Мощность холостого хода трансформатора: Потери силового трансформатора. Виды потерь в трансформаторе

Потери силового трансформатора. Виды потерь в трансформаторе

Основные характеристики трансформатора – это напряжение первичной и вторичной обмотки, а также мощность трансформатора. Мощность подается от первичной обмотки на вторичную электромагнитным путем. При этом не вся мощность из электрической сети доходит до нагрузки, которая питает потребителей. Разница мощности, которая поступает на первичную обмотку и мощности, которая возникает во вторичной обмотке называется потерями трансформатора.  

Виды потерь силового трансформатора

Так как силовой трансформатор, является статическим электромагнитным устройством – то он не имеет движущихся деталей. Это значит, что механические потери такому оборудованию не свойственны. Потери в нем – это потери активной мощности. Они происходят в магнитном сердечнике, обмотках и других частях оборудования. Во время разных режимов работы трансформатора величина потерь меняется.

Потери холостого хода трансформатора

На холостом ходу к вторичной обмотке трансформатора не подключена нагрузка. Поэтому весь ток, который подается на первичную обмотку, идет на намагничивание сердечника. Такие потери принято назвать магнитными и обозначать Рм. Общее значение потерь холостого хода рассчитывается при номинальной силе тока и напряжении.  

Ро = Рм+I2о * r1,

Iо – сила тока в первичной обмотке,

r1 – это сопротивление первичной обмотки.

Потери холостого хода – это постоянная цифра, которая зависит от суммы намагничивающей и активной части. А эти величины неизменны, так как на них влияют характеристики обмотки и магнитного сердечника. По значению потерь холостого хода можно судить о работе трансформатора. 

Основные потери в обмотках трансформатора

В трансформаторе под нагрузкой электромагнитная мощность, которая поступает на первичную обмотку, передается вторичной. При этом во вторичной обмотке возникает электрический ток I2, а в первичной – ток I1. Первичный ток напрямую зависит от тока нагрузки I2.

Часть мощности теряется в обмотках. Эти потери называются общими потерями мощности под нагрузкой – Рнагр. Они пропорциональны квадратам первичного и вторичного тока, а также значениям сопротивления обмоток.

Рнагр = I21r1 + I22r2,

где I1 и I2 — токи в первичной и вторичной обмотках,

r1 и r2 — значения сопротивлений первичной и вторичной обмоток.

Как видите, потери под нагрузкой полностью зависят от нагрузки трансформатора. Поэтому они носят непостоянный характер.

Дополнительные потери в обмотках трансформатора

В обмотках трансформатора и ферромагнитном сердечнике возникают не только токи нагрузки. Есть токи, которые появляются и замыкаются внутри проводов или внутри пластин магнитопровода – они называются вихревыми токами. Есть токи, которые появляются между параллельными витками обмотки или между отдельными пластинами сердечника – это циркулирующие токи. Направление этих побочных потоков перпендикулярно основному току в обмотках и сердечнике. Поэтому появление вихревых и циркулирующих токов снижает эффективность работы трансформатора.

Кроме обмоток, добавочные потери возникают в стенках самого бака, в прессующих кольцах, в ярмовых балках и других элементах конструкции трансформатора.

Конструкторы электромагнитного оборудования постоянно ищут способы уменьшения потерь и увеличения КПД трансформатора. Например, магнитный сердечник трансформатора делается не монолитным, а набирается из отдельных тонких пластин, которые тщательно изолируются. Изоляция отдельных витков обмоток также положительно сказывается на КПД оборудования. У современных силовых трансформаторов полезная мощность КПД достигает 90% и выше.

что такое и как рассчитать?

Трансформаторы представляют собой сложное оборудование, которое предназначено для изменения параметров тока в цепи. Они могут повышать или понижать напряжение электричества в соответствии с требованиями потребителей.

В оборудовании при работе определяются некоторые потери мощности. Поэтому не вся электроэнергия, которая поступила на первичную обмотку, доходит к потребителю. При этом греется трансформатор (магнитопривод, обмотки и прочие детали). В различных конструкциях этот показатель неодинаков.

Холостой ход трансформатора позволяет определить токовые потери. Эта методика применяется в сочетании с определением напряжения в режиме короткого замыкания трансформатора. Этот процесс называется опытом агрегата. Он выполняется по определенной схеме.

Общее устройство и виды

Чтобы понять, что такое опыт холостого хода различных трансформаторов, необходимо рассмотреть, что собой представляет подобное оборудование.

Основные типы

Трансформаторами называются машины неподвижного типа, которые работают благодаря  электрическому току. Они меняют входное напряжение. Существует несколько видов подобных аппаратов:

1. Силовые.
2. Измерительные.
3. Разделительные.
4. Согласующие.

Чаще всего в энергетическую цепь требуется подключение силового трансформатора. Они могут иметь две или более обмоток. Аппарат может быть однофазный (бытовая сеть) или многофазный (промышленная сеть).

Особенности установок

Отдельно выделяются автотрансформаторы. В них есть только одна совмещенная обмотка. Также бывает сварочный аппарат. Они имеют определенную сферу применения.

В однофазном и многофазном оборудовании может устанавливаться различная номинальная мощность. Она может определяться в диапазоне от 10 до 1000 кВА и более. Маломощные однофазные и многофазные приборы могут быть в диапазоне до 10 кВА. Средние разновидности будут иметь мощность 20 кВА, 250 кВА, 400 кВА, 630 кВА и т. д. Если же этот показатель больше 1000 кВА, это установка высокой мощности.

Методология проведения опыта

Потери холостого хода трансформатора определяются при создании определенного режима. Для этого прекращается снабжение током всех обмоток. Они остаются разомкнутыми. После этого производится снабжение цепей электричеством. Оно определяется только на первом контуре. Аппаратура должна работать под напряжением, которое устанавливается при его производстве производителем.

Через первичный контур силовой, сварочной или прочей установки протекают токи, которые носят название ХХ. Их величина равняется не более 3-9% от заданного производителем показателя. При этом на обмотке вторичного контура электричество отсутствует. На первичном контуре ток производит магнитный поток. Он пересекает витки обеих обмоток. При этом возникает ЭДС самоиндукции на контуре первичном и взаимоиндукции – на обмотке вторичного типа.

Например, напряжение холостого хода сварочного трансформатора небольшой и средней мощности представляет собой ЭДС взаимоиндукции.

Подход к проведению измерений

Замер потерь холостого хода может производиться в двух аспектах. Их называют потерями в стали и меди. Второй показатель говорит о рассеивании тепла в обмотках (они начинают греться). В процессе проведения опыта этот показатель очень мал. Поэтому им пренебрегают.

Данные о потере тока холостого хода трансформатора представляются в виде таблицы. В ней рассчитаны параметры для стали определенных сортов и толщины. Ток холостого хода трансформатора рассматривается в аспекте мощности, которая создается в магнитом потоке и именуется потерей в стали. Она затрачивается на нагрев листов из специального сплава. Они изолируются друг от друга лаковым покрытием. При создании таких магнитоприводов не используется метод сварки.

Суть измерения

Если по какой-то причине нарушается изоляционный слой между пластинами магнитопривода, между ними возрастают вихревые токи. При этом система начинает нагреваться. Лаковый слой постепенно разрушается. Потери при работе установки возрастают, его эксплуатационные характеристики ухудшаются.

В таком случае потери мощности в стали увеличиваются. При проведении расчетов этих характеристик в режиме холостого хода можно выявить возникшие нарушения в работе агрегата. Именно по этой причине производится соответствующий расчет.

Коэффициент трансформации

При определении работы установки применяется такое понятие, как коэффициент трансформации. Его формула представлена далее:

К = Е1/Е2 = W1/W2

Отсюда следует, что напряжение на вторичном контуре будет определяться соотношением количества витков. Чтобы иметь возможность регулировать выходное электричество, в конструкцию установки вмонтирован специальный прибор. Он переключает число витков на первичном контуре. Это анцапфа.

Для проведения опыта на холостом ходу регулятор ставится в среднее положение. При этом измеряется коэффициент.

Однофазные приборы

Для проведения представленного опыта, при использовании понижающего или повышающего бытового агрегата, в расчет берется представленный коэффициент. При этом используют два вольтметра. Первый прибор подключается к первичной обмотке. Соответственно второй вольтметр подсоединяется к вторичному контуру.

Входное сопротивление измерительных приборов должно соответствовать номинальным характеристикам установки. Она может работать в понижающем или повышающем режиме. Поэтому при необходимости провести ремонтные работы, на нем измеряют не только подачу низкого, но и высокого напряжения.

Трехфазные приборы

Для трехфазных агрегатов в ходе проведения опыта исследуются показатели на всех контурах. При этом потребуется применять сразу 6 вольтметров. Можно использовать один прибор, который будет подключаться поочередно ко всем точкам измерения.

Если установленное производителем значение на первичной обмотке превышает 6 кВ, на нее подают ток 380 В. При измерении в высоковольтном режиме нельзя определить показатели с требуемым  классом точности. Поэтому замер производят в режиме низкого напряжения. Это безопасно.

Применение коэффициента

В процессе проведения измерения анцапфу перемещают во все установленные производителем положения. При этом замеряют коэффициент трансформации. Это позволяет определить наличие в витках замыкания.

Если показания по фазам будут иметь разброс при замерах больше, чем 2%, а также их снижение в сравнении с предыдущими данными, это говорит об отклонениях в работе агрегата. В первом случае в системе определяется короткое замыкание, а во втором – нарушение изоляции обмоток. Агрегат не может при этом работать правильно.

Такие факты требуют подтверждения. Например, это может быть измерение сопротивления. Влиять на увеличение разброса показателей коэффициента могут возрастание сопротивления между контактами анцапфы. При частом переключении возникает такая ситуация.

Измерение тока

При опытном измерении тока холостого хода мастер применяет амперметры. Их необходимо подсоединять к первичной обмотке последовательно. Напряжение в контуре должно равняться номинальному значению.

Если проводится исследование работы трехфазного промышленного агрегата, замер выполняет для всех фаз одновременно или последовательно. При этом испытания производятся только для установок от 1000 кВА.

Измерение потерь

Потери в магнитоприводе замеряют исключительно при использовании мощной установки. При этом можно брать для расчетов пониженное напряжение, которое подключено к первичному контуру через ваттметр. Это прямой метод измерения.

При учете показателей вольтметра или амперметра потребуется умножить их мощности друг на друга. Это косвенный метод. При этом результат имеет определенную погрешность. Искажение происходит из-за невозможности учесть при таком расчете коэффициент мощности. Это конус угла, который образуется в векторной схеме между напряжением и током. В режиме холостого хода между ними появляется угол 90º.

Применение ваттметра

Ваттметр позволяет произвести замер с учетом коэффициента мощности. Это дает возможность получить более точный результат. Расчет выполняется по следующей формуле:

Cos φ = P1/U1*L0

Далее необходимо создать на основе полученного результата векторную диаграмму. По каждой фазе учитываются установленные потери. Для этого чаще всего строится таблица. При этом используется схема, которая изначально применялась производителем при создании оборудования.

Полученный результат не подлежит сравнению с нормативами. Показатели сравнивают только с характеристиками предыдущих проверок. Если потери с течением времени только возрастают, это говорит о нарушении изоляции пластин магнитопривода или появлении иных нарушений. Обратить этот процесс невозможно.

Проведение замеров холостого хода позволяет оценить состояние аппаратуры, а также определить потребность в необходимости планового или аварийного ремонта. Поэтому регулярные испытания позволяют правильно спланировать работу установки, предотвратить ее непредвиденное отключение.

Интересное видео: Описание основ работы трансформатора.

Холостой ход трансформатора, особенности работы силового трансформатора в режиме холостого хода.

Холостой ход трансформатора представляет собой такой режим работы (предельный), когда его вторичная электрическая обмотка разомкнута (не соединена с электрической цепью) и сила тока вторичной обмотки приравнивается нулю (то есть I2 = 0). Наблюдение работы холостого хода трансформатора позволяет определить действительный коэффициент трансформации, силу тока, реальные потери и электрическое сопротивление холостого хода трансформатора.

При работе холостого хода трансформатора его первичную обмотку подключают в электрическую сеть переменного синусоидального тока на некоторое номинальное напряжение U1. Под воздействием подсоединённого электрического напряжения по первичной обмотке трансформатора начинает течь некоторая сила тока (который равен электрическому току холостого хода). Сила тока холостого хода трансформатора равна около 5—10% номинального его значения, а в электрических трансформаторах с малой мощностью (примерно десятки вольт-ампер) может достигать величины в 30% и даже больше номинального рабочего.

Для непосредственного измерения электрического тока холостого хода, которое возникает при подсоединении к первичной обмотке трансформатора напряжения и потребляемой электрической мощности в имеющейся цепь этой обмотки включены различные измерительные электроприборы (вольтметр V, амперметр А и ваттметр W). Вторичная обмотка проверяемого электрического трансформатора, в свою очередь, замкнута на вольтметр, внутреннее сопротивление которого довольно большое, поэтому сила тока на вторичной обмотки трансформатора почти равна нулю.

Сила тока холостого хода трансформатора возбуждает в его магнитопроводе электромагнитный поток, что в свою очередь индуцирует электродвижущую силу (ЭДС) Е1 и Е2, как в первичной, так и во вторичной обмотках нашего трансформатора. Во вторичной обмотке электрического трансформатора тока нет, а следовательно, не будет и падения электрического напряжения в имеющемся сопротивлении данной обмотки, по этой причине электродвижущая сила (ЭДС) приравнивается действительному напряжению, то есть Е2=1/2. Отсюда следует, что электродвижущая сила (ЭДС) вторичной обмотки трансформатора определяется значениями вольтметра, подключенного в эту обмотку.

Сила тока холостого хода трансформатора, который протекает в его первичной обмотке, весьма мала, если сравнивать с номинальным его значением, поэтому имеющееся падение электрического напряжения во внутреннее сопротивлении первичной обмотки довольно маленькое по сравнению с подключённым электрическим напряжением. Отсюда следует, что подключённое напряжение почти полностью сбалансируется электродвижущей силой (ЭДС) первичной обмотки трансформатора и реальная величина электрического напряжения и электродвижущая сила (ЭДС) приблизительно равны между собой. Значит, при работе холостого хода трансформатора электродвижущая сила первичной обмотки полностью определится действительным показанием вольтметра, который включен в ее электрической цепь.

Для точности нашего измерения при работе холостого хода трансформатора первичной обмоткой является обмотка меньшего электрического напряжения, ну, а вторичной обмоткой — обмотка большего электрического напряжения трансформатора. Для трансформаторной обмотки «НН» рабочий номинальный ток будет по своему значению больше, по сравнению с обмоткой «ВН». Поскольку сила тока холостого хода трансформатора относительно малая и приравнивается к нескольким процентам от номинального, то при работе обмотки «НН» в качестве первичной обмотки трансформатора сила тока холостого хода будет немного больше и даже может быть измерен точно, по сравнению использования обмотки «ВН» в качестве первичной обмотки трансформатора.

Принимая во внимание равенства E1~U1 и E2=U2 коэффициент трансформации возможно будет определить отношением электродвижущей силы либо же количества витков обмоток трансформатора. При холостом ходе трансформатора его действительный коэффициент трансформации будет определиться неким отношением рабочих показателей вольтметров, которые подключены к первичной и вторичной обмотке трансформатора.

Для электрического силового трехфазного трансформатора ещё различают линейный и фазный коэффициент трансформации. Линейный коэффициент трансформации приравнен некоторому отношению линейных электрических напряжений на стороне «ВН» и «НН». Фазный коэффициент трансформации обычно определяет имеющееся соотношение количества намотанных витков обмоток «ВН» и «НН» и приравнен некоторому отношению фазных электрических напряжений.

P.S. Тестирование работы силового трансформатора может много о чём сказать. Зная, как именно работает данная электрическая машина без нагрузки можно судить о тех изменениях в режиме функционирования, что происходят уже с подключёнными устройствами к трансформатору. Понимание общего принципа работы трансформаторов даёт возможность легко их эксплуатировать в различных режимах своего действия, не допуская критических перегрузок, ведущими к преждевременному износу и выходу из строя.

Потери холостого хода трансформаторов • Energy-Systems

Что такое потери холостого хода трансформатора

Любые потери энергии могут приводить к перерасходу материалов и топлива, что приводит к значительному увеличению стоимости энергоресурсов. Чтобы потери не приводили к серьезным финансовым затратам, на трансформаторах должны периодически проводиться профилактические и электроизмерительные работы, которые позволяют своевременно выявить любые проблемы и неполадки в работе оборудования.

Самой распространенной причиной проблем в работе трансформаторов являются потери холостого хода. Холостым ходом называется один из режимов работы прибора, в процессе которого выделенное питание подается на одну обмотку устройства, в то время как остальные обмотки разомкнуты. Потери холостого хода трансформатора – это любые утечки и потери, возникающие во время такого режима работы оборудования. Утечки обязательно возникают при номинальных уровнях частоты, напряжения и других параметров электрической энергии. Потери холостого хода сказываются на качестве электроснабжения, о чем следует помнить при создании проектов реконструции электрики в домах и на других объектах.

Пример проекта технического отчета нежилого помещения

Назад

1из27

Вперед

Потери в работе трансформатора

В режиме работы холостого хода устройства могут возникать различные утраты мощности. Чаще всего такие проблемы бывают связаны с магнитными потерями мощности в стальных элементах устройства, с потерями на первичной обмотке, а также с проблемами в изоляции оборудования.

Утечки, возникающие из-за проблем в изоляции, принято называть диэлектрическими. Такие неполадки возникают только на оборудовании, работающем на высоких частотах. Для стандартного силового оборудования, работающего со стандартной частотой, потери из-за изоляции не отличаются высокими характеристиками, а потому даже не берутся в расчет при исследовании трансформаторов специалистами. Утечки мощности на первичной обмотке могут отличаться большей величиной, но даже они не превышают 1% от величины потерь холостого хода.

Наиболее важной долей утечек и электрических потерь являются магнитные потери. Все магнитные потери в трансформаторах можно разделить на две большие группы: потери от вихревых токов и от гистерезиса. Потери от гистерезиса в современных трансформаторах обычно составляют не более 20-25%. Это обусловлено тем, что в современном оборудовании принято использовать высококачественную электротехническую сталь. Более 75% потерь на трансформаторах происходит из-за вихревых токов.

Качество стали

Чтобы правильно определить процентные потери из-за различных магнитных причин при нормальной работе трансформаторного оборудования, специалистам обязательно нужно будет учитывать характеристики электротехнической стали, используемой в устройстве. Для проведения измерений нужно учесть также технологические особенности магнитной системы, массу, методику производства стальных пластин и другие ее характеристики.

Все факторы, влияющие на потери трансформатора можно разделить на две группы: конструктивную и техническую. К конструктивной группе факторов принято относить форму, размеры и используемую методику крепежа металлических пластин, способ их прессовки, особенности обработки стержней и т.д. Технологическими факторами называют методику резки стальных пластин, используемые технологии для удаления заусенцев на них, методику отжига, материал лакировки и т.д.

Достаточно распространенными причинами потерь на трансформаторах являются ошибки при производстве элементов такого оборудования, а также ошибки в ходе сборки трансформаторного устройства.

Согласно нормам ГОСТа, правильно собранный трансформатор должен иметь уровень реальных потерь с отклонением не более 5% от расчетного уровня потерь, указанного в технической документации.

На что сказываются потери и от чего они зависят

В процессе транспортировки электрической энергии от объектов производства до конечного потребителя происходят серьезные потери. Объем потерь при транспортировке может составлять до 18%, причем, большая часть этих потерь приходится именно на трансформаторное оборудование.

Объем потерь обязательно должен учитываться проектировщиками при создании систем электрического потребления. От потерь будет зависеть себестоимость электрической энергии, стоимость обслуживания и ремонта электрического оборудования.

До середины XX века для производства трансформаторов использовалась сталь горячей прокатки, которая отличалась низкими техническими характеристиками. В 50-х годах прошлого столетия такую сталь начали постепенно заменять металлом холодной прокатки с зерновой структурой. Основным достоинством более современной стали являлся более высокий уровень магнитной проницаемости, а потому и большая эффективность трансформаторного оборудования в целом.

С тех пор и до наших дней технологии производства холоднокатаной стали постоянно улучшались и сегодня параметры таких материалов еще больше улучшились.

В настоящее время уровень потерь холостого хода трансформаторного оборудования значительно снизился за счет применения более современной и функциональной стали, улучшения конструкции магнитных систем и модернизации сердечников.

Если рассматривать особенности современной стали, используемой для создания пластин, то ее положительные свойства связаны с тем, что с течением времени производители улучшали ориентацию доменов, уменьшали толщину стальных листов при производстве. Кроме того, очистка доменов сегодня осуществляется за счет лазерной обработки, что также сказывается на технических характеристиках конечных изделий. Занимающиеся измерениями и выбором трансформаторного оборудования специалисты должны знать отличия трансформаторов от автотрансформаторов.

Причины потерь холостого хода

Сегодня используются масляные и сухие трансформаторные приборы. До недавнего времени, масляные трансформаторы были более распространены, но они имеют ряд серьезных недостатков, к примеру, низкую пожаробезопасность и сложность размещения, потому сегодня сухие трансформаторы используются гораздо чаще.

Среди основных причин потерь холостого хода в различных устройствах можно выделить следующие факторы:

1. Коррозийные процессы на металлических элементах трансформаторов. Коррозия на металле появляется из-за нарушения защитного лакового слоя, из-за чего на оборудовании увеличиваются вихревые токи и происходит существенный нагрев металлических пластин.
2. Витковые замыкания на обмотках, из-за которых могут появляться сильные скачки напряжения.
3. Низкокачественная изоляция.
4. Магнитные зазоры на металлических элементах.
5. Слишком большое или слишком маленькое количество витков обмотки.
6. Перегрев элементов трансформаторного оборудования.

Это лишь самые основные причины потерь холостого хода, с которыми специалисты сталкиваются чаще всего. Существуют и другие факторы, из-за которых величина потерь холостого хода может превышать допустимые пределы, из-за чего вырастет себестоимость эксплуатации электрических систем. Для определения причин потерь на отдельном трансформаторе, собственнику потребуется заказать услуги профессиональных электроизмерений.

Ниже вы можете воспользоваться онлайн-калькулятором для расчёта стоимости услуг электролаборатории.

Онлайн расчет стоимости проектирования

Измерение холостого хода трансформаторов: параметры, периодичность, схемы

Что такое холостой ход (ХХ) трансформатора?

Величина потерь силового трансформатора состоит из так называемых потерь в меди и потерь в стали. Первые связаны с протеканием тока нагрузки через проводники обмоток, имеющие определенное электрическое сопротивление. Потери же в стали обусловлены вихревыми токами, токами намагничивания, возникающими в магнитопроводе.

Орлов Анатолий Владимирович

Начальник службы РЗиА Новгородских электрических сетей

Задать вопрос

При проведении опыта холостого хода на одну обмотку подключается напряжение, другая остается разомкнутой. Мощность, потребляемая при этом трансформатором из сети, тратится в большей степени на намагничивание стали магнитопровода, в меньшей – на нагрев проводников обмотки, чем можно пренебречь.

Поэтому этот опыт позволяет измерить мощность потерь в стали, называемыми потерями холостого хода.

Дополнительно, подключив вольтметр к оставшейся разомкнутой обмотке, можно измерить на ней напряжение, и по показаниям двух вольтметров рассчитать коэффициент трансформации. Но это измерение к самому опыту холостого хода не относится.

Опыт холостого хода при вводе в эксплуатацию подвергаются

• Все сухие трансформаторы, а также имеющие в качестве изолирующей и охлаждающей среды жидкий негорючий диэлектрик.
• Маслонаполненные трансформаторы, мощность которых более 1600 кВА.
• Трансформаторы собственных нужд электростанций, вне зависимости от их мощности.

В эксплуатации такие измерения проводятся только для трансформаторов с мощностью 1000 кВА и более, и только после капитального ремонта, связанного со сменой обмоток или ремонтом магнитопровода.

По сетевым правилам возможно проведение измерений по распоряжению технического руководителя предприятия после того, как хроматографический анализ газов, растворенных в масле, дал настораживающие результаты. Но это касается только силовых трансформаторов с обмотками на напряжение 110 кВ и выше.

Порядок и схема измерения

Перед проведением опыта проводят процесс размагничивания магнитопровода испытуемого трансформатора. Для этого используется постоянный ток, пропускаемый через одну из обмоток стороны низкого напряжения. Подключение тока производится многократно, каждое последующее подключение происходит с изменением полярности и уменьшением величины.

Начальное значение не должно быть меньше двойного значения ожидаемого тока холостого хода. При каждом последующем включении величина уменьшается на 30-40 %. Процесс заканчивается при токе, меньшим значения тока холостого хода.

Васильев Дмитрий Петрович

Профессор электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

Для проведения непосредственно опыта холостого хода на вторичную обмотку трансформатора подается номинальное напряжение, с отклонением от нормы ±5%. Вывод нейтрали, если он есть, при этом не используется. Напряжение при этом – строго синусоидальное, с номинальной частотой сети.

Для проведения измерений потребуется три лабораторных прибора, с классом точности не менее 0,5. Это амперметры, вольтметры и ваттметры. амперметры подключаются в каждую фазу последовательно. вольтметры включаются на линейное напряжение всех трех фаз. Токовые обмотки ваттметров подключаются последовательно с амперметрами.

Обмотки напряжения ваттметров подключаются согласно приведенным схемам. Подается напряжение, с приборов снимаются показания.

Абрамян Евгений Павлович

Доцент кафедры электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

Строго говоря, измерение производится по тем же схемам, которые использовались на заводе изготовителе для проведения опыта. Ведь полученные данные нужно будет сравнить с заводскими. Но, если источник трехфазного напряжения недоступен, можно выполнить три измерения, подавая напряжение на две фазы обмотки трансформатора, закорачивая третью, остающуюся свободной.

При этом используется только линейное напряжение, так как искажение формы кривой из-за нелинейных нагрузок в сети на него имеет минимальное влияние. По этим же схемам проводится опыт холостого хода при пониженном (малом) напряжении.

Анализ результатов измерения холостого хода

При приемосдаточных испытаниях и капитальном ремонте полученные данные сравниваются с протоколом о соответствующих испытаниях, проведенных на заводе после изготовления трансформатора. Расхождение более 5 % не допускается.

Для однофазных трансформаторов в этих же случаях мощность потерь не должна отличаться от исходной величины более, чем на 10%.

В эксплуатации измеряется только ток холостого хода на основании опыта с номинальным напряжением или мощность потерь при пониженном. ПТЭЭП при этом не нормирует отклонения от нормы.

Однако, при подозрении на повреждение в трансформаторе метод измерения потерь с использованием трех последовательно проведенных опытов дает очень ценный результат. Поскольку обмотки фаз трансформатора находятся в неравных условиях, то можно не только вычислить, есть ли там дефект, но и определить дефектную фазу.

Путь магнитного потока при возбуждении выводов АВ и ВС одинаков. Поэтому и мощности потерь для опытов на этих фазах не будут отличаться. При возбуждении фаз АС путь, пройденный магнитным потоком, длиннее, поэтому мощность потерь будет на 25-50% превышать предыдущие. Сравнивая эти показатели, можно выявить, на какой фазе есть дефект.

Технические данные — Трансформаторы силовые масляные ТМ, ТМФ, ТМЗ

2.1. Трансформаторы выпускаются с поминальным напряже­нием первичной обмотки (обмотки высшего напряжения) до 10 кВ включительно.

Номинальные напряжения вторичных обмоток трансформа­тора (обмоток низшего напряжения), схемы и группы соединения обмоток в соответствии с таблицей 2.1.

2.2. Регулирование напряжения осуществляется переключе­нием без возбуждения (ПБВ).

Для регулирования напряжения трансформаторы снабжаются высоковольтными переключателями, позволяющими регулировать напряжение ступенями по 2,5% на величину ±2×2,5% от номи­нального значения при отключенном от сети трансформаторе со стороны НН и ВН.

Переключатель присоединен к обмотке высшего напряжения.

2.3. Номинальные значения потерь холостого хода и напря­жения короткого замыкания трансформаторов указаны в таб­лице 2.1.

Габаритные размеры и масса приведены в приложениях 15-33.

ПРИМЕЧАНИЕ. Трансформаторы выпускаются по двум уровням потерь холостого хода и тока холостого хода. Для трансформаторов первого уровня значения потерь холостого хода и тока холостого хода должны быть не более указанных в таблице 2.1. Предельные отклонения но ГОСТ 11677-85.

Трансформаторы с наименьшими потерями изготавливаются из стали 3406 толщиной 0,30 мм и других более высококачественных сталей марок 3407, 3408 и др. Для трансформаторов второго уровня устанавливаются зна­чения потерь холостого хода и тока холостого хода более значений, опреде­ляемых по таблице 2.1 (с предельными отклонениями по ГОСТ 11677-85), но не более чем на 10% по потерям и току холостого хода.

Таблица 2.1.

Опыт холостого хода однофазного трансформатора

Для определения параметров схемы замещения однофазного трансформатора используют опыт холостого хода.

Холостым ходом трансформатора называют режим работы, когда нагрузка на вторичной обмотке отсутствует, то есть Z_н= ∞. При этом полезная мощность трансформатора равна нулю, так как ток во вторичной обмотке отсутствует. Мощность на входе трансформатора расходуется на тепловые потери в первичной обмотке I₀²r₁ и на магнитные потери в сердечнике P_m. Так как величина тепловых потерь в первичной обмотке мала, то ей часто пренебрегают. Поэтому магнитные потери называют потерями холостого хода.

Схема проведения опыта холостого хода для однофазного трансформатора. На схеме вольтметр V₁ измеряет напряжение, подведенное к первичной обмотке, вольтметр V₂ показывает напряжение на вторичной обмотке, амперметр A₁ измеряет ток холостого хода I₀, ваттметр W измеряет мощность холостого хода P₀.

В опыте холостого хода определяют следующие параметры:

1 – Ток холостого хода I₀. С помощью амперметра A₁ определяют ток холостого хода и выражают его в процентном соотношении от номинального тока.

2 – Коэффициент трансформации k. С помощью вольтметра V₁ в первичной обмотке устанавливают номинальное напряжение U_1н, а с помощью вольтметра V₂, определяют напряжение U₂₀, которое равно номинальному U_2н. 

3 – Потери в первичной обмотке P₀. Потери в первичной обмотке складываются из электрических и магнитных потерь. 

4- Коэффициент мощности cosφ. 

5 – Параметры намагничивающей ветви схемы замещения r_m x_m. 

6 – Угол магнитных потерь δ

Таким образом, с помощью опыта холостого хода определяется большая часть параметров необходимых для расчета и построения векторной диаграммы или схемы замещения трансформатора. Остальные параметры определяются в опыте короткого замыкания.

Измерение потерь холостого хода и тока возбуждения трансформатора

Цель измерения потерь холостого хода

Трансформатор рассеивает постоянные потери холостого хода, пока он находится под напряжением при постоянном напряжении, 24 часа в сутки, для всех условий нагрузки . Эта потеря мощности представляет собой затраты для пользователя в течение всего срока службы трансформатора.

Измерения потерь холостого хода трансформатора и тока возбуждения (источник фото: ardantrafo.com)

Максимальные значения потерь холостого хода трансформаторов указаны и часто гарантируются производителем.Измерения потерь холостого хода выполняются для проверки того, что потери холостого хода не превышают указанного или гарантированного значения.

Метод вольтметра среднего напряжения

Потери холостого хода трансформатора, часто называемые потерями в сердечнике или потерями в стали. — это потери мощности в трансформаторе, возбуждаемом при номинальном напряжении и частоте, но не поддерживающем нагрузку.

Потери холостого хода состоят из трех компонентов:

1. Потери в сердечнике в материале сердечника
2. Диэлектрические потери в системе изоляции
3. I ² R потери из-за тока возбуждения в обмотке под напряжением

Потери холостого хода трансформатора в первую очередь вызваны потерями в стали сердечника.Остальные два источника иногда игнорируются. В результате термины «потери холостого хода», «потери в сердечнике» и «потери в стали» часто используются как взаимозаменяемые. Строго говоря, потери в сердечнике и потери в стали относятся только к потерям мощности, возникающим в материале сердечника.

Следующее обсуждение потерь холостого хода или потерь в сердечнике объяснит, почему рекомендуется использовать метод вольтметра среднего напряжения, который будет описан позже.

Величина потерь без нагрузки — это функция величины, частоты и формы сигнала приложенного напряжения .Эти переменные влияют на величину и форму формы волны магнитного потока сердечника и, следовательно, влияют на величину потерь в сердечнике.

Измерениями силовых и распределительных трансформаторов было подтверждено, что потери в сердечнике также в некоторой степени зависят от температуры сердечника.

Согласно IEEE «Стандартные правила испытаний для жидкостных распределительных, силовых и регулирующих трансформаторов и Руководство по испытаниям распределительных и силовых трансформаторов на короткое замыкание», приблизительная скорость изменения потерь холостого хода в зависимости от температуры ядра составляет 0.00065p.u. Увеличение потерь в сердечнике на каждое понижение температуры в сердечнике на ° C.

Двумя основными составляющими потерь в сердечнике являются потери на гистерезис и потери на вихревые токи .

Изменение потерь на вихревые токи из-за изменения удельного сопротивления стали сердечника при изменении температуры, по-видимому, является одним из факторов, влияющих на наблюдаемый температурный эффект потерь в сердечнике. Величина гистерезисных потерь является функцией максимальной плотности потока в форме волны сердечного потока.

Когда форма приложенного сигнала напряжения искажена (не чисто синусоидальная волна), результирующая пиковая плотность потока в форме сигнала магнитного потока зависит от среднего абсолютного значения приложенной волны напряжения.

Потери на вихревые токи зависят от частоты источника питания и толщины стальных пластин сердечника. Вихревые потери сильно зависят от гармоник подаваемого напряжения .

Вышеупомянутый код тестирования трансформатора IEEE рекомендует метод вольтметра среднего напряжения, который будет описан ниже, для измерения потерь холостого хода.

Ток возбуждения — это ток, протекающий в обмотке высокого напряжения при открытой стороне низкого напряжения. Этот ток должен быть пропорционален приемочному испытанию без нагрузки, но с разницей, возникающей в результате использования испытательных напряжений, отличных от номинальных значений.

Не должно быть чрезмерного отклонения от значений, измеренных между фазами, и его нормального значения; небольшая разница (геометрическая) между крайними и центральными обмотками. Большие изменения будут происходить при появлении тепловых точек, ухудшении характеристик магнитного корпуса, ослаблении сердечника или отсоединении магнитного шунта.

Как измеряются потери холостого хода

Метод вольтметра среднего напряжения

Измерение потерь холостого хода в соответствии с методом вольтметра среднего напряжения показано на рисунке 1. Требуются трансформаторы напряжения и тока для масштабирования входов вольтметров, амперметров и ваттметров.

Трехфазные измерения потерь холостого хода выполняются таким же образом, за исключением того, что используются три комплекта приборов и измерительные трансформаторы.

Рисунок 1 — Испытательная схема для измерения потерь без нагрузки

Испытание включает повышение напряжения на одной обмотке, обычно обмотки низкого напряжения, до номинального напряжения, в то время как другие обмотки находятся в разомкнутой цепи. Используются два параллельно включенных вольтметра.

Вольтметр с маркировкой В, _и на рисунке 1 представляет собой вольтметр с средним откликом и калибровкой среднеквадратичного значения . Вольтметр с маркировкой V _r представляет собой вольтметр с истинным среднеквадратичным значением .

Гармоники в подаваемом напряжении приведут к тому, что среднеквадратичное значение сигнала будет отличаться от среднего абсолютного (масштабированного среднеквадратичного) значения , и два показания вольтметра будут отличаться. Когда показание напряжения, измеряемое вольтметром среднего значения, достигает значения, соответствующего номинальному напряжению возбужденной обмотки, снимаются показания среднеквадратичного тока, среднеквадратичного напряжения и мощности холостого хода.

Отношение измеренного действующего значения тока к номинальному току нагрузки возбужденной обмотки, выраженное в процентах, обычно называется процентным током возбуждения.Измеренные потери холостого хода корректируются на основе синусоидальной волны по формуле, приведенной в упомянутом тестовом коде IEEE, с использованием показаний двух вольтметров.

Корректировка показана ниже. Скорректированное значение указывается как потеря холостого хода трансформатора.

где:

• P _c — скорректированное (заявленное) значение потерь холостого хода
• P _m — измеренное значение потерь холостого хода
• V _a — показания вольтметра с действующим среднеквадратичным значением
• В _r — показания вольтметра с истинным среднеквадратичным значением
• P ₁ и P ₂ являются расчетными значениями. гистерезис единицы и потери на единицу вихревых токов, соответственно

В соответствии с упомянутым тестовым кодом IEEE, если фактические значения P ₁ и P ₂ недоступны, предполагается, что две составляющие потерь считаться равными по значению, присваивает каждому значение 0.5 ед. .

Источники:

1. Справочник по электроэнергетике Леонарда Л. Григсби (приобретение в твердом переплете на Amazon)
2. Техническое обслуживание силового трансформатора — полевые испытания Андресом Табернеро Гарсия

Нагрузка и включение трансформатора -загрузить фазорные диаграммы

В предыдущих руководствах по трансформаторам мы предполагали, что трансформатор идеален, то есть такой, в котором отсутствуют потери в сердечнике или потери в меди в обмотках трансформатора.Однако в реальных трансформаторах всегда будут потери, связанные с нагрузкой трансформатора, поскольку трансформатор находится «под нагрузкой». Но что мы подразумеваем под: Нагрузка трансформатора .

Что ж, сначала давайте посмотрим, что происходит с трансформатором, когда он находится в состоянии «холостого хода», то есть когда к его вторичной обмотке не подключена электрическая нагрузка и, следовательно, вторичный ток не течет.

Считается, что трансформатор работает без нагрузки, когда его вторичная обмотка разомкнута, другими словами, ничего не подключено и нагрузка трансформатора равна нулю.Когда источник переменного тока синусоидальной формы подключен к первичной обмотке трансформатора, небольшой ток I _OPEN будет протекать через обмотку первичной катушки из-за наличия напряжения первичной обмотки.

Когда вторичная цепь разомкнута и ничего не подключено, противо-ЭДС вместе с сопротивлением первичной обмотки ограничивают протекание этого первичного тока. Очевидно, что этот первичный ток холостого хода (Io) должен быть достаточным для поддержания достаточного магнитного поля для создания требуемой обратной ЭДС.Рассмотрим схему ниже.

Трансформатор «без нагрузки» Состояние

Амперметр выше покажет небольшой ток, протекающий через первичную обмотку, даже если вторичная цепь разомкнута. Этот первичный ток холостого хода состоит из следующих двух компонентов:

• Синфазный ток, I _E , который обеспечивает потери в сердечнике (вихревые токи и гистерезис).
• Небольшой ток, I _M при 90 ^o до напряжения, создающего магнитный поток.

Обратите внимание, что этот первичный ток холостого хода Io очень мал по сравнению с нормальным током полной нагрузки трансформатора. Также из-за потерь в стали в сердечнике, а также из-за небольшого количества потерь в меди в первичной обмотке, Io не отстает от напряжения питания Vp точно на 90 ^o , (cosφ = 0), будет небольшая разница фазового угла.

Пример нагрузки трансформатора №1

Однофазный трансформатор имеет энергетический компонент I _E на 2 А и намагничивающий компонент I _M на 5 А.Рассчитайте ток холостого хода, Io и результирующий коэффициент мощности.

Трансформатор «под нагрузкой»

Когда электрическая нагрузка подключена ко вторичной обмотке трансформатора и поэтому нагрузка трансформатора больше нуля, ток течет во вторичной обмотке и выходит к нагрузке. Этот вторичный ток возникает из-за индуцированного вторичного напряжения, создаваемого магнитным потоком, создаваемым в сердечнике из первичного тока.

Вторичный ток I _S , который определяется характеристиками нагрузки, создает самоиндуцированное вторичное магнитное поле Φ _S в сердечнике трансформатора, которое течет в направлении, прямо противоположном основному первичному полю, Φ _П .Эти два магнитных поля противостоят друг другу, что приводит к объединенному магнитному полю меньшей магнитной напряженности, чем одиночное поле, создаваемое одной только первичной обмоткой, когда вторичная цепь была разомкнута.

Это комбинированное магнитное поле снижает обратную ЭДС первичной обмотки, вызывая незначительное увеличение первичного тока I _P . Первичный ток продолжает увеличиваться до тех пор, пока магнитное поле сердечника не вернется к своей исходной напряженности, и для правильной работы трансформатора всегда должно существовать сбалансированное состояние между первичным и вторичным магнитными полями.Это приводит к тому, что мощность уравновешивается и одинакова как на первичной, так и на вторичной стороне. Рассмотрим схему ниже.

Трансформатор «под нагрузкой»

Мы знаем, что коэффициент трансформации трансформатора утверждает, что полное индуцированное напряжение в каждой обмотке пропорционально количеству витков в этой обмотке, а также что выходная мощность и потребляемая мощность трансформатора равны вольтам, умноженным на амперы, ( V x I). Следовательно:

Но мы также знаем ранее, что коэффициент напряжения трансформатора равен коэффициенту витков трансформатора как: «коэффициент напряжения = коэффициент преобразования».Тогда взаимосвязь между напряжением, током и числом витков в трансформаторе может быть связана вместе и поэтому дается как:

Коэффициент трансформации

• Где:
• N _P / N _S = V _P / V _S — представляет соотношение напряжений
• N _P / N _S = I _S / I _P — представляет коэффициент текущей ликвидности

Обратите внимание, что ток обратно пропорционален как напряжению, так и количеству витков.Это означает, что при нагрузке трансформатора на вторичную обмотку, чтобы поддерживать сбалансированный уровень мощности на обмотках трансформатора, если напряжение повышается, ток должен быть понижен, и наоборот. Другими словами, «большее напряжение — меньший ток» или «меньшее напряжение — больший ток».

Поскольку коэффициент трансформации — это соотношение между числом витков в первичной и вторичной обмотках, напряжением на каждой обмотке и током через обмотки, мы можем изменить приведенное выше уравнение коэффициента трансформации, чтобы найти значение любого неизвестного напряжения, ( V) ток, (I) или количество витков (N), как показано.

Полный ток, потребляемый первичной обмоткой от источника питания, представляет собой векторную сумму тока холостого хода Io и дополнительного тока питания I ₁ в результате нагрузки вторичного трансформатора, который отстает от напряжения питания на величину угол Φ. Мы можем показать это соотношение в виде векторной диаграммы.

Ток нагрузки трансформатора

Если нам заданы токи I _S и Io, мы можем вычислить первичный ток I _P следующими способами.

Пример нагрузки трансформатора №2

Однофазный трансформатор имеет 1000 витков на первичной обмотке и 200 витков на вторичной обмотке. Ток холостого хода трансформатора, снимаемый с источника питания, составляет 3 А при коэффициенте мощности 0,2 с запаздыванием. Вычислите ток первичной обмотки I _P и соответствующий ему коэффициент мощности φ, когда вторичный ток, питающий нагрузку трансформатора, составляет 280 А при запаздывании 0,8.

Вы могли заметить, что фазовый угол первичного тока φ _P почти такой же, как фазовый угол вторичного тока φ _S .Это связано с тем, что ток холостого хода в 3 ампера очень мал по сравнению с более высокими 56 амперами, потребляемыми первичной обмоткой от источника питания.

В реальных условиях обмотки трансформатора имеют импедансы X _L и R. Эти импедансы необходимо учитывать при построении векторных диаграмм, поскольку эти внутренние импедансы вызывают падение напряжения в обмотках трансформатора. Внутренние импедансы возникают из-за сопротивления обмоток и падения индуктивности, называемого реактивным сопротивлением рассеяния, возникающего в результате потока рассеяния.Эти внутренние импедансы представлены как:

Таким образом, первичная и вторичная обмотки трансформатора обладают как сопротивлением, так и реактивным сопротивлением. Иногда может быть более удобным, если все эти значения импеданса объединить вместе на одной стороне трансформатора, чтобы немного упростить математические вычисления.

Можно переместить импедансы первичной обмотки на вторичную сторону или импедансы вторичной обмотки на первичную сторону. Комбинированные значения импедансов R и L называются «приведенными импедансами» или «отраженными значениями».Цель здесь состоит в том, чтобы сгруппировать вместе импедансы внутри трансформатора и получить только одно приведенное значение R и X _L для первичной или вторичной стороны в наших расчетах, как показано.

Суммирование импедансов трансформатора

Чтобы связать сопротивление или реактивное сопротивление от одной стороны трансформатора к другой, мы должны умножить или разделить на квадрат отношения витков (Коэффициент витков ² ). Таким образом, относя (или отражая) импедансы (сопротивление и реактивное сопротивление) от вторичной к первичной стороне трансформатора, мы умножаем на квадрат отношения витков, N ² , а когда относим первичные импедансы к вторичной стороне, мы должны разделить на коэффициент поворотов в квадрате.Таким образом, вторичное отражение по отношению к первичному увеличивает R и X, в то время как отражение от первичного к вторичному уменьшает R и X на величину, определенную N ² . Это указание или отражение импедансов в равной степени относится и к сопротивлению подключенной нагрузки, и к реактивному сопротивлению.

Так, например, если отнести вторичное сопротивление 2 Ом к первичной стороне с соотношением витков 8: 1, будет получено новое значение первичного сопротивления: 2 x 8 ² = 128 Ом, а первичное сопротивление 2 Ом. приведет к вторичному резистивному значению: 0.03125 Ом.

Регулирование напряжения трансформатора

Стабилизация напряжения трансформатора определяется как изменение вторичного напряжения на клеммах, когда нагрузка трансформатора максимальна, то есть при полной нагрузке, в то время как первичное напряжение питания остается постоянным. Регулирование определяет падение (или увеличение) напряжения, которое происходит внутри трансформатора, когда напряжение нагрузки становится слишком низким в результате слишком высокой нагрузки трансформатора, что, следовательно, влияет на его производительность и эффективность.

Регулировка напряжения выражается в процентах (или на единицу) от напряжения холостого хода. Тогда, если E представляет вторичное напряжение холостого хода, а V представляет вторичное напряжение полной нагрузки, процентное регулирование трансформатора задается как:

Так, например, трансформатор выдает 100 В на холостом ходу, а напряжение падает до 95 В при полной нагрузке, регулировка будет 5%. Значение E — V будет зависеть от внутреннего импеданса обмотки, который включает ее сопротивление R и, что более важно, ее реактивное сопротивление X переменного тока, ток и фазовый угол.

Также регулирование напряжения обычно увеличивается по мере того, как коэффициент мощности нагрузки становится более запаздывающим (индуктивным). Регулирование напряжения в отношении нагрузки трансформатора может быть положительным или отрицательным по величине, то есть с напряжением холостого хода в качестве эталона, понижением регулирования при приложении нагрузки или с полной нагрузкой в ​​качестве эталона и изменения повышается в регулировке при уменьшении или снятии нагрузки.

В общем, регулирование трансформатора с сердечником при высокой нагрузке трансформатора хуже, чем у трансформатора с кожухом.Это связано с тем, что трансформатор оболочечного типа имеет лучшее распределение магнитного потока из-за переплетения обмоток катушки.

В следующем уроке о трансформаторах мы рассмотрим трансформатор с несколькими обмотками, который имеет более одной первичной обмотки или более одной вторичной обмотки, и увидим, как мы можем соединить две или более вторичных обмоток вместе, чтобы подавать большее напряжение или больше тока на подключенная нагрузка.

Трансформатор

в состоянии холостого хода — его векторная диаграмма

Когда трансформатор работает без нагрузки, вторичная обмотка разомкнута, что означает, что на вторичной стороне трансформатора нет нагрузки, и, следовательно, ток во вторичной обмотке будет нулевым.В то время как первичная обмотка несет небольшой ток I ₀ , называемый током холостого хода, который составляет от 2 до 10% от номинального тока .

Этот ток обеспечивает потери в стали (гистерезис и потери на вихревые токи) в сердечнике и очень небольшое количество потерь в меди в первичной обмотке. Угол запаздывания зависит от потерь в трансформаторе. Коэффициент мощности очень низкий и варьируется от 0,1 до 0,15 .

Ток холостого хода состоит из двух составляющих:

• Реактивная или намагничивающая составляющая I _m
  (Она находится в квадратуре с приложенным напряжением V ₁ .Он создает поток в сердечнике и не потребляет энергии).

• Активный или силовой компонент I _w , также известный как рабочий компонент
  (находится в фазе с приложенным напряжением V ₁ . Он обеспечивает потери в стали и небольшие потери в первичной меди).

Для построения векторной диаграммы приведены следующие шаги:

1. Функция намагничивающего компонента — создавать намагничивающий поток, и, таким образом, он будет синфазным с потоком.
2. Наведенная ЭДС в первичной и вторичной обмотках отстает от потока ϕ на 90 градусов.
3. Потери в первичной меди не учитываются, а потери вторичного тока равны нулю, так как
   I ₂ = 0.
   Следовательно, ток I ₀ отстает от вектора напряжения V ₁ на угол ϕ ₀ , называемый угол коэффициента мощности без нагрузки и показан на векторной диаграмме выше.
4. Приложенное напряжение V ₁ показано равным и противоположным наведенной ЭДС E ₁ , потому что разница между ними без нагрузки незначительна.
5. Активный компонент I _w синфазен с приложенным напряжением V ₁ .
6. Сумма векторов тока намагничивания I _m и рабочего тока I _w дает ток холостого хода I ₀ . Из приведенной выше векторной диаграммы можно сделать следующие выводы:

Это все о трансформаторе без нагрузки.

Трансформатор на холостом ходу — векторная диаграмма и работа

При испытании трансформатора без нагрузки вторичная обмотка трансформатора остается разомкнутой без подключения какой-либо нагрузки.Первичная обмотка трансформатора подключается к источнику переменного тока и оценивает поведение трансформатора в условиях холостого хода.

В прошлой статье мы обсудили идеальный трансформатор, то есть трансформатор без потерь или потерь (то есть без потерь в стали и меди). Но на практике, когда трансформатор нагружен, будут потери в стали в сердечнике и потери в меди в первичной и вторичной обмотках. Также, когда трансформатор работает без нагрузки, первичный ток не является полностью реактивным.Поскольку сердечник подвергается воздействию переменного магнитного потока, первичный ток должен обеспечивать,

• Потери в железе в сердечнике, т. Е. Потери на гистерезис и вихревые токи, и
• В первичной обмотке будет небольшое количество меди (поскольку нет ток во вторичной обмотке).

Работа трансформатора без нагрузки:

В состоянии холостого хода, когда питание V

₁ подается на первичную обмотку, ток холостого хода I _или протекает через первичную обмотку.Этот переменный ток создает переменный поток φ в сердечнике. Поскольку нет подключения к вторичной обмотке, через нее не протекает ток, как показано ниже.

Переменный поток создает связь с вторичной обмоткой и вызывает ЭДС в обеих обмотках. Количество наведенных ЭДС E

₁ и E ₂ зависит от количества витков в первичной и вторичной обмотках. Индуцированная ЭДС из-за связывания потока будет отставать от потока на 90 °.

Однако первичный ток холостого хода должен обеспечивать потери на вихревые токи и гистерезисные потери в сердечнике, а также небольшие потери в меди (I ² R) в первичной обмотке.

Таким образом, холостой ход I _o делится на две составляющие:

• Составляющая тока, отвечающая за создание магнитного потока в сердечнике, называемая намагничивающей составляющей тока I _m . Это чисто реактивный компонент, также называемый безвентильным компонентом.
• Составляющая тока I _c , которая обеспечивает потери в стали и небольшую величину потерь в первичной меди, называемая рабочим или активным компонентом.Его также называют ваттным компонентом I _или .

Фазорная схема трансформатора на холостом ходу:

1. Между первичным напряжением V ₁ и первичной наведенной ЭДС E ₁ будет разность фаз 180 ° (противоположная). Величина наведенной ЭДС будет примерно равна величине напряжения питания.
2. Как видно выше, ток холостого хода I _o имеет две составляющие, то есть это векторная сумма тока I _m и I _c .Поскольку обмотка представляет собой катушку индуктивности, в катушке индуктивности без потерь ток отстает от напряжения на 90 °. Следовательно, ток намагничивания I _m отстает от напряжения питания на 90 °.
3. Однако компонент потерь в сердечнике I _c находится в фазе с напряжением V ₁ , так что V ₁ I _c = потери в сердечнике.
4. Намагничивающая составляющая I _m устанавливает магнитный поток φ, который является общим как для первичной, так и для вторичной обмоток. Следовательно, она принимается за опорную ось.
5. Переменный поток φ индуцирует ЭДС E ₁ и E ₂ в первичной и вторичной обмотках соответственно, что отстает от потока на 90 °.

Из векторной диаграммы

• Вт _o = Потребляемая мощность без нагрузки
• В ₁ = Первичное напряжение питания
• E ₁ и E ₂ = Первичная и вторичная наведенные ЭДС
• I _o = первичный входной ток без нагрузки
• I _c = рабочий или активный компонент потерь в стали I _o
• I _m = намагничивающий или безваттный компонент I _o
• cos φ _o = Первичный коэффициент мощности под нагрузкой

Следовательно, потребляемая мощность без нагрузки (= потери в железе) составляет

Здесь I

_o состоит из двух компонентов:

• Рабочий или активный компонент I _c = I _o cos φ _o
• Намагничивающий компонент I _m = I _o sin φ _o

Очевидно, что I _o — это векторная сумма I _c и I _m .Следовательно,

Следует отметить следующие моменты:

1. Обычно ток холостого хода I _или очень мал по сравнению с первичным током полной нагрузки.
2. Поскольку I _o очень мал, первичный ток холостого хода, который вызывает потери в меди, также очень мал, и им можно пренебречь. Следовательно, входная мощность без нагрузки W _o равна потерям в стали трансформатора.
3. Следовательно, I _o также известен как гистерезисный угол опережения.

Трансформатор

без нагрузки | Electricalunits.com

Без нагрузки Трансформатор означает трансформатор, у которого нет нагрузки на вторичную обмотку, только нормальное напряжение подается на первичную обмотку.

Пусть на первичную обмотку подается V ₁ . После подачи напряжения переменного тока V ₁ видно, что через первичную обмотку протекает небольшой ток I ₀ .

В случае идеального трансформатора первичный ток холостого хода (I ₀ ) будет равен току намагничивания (I _µ ) трансформатора.Мы предположили, что нет потерь в сердечнике и потерь в меди, поэтому I ₀ = I _µ .

Но в случае реального трансформатора есть две потери, а именно: i) потери в железе в сердечнике, т.е. потери на гистерезис и потери на вихревые токи, ii) и очень небольшие потери в меди в первичной обмотке.

Итак, первичный ток I ₀ имеет две составляющие:

1. I _w = Составляющая потерь в стали, равная ph приложенного напряжения V ₁ .
2. I _µ = намагничивающая составляющая, которая на 90 ° отстает от V ₁ .

Hench, первичный ток I ₀ является векторным суммированием I _µ и I _w ,

Итак, мы можем написать, что I ₀ = (I _µ ² + I _w ² ) и не на 90 ° отстает от V ₁ , а отстает от него на угол φ W ₀ = V ₁ I ₀ Cose φ _{0 .}

Величина первичного тока холостого хода очень мала по сравнению с первичным током полной нагрузки. Это 1 процент от тока полной нагрузки.

Поскольку I ₀ очень мал, потери меди в первичной обмотке без нагрузки незначительны, что означает, что первичный вход без нагрузки практически равен потерям в стали в трансформаторе.

Недавнее сообщение

Вопрос с множественным выбором (MCQ) электроники стр.17: 241.Какое из следующих утверждений верно? а) Напряжение насыщения V CF кремниевого транзистора больше, чем у германиевого транзистора. б) Напряжение насыщения V CE для германиевого транзистора больше, чем у кремниевого транзистора. c) Напряжение насыщения V CE для кремниевого транзистора такое же, как и для германия. г) Напряжение насыщения V CE для кремниевого транзистора ниже, чем для германиевого транзистора. Подробнее …

Вопрос с множественным выбором (MCQ) электроники стр.-16: 226.Какое из следующих утверждений верно? а) Внутренние электроны всегда присутствуют в полупроводнике. б) Связанные электроны всегда присутствуют в полупроводнике. в) Свободные электроны всегда присутствуют в полупроводнике. г) Внутренние и связанные электроны всегда присутствуют в полупроводнике. Подробнее …

Вопрос с множественным выбором (MCQ) для электроники стр.-15: 211. Материалы, электрическая проводимость которых обычно меньше 1 × 10 6 mho / m, являются а) Полупроводники б) Проводники в) Изоляторы г) Сплавы Подробнее…

Вопрос с множественным выбором (MCQ) для электроники стр. 14: 196. В каком из следующих устройств базовые резисторы не добавляются в корпус, а добавляются извне? а) UJT б) CUJT в) PUT d) Ни один из вышеперечисленных Подробнее … 2⋅2 $) При изменении тока в катушке создается изменяющееся магнитное поле.Однако в случае трансформатора с нагрузкой изменение магнитного поля создает ток во вторичной обмотке, который немедленно создает собственное изменяющееся магнитное поле в противоположном направлении, нейтрализуя поле первичной обмотки. Люди склонны забывать, что идеальный трансформатор не имеет магнитного поля во время работы. Любое изменение поля одной из катушек немедленно отменяется изменением поля другой. «Обратная связь» вызвана тем же эффектом. Первичное заставляет вторичное изменяться, а вторичное заставляет в свою очередь изменяться первичное. Когда на стороне постоянного тока нет нагрузки, энергия все еще течет через первичную катушку переменного тока, и если да, то почему она просто не плавится? Если к вторичной обмотке ничего не подключено, вторичная обмотка разомкнута и ничего не делает. Это просто какой-то металл, который случайно оказался поблизости. Схема теперь представляет собой просто источник переменного тока, управляющий первичной катушкой, которая ведет себя как одиночный индуктор: Идеальные катушки индуктивности не потребляют никакой энергии; они просто временно накапливают энергию в одной половине цикла и возвращают ее в источник питания на другой половине.Однако настоящие катушки не сделаны из идеальных проводников и имеют некоторое сопротивление, поэтому мощность, потребляемая первичной катушкой, будет определяться сопротивлением провода. Кроме того, было бы неправильно говорить, что «мощность все еще течет через первичную катушку переменного тока». «Ток» протекает через первичную обмотку, и сопротивление первичной обмотки этому току заставляет ее «рассеивать энергию» (или мощность) в комнате. «Мощность» — это на самом деле скорость , с которой течет энергия, и энергия фактически течет через пустое пространство между проводами, а не в самих проводах.Как только вы это поймете, многое станет понятнее. Electric: Energy Efficiency — Introduction to Transformer Loses Эта статья является выдержкой из книги «Двигатели и трансформаторы с повышенным КПД», компакт-диск доступен в CDA через Список публикаций. Потери в трансформаторе возникают из-за протекания электрического тока в катушках и переменного магнитного поля в сердечнике. Потери, связанные с катушками, называются потерями нагрузки, а потери, возникающие в сердечнике, называются потерями холостого хода. Что такое потери нагрузки? Потери нагрузки зависят от нагрузки на трансформатор. К ним относятся тепловые потери и вихревые токи в первичных и вторичных проводниках трансформатора. Тепловые потери, или I 2 R потери в материалах обмотки составляют наибольшую часть потерь нагрузки. Они создаются сопротивлением проводника потоку тока или электронов. Движение электронов заставляет молекулы проводника двигаться и производить трение и тепло.Энергию, генерируемую этим движением, можно рассчитать по формуле: Вт = (вольт) (амперы) или VI. Согласно закону Ома, В = RI , или падение напряжения на резисторе равно величине сопротивления в резисторе R, умноженной на ток I, протекающий в резисторе. Следовательно, тепловые потери равны (I) (RI) или I 2 R. Разработчики трансформатора не могут изменить I или текущую часть потерь I 2 R, которые определяются требованиями к нагрузке.Они могут изменить только сопротивление или R-часть I 2 R, используя материал, который имеет низкое сопротивление на площадь поперечного сечения, без значительного увеличения стоимости трансформатора. Большинство разработчиков трансформаторов считают медь лучшим проводником, учитывая вес, размер, стоимость и сопротивление проводника. Также конструкторы могут снизить сопротивление проводника за счет увеличения площади поперечного сечения проводника. Что такое потери без нагрузки? Потери холостого хода вызваны током намагничивания, необходимым для питания сердечника трансформатора, и не зависят от нагрузки на трансформаторе.Они постоянны и происходят 24 часа в сутки, 365 дней в году, независимо от нагрузки, отсюда и термин «потери холостого хода». Их можно разделить на пять компонентов: потери на гистерезис в слоях сердечника, потери на вихревые токи в слоях сердечника, потери I 2 R из-за тока холостого хода, потери на паразитные вихревые токи в зажимах сердечника, болтах и ​​других компонентах сердечника, и диэлектрические потери. Гистерезисные потери и потери на вихревые токи составляют более 99% потерь холостого хода, в то время как потери на паразитные вихревые токи, диэлектрические потери и потери I 2 R из-за тока холостого хода малы, и, следовательно, ими часто пренебрегают.Более тонкое ламинирование сердечника снижает потери на вихревые токи. Самый большой вклад в потери холостого хода вносят гистерезисные потери. Гистерезисные потери возникают из-за того, что молекулы в слоях сердечника сопротивляются намагничиванию и размагничиванию переменным магнитным полем. Это сопротивление молекул вызывает трение, которое приводит к нагреву. Греческое слово гистерезис означает «отставать» и относится к тому факту, что магнитный поток отстает от магнитной силы. Выбор размера и типа материала сердечника снижает гистерезисные потери. Значения потерь трансформатора (значения A и B) Значения потерь в трансформаторе важны для покупателя трансформатора, который хочет выбрать наиболее экономичный трансформатор для своего применения. Использование факторов A и B — это метод, применяемый большинством электроэнергетических компаний и многими крупными промышленными потребителями для капитализации будущей стоимости потерь холостого хода (которые относятся к затратам на обеспечение пропускной способности системы) и потерь нагрузки (которые относятся к затратам). дополнительной энергии).Другими словами, значения A обеспечивают оценку эквивалентной текущей стоимости будущих потерь без нагрузки, а значения B обеспечивают оценку эквивалентной текущей стоимости будущих потерь нагрузки. Большинство коммунальных предприятий регулярно обновляют свои предотвращенные затраты на мощность и энергию (обычно на ежегодной основе) и используют значения A и B при выборе трансформатора. Большинство мелких конечных пользователей обычно используют методы оценки стоимости жизненного цикла, которые обсуждаются в другой статье на этом веб-сайте. При оценке различных конструкций трансформаторов предполагаемое значение потерь трансформатора (значения A и B) будет способствовать определению эффективности приобретаемого трансформатора.Предполагая, что потери в трансформаторе будут высокими, обычно нужно покупать более эффективный блок; допуская меньшее значение потерь, вы приобретете менее эффективную установку. Какую величину потерь следует принять? Метод общей стоимости владения (TOC) обеспечивает эффективный способ оценки различных начальных закупочных цен трансформаторов и стоимости потерь. Цель состоит в том, чтобы выбрать трансформатор, который соответствует техническим характеристикам и одновременно имеет самый низкий TOC. Значения A и B включают стоимость холостого хода и потери нагрузки в формуле TOC: ТОС = NLL x A + LL x B + C Где, TOC = капитализированная общая стоимость владения, NLL = потери холостого хода в ваттах, A = капитализированные затраты на номинальный ватт NLL (значение A), LL = потери нагрузки в ваттах при номинальной нагрузке трансформатора, B = капитализированная стоимость номинального ватта LL (значение B), C = начальная стоимость трансформатора, включая транспортировку, налог с продаж и другие затраты на его подготовку к обслуживанию. Что такое ценность? Значение A — это оценка приведенной стоимости будущих капитальных затрат (не зависящих от нагрузки) в данный момент времени. Она может меняться со временем, поскольку коммунальные предприятия периодически пересматривают свои затраты. (Другими словами, значение A является ответом на вопрос, сколько ватт потерь холостого хода за срок службы трансформатора мне сегодня стоит?) Даже если нет нагрузки, есть капитал, который тратится на фиксированная мощность для выработки, передачи и распределения электроэнергии, которые вносят свой вклад в значение A.Нагрузка, которая может меняться ежедневно на трансформаторе, не влияет на значение потерь холостого хода. Он рассчитывается по следующей формуле: A = [SC + (EC x 8760)] x 0,001 / [FC] = Стоимость потерь холостого хода в долл. США / ватт Где, SC = Годовая стоимость мощности системы в долл. США / кВт-год (SC — приведенная годовая стоимость выработки, передачи и первичной распределительной мощности, необходимой для подачи одного ватта нагрузки на распределительный трансформатор, совпадающей с пиковой нагрузкой) . EC = Затраты на энергию (EC — это приведенные годовые затраты на киловатт-час топлива, включая инфляцию, эскалацию и любые другие связанные с топливом компоненты затрат на эксплуатацию или техническое обслуживание, которые пропорциональны выработке энергии генерирующими установками). 8,760 = часов в год FC = Фиксированные отчисления на капитал в год (FC — это нормированный годовой доход, необходимый для выполнения и погашения обязательства по инвестициям в трансформатор и уплаты соответствующих налогов, все выражается в единицах первоначального количества) . 0,001 = преобразование из киловатт в ватты. Что такое значение B? Подобно тому, как определяется значение A, значение B представляет собой оценку текущего значения будущих переменных или элементов затрат, зависящих от нагрузки, в данный момент времени. (Другими словами, значение B является ответом на вопрос, сколько ватт потерь нагрузки за срок службы трансформатора мне сегодня стоит?) Значение B также может меняться со временем, поскольку коммунальные предприятия периодически пересматривают свои затраты. основанием, но после определения это постоянная величина для данной покупки трансформатора.Стоимость потерь нагрузки, или значение B, рассчитывается по следующей формуле: B = [(SC x RF) + (EC x 8,760 x LF)] (PL) 2 (0,001) / (FC) = Стоимость потери нагрузки $ / ватт Где, RF = коэффициент ответственности за пиковые потери (RF — это совокупный коэффициент ответственности, который снижает требования к пропускной способности системы для потерь нагрузки, поскольку пиковые потери трансформатора не обязательно возникают в пиковое время). LF = Годовой коэффициент потерь (LF — это отношение среднегодовых потерь нагрузки к пиковому значению потерь нагрузки в трансформаторе). PL = Единая эквивалентная годовая пиковая нагрузка (PL — это нормированная пиковая нагрузка в год в течение срока службы трансформатора. Жизненный цикл трансформатора определяется как срок полезного использования актива и обычно составляет 30-35 лет). Указание значений A и B Для трансформаторов, разработанных по индивидуальному заказу, производители оптимизируют конструкцию блока до указанных значений A и B, в результате чего трансформатор рассчитан на наименьшую общую стоимость владения, а не рассчитан на самые низкие первоначальные затраты. В ситуациях, когда значения A и B не определены (или конечный пользователь не использует или не указывает их), например, в коммерческих или небольших промышленных приложениях, предлагаемый метод максимального повышения эффективности трансформатора заключается в получении холостого хода и полной мощности. -значения потерь нагрузки конкретного трансформатора в ваттах. Этот метод обсуждается в статье «Стоимость жизненного цикла трансформатора» в другом месте на этом веб-сайте. . alexxlab Посмотреть все записи автора alexxlab → Вам также может понравиться Требования пожарной безопасности к электрощитовым помещениям: Размещение, состояние и оборудование электрощитовых помещений 16.06.201926.02.2021 Разница между транзистором и транзистором: Чем отличаются транзисторы? — Хабр Q&A 08.08.202118.11.2020 Электро привод: Электроприводы. Шаговые двигатели, сервоприводы и блоки управления. 22.01.197018.07.2021 Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт