са изработени от тънки пластини от трансформаторна стомана. За да се увеличи специфичното съпротивление на материала, към желязото се добавя силикон, а самите плочи се покриват с изолационен лак.

За да се определят параметрите на трансформаторите, е важно да се намери активното и реактивното съпротивление, за да се изчислят загубите при липса на товар. Горната формула не е практична за изчисляване на импеданса поради трудността да се измерват индукционните и капацитетните стойности. Затова на практика се използват други методи за изчисляване, основани на характеристиките на режимите на работа на силовите трансформатори.

Режими на работа

Трансформатор с две намотки може да работи в един от трите режима:

  • на свободен ход;
  • в режим на натоварване;
  • в състояние на късо съединение.

За да се извършат изчисления на електрическите вериги, те се заменят с товар, чиято стойност е равна на загубите при работа в неактивен режим. Изчисляването на параметрите на еквивалентната схема се извършва емпирично, трансформирайки трансформатора в един от възможните режими: на празен ход или в състояние на късо съединение. По този начин можете да определите:

  • нивото на загубите на активна мощност при работа на празен ход;
  • величината на загубите на активна мощност в устройство с късо съединение;
  • напрежение на късо съединение;
  • текущ празен ход;
  • активен и реактивен ток в трансформатор с късо съединение.

Настройки в режим на готовност

За да преминете към работа на празен ход, е необходимо да се премахне натоварването на вторичната намотка, т.е. да се отвори електрическата верига. Няма напрежение в отворената бобина. Основният компонент на тока в първи контур е токът, възникващ в реакторите. С помощта на измервателни уреди е доста лесно да се намерят основните параметри на променливия ток на намагнитване, с помощта на който може да се изчисли загубата на мощност чрез умножаване на тока с напрежението.

Схемата на измерванията на празен ход е показана на фигура 3. На диаграмата са показани точките за свързване на измервателните уреди.

Фиг. 3. Схема на режим на празен ход

Формулата, използвана за изчисляване на параметрите на реактивната проводимост, е следната: T = I x% * S ном / 100 * U в ном 2 Умножителят 100 в знаменателя се използва, защото токът на празен ход I x обикновено се изразява като процент .

Режим на късо съединение

За да прехвърлите трансформатора, за да работи в режим на късо съединение, късо намотката на ниско напрежение. На втората намотка се прилага напрежение, при което номиналният ток циркулира във всяка намотка. Тъй като захранващото напрежение е значително по-ниско от номиналното напрежение, загубата на активна мощност в проводимостта е толкова малка, че може да бъде пренебрегната.

По този начин все още имаме активна мощност в трансформатора, който се изразходва за нагряване на намотките: ΔP k = 3 * I 1 * r * . Изразявайки тока I 1 ном по напрежението U k и съпротивлението R t, умножавайки израза с 100, получаваме формулата за изчисляване на спадането на напрежението в зоните на активно съпротивление (в проценти):

Съпротивлението на силовия трансформатор с две намотки се изчислява по формулата:

Подменяйки стойността на R t в предишната формула, получаваме:

Заключение: при късо съединение на трансформатора, напрежението в зоната на активно съпротивление (изразено в%) е пряко пропорционално на размера на загубата на активна мощност.

Формулата за изчисляване на спадането на напрежението в зоните на реактивност е:

Оттук намираме:

Величината на реактивното съпротивление в съвременните трансформатори е много по-малко активна. Следователно, можем да приемем, че спадът на напрежението в зона на реактивно съпротивление U K p ≈ U K, следователно за практически изчисления можете да използвате формулата: X T = U k * U в ном 2/100 * S ном

Посочените по-горе аргументи са валидни и за мултивинд, включително за трифазни трансформатори. Изчисленията обаче се извършват отделно за всяка намотка и задачата се свежда до решаване на системи от уравнения.

Познаването на факторите на мощността, съпротивлението на разсейване и други параметри на магнитните вериги ви позволява да правите изчисления за определяне на стойностите на номиналните натоварвания. Това, от своя страна, осигурява работата на трансформатора в интервала на номиналните мощности.

Помогнете на развитието на сайта, споделяйки статията с приятели!

Категория: