Силовые трансформаторы

1. Силовые трансформаторы

СИЛОВЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ
Принцип действия трансформатора
Трансформатором называют статическое электромагнитное
устройство, имеющее две или большее число индуктивно
связанных обмоток, и предназначенное для преобразования
посредством электромагнитной индукции одной или нескольких
систем переменного тока в одну или несколько других систем
переменного тока.

2.

Принцип действия трансформатора
Рис. 29. Электромагнитная система однофазного трансформатора:
1 – первичная обмотка, 2 – вторичная обмотка, 3 – магнитопровод

3.

Отношение ЭДС первичного напряжения к ЭДС вторичного напряжения (или
отношение их чисел витков) называют коэффициентом трансформации
k
E1 W1
. (1)
E2 W2
При увеличении вторичного напряжения трансформатора в k раз (по
сравнению с первичным) ток во вторичной обмотке соответственно
уменьшается в k раз
I1 U 2 E2 W2 1
.
I 2 U 1 E1 W1 k

4.

Уравнения напряжений трансформатора

5.

Максимальное значение ЭДС
E1 max w1 Фmax
(2)
Действующее значение первичной ЭДС (В):
E1
2
w1 f Фmax 44,4 w1 f Фmax
2
2
E1 max
Для вторичной ЭДС
E2 44,4 w2 f Фmax
Коэффициент трансформации:
k
E1 w1
E2 w2
(5)
(4)
(3)

6.

Рис. 30. - Магнитные потоки в однофазном трансформаторе

7.

Рис. 31. – Режимы холостого хода (а) и нагрузки (б) в однофазном трансформаторе
Уравнение МДС трансформатора:
I 0 w1 I 1 w1 I 2 w2
Уравнение токов трансформатора:
'
I 1 I 0 I 2 (7)
(6)

8.

Рис. 32. – Разложение тока х.х. на
составляющие

9.

Приведение параметров вторичной обмотки и схема замещения
приведенного трансформатора
Уравнения напряжений и токов для приведенного трансформатора
U 1 E 1 I 1 Z1 E 1 j I 1 x1 I 1 r1
'
'
'
'
'
U E 2 I 2 Z1 E 2 j I 2 x I 2 r2'
'
I 2 I 0 I 2
'
2
'
2
(8)
Эти уравнения устанавливают аналитическую связь между параметрами
трансформатора во всем диапазоне нагрузок от режима х.х. до номинальной.

10.

Рис. 33. – Эквивалентная схема (а) и схема замещения (б) приведённого
трансформатора

11.

Векторная диаграмма трансформатора
Построение диаграммы (рис. 34) следует начинать с вектора максимального
значения основного магнитного потока
Рис. 34. Векторные диаграммы трансформатора
при активно-индуктивной

12.

Опытное определение параметров схемы замещения
трансформаторов.
Опыты хх и к.з. КПД трансформатора.

13.

Опыт холостого хода.
В этом случае уравнения напряжений и токов
U 1 E 1 j I 0 x1 I 0 r1 ;
'
'
U 20 E 2 ; I 1 I 0 .
(9)
Рис. 35. Схемы опыта х.х. трансформаторов
однофазного (а), трёхфазного (б)

14.

Характеристики х.х. строят по средним фазным значениям тока и
напряжения для трех фаз:
I0
I 0 a I 0b I 0 c
3
U 1a U 1b U 1c
U1
3
(10)
(11)
Коэффициент мощности для однофазного трансформатора
cos 0
Ð0
U1 I 0
(13)
для трехфазного трансформатора
Р0' Р0''
Р0
cos 0
3 U1 I 0 3 U1 I 0
(14)

15.

Рис. 36. Характеристики х.х. трансформатора

16.

Рис. 37. Схема замещения трансформатора в режиме х.х.
Опыт короткого замыкания.
Значения напряжения к.з. и тока к.з. определяют как средние для трех фаз:
U КA U КB U КC
UК
3
I I КB I КC
I1 К КA
3
(15)
(16)
Коэффициент мощности при опыте к.з.
cos К
РК
3 U К I1 К
(17)

17.

Рис. 38. Схемы опыта к.з. трансформаторов однофазного (а), трехфазного (б)
Мощность к.з.
РК РК' РК'' (18)
Номинальное напряжение к.з.
иК
UК
100 (19)
U1 НОМ
Рис. 39. Характеристики к.з. трансформатора

18.

Мощность к.з.
РК I12К r1 I12К rК' I12К rК
Рис. 40. Схема замещения (а) и
векторная диаграмма (б)
трансформатора в режиме к.з.
(20)

19.

Внешняя характеристика трансформатора
Изменение вторичного напряжения трансформатора
при увеличении нагрузки от х.х. до номинальной
является важнейшей характеристикой трансформатора и
определяется выражением
U НОМ
Рис. 41. К выводу формулы
U НОМ
U1НОМ U 2'
U1НОМ
100 (21)

20.

Рис. 42. Зависимость U величины нагрузки (а) и коэффициента мощности
нагрузки (б) трехфазного трансформатора (100 кВ·А, 6,3/0,22 кВ,ик 5,4%, cos к 0,4 )

21.

Рис. 43. Внешние характеристики трансформатора

22.

Потери и КПД трансформатора
Электрические потери.
РЭ РЭ1 РЭ 2 m I12 r1 m I 2' 2 r2' (22)
Магнитные потери.
РМ РГ РВ.Т
(23)
Рис. 44. Зависимость потерь трансформатора от его нагрузки (а)
и энергетическая диаграмма (б) трансформатора

23.

Рис. 45.

24.

Группы соединения обмоток и параллельная работа
трансформаторов
Группы соединения обмоток

25.

Рис. 46. Группы соединения обмоток однофазных
трансформаторов:
а – группа I/I – 0; б – группа I/I – 6
Рис. 47. Сравнение положения стрелок часов с обозначением групп
соединения

26.

Рис. 48. Схемы соединения обмоток и векторные диаграммы:
а – для группы Y/Y – 0; б – для группы Y/Y – 6
Рис. 49. Схемы соединения обмоток и векторные диаграммы:
а – для группы Y/ – 11; б – для группы Y/ – 5

27.

Рис. 50. Схемы и группы соединения обмоток трехфазных
двухобмоточных трансформаторов

28.

Параллельная работа трансформаторов
Рис. 51. Включение трансформаторов на параллельную работу

29.

1. При одинаковом первичном напряжении вторичные напряжения должны быть
равны.
I ур U Z kII Z kII , (24)
.
.
2. Трансформаторы должны принадлежать к одной группе
соединения.
Рис. 52. Появление напряжения U при несоблюдении условий включения
трансформаторов на параллельную работу

30.

3. Трансформаторы должны иметь одинаковые напряжения к. з.:
ukI=ukII=ukIII...
Рис. 53. К понятию о распределении нагрузки при параллельной
работе трансформаторов