Намагничивание трансформатора

Векторная диаграмма трансформатора при холостом ходе.

Рисунок 5.1 - Векторная диаграмма трансформатора при холо­стом ходе.

Приложенное напряжение U₁ уравновешивается наведенной ЭДС Е₁ (Е₁ ≈ U₁). Обычно I_0р >> I_0а поэтому угол ф₀ близок к π/2 cosφ₀ при Х.Х. имеет малое значение и ток холостого тока является в основном реактивным током. Потери Р₀ и I₀ являются важными ха­рактеристиками трансформатора. Снижение этих величин уменьша­ет потери энергии и потребление реактивного тока. Это достигается путем применения электротехнической стали с уменьшенными маг­нитными свойствами - низкими удельными потерями и низкой удельной намагничивающей мощностью.

Потери мощности XX трансформатора составляют 0,1...2% от номинальной мощности. Ток XX составляет 0,5... 10% от номинального тока. Большие числа относятся к трансформаторам малой мощ­ности.

Опыт холостого хода проводят для экспериментального опре­деления потерь холостого хода Р₀, тока холостого хода I₀, cosφ₀ и коэффициента трансформации.

I₀ = f (U₁), P₀ = f (U₁), cos φ₀ = f (U₁) эти зависимости называ­ются характеристиками холостого хода.

Характеристики Х.Х. - это зависимость cos φ₀, I₀, P₀ ⁼ f (U₁).

Зависимость Ф и I_0р из-за насыщения сердечника имеет нели­нейный характер. Поэтому при синусоидальном изменении одной величины другая будет изменяться несинусоидально.

1 Однородный трансформатор. Подключен на синусоидальное напряжение. Магнитный поток пропорционален напряжения и тоже будет синусоидальным. Форма тока намагничивания I_0р определяет­ся графически.

В первом квадрате изображена зависимость между мгновен­ными значениями магнитного потока и намагничивающей состав­ляющей тока холостого хода Ф = f (i_op) - эта зависимость носит на­звание магнитной характеристики. Во втором квадрате - синусои­дальная кривая Ф = f (t), где t - время. Если для отдельных моментов времени значения Ф по кривой Ф = f (t) снести па кривую Ф = f (i_op). а затем полученные при этом значения для тех же моментов времени перенести вниз, то получим форму кривой тока i_op = f (t)- получен­ная кривая несинусоидальная, она имеет заостренный характер. Если функцию i_op= f (t) разложил, в гармонический ряд, он будет со­держать только нечетные гармоники (1, 3 5...). Наиболее проявляется третья гармоника амплитуда которой в трансформаторах составляет до 50% амплитуды первой. Амплитудо гармоник зависит отнасыщения сердечника: чем сильнее насыщение, тем большую ам­плитуду имеют высшие гармоники.

Кроме первой ток I_0р содержит высшие гармоники:

Активная составляющая тока XX i_oaявляется синусоидальной. Результирующая кривая i₀ будет иметь некоторую несимметрично относительно вертикали.

2 Трехфазные трансформаторы

Проявление высших гармоник в намагничивающей состав­ляющей тока I_0p и магнитном потоке трехфазных трансформаторов зависит от схем соединения первичной и вторичной обмоток.

Случай 1 Обе обмотки соединены в звезду. Линейные напря­жения синусоидальные. Токи первой гармоники сдвинуты по фазе на угол 120°, токи третий гармоники сдвинуты на угол 3-120° = 360°, т.е. они для всех фаз будут совпадать и уравновешивать друг друга. Поэтому в намагничивающем токе не будет гармоник, кратных 3, 5 и 7 гармоники очень малы, поэтому ток I_0р близок к синусоидально­му. При такой форме I_0р кривая потока будет иметь несинусоидаль­ную форму. Гармоники составляющие потока наведу в обмотках трансформатора ЭДС, сдвинутые от соответствующего потока на угол π/2. Форма результирующей ЭДС искажена. Наводимые ЭДС пропорциональны потоку и частоте. Частота третий гармоники в три раза больше частоты первой гармоники. Поэтому отношение ампли­туд будет в три раза больше, чем отношение амплитуд потоков.

Поэтому возрастание ЭДС может быть значительным, что приведет к повышению напряженности электрического поля в изоляции. При этом отношение

Соединение Y/Y в трехфазных трансформа горах не изменяется

Случай 2 Первоначальная обмотка соединена в треугольник, вторичная в звезду. Каждая фаза первичной обмотки подключена к синусоидальному напряжению сети. Следовательно потоки фаз тоже будут синусоидальными, а намагничивающие составляющие тока фаз будут содержать нечетные высшие гармоники. Так как третьи гармоники токов во всех фазах имеют одинаковое напряжение, то они будут циркулировать внутри треугольника. В намагничивающей составляющей линейного тока третьи гармоники содержаться не бу­дут, так как при вычитании взаимно уничтожаются. (I_л = I_фа - I_аб)

Случай 3 Первичная обмотка соединена в звезду, вторичная в треугольник. В намагничивающем токе не будет третьих гармоник и он будет синусоидальным.

Третьи гармоники потока во всех фазах по амплитуде и совпа­дают по фазе. Они будут наводить во вторичных обмотках три рав­ные по величине и совпадающие по фазе ЭДС Е₂₍₃₎. Складываясь в контуре треугольника, эти ЭДС создают в этом контуре ток I₂₍₃₎

Токи третий гармоники во вторичной обмотки трансформатора

Ток I₂₍₃₎ имеет утроенную частоту L отстает от ЕДС Е₂₍₃₎ на угол л/2, так как индуктивные сопротивления обмоток значительно больше, чем их активные сопротивления. Ток I₂₍₃₎ образует поток Ф , который направлен на встречу потоку Ф₃ и почти полностью его компенсирует (смотри рисунок)

Поэтому при таком соединении обмоток магнитный поток бу­дет синусоидальным.

При соединении одной из обмоток трансформатора по схеме У_н (выведен нулев. тока), также образуется контур для замыкания токов третий гармоники. Эти токи протекают в линейных проводах и 2/3 нагрузки или емкости линии замыкаются 2/3 нулевой провод. В нулевом проводе будут протекать токи третий гармоники всех трех фаз. Проходя по линии, эти токи могут создавать эл. мг. Помехи в соседних линиях проводной связи. Сопротивления нагрузки и

емкости, включенные в контур, уменьшают ток третий гармоник и ослабляют его влияние.

При намагничивании трансформатора, когда он включен и сеть, то при его работе наблюдается шум (гудят). Причиной этого является изменение размеров стальных листов и магнитопровода в целом при намагничивании в переменном магнитном потоке - эго явление носит название магнитрострикцикл. (Основная частота магнитострикционного шума равна удвоенной частоте намагничива­ния).

При соединении одной из обмоток трансформации по схеме У_н также образуется контур для замыкания тока третий гармоники че­рез нулевой провод.

Дата добавления: 2017-01-14