И характеристики трансформатора под нагрузкой

Эксплуатационные показатели

Основными эксплуатационными показателями трансформатора яв­ляются изменение вторичного напряжения на его зажимах и коэффици­ент полезного действия при изменении нагрузки.

В нагруженном трансформаторе при прохождении токов во вторич­ной и первичной обмотках создаются падения напряжения и напряже­ние на зажимах вторичной обмотки изменяется. Это изменение Δu₂ может быть представлено следующим образом и его характеризуют процентным изменением напряжения:

где U₂₀ – напряжение на зажимах вторичной обмотки трансформатора при х.х., U₂ – напряжение на вторичной обмотке.

Величину Δu₂ можно получить расчетом по заданной нагрузке из векторной диаграммы и паспортным данным при неизменном напряжении U₁ на зажимах первичной обмотки:

где β – коэффициент нагрузки:

u_к.а., u_к.р – активная и реактивная составляющие напряжения короткого замыкания:

φ_2п – фазовый сдвиг тока и напряжения нагрузки.

Зависимость Δu₂ от характера нагрузки при β-const можно представить следующим образом:

Емкостная составляющая

Индуктивная составляющая

При изменении характера нагрузки, возрастании ее ин­дуктивной составляющей Δu₂ возрастает, достигая максимума при φ_2п = φ_к.

При емкостном характере нагрузки и увеличении угла Δu₂ сперва уменьшается до нуля, затем меняет знак; напряжение при нагрузке воз­растает по сравнению с напряжением при холостом ходе. Физически это объясняется тем, что потоки рассеяния, меняя фазу соответственно фазе возбуждающих их токов, оказывают подмагничивающее действие. Трансформатор получает намагничивающую мощность как со стороны первичной, так и со стороны вторичной сети.

Зависимость Δu₂ от β при различном характере нагрузки:

Внешняя характеристика трансформатора, выра­жает зависимость напряжения Δu₂ от тока нагрузки:

При колебаниях нагрузки в пределах 0 < β < 1 напряжение на выходе трансформатора изменяется лишь на несколько процен­тов, что обеспечивает достаточную стабильность напряжения на при­емниках энергии.

Изменение вторичного напряжения при полной загрузке (β = 1):

Оно зависит только от активного сопротивления обмоток, т. е. от выбран­ного сечения проводов, из которого они выполнены. Поэтому при про­ектировании трансформатора заранее задаются величиной Δu₂ и опре­деляют допустимую плотность тока в проводах обмоток.

В современных трансформаторах коэффициент полезного дейст­вия (к. п. д.) составляет примерно 0,96 при мощности трансформатора 5 ква и 0,995 при номинальной мощности несколько десятков тысяч киловольтампер.

Прямые методы определения к. п. д. не могут быть рекомендованы, так как непосредственное определение полезной Р₂ и потребляемой P_t мощности — двух величин, весьма близких друг к другу, — нужно делать особенно тщательно, и даже при этом условии подсчет по формуле:

не гарантирует точного результата. Предпочтительнее пользоваться косвенными методами, среди которых наибольшее распростране­ние получил метод, основанный на использовании данных опытов холо­стого хода и короткого замыкания. Этот способ сочетает простоту полу­чения и использования исходных данных с большой точностью ре­зультата подсчета к. п. д. и рекомендуется ГОСТом. Формулу подсчета к. п. д. из общего его выражения получают следующим об­разом:

где ΣР_пот – суммарные потери трансформатора в стали и электрические; Р_к - электрические потери при данном токе; Р_к.н. – электрические потери при номинальном токе, определяемые из опыта короткого замыкания; P_с – потери в стали, определяемые из опыта холостого хода; S_н – номинальная мощность трансформатора в ВА.

Для однофазного трансформатора:

Для трехфазного трансформатора:

Активная мощность нагрузки:

Зависимость К.П.Д. трансформатора от нагрузки имеет следующий вид:

Как видно из рисунка, к. п. д. быстро достигает максимального значения и затем несколько снижается по мере приближения нагрузки к номиналь­ной.

Максимальное значение к.п.д. наступает в следующем случае:

т.е. когда переменные потери в меди будут равны постоянным потерям в стали.

Силовые трансформаторы распределительных сетей имеют переменную нагрузку, которая составляет в среднем:

при

Дата добавления: 2014-01-04