+7 495 120-13-73 | 8 800 500-97-74

(для регионов бесплатно)

Содержание

Режим холостого хода


Что такое холостой ход трансформатора: опыт и таблица потерь

Холостой ход трансформаторов может понадобиться тогда, когда требуется определить реальные параметры тока и напряжения, выводимыми во время трансформации. Ее обеспечивают специальные устройства, обеспечивающие понижение или повышение напряжения переменного электрического тока. С помощью холостого хода выясняются  фактические потери процесса работы устройства.

При режиме работы с разомкнутой вторичной обмоткой частота тока не изменяется. Остаются прежними и показатели мощности. Таким образом можно выяснить фактическую силу тока, электрическое сопротивление. Какого бы не был типа трансформатор, они имеют аналогичные характеристики. Наблюдение за работой холостого хода трансформатора необходимо при их эксплуатации и при проверки их работоспособности.

В данной статье будут описаны основные технические нюансы режима холостого хода и область его применения. К статье бонусом добавлен видеоролик с информацией о холостом ходе трансформатора и файл с учебным пособием Каганович Е.

А. “Испытания трансформаторов”.

Трансформатор.

Передача и использование электрической энергии

Электрическая энергия, которая вырабатывается генераторами на электростанциях, передается к потребителям на большие расстояния. Трансформаторы в случае широко используются Линии, по которым электрическая энергия передается от электростанций к потребителям, называют линии электропередачи (ЛЭП).

При передаче электроэнергии на большие расстояния неизбежны ее потери, связанные с нагреванием проводов. Потери при нагревании электрических проводов прямо пропорционально I2 через проводник (согласно закону Джоуля — Ленца).  Работа любого трансформатора состоит из трех основных режимов:

  • Режим холостого хода трансформатора называется режим с разомкнутой вторичной обмоткой;
  • рабочим режимом (ходом) трансформатора называется режим, при котором в цепь его вторичной обмотки включена нагрузка с сопротивлением R = 0;
  • режимом короткого замыкания называется режим, при котором вторичная обмотка трансформатора замкнута без нагрузки. Данный режим опасен для трансформатора, т.к. в этом случае ток во вторичной обмотке максимален и происходит электрическая и тепловая перегрузка системы.

Один из самых основных режимов – это холостой ход. На основании характеристик холостого хода происходит анализ всех режимов работы трансформатора.

Чтобы уменьшить потери энергии, необходимо уменьшить силу тока в линии передачи. При данной мощности уменьшение силы тока возможно лишь при увеличении напряжения (P=UI).

Для этого между генератором и линией электропередачи включают повышающий трансформатор, а понижающий трансформатор — между ЛЭП и потребителем электроэнергии. В бытовых электроприборах (по технике безопасности) используются небольшие напряжения 220 и 380 В. У современных трансформаторов высокий КПД — свыше 99%.

Режим холостого хода трансформатора

Режимом холостого хода трансформатора называют режим работы при питании одной из обмоток трансформатора от источника с переменным напряжением и при разомкнутых цепях других обмоток. Такой режим работы может быть у реального трансформатоpa, когда он подключен к сети, а нагрузка, питаемая от его вторичной обмотки, еще не включена.

По первичной обмотке трансформатора проходит ток I , в то же время во вторичной обмотке тока нет, так как цепь ее разомкнута. Ток I, проходя по первичной обмотке, создает в магнитопроводе синусоидально изменяющийся лоток Ф, который из-за магнитных потерь отстает по фазе от тока на угол потерь δ.

Очевидно, что переменный магнитный поток Ф пересекает обе обмотки трансформатора. В каждой из них возникают эдс: в первичной обмотке — эдс самоиндукции Е1, во вторичной обмотке — эдс взаимоиндукции Е2. Действующие значения этих эдс зависят от числа витков в обмотках, магнитного потока Ф и частоты его изменения f. Величины эдс определяют по формулам:

Е1 = 4,44fω1Ф0 макс10-8В,

Е2 = 4,44fω2Ф2 макс10-8В,

где ω1 и ω2 — числа витков в обмотках;

f — частота, Гц;

Ф0 макс — максимальное значение магнитного потока, Вб.

Разделив Е1 на Е2, получим

Е1 / Е 2 = ω1 / ω2.

Это соотношение характеризует одно из основных свойств трансформатора: эдс в обмотках трансформатора пропорциональны количеству витков. Отношение числа витков ω1 / ω2 = k называют коэффициентом трансформации.

Таким образом, если мы хотим повысить полученное от генератора напряжение в 10, 100 или 1000 раз, то необходимо так подобрать обмотки трансформатора, чтобы число витков ω2 вторичной обмотки было больше числа витков ω1 первичной обмотки соответственно в 10, 100 или 1000 раз.

Тогда вторичная обмотка оказывается обмоткой высшего напряжения (ВН), а первичная — обмоткой низшего напряжения (НН). Наоборот, если необходимо снизить напряжение в линии, первичное напряжение подводят к обмотке ВН, а к обмотке НН подключают приемники электрической энергии.

Итак, любой трансформатор может работать как повышающий и как понижающий. Все зависит от того, к какой из его обмоток будет подведено напряжение для преобразования. Обмотка трансформатора, к которой подводится энергия преобразуемого переменного тока, называется первичной (независимо от того, будет ли эта обмотка высшего или низшего напряжения). Обмотка трансформатора, от которой отводится энергия преобразованного переменного тока, называется вторичной.

Мы рассмотрели действие только рабочего, или основного, магнитного потока Ф. Однако в трансформаторе кроме рабочего существует еще магнитный поток рассеяния Фр1. Этот магнитный поток образуется силовыми линиями, которые ответвляются от основного потока в сердечнике и замыкаются по воздуху вокруг витков обмотки ω 1.

Поскольку поток рассеяния замыкается по воздуху, его величина пропорциональна току, в нашем случае — току холостого хода I. Следовательно, поток рассеяния Фр1

является, как и ток I, переменным и, пересекая витки первичной обмотки, создает в ней эдс самоиндукции Ер1. В первичной обмотке трансформатора создаются две эдс самоиндукции: одна E1 — рабочим магнитным потоком Ф, другая Ер1 — магнитным потоком рассеяния.

Интересный материал для ознакомления: полезная информация о трансформаторах тока.

Мы знаем, что эдс самоиндукции всегда направлена против приложенного напряжения и ее действие на ток в цепи равносильно добавочному сопротивлению, которое называют индуктивным и обозначают х. Для поддержания неизменным тока холостого хода подводимое напряжение U

1
должно расходоваться не только на преодоление активного сопротивления r1 обмотки, но и на создание эдс самоиндукции.

Другими словами, приложенное напряжение U1 складывается из нескольких частей: первая часть равна эдс самоиндукции E1 от потока Ф, вторая — эдс самоиндукции Ер1 от потока рассеяния Фр1, третья — активному падению напряжения Ir1.

Режимы работы трансформатора.

Холостой ход тpexфaзного устройства

Характер работы З-фaзного устройства в режиме XX зависит от магнитной системы и схемы подключения обмоток:

  • первичная катушка — «треугольником»;
  • вторичная — «звездой» (D/Y): имеет место свободное замыкание TГC тока I1 по обмоткам устройства. Поэтому магнитный поток и ЭДC являются синусоидальными и нежелательные процессы, описанные выше, не происходят; схема Y/D: TГC магнитного потока появляется, но ток от наведённой им дополнительной ЭДC свободно течет по замкнутым в «треугольник» вторичным катушкам.

Этот ток создаёт свой поток вектора магнитной индукции, который гасит вызывающую его третью ГC основного MП. B результате магнитный поток и ЭДC, имеют почти синусоидальную форму, соединение первичной и вторичной катушек «звездой» (Y/Y).

B последней схеме TГC тока I1 отсутствует, поскольку для нее нет пути: третьи гармонии каждой из фаз в любой момент времени направлены к нулевой точке или от неё. Из-за этого искажается магнитный поток.

Дальнейшее определяется магнитной системой: З-фазный трансформатор в виде группы 1-фaзныx: TГC магнитного потока замыкается в каждой фазе по собственному сердечнику и из-за малого магнитного сопротивления последнего, достигает амплитуды в 15% – 20% рабочего магнитного потока.

Она созидает дополнительную ЭДC, амплитуда которой может достигать уже 45% – 60% от основной ЭДC. Такой рост напряжения может привести к пробою изоляции c последующей поломкой электроустановок. Трансформаторы c бронестержневой магнитной системой имеют место такие же явления (третьи гармонические магнитного потока замыкаются по боковым ярмам мaгнитопpоводa).

Тpexcтepжнeвaя магнитная система: TГC пути по мaгнитопpоводa не имеет и замыкается по среде c малой магнитной проницаемостью — воздух, масло, стенки бака. Поэтому она имеет малую величину и значительной дополнительной ЭДC не наводит.

Как определить коэффициент трансформации

Что такое «холостой ход трансформатора»? По сути, это особый режим работы устройства, условием которого является разомкнутость вторичной обмотки, а первичная обмотка имеет номинальное напряжение. В таком состоянии, при проведении ряда расчетов, можно определить точные параметры целого ряда показателей, например, для трансформаторных устройств распространенного однофазного типа так рассчитываются:

  • коэффициент трансформации;
  • активное, полное, индуктивное сопротивление ветви намагничивания;
  • коэффициент мощности, процентное значение тока и измерения холостого хода.

Материал в тему: как устроен тороидальный трансформатор и в чем его преимущества.

Алгоритм проведения измерений холостого хода выглядит так:

  • Измеряется ток, который был приложен к первичной обмотке, посредством измерительных приборов, которые включены в общую цепь.
  • Замыкается вторичная обмотка на вольтметре. Сопротивление должно быть такой величины, чтобы значение тока вторичной обмотки приближалось к минимальной отметке.
  • Величина тока холостого хода в первичной обмотке минимальна относительно значения номинала, если сравнивать с прикладываемым напряжением, которое приводит в равновесие электродвижущая сила первичной обмотки. И оба этих показателя отличаются незначительно, а значит значение хода электродвижущей силы в первичной обмотке можно определить по данным вольтметра.

Наиболее точны

е искомые значения можно получить, используя обмотки различного напряжения – низкого и высокого. Точность таких измерений будет определяться разницей номиналов между ни

ми.

Схема потерь электроэнергии.

Причины и следствия потерь холостого хода трансформатора

Потери холостого хода трансформаторных устройств любого типа — это следствие износа устройств. Со временем их магнитная система и структура используемого металла стареет и меняется, межлистовая изоляция становится хуже, а прессовка сердечника ослабляется. Естественно, вы это негативно сказывается на уровне потерь электроэнергии.

Практика показывает, что вопреки установленных нормам, согласно которым потери могут отличаться от заводских показателей не более, чем на пять процентов, во многих случаях они превышают порог в пятьдесят процентов. Особенно это касается трансформаторов силового типа. Данные измерений такого типа устройств позволяют довольно точно прогнозировать потери энергии в каждом отдельном муниципалитете. Таблица допустимых потерь при холостом ходу трансформатора приведена ниже.

Таблица допустимых потерь при холостом ходу трансформатора.

Как измерить потери холостого хода трансформатора

Основные принципы измерений потерь холостого хода всех видов трансформаторных приборов прописаны в ГОСТах. Главной причиной ошибочных результатов, полученных во время проведения измерений, можно назвать низкую точность измерительных устройств и неверные действия замерщиков, а также несоответствие необходимым условий проведения измерений. Чтобы избежать отклонений, влияющих на прогнозы и корректировку условий и интенсивности эксплуатации приборов, стоит предварительно разработать, согласовать с изготовителем и утвердить методику измерения потерь в данном режиме.

Эффективность действия устройства напрямую зависит от такого явления, как электромагнитная индукция. Что такое режим холостого хода сварочного трансформатора? Напомним, что такой режим устанавливается при разомкнутой вторичной обмотке в тот момент, когда подключается первичная обмотка с током I1. Напряжение сети переменного тока в данном случае равно U1.

Ток, идущий по первичной обмотке, моделирует магнитный поток с переменными характеристиками, индуцирующий переменное напряжение U2, возникающее во вторичной обмотке. А так как ее цепь находится в разомкнутом состоянии, соответственно ток I2 имеет нулевое значение.

То есть во вторичной цепи нет никаких затрат электроэнергии. В этих условиях вторичное напряжение, которое возникает в комментируемом режиме, достигает пиковых значений. Такая величина является напряжением холостого хода.

Принцип действия таких устройств базируется на преобразовании стандартного сетевого напряжения. Этот стандарт преобразуется в напряжение холостого хода, имеющее приблизительный диапазон от 60 до 80 В.

Все параметры и их соотношение влияют на уровень и плавность регулировки. Делать это можно двумя путями: меняя значение либо индуктивного сопротивления, либо напряжения холостого хода.

В первом случае, который является более частотным и популярным, регулировка сварочного тока происходит более плавно. Вторым предпочитают пользоваться, как альтернативным.

Плавность двухдиапазонного регулирования мощности тока в процессе работы трансформатора сварочного типа играет важную роль, так как дает возможность значительно снизить показатели массы, а также ощутимо уменьшить размеры устройства. Получить широкий диапазон больших токов можно, включая попарно параллельно катушки как первичной, так и вторичной обмоток, а чтобы получить диапазон токов малой мощности, их необходимо включать в последовательном режиме.

Заключение

Более подробно о проверке трансформаторов на холостом ходу можно почитать в файле с учебным материалом Кагановича Е.А. “Испытания трансформаторов”. Если у вас остались вопросы, можно задать их в комментариях на сайте.

Также в нашей группе ВК можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профессионалов. Чтобы подписаться на группу, вам необходимо будет перейти по следующей ссылке: https://vк.coм/еlеctroinfonеt. В завершение статьи хочу выразить благодарность источникам, откуда мы черпали информацию:

www.forca.com.ua
www.energiatrend.ru
www.ets.ifmo.ru
www.proprovoda.ru
www.kaplio.ru

Предыдущая

ТрансформаторыНеобходимые условия для выполнения параллельной работы трансформаторов

Следующая

ТрансформаторыЧем отличаются трансформаторы напряжения от трансформаторов тока

Режим холостого хода трансформатора — Студопедия

Определение режима. Холостым ходом трансформатора называется такой режим его работы, при котором к первичной обмотке подведено синусоидальное напряжение u1, а вторичная обмотка разомкнута и ток в ней равен нулю. Принципиальная схема однофазного трансформатора при холостом ходе изображена на рис.7.6. В этом режиме трансформатор подобен дросселю с замкнутым ферромагнитным магнитопроводом.

Необходимость изучения данного режима заключается в том, что одновременно с определением основных параметров трансформатора (коэффициента трансформации, тока холостого хода, потерь в стали магнитопровода) возможно в сочетании с параметрами, полученными при другом крайнем режиме — коротком замыкании, охарактеризовать работу трансформатора под нагрузкой и наиболее точно определить коэффициент полезного действия.

Рисунок 7.6 — Схема трансформатора при холостом ходе

Принцип действия в режиме холостого хода. Под действием приложенного напряжения u1 в первичной обмотке трансформатора имеет место небольшой ток холостого хода i10 = i0, обычно не превышающий (3-10%) от номинального тока в первичной обмотке, т.е. его действующее значение I0£(0,03…0,1)I. Этот ток создает МДС первичной обмотки i0×w1, которая обусловливает в замкнутом магнитопроводе переменный основной магнитный поток трансформатора Ф и небольшой переменный поток рассеяния первичной обмотки ФS1, замыкающийся вокруг первичной обмотки по воздуху.

Основной поток Ф наводит в первичной обмотке трансформатора ЭДС самоиндукции e1, а во вторичной обмотке — ЭДС взаимоиндукции e2. Поток рассеяния создает в первичной обмотке ЭДС eS1, называемую электродвижущей силой рассеяния. Так как основной поток Ф замыкается по магнитопроводу, а поток рассеяния ФS1 в основном по воздуху, то основной поток будет во много раз больше потока рассеяния (Ф>>ФS1), следовательно, и ЭДС, наводимые этими потоками в первичной обмотке, будут тоже существенно различаться по величине (E1>>ES1).

При синусоидальном напряжении u1 ЭДС e1 и e2 тоже синусоидальны, а следовательно, и поток Ф, создающий их, синусоидален. Однако вследствии магнитного насыщения магнитный поток трансформатора непропорционален намагничивающему току. Поэтому при синусоидальном потоке Ф намагничивающий ток i0 является несинусоидальным. При исследовании процессов в трансформаторе действительную кривую намагничивающего тока заменяют либо эквивалентной синусоидой с тем же, что и у действительной кривой, действующим значением, либо его первой гармоникой.

Действующие значения индуктированных ЭДС в обмотках трансформатора при холостом ходе определяются по формулам, известным из электротехники:

Е= 4,44 × f × w× Фm; Е= 4,44 f × w× Фm; ЕS= 4,44 f × w× ФS1m, (7.6)

где w1 и w2 — числа витков первичной и вторичной обмоток;

f — частота ЭДС и тока, Гц;

Фm, ФS1m — амплитуды магнитных потоков (основного и рассеяния), Вб.

Разделив E1 на E2, получим коэффициент трансформации трансформатора:

(7.7)

В двухобмоточных трансформаторах согласно ГОСТ 16110-80 при определении коэффициента трансформации берется отношение высшего напряжения к низшему и поэтому значение «n» всегда больше единицы.

Коэффициент трансформации n, как уже отмечено, приближенно определяется из опыта холостого хода трансформатора по отношению напряжений на зажимах обмоток

Контур намагничивания. Трансформатор фактически представляет собой две электрические цепи (первичная и вторичная обмотки), связанные магнитным полем, что усложняет расчет самого трансформатора и анализ его работы. По этой причине в теории и инженерной практике исходную схему трансформатора (рис. 7.6) заменяют схемой электрической цепи без взаимоиндукции (рис. 7.7).

В такой эквивалентной схеме электрической цепи математическое описание процессов чаще всего ведут с использованием алгебраических уравнений, записываемых для комплексных действующих напряжений и токов.

Рисунок 7.7 — Эквивалентная электрическая схема замещения трансформатора в режиме холостого хода.

Действие противо-ЭДС E1 можно представить в виде падения напряжения от тока I10 I0 на некотором полном сопротивлении Zm:

EI× ZI× rm + × I× xm, (7. 8)

где — параметр, характеризующий магнитную цепь трансформатора и называемый полным сопротивлением контура намагничивания;

rm— активное сопротивление контура намагничивания, определяемое потерями в стали трансформатора;

хm — индуктивное сопротивление контура намагничивания, определяемое потокосцеплением основного потока с первичной и вторичной обмотками при токе в первичной обмотке, равном I0 (при отсутствии тока во вторичной обмотке).

Таким образом, сопротивление Zm обусловлено потерями в стали магнитопровода и намагничивающей МДС холостого хода (I0×w1) первичной обмотки трансформатора.

Поток рассеяния ФS1 замыкается в основном по воздуху и, следовательно, практически не создает никаких потерь в стали. Значит, ЭДС рассеяния ES1 можно заменить падением напряжения только на индуктивном сопротивлении первичной обмотки x1, обусловленном потокосцеплением рассеяния YS1 первичной обмотки с её витками при соответствующем токе в обмотке

(7. 9)

Величину x1 называют индуктивным сопротивлением рассеяния первичной обмотки.

Замена ЭДС рассеяния ES1 падением напряжения US1 от тока I0 на сопротивлении x1 делает более наглядной роль потока рассеяния: он создает индуктивное падение напряжения в первичной обмотке трансформатора, не участвуя в передаче энергии из одной обмотки в другую.

Уравнения равновесия напряжений. Эти уравнения удобно записать для комплексной схемы замещения трансформатора, работающего в режиме холостого хода (рис. 7.8)

 
 


Рисунок 7.8 — Комплексная схема замещения трансформатора в режиме холостого хода

При синусоидальном напряжении U1 и эквивалентном синусоидальном токе I0 уравнения равновесия напряжений для первичной и вторичной цепей трансформатора при холостом ходе записываются в следующем виде:

(7. 10)

Е2=U20

где — полное комплексное сопротивление первичной обмотки трансформатора;

r1 – активное сопротивление первичной обмотки (обычно r<<x1).

На основании вышеизложенного можно сделать ряд выводов.

1. Режим холостого хода характеризуется тем, что по отношению к сети трансформатор представляет комплексную нагрузку почти индуктивного характера, при которой приложенное напряжение U1 опережает ток холостого хода I0 на угол, близкий к 900. Работа трансформатора в этом режиме вследствие значительной потребляемой из сети реактивной мощности является нежелательной.

2. Так как величины падений напряжений I0r1 и I0хS1 составляют лишь несколько процентов от приложенного напряжения, то векторы E1 и E2 сдвинуты по отношению к вектору U1 на угол, близкий к 1800. При этом величины векторов U1 и E1 отличаются незначительно. Поэтому практически коэффициент трансформации можно с достаточной степенью точности определить из отношения напряжений обмоток трансформатора при холостом ходе, т.е.

(7.11)

Опыт холостого хода. Режим холостого хода трансформатора обычно исследуют опытным путем с использованием двух вольтметров, амперметра и ваттметра. При этом к первичной обмотке трансформатора (рис. 7.7) подводится номинальное напряжение U10 = U. На зажимы вторичной обмотки включается вольтметр с большим внутренним сопротивлением, позволяющий измерять напряжение U20»Е2.

В опыте холостого хода определяются:

а) ток холостого хода I0 (по показанию амперметра, включенного в первичную цепь). При U10 = U ток I0 не должен превышать (3-10%) I;

б) потери в стали магнитопровода трансформатора Pст (по показаниям ваттметра) P0 = I02rPст » Pст, так как потерями в меди первичной обмотки ввиду малости тока I0 и сопротивления r1 можно пренебречь ;

в) коэффициент трансформации n (по показаниям вольтметров в первичной и вторичной цепях)

г) коэффициент мощности cosj (по показаниям вольтметра, амперметра и ваттметра в первичной цепи)

;

д) параметры схемы замещения трансформатора при холостом ходе:

Режимы работы трансформатора.

Часть 1

Всем доброго времени суток! В прошлой статье я рассказывал об устройстве трансформатора и его работе. Также я указывал, что для анализа трансформатора используют эквивалентные схемы, содержащие основные параметры трансформатора и позволяющие оценить его характеристики в различных режимах. В процессе своей работы трансформатор может находиться в трёх основных режимах: режим холостого хода, режим короткого замыкания и номинальный режим.

Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.

Для рассмотрения работы трансформатора в различных режимах мы будем использовать схему замещения трансформатора.

Рабочий процесс трансформатора

Процесс работы трансформатора рассмотрим на основе эквивалентной схемы замещения из предыдущей статьи


Эквивалентная схема замещения трансформатора.

При наличии нагрузки ZH на выводах вторичной обмотки 3-4 и напряжении U1 на выводах первичной обмотки 1-2 в магнитопроводе трансформатора создается магнитный поток, который индуцирует в обмотках ЭДС: в первичной – Е1, а во вторичной – Е2. В результате приложенное напряжение в первичной обмотке U1 уравновешивается ЭДС Е1 и падением напряжения на активном сопротивлении обмотки R1 и реактивном сопротивлении Ls1 индуктивности рассеяния. Аналогичным образом происходит уравновешивание напряжения и во вторичной обмотке трансформатора.

Определение основных параметров трансформатора: напряжения U1 и U1, ЭДС Е1 и Е2, потери в обмотках и в магнитопроводе происходит при рассмотрении режимов работы трансформатора, а определение их реальных значений – из опытов холостого хода и короткого замыкания.

От чего зависит ЭДС в обмотках трансформатора?

В прошлой статье я указал, что мгновенное значение ЭДС  в обмотке трансформатора определяется числом витков ω провода в ней и скоростью изменения магнитного потока dΦ/dt

где ω – число витков обмотки трансформатора,

В/dt – скорость изменения магнитного потока.

Однако в большинстве случаев нам интересно не мгновенное значение ЭДС, а действующее. Поэтому выведем выражение, определяющее действующее значение ЭДС в обмотках трансформатора. Это можно сделать аналитически проинтегрировав функцию изменения магнитного потока dΦ/dt, либо же путем нахождения среднего значения ЭДС Ecp и коэффициента формы ЭДС kф. Я буду выводить выражение вторым способом.

Магнитный поток протекая в сердечнике трансформатора изменяется в соответствии с некоторой периодичной функцией имеет два амплитудных значения максимальное +Фm и минимальное –Фm, тогда полное изменение магнитного потока за полупериод Т/2 будет иметь значение

Тогда среднее значение ЭДС Еср в обмотке трансформатора будет иметь вид

где ω – число витков обмотки трансформатора,

Т/2 – полупериод изменения функции магнитного потока,

f – частота изменения магнитного потока,

Фm – амплитуда магнитного потока.

Действующее значение ЭДС и её среднее значение связывает коэффициент формы кривой ЭДС kф, тогда действующее значение ЭДС в обмотке трансформатора будет определяться следующим выражением

где kф – коэффициент формы ЭДС,

f – частота изменения ЭДС,

ω – число витков обмотки трансформатора,

B – магнитная индукция в сердечнике,

Sc – площадь сечения сердечника трансформатора.

Приведём примеры действующего значение ЭДС для синусоидального, прямоугольного (меандр) и треугольного изменения

Из вышесказанного следует, что при условии постоянства электромагнитной индукции B, ЭДС пропорциональна конструктивным параметрам трансформатора сечению магнитопровода Sc и количеству витков ω. Правильный выбор величины электромагнитной индукции В является одной из ключевых задач при проектировании трансформатора. Кроме того, с ростом частоты f увеличивается ЭДС, поэтому для реализации одинаковой ЭДС с ростом частоты требуются меньшие размеры и вес трансформатора. Данный фактор является основным преимуществом трансформаторов высокой частоты, которые чаще всего применяются в настоящее время.

 Режим холостого хода

Данный режим характеризуется отсутствием нагрузки во вторичной обмотке или же бесконечно большой величиной сопротивления ZH = ∞, то есть разомкнутая цепь вторичной обмотки.

Тогда ток во вторичной обмотке будет равен нулю I2 = 0. Тогда в соответствии с первым законом Кирхгофа (закон баланса токов) получим

где I1 – ток в первичной обмотке трансформатора,

I0 – ток намагничивания магнитопровода,

I’2 – приведённый ток вторичной обмотки трансформатора.

Возникновение тока намагничивания I0 связанно с потерями энергии: на создание основного магнитного потока, замыкающегося через магнитопровод (мощность намагничивания PL) и потери мощности в сердечнике РА, а так же вследствие потерь в первичной обмотке магнитопровода от протекания тока намагничивания. Так как трансформатор в режиме холостого хода не создает тока во вторичной обмотке I2 = 0, то такой ток называют током холостого хода.

Очевидно, что ток холостого хода имеет активную Ia и реактивную IL составляющие, которые определяются следующими выражениями

где Е1 – ЭДС самоиндукции, возникающая в первичной обмотке,

RC – сопротивление активных потерь в сердечнике,

LC – сопротивление реактивных потерь в сердечнике.

Так как сопротивления RC и LC имеют нелинейных характер, то в инженерных расчётах пользуются графическими зависимостями параметров сердечников, в первую очередь кривой намагничивания материала магнитопровода (зависимость магнитной индукции В от напряженности магнитного поля Н Dynamic magnetization curves). Кроме того необходимо знать геометрические параметры используемого сердечника: эквивалентную площадь сечение Se(Ae), эквивалентную длину магнитной силовой линии l­e и эквивалентный объем сердечника Ve. Кроме того для нахождения потерь мощности в сердечнике РА необходимо воспользоваться графической зависимостью магнитных потерь в сердечнике (Relative core losses) от различных факторов: индукции B, температуры T и частоты f.

Как определить ток холостого хода трансформатора?

Вычисление тока холостого хода трансформатора может происходить следующим образом:

  1. Определяем величину магнитной индукции в сердечнике трансформатора, допуская тот факт, что значение ЭДС Е1 в первичной обмотке очень близко по значению с приложенным к ней напряжением U1

    где kф – коэффициент формы ЭДС,

    f – частота изменения ЭДС,

    ω – число витков обмотки трансформатора,

    Sc – площадь сечения сердечника трансформатора.

  2. По кривой намагничивания материала сердечника определяем напряженность Н магнитного поля в магнитопроводе.
  3. Определяем реактивную IL составляющую тока холостого хода
  4. Находим мощность активных потерь РА в сердечнике трансформатора по графическим зависимостям мощности удельных объёмных потерь PV от индукции в сердечнике B и значению эффективного объема сердечника Ve.
  5. Определяем активную составляющую Ia тока холостого хода
  6. Определяем ток холостого хода

Полученное токам образом значение тока холостого хода практически не отличается от реальной величины тока, протекающего в первичной обмотке при работе трансформатора в режиме холостого хода.

Опыт холостого хода

После изготовления трансформатора необходимо провести ряд испытаний, одним из которых является опытом холостого хода. Данное испытание трансформатора проводится при разомкнутой вторичной обмотке и подачей номинального напряжения на первичную обмотку. По результатам проведения опыта холостого хода определяют коэффициент трансформации и мощность потерь в магнитопроводе.

Для проведения опыта холостого хода собирают схему изображенную ниже


Схема опыта холостого хода.

Как видно на схеме к первичной обмотке трансформатора необходимо подключить вольтметр PV1, амперметр РА1 и ваттметр PW1, а к вторичной обмотке – вольтметр PV2.

Для снятия характеристик холостого хода трансформатора на его первичную обмотку подают номинальное напряжение = UH, которое можно изменять при необходимости снятия динамических характеристик примерно от 30% до 110% UH. После подачи напряжения в первичную обмотку снимают показания по приборам: ток холостого хода IХХ, мощность холостого хода РХХ, напряжение на вторичной обмотке U2 трансформатора.

По результатам проведения опыта холостого хода можно определить следующие параметры:

— процентное отношение тока холостого тока IXX%

где IH – номинальное значение тока в первичной обмотке трансформатора.

— коэффициент трансформации трансформатора k

где U1 и U2 – напряжения, снимаемые с вольтметров PV1 и PV2, соответственно.

— активное сопротивление намагничивающего контура RC

где РХХ – мощность, снимаемая с ваттметра PW1.

— полное сопротивление намагничивающего контура ZC

— реактивное сопротивление намагничивающего контура ХС

— коэффициент мощности холостого хода cos φXX

При проведении опыта холостого хода следует отметить, что в начальный момент подачи напряжения возникает недопустимо большой ток в разы превышающий номинальный, а так как ток холостого хода составляет 3 – 10 % от номинального тока, то пусковой ток превышает ток холостого тока в десятки раз. Поэтому в начальный момент необходимо замкнуть выводы амперметра РА1.

Кроме опыта холостого хода для испытания трансформатора проводят опыт короткого замыкания, о котором я расскажу в следующей статье.

Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова.Здесь можно всё сделать своими руками.

что такое и как рассчитать?

Трансформаторы представляют собой сложное оборудование, которое предназначено для изменения параметров тока в цепи. Они могут повышать или понижать мощность, 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.

Характеристика электрических сетей

Совокупность объектов и устройств, обеспечивающих постоянный и непрерывный путь для движения электрического тока можно назвать электрической цепью.

Напряжение и сила тока — это неотъемлемые элементы каждой электрической цепи. Такие явления, наряду с прочими магнитными и электрическими явлениями, изучает наука, называемая электротехникой. Еще одной целью этой науки является поиск возможности практических применений, а не только теоретического изучения.

Если учесть, что в электрической цепи имеются разные элементы, то можно сказать, что существует несколько режимов работы цепи. Эти элементы подразделены на три основных вида — это источники энергии, проводники и приёмники, т.е. первые элементы служат для выработки электроэнергии, приёмники преобразуют электроэнергию в другие ее виды, а проводники передают энергию от источников к приёмникам. Все элементы цепи — источники тока, проводники и приёмники — это устройства, без которых невозможно существование электрической цепи. При отсутствии одного из этих элементов работа цепи просто невозможна. В зависимости от того какое строение и какие элементы в цепи содержатся, все электрические цепи бывают линейные и нелинейные. При этом каждую цепь можно изобразить в схеме, что позволяет сделать работу с цепями более удобной.

Три режима работы электрических цепей

Как уже говорилось выше, электрическая цепь несет в себе сложнейшую структуру и имеет в составе множество различных элементов и разветвлённостей. К тому же в цепях действуют определенные законы, а для того, чтобы охарактеризовать цепь используют такие понятия как ток, сопротивление, электродвижущая сила и т.д. Все это способствует тому, что цепь может работать в разных режимах.

Выделяют три режима работы цепи:
  • короткого замыкания
  • нагрузочный режим (согласованный)
  • режим холостого хода.

Основное отличие между этими режимами — это уровень нагрузки на электрическую цепь. Стоит отметить, что электрическая цепь имеет еще один режим работы, называемый номинальным. При таком режиме все элементы цепи работают по оптимальным для них условиям. Эти условия указываются в паспортных данных заводом-изготовителем.

Согласованный (нагрузочный) режим работы

Любой приемник, подключенный к источнику электроэнергии в цепи, обладает определенным сопротивлением. Наглядным примером такого приёмника может быть электрическая лампочка. При наличии напряжения начинает действовать закон Ома. При этом электродвижущая сила источника тока складывается из суммы напряжения на внешних участках цепи и внутреннего сопротивления источника. Когда падает напряжение внешней цепи, это оказывает влияние на изменении напряжения на зажимах источника. А само падение напряжения зависит от сопротивления и силы тока. Иными словами, согласованный (нагрузочный) режим работы электрической цепи — это процесс передачи нагрузки, при котором мощность превышает номинальные показатели. Но использование такого режима нерационально, ведь при длительном превышении установленных заводом значений, приборы могут попросту прийти в негодность.

Режим работы холостого хода

В таком режиме работы электрическая цепь находится в незамкнутом состоянии. Попросту говоря, в цепи отсутствует электрический ток, следовательно, каждый элемент цепи не подключен к источнику тока. При таком положении падение напряжения во внутренней цепи равно нулю, а ЭДС источника равно напряжению на зажимах источника питания. Иными словами, при режиме холостого хода в цепи, не подключенной к электрическому току, отсутствует сопротивление нагрузки.

Режим короткого замыкания

Это тот режим работы, который смело можно назвать аварийным, т.к. обеспечение нормальной работы цепи при таком режиме становится невозможным, ведь ток короткого замыкания показывает высокие значения, которые превышают номинальные в несколько раз. Короткое замыкание появляется, когда происходит соединение двух разных точек электрической цепи, у которых отличается разница потенциалов. При таком положении цепи нарушается ее нормальная работа. При режиме короткого замыкания зажимы в источнике питания замыкаются проводником, сопротивление у которого равняется нулю. Зачастую такой режим возникает в тот момент, когда соединяются два провода, связывающие между собой источник питания и приёмник цепи. Их сопротивление, в основном, ничтожно мало, поэтому его можно приравнять к нулю. Из-за отсутствия сопротивления при режиме короткого замыкания ток превышает номинальные показатели в несколько раз. За счет этого источники питания и приёмники электрической цепи могут прийти в негодность. В ряде случаев это может возникнуть при неправильном обращении с электрическим оборудованием обслуживающего его персонала.

что это за режим, схема замещения, меры снижения тока

Трансформатор электрического тока является устройством преобразования энергии. Ток холостого хода трансформатора характеризует потери при отсутствии подключенной нагрузки. Величина данного параметра зависит от нескольких факторов:

  1. Конструктивного исполнения.
  2. Материала сердечника.
  3. Качества намотки.

При изготовлении преобразователей стремятся к максимально возможному снижению потерь холостого хода с целью повышения КПД, снижения нагрева,  а также уменьшения паразитного поля магнитного рассеивания.

Общая конструкция и принцип работы трансформатора

Конструктивно трансформатор состоит из следующих основных частей:

  1. Замкнутый сердечник из ферромагнитного материала.
  2. Обмотки.

Обмотки могут быть намотаны на жестком каркасе или иметь бескаркасное исполнение. В качестве сердечников трансформаторов напряжения промышленной частоты используется специальным образом обработанная сталь. В некоторых случаях встречаются устройства без сердечника, но они используются только в области высокочастотной схемотехники и в рамках данной темы рассматриваться не будут.

Принцип действия рассматриваемой конструкции заключается в следующем:

  1. При подключении первичной обмотки к источнику переменного напряжения она формирует переменное электромагнитное поле.
  2. Под воздействием данного поля в сердечнике формируется магнитное поля.
  3. Магнитное поле сердечника, в силу электромагнитной индукции, создает во всех обмотках ЭДС индукции.

ЭДС индукции создается, в том числе, в первичной обмотке. Ее направление противоположно подключенному напряжению, поэтому они взаимно компенсируются и ток через обмотку при отсутствии нагрузки равен нулю. Соответственно, потребляемая мощность при отсутствии нагрузки равна нулю.

Понятие холостого хода

Приведенные выше рассуждения справедливы для идеального трансформатора. Реальные конструкции обладают следующими потерями (недостатками) на:

  • намагничивание сердечника;
  • магнитное поле рассеивания сердечника;
  • электромагнитное рассеивание обмотки;
  • междувитковую емкость проводов обмотки.

В результате, в реальных конструкциях трансформатора наводимая ЭДС индукции отличается от номинального напряжения первичной обмотки и не в состоянии его полностью скомпенсировать. В обмотке возникает некоторый ток холостого хода.  При подключении нагрузки данное значение суммируется с номинальным током и характеризует общие потери в электрической цепи.

Потери снижают общий КПД трансформатора, в результате чего растет потребление мощности.

Меры по снижению тока холостого хода

Основным источником возникновения тока холостого хода является конструкция магнитопровода.  В ферромагнитном материале, помещенном в переменное электрическое поле, наводятся вихревые токи электромагнитной индукции – токи Фуко, которые нагревают материал сердечника.

Для снижения вихревых потерь материал сердечника изготавливают из тонких пластин, отделенных друг от друга изолирующим слоем, которую выполняет оксидная пленка на поверхности. Сам материал производится по специальной технологии, с целью улучшения магнитных свойств (увеличения значения магнитного насыщения, магнитной проницаемости, снижения потерь на гистерезис).

Обратная сторона использования большого количества пластин состоит в том, что в местах стыков происходит разрыв магнитного потока, в результате чего возникает поле рассеивания. Поэтому для наборных сердечников важна тщательная подгонка отдельных пластин друг к другу. В ленточных разрезных магнитопроводах отдельные части подгоняются друг к другу при помощи шлифовки, поэтому при сборке конструкции нельзя менять местами части сердечника.

От указанных недостатков свободны О-образные магнитопроводы. Магнитное поле рассеивания у них стремится к нулю.

Поле рассеивания обмотки и междувитковую емкость снижают путем изменения конструкции обмоток и пространственного размещения их частей относительно друг друга.

Снижение потерь также достигается при возможно более полном заполнении свободного окна сердечника. При этом масса и габариты устройства стремятся к оптимальным показателям.

Как проводится опыт холостого хода

Опыт холостого хода подразумевает подачу напряжения на первичную обмотку при отсутствии нагрузки. При помощи подключенных измерительных приборов измеряются электрические параметры конструкции.

Для проведения опыта холостого хода первичную обмотку включают в сеть последовательно с прибором для измерения тока- амперметром. Параллельно зажимам подключается вольтметр.

Следует иметь в виду, что предел измерения вольтметра должен соответствовать подаваемому напряжению, а при выборе амперметра нужно учитывать ориентировочные значения измеряемой величины, которые зависят от мощности трансформатора.

Коэффициент трансформации

Наиболее просто определяется коэффициент трансформации. Для этого сравнивается входное и выходное напряжение. Расчет производится по следующей формуле:

n=U1/U2

Данное отношение справедливо для всех обмоток трансформатора.

Однофазные трансформаторы

В однофазных трансформаторах показания амперметра характеризуют потребляемый ток при отсутствии нагрузки. Данные показания являются конечными и нет необходимости в дальнейших вычислениях.

Трехфазные

Чтобы проверить трехфазный трансформатор, требуется усложнение схемы подключения. Необходимо наличие следующих приборов:

  • амперметры для измерения тока в каждой фазе;
  • вольтметры для измерения междуфазных напряжений первичной обмотки;
  • вольтметры для измерения междуфазных напряжений вторичной обмотки.

При проведении опыта холостого хода производятся следующие вычисления:

  • рассчитывается среднее значение тока по показаниям амперметра;
  • среднее значение напряжения первичной и вторичной обмоток.

Коэффициент трансформации вычисляется по полученным значениям напряжения аналогично однофазной системе.

Измерение тока

При измерении тока можно определить только величину электрических потерь.  Более полно определить параметры конструкции позволяет более сложная схема измерений.

Применение ваттметра

Подключив в первичную цепь ваттметр,  можно определить мощность потерь трансформатора в режиме холостого хода. Суммируясь с мощностью нагрузки, найденная величина определяет габаритную мощность трансформатора.

Измерение потерь

При измерениях тока холостого хода и мощности потребления, можно сделать выводы о общих потерях холостого хода, которые приводят к следующему:

  1. Нагрев проводов обмоток.
  2. Нагрев сердечника.
  3. Снижение КПД.
  4. Появление магнитного поля рассеивания.

Схема замещения в режиме трансформатора

Прямой электрический расчет трансформатора сложен по той причине, что он представляет собой две электрических цепи, связанных между собой магнитной цепью.

Для упрощения расчетов удобнее пользоваться упрощенной эквивалентной схемой. В схеме замещения вместо обмоток используются комплексные сопротивления:

  • для первичной обмотки комплексное сопротивление включается последовательно в цепь;
  • для вторичной обмотки параллельно нагрузке.

Каждое комплексное сопротивление состоит из последовательно соединенного активного сопротивления и индуктивности.

Активное сопротивление – это сопротивление проводов обмотки.

От чего зависит магнитный поток взаимоиндукции в режиме ХХ

Магнитный поток взаимоиндукции в трансформаторе зависит от способа размещения обмоток на сердечнике и их конструктивного исполнения.

Важную роль играет коэффициент заполнения окна магнитопровода, который показывает отношение общего пространства, к месту, занятому обмоткой.

Чем ближе данный коэффициент к единице, тем выше будет взаимоиндукция обмоток и меньше потери в трансформаторе.

Примеры расчетов и измерений в режиме ХХ

Измеряя ток, напряжение и мощность трансформатора в опыте холостого хода, можно рассчитать следующие дополнительные данные:

  • активное сопротивление первичной цепи r1=Pхх/U2;
  • полное сопротивление первичной цепи z1=U/Iхх;
  • индуктивное сопротивлении е x1=√(z2-r2).

Найти ток холостого хода без применения амперметра можно по показаниям вольтметра и ваттметра:

Iхх=Pхх/U.

Что такое режим ожидания в Android

Переполнение стека
  1. Около
  2. Товары
  3. Для команд
  1. Переполнение стека Общественные вопросы и ответы
  2. Переполнение стека для команд Где разработчики и технологи делятся частными знаниями с коллегами
.

Android дремлющий режим и намерение IDLE_MODE_CHANGED

Переполнение стека
  1. Около
  2. Товары
  3. Для команд
  1. Переполнение стека Общественные вопросы и ответы
  2. Переполнение стека для команд Где разработчики и технологи делятся частными знаниями с коллегами
.

Режим ожидания

Когда биты SM2..0 записываются в 000, инструкция SLEEP переводит MCU в режим ожидания, останавливая ЦП, но позволяя USB, SPI, USART, аналоговому компаратору, таймеру / счетчикам, сторожевому таймеру и системе прерываний продолжать работу. операционная. Этот спящий режим в основном останавливает clkCPU и clkFLASH, позволяя работать другим часам.

Режим ожидания позволяет MCU просыпаться от внешних инициируемых прерываний, а также от внутренних, таких как переполнение таймера, завершение передачи USART или некоторые прерывания USB (например, SOFI, WAKEUPI…). Если пробуждение от прерывания аналогового компаратора не требуется, аналоговый компаратор можно отключить, установив бит ACD в регистре управления и состояния аналогового компаратора — ACSR. Это снизит энергопотребление в режиме ожидания.

Когда биты SM2..0 записываются в 010, инструкция SLEEP переводит MCU в режим Powerdown. В этом режиме внешний осциллятор остановлен, а внешние прерывания, 2-проводной последовательный интерфейс и сторожевой таймер продолжают работать (если он включен).Только внешний сброс, сброс сторожевого таймера, сброс с пониженным током, совпадение адреса 2-проводного последовательного интерфейса, прерывание внешнего уровня на INT7: 4, внешнее прерывание на INT3: 0, прерывание по смене вывода или источник асинхронного прерывания USB (Только WAKEUPI), может разбудить MCU. Этот спящий режим в основном останавливает все генерируемые часы, позволяя работать только асинхронным модулям.

Обратите внимание, что если прерывание, инициируемое уровнем, используется для пробуждения из режима пониженного энергопотребления, измененный уровень должен удерживаться в течение некоторого времени, чтобы разбудить MCU.См. «Внешние прерывания» на стр. 81 для получения подробной информации.

При пробуждении из режима пониженного энергопотребления происходит задержка с момента пробуждения до тех пор, пока пробуждение не вступит в силу. Это позволяет часам перезапускаться и стабилизироваться после остановки. Период пробуждения определяется теми же предохранителями CKSEL, которые определяют период тайм-аута сброса, как описано в разделе «Источники часов» на стр. 29.

Когда биты SM2..0 записываются в 011, инструкция SLEEP переводит MCU в режим энергосбережения.Этот режим идентичен Power-down, за одним исключением:

.

Если Таймер / Счетчик 2 включен, он будет продолжать работать в спящем режиме. Устройство может проснуться либо из переполнения таймера, либо из события сравнения выходов из таймера / счетчика 2, если соответствующие биты разрешения прерывания таймера / счетчика 2 установлены в TIMSK2 и установлен бит разрешения глобального прерывания в SREG.

Если Таймер / Счетчик 2 не работает, рекомендуется режим пониженного энергопотребления вместо режима энергосбережения.

Таймер / счетчик2 может работать как синхронно, так и асинхронно в режиме энергосбережения.Если таймер / счетчик 2 не использует асинхронные часы, осциллятор таймера / счетчика останавливается во время сна. Если Таймер / Счетчик 2 не использует синхронные часы, источник синхронизации останавливается во время сна. Обратите внимание, что даже если синхронные часы работают в режиме энергосбережения, эти часы доступны только для таймера / счетчика2.

Когда биты SM2..0 равны 110 и выбрана опция внешнего кварцевого резонатора, инструкция SLEEP переводит MCU в режим ожидания. Этот режим идентичен режиму Power-down, за исключением того, что осциллятор продолжает работать.Из режима ожидания устройство выходит из спящего режима через шесть тактов.

Когда биты SM2..0 равны 111 и выбрана опция внешнего кварцевого / резонаторного генератора, инструкция SLEEP переводит MCU в расширенный режим ожидания. Этот режим идентичен

.

Режим ожидания

Когда биты SM1..0 записываются в «00», инструкция SLEEP переводит MCU в режим ожидания, останавливая ЦП, но позволяя аналоговому компаратору, АЦП, USI, таймеру / счетчикам, сторожевому таймеру и системе прерываний продолжать работу. . Этот спящий режим в основном останавливает clkCPU и clkFLASH, позволяя работать другим часам.

Режим ожидания позволяет MCU просыпаться от внешних запускаемых прерываний, а также от внутренних, таких как переполнение таймера и прерывания запуска и переполнения USI.Если пробуждение от прерывания аналогового компаратора не требуется, аналоговый компаратор можно отключить, установив бит ACD в регистре управления и состояния аналогового компаратора — ACSR. Это снизит энергопотребление в режиме ожидания. Если АЦП включен, преобразование начинается автоматически при входе в этот режим.

Когда биты SM1..0 записываются в «01», инструкция SLEEP переводит MCU в режим шумоподавления АЦП, останавливая ЦП, но позволяя АЦП, внешним прерываниям, обнаружению условия запуска USI и сторожевому таймеру продолжить работу. рабочий (если

включен).Этот спящий режим в основном останавливает clkI / O, clkCPU и clkFLASH, позволяя работать другим часам.

Это улучшает шумовую среду для АЦП, обеспечивая измерения с более высоким разрешением. Если АЦП включен, преобразование начинается автоматически при входе в этот режим. Помимо прерывания завершения преобразования АЦП, только внешний сброс, сброс сторожевого таймера, сброс после отключения питания, прерывание по условию запуска USI, прерывание готовности EEPROM, прерывание внешнего уровня на INT0 или прерывание смены вывода могут разбудить MCU из режима шумоподавления АЦП.

Когда биты SM1..0 записываются в «10», инструкция SLEEP переводит MCU в режим пониженного энергопотребления. В этом режиме внешний осциллятор остановлен, а внешние прерывания, обнаружение условий запуска USI и сторожевой таймер продолжают работать (если он включен). Только внешний сброс, сброс сторожевого таймера, сброс при пониженном напряжении, прерывание по условию запуска USI, прерывание внешнего уровня на INT0 или прерывание смены вывода могут разбудить MCU. Этот спящий режим в основном останавливает все генерируемые часы, позволяя работать только асинхронным модулям.

При пробуждении из режима пониженного энергопотребления происходит задержка с момента пробуждения до тех пор, пока пробуждение не вступит в силу. Это позволяет часам перезапускаться и стабилизироваться после остановки. Период пробуждения определяется теми же предохранителями CKSEL, которые определяют период тайм-аута сброса, как описано в разделе «Источники часов» на стр. 26.

.

Определение тока холостого хода трансформатора

Электротехника Определение тока холостого хода трансформатора

просмотров — 963

Ток первичной обмотки трансформатора, возникающий при холостом ходе при номинальном синусоидальном напряжении и номинальной частоте, принято называть током холостого хода.

При расчет тока холостого хода трансформатора отдельно определяют его активную и реактивную составляющие.

Активная составляющая тока холостого хода вызывается наличием потерь холостого хода. Активная составляющая тока, А,

Iх.а = Рх / (mUф),

где Рх – потери холостого хода, Вт; Uф – фазное напряжение первичной обмотки, В.

Обычно определяют не абсолютное значение тока холостого хода и его составляющих, а их относительное значение по отношению к номинальному току трансформатора iоа, i0р, iо, выражая их в процентах номинального тока.

Тогда активная составляющая, %,

,

или

iоа = Рх /(10S),

где S – мощность трансформатора, кВ· А; Рх – потери холостого хода, Вт.

Расчет реактивной составляющей тока холостого хода усложняется наличием в магнитной цепи трансформатора немагнитных зазоров. При этом расчете магнитная система трансформатора разбивается на четыре участка – стержни, ярма, за исключением углов магнитной системы, углы и зазоры. Для каждого из этих участков подсчитывается требуемая намагничивающая мощность, суммируемая затем по всœей магнитной системе. Также как и потери, реактивная составляющая тока холостого хода зависит от базовых магнитных свойств стали магнитной системы и ряда конструктивных и технологических факторов, оказывающих на эту составляющую существенно большое влияние, чем на потери.

Немагнитные зазоры в шихтованной магнитной системе имеют особую форму – в месте зазора стыки пластин чередуются со сквозными пластинами. Магнитный поток вместе стыка проходит частично через зазор между пластинами и частично – через сосœеднюю сквозную пластину. Индукция в сквозных пластинах в зоне, лежащей против стыков, увеличивается. Вместе с этим происходит местное увеличение потерь и реактивной составляющей тока холостого хода, однако общая намагничивающая мощность для зазора оказывается существенно меньшей, чем при стыке частей стыковой магнитной системы.

В практике расчета намагничивающая мощность для зазоров шихтованных магнитных систем, собираемых из пластин горячекатаной или холоднокатаной стали, определяется для условного немагнитного зазора, по площади сечения стали в данном стыке, ᴛ.ᴇ. по активному сечению стержня или ярма, и по удельной намагничивающей мощности, отнесенной к единице площади активного сечения, qз, В∙А/м2, и определяемой экспериментально для каждой марки стали.

Удельные намагничивающие мощности для стали марок 3404 и 3405 приведены в табл.26.

Таблица 26. Полная удельная намагничивающая мощность в стали q и в зоне шихтованного стыка q3 для холоднокатаной стали марок 3404 и 3405 толщиной 0,35 и 0,30 мм при различных индукциях и f = 50 Гц

В, Тл Марка стали и ее толщина qз, В∙А/м2
3404, 0,35 мм 3404, 0,30 мм 3405, 0,35 мм 3405, 0,30 мм
1,30 1,32 1,34 1,36 1,38   1,40 1,42 1,44 1,46 1,48   1,50 1,52 1,54 1,56 1,58   1,60 1,62 1,64 1,66 1,68   1,70 1,72 1,74 1,76 1,78   1,80 1,82 1,84 1,86 1,88 0,900 0,932 0,964 0,996 1,028   1,060 1,114 1,168 1,222 1,276   1,330 1,408 1,486 1,575 1,675   1,775 1,958 2,131 2,556 3,028   3,400 4,480 5,560 7,180 9,340   11,500 20,240 28,980 37,720 46,460 0,870 0,904 0,938 0,972 1,006   1,040 1,089 1,139 1,188 1,238   1,289 1,360 1,431 1,511 1,600   1,688 1,850 2,012 2,289 2,681   3,073 4,013 4,953 6,364 8,247   10,130 17,670 25,210 32,750 40,290 0,860 0,892 0,924 0,956 0,988   1,020 1,065 1,110 1,156 1,210   1,246 1,311 1,376 1,447 1,524   1,602 1,748 1,894 2,123 2,435   2,747 3,547 4,347 5,551 7,161   8,770 15,110 21,450 27,790 34,130 0,850 0,880 0,910 0,940 0,970   1,000 1,041 1,082 1,123 1,161   1,205 1,263 1,321 1,383 1,449   1,526 1,645 1,775 1,956 2,188   2,420 3,080 3,740 4,736 6,068   7,400 12,540 17,680 22,820 27,960                    

При экспериментальных исследованиях стали удельная намагничивающая мощность, отнесенная к 1 кг стали или к 1 м2 площади зазора q, может определяться как полная мощность или как ее реактивная составляющая. В табл. 26 приведены значения полной удельной намагничивающей мощности.

Полная намагничивающая мощность трансформатора, В∙А, для магнитной системы может быть определœена из следующего выражения:

Qx = Qx.c + Qx.я + Qx.з = qcGc + qяGя + ∑nзqзПз,

Где qc и qя – удельные намагничивающие мощности для стержня и ярма, определяемые по табл.26 для холоднокатаной стали в зависимости от соответствующих индукций, В∙А/кг; Gc и Gя – масса стали в стержнях и ярмах, кг; nз – число немагнитных зазоров (стыков) в магнитной системе; qз – удельная намагничивающая мощность, В∙А/м2, для немагнитных зазоров, определяемая для индукции в стержне по табл.26; Пз площадь зазора, ᴛ.ᴇ. активное сечение стержня или ярма, м2.

При расчете тока холостого хода для плоской стержневой шихтованной магнитной системы, собранной из пластин холоднокатаной анизотропной стали, также как и при расчете потерь холостого хода, приходиться считаться с факторами конструктивными – форма стыков стержней и ярм, форма сечения ярма, способ прессовки стержней и ярм – и технологическими – резка рулонов стали на пластины, удаление заусенцев, отжиг пластин, покрытие их лаком, прессовка магнитной системы при сборке и перешихтовка верхнего ярма при установке обмоток.

От воздействия этих факторов реактивная составляющая тока холостого хода увеличивается при несовпадении линий магнитной индукции и прокатки стали, а также в результате механических воздействий при заготовке пластин и сборке остова. Отжиг пластин ведет к уменьшению реактивной составляющей тока холостого хода. На токе холостого хода влияние этих факторов сказывается более резко, чем на потерях.

Полный фазный ток холостого хода, А,

Ix = Qx/(mUф).

Относительное значение тока холостого в процентах номинального тока

i0 = Qx/10S.

Активная составляющая тока холостого хода, фазное значение, А,

Ix = Рх/(mUф)

и в процентах номинального тока

iоа = Рх/(10S).

Реактивная составляющая тока холостого хода, А,

Ix =

и в процентах номинального тока

iop =

Полученное значение тока холостого хода должно быть сверено с предельно допустимым значением по ГОСТ, техническим условиям или заданию на расчет трансформатора. Отклонение расчетного значения тока холостого хода от заданного гарантийного не следует допускать более чем на половину допуска разрешенного ГОСТ (по ГОСТ 11677-85 разрешенный допуск +30%).

При расчете тока холостого хода по намагничивающей мощности определяется среднее значение, тока холостого хода для всœех стержней трансформатора. В симметричных магнитных системах, к примеру однофазных, или пространственных, это среднее значение будет совпадать с действительным значением тока холостого хода для каждого стержня.

В несимметричной магнитной системе ток холостого хода в обмотке среднего стержня меньше, чем в обмотках крайних стержней. Током холостого хода трансформатора в этом случае считается среднее значение токов трех фаз.


Читайте также


  • — Определение тока холостого хода трансформатора

    Ток первичной обмотки трансформатора, возникающий при холостом ходе при номинальном синусоидальном напряжении и номинальной частоте, называется током холостого хода. При расчет тока холостого хода трансформатора отдельно определяют его активную и реактивную… [читать подробенее]


  • Потери Холостого Хода Трансформатора :: Электротехническое оборудование

    Потери Холостого Хода Трансформатора

    – процентное значение тока холостого хода

    – активное сопротивление ветви намагничивания r0, определяемое из условия

    – полное сопротивление ветви намагничивания

    – индуктивное сопротивление ветви намагничивания

    Часто определяют также коэффициент мощности холостого хода:

    В некоторых случаях опыт холостого хода проводят для нескольких значений напряжения первичной обмотки: от U1 ≈ 0, 3U1н до U1 ≈ 1, 1U1н. По полученным данным строят характеристики холостого хода, которые представляют собой зависимость P0, z0, r0 и cosφ в функции от напряжения U1. Пользуясь характеристиками холостого хода, можно установить значения определяемых величин при любом значении напряжения U1.

    Для определения напряжения короткого замыкания, потерь в обмотках и сопротивлений rк и xк проводят опыт короткого замыкания. При этом к первичной обмотке подводят такое пониженное напряжение, чтобы токи обмоток короткозамкнутого трансформатора были равны своим номинальным величинам, т. е. I1к = I1н, I2к = I2н. Напряжение на первичной обмотке, при котором отмеченные условия выполняются, называется номинальным напряжением короткого замыкания Uкн.

    Учитывая, что Uкн обычно составляет всего 5–10 % от U1н, поток взаимоиндукции сердечника трансформатора при опыте короткого замыкания в десятки раз меньше, чем в номинальном режиме, и сталь трансформатора ненасыщенна. Поэтому потерями в стали пренебрегают и считают, что вся подводимая к первичной обмотке мощность Pкн расходуется на нагрев обмоток и определяет величину активного сопротивления короткого замыкания rк.

    Во время проведения опыта измеряют напряжение Uкн, ток I1к = I1н и мощность Pкн первичной обмотки. По этим данным можно определить:

    – процентное напряжение короткого замыкания

    – активное сопротивление короткого замыкания

    – активные сопротивления первичной и приведенной вторичной обмоток, приблизительно равные половине сопротивления короткого замыкания

    – полное сопротивление короткого замыкания

    – индуктивное сопротивление короткого замыкания

    – индуктивное сопротивление первичной и приведенной вторичной обмоток, приблизительно равны половине индуктивного сопротивления короткого замыкания

    – сопротивления вторичной обмотки реального трансформатора:

    – индуктивное, активное и полное процентные напряжения короткого замыкания:

    В нагрузочном режиме очень важно знать, как влияют параметры нагрузки на КПД и изменение напряжения на зажимах вторичной обмотки.

    Коэффициентом полезного действия трансформатора называется отношение активной мощности, передаваемой нагрузке, к активной мощности, подводимой к трансформатору.

    Источник: electricalschool.info

    Холостой ход трансформатора

     Холостым ходом называется такой режим трансформатора, при котором к зажимам его первичной обмотки подключено переменное напряжение, а вторичная обмотка разомкнута. Этот режим применяется при испытании готового трансформатора.

    При холостом ходе первичное напряжение U1 создается током холостого хода I10, который создает магнитный поток Ф = Фm sin?t. Вместе с тем происходит частичное рассеяние магнитного потока Фр1.
    На векторной диаграмме трансформатора при холостом ходе изображаются соотношения, подобные соотношениям в катушке со стальным сердечником, т. е. она повторяет векторную диаграмму катушки.

    Построение ее начинают с вектора Фm магнитного потока сердечника. Ток холостого хода I10 опережает вектор потока на угол магнитного запаздывания. Под прямым углом к вектору Фm в сторону отставания откладываем два вектора E1 и E2. К вектору прибавляем вектор 10R1, который направлен параллельно 10, а также 10jx1, который опережает 10 на ? / 2. Замыкается прямоугольный треугольник внутреннего падения напряжения, катетами которого являются векторы активного и реактивного падения напряжения на первичной обмотке, вектором полного внутренне- го падения напряжения в обмотке — I1Z1. Мощность, которая потребляется трансформатором при холостом ходе, тратится на потери в сердечнике и потери в проводах только первичной обмотки i 2 10R1.

    При этом почти все потери сводятся к потерям в стали, поэтому опыт холостого хода применяется для расчета потерь стали трансформатора. Одной из характеристик трансформатора является характер изменения режима трансформатора при изменении значения первичного напряжения. Эти зависимости I10 = F(U1) и P10 = f(U1) носят название характеристик холостого хода трансформатора


    Потеря активной холостого ход — Справочник химика 21

        Ток намагничивания и ток холостого хода. Ток намагничивания получается такой величины, что намагничивающие ампер-витки могут создать в магнитной цепи поток, соответствующий напряжению на зажимах. Расчет лучше всего получается при х1). Ток холостого хода складывается геометрически из тока намагничивания (реактивная слагающая тока холостого хода) и из тока потерь при холостом ходе (потери в железе и на трение) активной слагающей тока холостого хода. Воздушный зазор по возможности мал. [c.828]
        Ток холостого хода имеет две составляющие активную и реактивную. Активная составляющая обусловлена потерями энергии на гистерезис и вихревые токи. Реактивная составляющая, кроме основного магнитного потока, замыкающегося по магнитопроводу, создает магнитный поток рассеяния Фрь замыкающийся по воздуху. [c.64]

        В опыте холостого хода (рис. 3.12,в) трансформатор включен прн номинальном напряжении. Его вторичная обмотка разомкнута. По ваттметрам V/ определяют суммарные мошности ДЯо в стальном магнитопроводе и первичной обмотке трансформатора. Так как ток х.х. мал, а потери мощности в активном сопротивлении обмотки изменяются пропорционально квадрату тока, ти они незначительны н с небольшой погрешностью их можно учесть, включив в потери в стали. Таким образом, потерн в стали приравнивают к общим потерям х.х. Рст= Ро- [c.50]

        Вся стеклянная посуда должна быть химически чистой. Колбы должны быть очиш ены нещелочным чистящим веществом, обеспечивающим чистоту, получаемую при использовании хромовой смеси. Для проверки эффективности очистки можно использовать визуальный осмотр и измерение потери массы при нагревании. Для повседневных анализов предпочтительно использование для мытья поверхностно- активного вещества или других сильных окислителей, не щ>едставляющих специфи- J ческой опасности, присущей хромовой смеси. Предпочтительно использование колб из боросилика-гаого стекла. Новые колбы могут вызывать завышение результатов, а старые колбы, вытравленные из-за длительного использования, не следует использовать. Холосто Пределение слезет проводить одновременно на использованных и новых колбах. [c.292]

        Фильтр типа ЗТФ состоит из конденсатора С , подключенного последовательно первичной обмотке трансформатора Т 1 к выходу силового выпрямителя электрозащитного устройства. Вторичная обмотка трансформатора ТР включена последовательно нагрузке (цепь защиты), так что напряжение в ней находится в проти-вофазе с переменной составляющей пульсирующего напряжения. Условимся, ЧТО трансформатор ТРх насЫщен и его активное сопротивление невелико. Тогда в обмотке // трансформатора ТР остаточные э.д.с. переменной слагающей тока очень малы. Это дает право рассматривать трансформатор ТР работающим в режиме холостого хода и пренебречь потерями в его сердечнике, так как переменная слагающая потока очень мала. Поскольку через обмотку II ТР протекает нагрузочный ток, создающий постоянный по направлению магнитный поток, в магнитопроводе ТР необходимо предусмотреть наличие диамагнитного зазора достаточной величины и тем самым обеспечить линейность магнитной характеристики трансформатора при максимально возможных выходных нагрузках. [c.128]


        Намагничивающим током называется реактивная часть тока холостого хода. Активная слагающая тока холостого хода расходуется на потери в железе. Намагничивающий ток, или пропорциональное ему число ампер-витков, создает маги 1Тодвижущую силу, обусловливающую создание в магнитной цепи трансформатора магнитного потока. [c.866]

        Активные потери холостого хода АРхх на перемагничивание стали и вихревые токи, вызывающие нагрев сердечника трансформатора. Эти потери не зависят от нагрузки и указываются в технической характеристике трансформатора. [c.179]

        Важнейщим технико-экономическим показателем работы трансформатора является коэффициент полезного действия т]. Наибольший коэффициент полезного действия получается при равенстве потерь холостого хода и короткого замыкания. Исходя из этого можно составить уравнение, позволяющее определить наиболее экономичную нагрузку одного трансформатора. При составлении уравнения необходимо реактивные потери холостого хода и короткого замыкания -привести к активным потерям. Это делается путем умножения реактивных потерь на экономический эквивалент Кэ реактивной мощности, который показывает, сколько требуется киловатт активной мощности для выработки и распределения 1 кв-ар реактивной мощности. Величина экономического эквивалента реактивной мощности зависит от расположения трансформаторов в энергосистеме и от высшего напряжения. Трансформаторные подстанции, как правило, питаются от сети 6—10 кв районной подстанции. В этом случае экономический эквивалент реактивной мощности можно принять равным /Сэ=0,12. Уравнение, выражающее наивыгоднейший режим работы одного трансформатора, можно записать так  [c.180]


    Метод расчета тока холостого хода трансформатора, ориентированный на использование в САПР / A calculation method of transformer exiting current for using in the automated design engineering

    Пентегов И.В. Метод расчета тока холостого хода трансформатора, ориентированный на использование в САПР / И.В. Пентегов, С.В. Рымар // Техническая электродинамика. – 1996. – № 1. – С. 39-45. Статья посвящена описанию метода расчета тока холостого хода трансформатора, ориентированного на использование в автоматизированных расчетах. Предложена аппроксимация кривых намагничивания электротехнических сталей, дающая хорошее совпадение с опытными кривыми в диапазоне рабочих магнитных индукций трансформаторов (1,3…1,8 Тл). Она позволила получить аналитические выражения для определения тока намагничивания трансформатора. В приведенных формулах учтено влияние частоты магнитного потока и скин-эффекта, что делает их универсальными. Предложенный метод требует хранения значений лишь 5 параметров для каждой марки электротехнической стали и толщины листа, что позволяет избежать создания больших баз данных. Ключевые слова: трансформатор, ток холостого хода, ток намагничивания, магнитный поток, кривая намагничивания, аппроксимация, частота, магнитная индукция, скин-эффект, электротехническая сталь, аналитические вычисления, методика расчета, автоматизированное проектирование. / Pentegov I.V., Rymar S.V. A Calculation Method of Transformer Exiting Current for Using in the Automated Design Engineering. Tekhnicheskaia Еlektrodinamika – Technical Electrodynamics, 1996, no. 1, pp. 39-45. (Rus). The article describes the method of calculation of the exiting current of the transformer, based on the use of automated calculation. An approximation of the magnetization curves of electrical steel, which gives a good agreement with the experimental curves in the range of operating magnetic induction transformers (1,3… 1,8 T). It is possible to obtain analytical expressions for determining the magnetizing current of the transformer. In the above formulas take into account the effect of the frequency of the magnetic flux and the skin effect that makes them versatile. The proposed method requires the storage of the values of only 5 parameters for each grade electrical steel sheet thickness, thus avoiding the creation of large databases. Key Words: Transformers, Exiting Current, Magnetizing Current, Magnetic Flux, Magnetization Curve, Approximation, Frequency, Magnetic Induction, Skin Effect, Electrical Steel, Analytical Calculations, Calculation Method, Automated Design Engineering.

    Figures — uploaded by Sergii RymarAuthor content

    All figure content in this area was uploaded by Sergii Rymar

    Content may be subject to copyright.

    1.1.2 Расчет потерь в трехобмоточном трансформаторе. Влияние конструктивных особенностей тяговой сети на потери энергии

    Похожие главы из других работ:

    Влияние конструктивных особенностей тяговой сети на потери энергии

    1.1.1 Расчет потерь в двухобмоточном трансформаторе

    Для определения потерь в двухобмоточном трансформаторе необходимы следующие данные: а…

    Модернизация электроснабжения шахты «Ерунаковская VIII»

    2.2.2 Определение потерь в трансформаторе

    Определение потерь активной (кВт•ч) и реактивной (кВАр•ч) энергии в трансформаторе где ТП — полное число часов присоединения трансформатора к сети, 8760 ч; ТР — число часов работы трансформатора под нагрузкой за расчетный период, 2400 ч…

    Проектирование низковольтной распределительной сети

    5.2 Расчет потерь электроэнергии за сутки в линии 1 и трансформаторе

    Расчет потерь электроэнергии в линии 1: где =0,8 — коэффициент корреляции…

    Развитие навыков разработки проектов электроснабжения различных потребителей

    4.2 Расчет потерь электроэнергии за сутки во всех элементах схемы. Оценка в процентных долях потерь обусловленные не равномерностью режима электропотребления.

    (4.3) где T — время равное 24 ч. (4.4) где — передаваемая мощность по сети. Для линии Л1: Для линии Л2: Шкаф ШР11-73509 (шкаф№1) Произведя расчет для остальных силовых пунктов(шкафов), сведём их в таблицу 4.3…

    Развитие навыков разработки проектов электроснабжения различных потребителей

    4.3 Расчет потерь мощности и электроэнергии в элементах сети обусловленных передачей реактивной мощности и оценка в процентных долях этих потерь от полных потерь

    (4.6) (4.7) (4.8) Для линии Л1: Для линии Л2: Шкаф ШР11-73509 (шкаф№1) Расчет потерь для остальных линий производим аналогично, и результаты заносим в таблицу 4.4 Таблица 4.4 № СП Тип шкафа , Вт , Вт*ч , % 1 ШР11-73509 29,136 699,255 41,6 2 ШР11-73504 55,406 1329…

    Разработка системы электроснабжения и монтажа электрооборудования фрезерного участка электромеханического цеха

    1.5 Расчет потерь мощности в трансформаторе

    Потери в трансформаторе определяются по формулам Sт=; (23) Рт=0,02·Smax нн; (24) Qт=0,1·Smax нн; (25) где Рт — потери активной мощности в трансформаторе, кВт; Qт — потери реактивной мощности в трансформаторе, кВАр; Smax — максимальная полная мощность на шинах НН…

    Расчет цеховой электрической сети

    1.5 Определение потерь мощности и электроэнергии в цеховом трансформаторе и в одной из линий, питающих силовые распределительные пункты

    Потери мощности и электроэнергии в трансформаторе активные потери где — потери холостого хода трансформатора — нагрузочные потери трансформатора Sнагр — фактическая нагрузка трансформатора ; реактивные потери где — реактивная…

    Электроснабжение компрессорной станции

    7. Расчёт потерь мощности в трансформаторе

    Потери мощности в трансформаторах состоят из потерь активной и реактивной мощности. Потери активной мощности состоят из двух составляющих: потерь, идущих на нагрев обмоток трансформатора, зависящих от тока нагрузки и потерь…

    Электроснабжение механического цеха

    9. Расчёт потерь мощности в трансформаторе

    Паспортные данные трансформатора ТМ — 250 10,4: Рассчитываем потери активной мощности: (36), где…

    Электроснабжение населенного пункта

    9. Определение потерь напряжения в высоковольтной сети и трансформаторе

    Потери напряжения на участках линии высокого напряжения в вольтах определяются по формуле (16) Где Р — активная мощность участка, кВт; Q — реактивная мощность участка, квар; rо — удельное активное сопротивление провода, Ом/км (табл…

    Электроснабжение населенного пункта

    10. Определение потерь мощности и энергии в сети высокого напряжения и трансформаторе

    Правильный выбор электрооборудования, определение рациональных режимов его работы…

    Электроснабжение ремонтного цеха

    7. Расчёт потерь мощности в трансформаторе

    Потери электрической мощности в трансформаторе составляют значительную величину и должны быть доведены до возможного минимума путём правильного выбора мощности и числа трансформаторов, рационального режима их работы…

    Электроснабжение сельского населенного пункта

    11. Определение потерь напряжения в высоковольтной сети и трансформаторе

    Потери напряжения на участках линии высокого напряжения в вольтах определяются по формуле где Р — активная мощность участка, кВт; Q — реактивная мощность участка, квар; rо — удельное активное сопротивление провода, Ом/км (табл…

    Электроснабжение сельского населенного пункта

    12. Определение потерь мощности и энергии в сети высокого напряжения и трансформаторе

    Правильный выбор электрооборудования, определение рациональных режимов его работы…

    Электроснабжение сельского населённого пункта и производственного участка

    3. Расчет стоимости потерянной электроэнергии в трансформаторе и линии электропередач

    Расчет технико-экономических показателей выполняется по формуле: = где: Pmax = Smax · cos cos = 0,75 (Коганов, стр.128) Rл =R· L — сопротивление линии — время максимальных потерь Cп = 44,9 · · 10 — стоимость потерь ТП № 1 Линия — 1 Pmax = 90*0,75 = 67,5 кВт Rл = 0,57*0,035 = 0…

    [Решено] Трансформатор на холостом ходу имеет потери в сердечнике 50 Вт, требует проверки на обрыв цепи трансформатора

    :

    • Испытание на обрыв цепи используется для определения тока холостого хода, и потерь трансформатора, из-за чего определяются их параметры холостого хода.
    • Это испытание выполняется на первичной обмотке трансформатора.
    • Ваттметр , амперметр и вольтметр подключены к их первичной обмотке.
    • Номинальное номинальное напряжение подводится к их первичной обмотке с помощью источника переменного тока.

    • Вторичная обмотка , трансформатора, открыта, , и вольтметр подключен к их клеммам.
    • Этот вольтметр измеряет вторичное наведенное напряжение.
    • Поскольку вторичная обмотка трансформатора разомкнута, ток холостого хода протекает через первичную обмотку .
    • Значение тока холостого хода очень мало по сравнению с полным номинальным током.
    • Потери в меди возникают только в первичной обмотке трансформатора, поскольку вторичная обмотка разомкнута.
    • Показания ваттметра соответствуют только сердечнику и потерям в стали .
    • Потери в сердечнике трансформатора равны для всех типов нагрузок .


    Формула:

    W0 = показание ваттметра

    V1 = показания вольтметра

    I0 = показание амперметра

    cos ϕ 0 = Коэффициент мощности без нагрузки.

    ∴ Железные потери трансформатора, Pi = W0

    W0 = V1 I0 cos ϕ0

    Коэффициент мощности без нагрузки \ (= \ cos {\ phi _0} = \ frac {{{W_0}}} {{{V_1} {I_0}}} \)

    Рабочий компонент или компонент потерь в сердечнике,

    IW = I0 cos ϕ0

    Расчет:

    Дано:

    Вт0 = 50 Вт

    В1 = 230 В

    I0 = 2 А

    Вт 0 = В 1 I 0 cos ϕ 0

    50 = 230 × 2 × cos ϕ0

    cos ϕ0 = 0.108 отстающие

    Компонент потерь в сердечнике

    I Вт = 2 × 0,108 = 0,216 A

    Регулировка напряжения трансформатора

    — электротехническое руководство

    Регулировка напряжения трансформатора определяется как изменение напряжения на клеммах вторичной обмотки (В 2 ) от холостого хода до полной нагрузки при постоянном первичном напряжении и температуре. Он выражается в процентах от вторичного напряжения холостого хода.

    Математически,% Регулировка трансформатора = (E 2 — В 2 ) x 100 / E 2

    Напряжение холостого хода : Напряжение на вторичных клеммах трансформатора, когда к трансформатору не подключена нагрузка. называется напряжением холостого хода трансформатора.При отсутствии нагрузки вторичное напряжение на клеммах будет равно наведенной ЭДС во вторичной обмотке.

    Итак, напряжение холостого хода = E 2 В

    Напряжение полной нагрузки : Это вторичное напряжение на клеммах трансформатора, когда к трансформатору подключена номинальная нагрузка. Обозначим его V 2 .

    Когда трансформатор нагружен, происходит падение напряжения на первичном и вторичном импедансах трансформатора. По мере увеличения тока нагрузки это падение напряжения будет увеличиваться.Это снизит напряжение вторичной обмотки V 2 . Идеальное значение стабилизации напряжения трансформатора составляет 0%.

    Приблизительное выражение для полного падения напряжения (E 2 — V 2 ) в трансформаторе, относящемся к вторичной обмотке, дается формулой



    , где
    R 02 = эквивалентное сопротивление трансформатора относительно вторичной обмотки
    X 02 = эквивалентное сопротивление трансформатора относительно вторичной обмотки
    R 01 = эквивалентное сопротивление трансформатора относительно первичной обмотки
    X 01 = эквивалентное сопротивление трансформатора относительно первичной обмотки

    Здесь было принято, что φ 1 = φ 2 = φ.

    Положительный знак используется для запаздывающего коэффициента мощности, а отрицательный знак — для опережающего коэффициента мощности.

    Как видно из приведенных выше выражений, регулировка напряжения трансформатора не зависит только от величины тока нагрузки. Но это также зависит от типа нагрузки. Регулировка трансформатора положительна для резистивных и индуктивных нагрузок, но может быть отрицательной для емкостных нагрузок.

    Мы можем определить значения R 01 , X 01 , R 02 , X 02 трансформатора по результатам испытания на короткое замыкание и рассчитать процентное регулирование трансформатора.

    Расчет стабилизации напряжения трансформатора

    Пример : Трансформатор на 100 кВА имеет 400 витков на первичной обмотке и 80 витков на вторичной. Сопротивления первичной и вторичной обмоток составляют 0,3 Ом и 0,01 Ом соответственно, а соответствующие реактивные сопротивления утечки составляют 1,1 и 0,035 Ом соответственно. Напряжение питания 2200 В. Рассчитать:

      Эквивалентное сопротивление
    • относительно первичной обмотки и
    • — регулировка напряжения и напряжение на вторичных клеммах для полной нагрузки с коэффициентом мощности 0.8 ведущих.


    Решение: K = 80/400 = 1/5,

    R 1 = 0,3 Ом,
    R 01 = R 1 + R 2 / K 2 = 0,3 + 0,01 / (1/5) 2 = 0,55 Ом
    X 01 = X 1 + X 2 / K 2 = 1,1 + 0,035 / (1/5) 2 = 1,975 Ом
    Z 01 = 0,55 + j 1,975 = 2,05 ∠74,44 o

    Z 02 = K 2 Z 01 = (1/5) 2 (0.55 + j 1,975) = (0,022 + j 0,079)

    Вторичное напряжение холостого хода = кВ 1 = (1/5) × 2200 = 440 В,
    I 2 = 10 × 103/440 = 227,3 A

    Падение напряжения при полной нагрузке относительно вторичной обмотки
    = I 2 (R 02 cos φ — X 02 sin φ)

    = 227,3 (0,022 × 0,8 — 0,079 × 0,6) = — 6,77 В

    % рег. = — 6,77 × 100/440 = — 1,54

    Напряжение вторичной обмотки под нагрузкой = 440 — (- 6,77) = 446,77 В

    Спасибо, что прочитали о «регулировании напряжения трансформатора».

    Трансформатор | Все сообщения

    © https://yourelectricalguide.com/ формула регулирования напряжения.

    Проектирование и анализ трансформатора Сена

    с использованием метода конечных элементов и расчета потерь без нагрузки

    [1] Сен, К.К., Сен, М.Л. (2003). Представляем семейство трансформаторов «Sen»: набор трансформаторов, регулирующих поток мощности. IEEE Transactions on Power Delivery, 18 (1): 149-157. https://doi.org/10.1109/TPWRD.2002.803725

    [2] Лю Дж., Динавахи, В. (2016). Подробная магнитная эквивалентная схема на основе модели нелинейного силового трансформатора в реальном времени на ПЛИС для исследования электромагнитных переходных процессов. IEEE Transactions по промышленной электронике, 63 (2): 1191-1202. https://doi.org/10.1109/TIE.2015.2477487

    [3] Энокизоно, М., Сода, Н. (1997). Конечно-элементный анализ сердечника модели трансформатора с измеренным тензором магнитного сопротивления. IEEE Transactions on Magnetics, 33 (5): 4110-4112. https://doi.org/10.1109/20.619679

    [4] Остренко, М., Андриенко, Б. (2017). Расчет импульсных скачков трансформатора с помощью МКЭ, подключенного к цепи. IEEE Transactions on Magnetics, 53 (6): 1-4. https://doi.org/10.1109/TMAG.2017.2661402

    [5] Fonseca, W.S., Lima, D.S., Nunes, M.V.A., Soeiro, N..S., Lima, A.K.F. (2016). Анализ электромагнитных напряжений и структурной целостности обмотки трансформатора в условиях пусковых токов. 2016 12-я Международная конференция IEEE по промышленным приложениям (INDUSCON), Куритиба, Бразилия, стр. 1-8.https://doi.org/10.1109/INDUSCON.2016.7874578

    [6] Oliveira, J.C., Tavares, C.E., Apolonio, R., Vasconcellos, A.B., Bronzeado, H.S. (2006). Коммутация, управляемая трансформатором, для устранения пускового тока — часть I: Теоретическая и лабораторная проверка. 2006 Конференция и выставка IEEE / PES по передаче и распространению: Латинская Америка, Каракас, Венесуэла, стр. 1-5. https://doi.org/10.1109/TDCLA.2006.311523

    [7] Фукс, Э.Ф., Лин, Д.С., Мартинайтис, Дж. (2006). Измерение снижения мощности трехфазного трансформатора и требуемой реактивной мощности в условиях нелинейной нагрузки.IEEE Transactions on Power Delivery, 21 (2): 665-672. https://doi.org/10.1109/TPWRD.2005.858744

    [8] Ю. Ч., Басак А. (1993). Оптимальная конструкция сердечников трансформатора за счет анализа магнитного потока и потерь в стали с помощью нового программного обеспечения. IEEE Transactions on Magnetics, 29 (2): 1446-1449. https://doi.org/10.1109/20.250675

    [9] Штадлер А., Альбах М. (2006). Влияние схемы обмотки на потери в сердечнике и индуктивность рассеяния в высокочастотных трансформаторах. IEEE Transactions on Magnetics, 42 (4): 735-738.https://doi.org/10.1109/TMAG.2006.871383

    [10] Лин, Д.С., Фукс, Э.Ф. (2006). Мониторинг в реальном времени потерь в стальном сердечнике и меди трансформаторов при (не) синусоидальном режиме. IEEE Transactions on Power Delivery, 21 (3): 1333-1341. https://doi.org/10.1109/TPWRD.2006.874118

    [11] Эрнандес, К., Арйона, М.А. (2007). Проектирование распределительных трансформаторов на основе системы знаний и 2D конечных элементов. Конечные элементы в анализе и дизайне, 43 (8): 659-665. https: // doi.org / 10.1016 / j.finel.2007.01.004

    [12] Яздани-Асрами, М., Мирзайе, М., Акмал, A.A.S. (2013). Расчет потерь холостого хода распределительных трансформаторов, питаемых несинусоидальным напряжением, с использованием трехмерного анализа методом конечных элементов. Энергия, 50: 205-219. https://doi.org/10.1016/j.energy.2012.09.050

    Трансформатор

    на холостом ходу — Учебники по электронике

    Трансформатор

    на холостом ходу

    Когда первичная обмотка трансформатора подключена к источнику переменного тока, а вторичная обмотка разомкнута, трансформатор считается ненагруженным i.е. Трансформатор на холостом ходу (нет нагрузки на вторичной обмотке).

    Рассмотрим идеальный трансформатор, вторичная сторона которого открыта, а первичная обмотка подключена к синусоидальному переменному напряжению V 1 . Переменное напряжение, приложенное к первичной обмотке, вызовет протекание переменного тока в первичной обмотке. Поскольку первичная обмотка является чисто индуктивной и нет выхода (вторичная обмотка разомкнута), первичная обмотка потребляет только ток намагничивания I m .

    Этот ток предназначен только для намагничивания сердечника.Если трансформатор действительно идеален, величина I m должна быть равна нулю в силу предположения (iv), сделанного для идеального трансформатора. Поскольку сопротивление магнитной цепи никогда не равно нулю, I m имеет определенную величину. Ток намагничивания I m мал по величине и отстает от напряжения питания V 1 на 90 ″. Этот ток намагничивания I m создает переменный поток, который всегда пропорционален току (при условии постоянной магнитной проницаемости) и, следовательно, находится в фазе с ним.

    Деривация

    Пусть мгновенный связывающий поток задан как

    … .. (1)

    Переменный поток связан с обеими обмотками

    (первичной и вторичной, и таким образом индуцирует ЭДС в первичной и вторичной обмотках). Мгновенные значения наведенных ЭДС в первичной и вторичной обмотках будут

    …… (2)

    Аналогично, …… (3)

    Поскольку первичная обмотка не имеет омического сопротивления, (как предполагается) , следовательно, приложенное напряжение к первичной обмотке должно только противодействовать наведенной ЭДС в первичной обмотке, следовательно, мгновенное приложенное напряжение к первичной обмотке будет равно

    …… (4)

    Сравнение формул.(1), (2), (3) и (4) заключаем, что для трансформатора без нагрузки

    1. Индуцированные ЭДС в первичной и вторичной обмотках, E 1 и E 2 отстают от основного потока, поэтому эти ЭДС (E 1 и E 2 ) находятся в фазе друг с другом, как показано на рис. 2 в векторном виде.
    2. Приложенное к первичной обмотке напряжение ведет к основному потоку и находится в противофазе по отношению к наведенной ЭДС в первичной обмотке, как показано на рис. 2 в векторном виде.
    3. Напряжение вторичной обмотки В 2 = E 2 , поскольку во вторичной обмотке нет падения напряжения.Мгновенное значение приложенного напряжения, наведенной ЭДС, магнитного потока и тока намагничивания в случае идеального трансформатора проиллюстрировано синусоидальными волнами на рисунке 3.

    Однако, когда переменный поток создается в магнитном материале, возникает будет потеря мощности, называемая потерями в железе или сердечнике. Таким образом, входной ток в первичной обмотке в условиях холостого хода должен также обеспечивать гистерезис и потери на вихревые токи (потери в стали), возникающие в сердечнике, в дополнение к небольшим потерям в меди, возникающим в первичной обмотке (во вторичной обмотке потери в меди отсутствуют. обмотка в разомкнутой цепи или без нагрузки).Следовательно, первичный ток холостого хода I 0 не отстает от приложенного напряжения V 1 на 90 0 , но отстает от V 1 на угол

    Входная мощность без нагрузки, где — первичная мощность коэффициент без нагрузки.

    Как видно из векторной диаграммы на рисунке 4, входной ток первичной обмотки I 0 , называемый током возбуждения, имеет две составляющие (i) синфазную, активную или энергетическую, I e используется для соответствия потери в железе в дополнение к небольшому количеству потерь в меди, возникающих в первичной обмотке, и (ii) квадратурный компонент или компоненты решеток, называемые намагничивающими компонентами, I m , используемые для создания переменного потока в сердечнике.

    Таким образом,

    И

    И

    Угол запаздывания.

    Эквивалентная схема трансформатора на холостом ходу проиллюстрирована на рисунке 5, где две составляющие тока холостого хода: I e и I m представлены токами, потребляемыми неиндуктивным сопротивлением. R 0 и чисто индуктивное реактивное сопротивление X 0 соответственно. Оба эти тока потребляются при наведенной ЭДС E 1 = V 1 для безопорной первичной обмотки без утечки; даже в противном случае E 1 = V 1 .

    Стоит отметить следующие моменты:

    1. Первичный ток холостого хода I 0 , называемый током возбуждения, очень мал по сравнению с первичным током полной нагрузки. Он составляет от 2 до 5 процентов первичного тока полной нагрузки.
    2. Возбуждающий ток или ток холостого хода I 0 состоит из относительно большой квадратурной или намагничивающей составляющей I m и сравнительно небольшой синфазной или энергетической составляющей I e , поэтому коэффициент мощности трансформатор на холостом ходу очень маленький (обычно колеблется в пределах 0.1 и отставание 0,2). Фазовый угол между I 0 и V 1 составляет примерно от 78 0 до 87 0 .
    3. Потери в первичной меди без нагрузки, т. Е. I 0 2 R 1 очень малы, и ими можно пренебречь. Таким образом, первичная входная мощность без нагрузки практически равна потерям в стали в сердечнике трансформатора.
    4. Фазовый угол также известен как угол опережения гистерезиса, поскольку именно потери в сердечнике ответственны за сдвиг вектора тока.
    5. Поскольку проницаемость материала сердечника изменяется в зависимости от мгновенного значения тока возбуждения, форма волны тока возбуждения или намагничивания не является истинно синусоидальной. Таким образом, он не должен быть представлен вектором, потому что только синусоидально изменяющиеся величины представлены вращающимися векторами. Но на практике заметной разницы нет.

    Числовая задача

    Пример 1. Напряжение v = 200 sin 314t приложено к обмотке трансформатора при испытании без нагрузки.Результирующий ток оказывается равным i = 3 sin (314t — 60 0 ). Определите сердечник и параметр примерной схемы замещения без нагрузки.

    Решение:

    Ток холостого хода,

    Потери в сердечнике = Вход без нагрузки

    Энергетическая составляющая тока холостого хода,

    Намагничивающая составляющая без- ток нагрузки,

    Сопротивление холостого хода,

    Реактивное сопротивление холостого хода,

    Пример 2: Трансформатор 50 Гц принимает входную мощность 75 Вт при 1.5А и 120В. Если сопротивление первичной обмотки составляет 0,4 Ом, найдите коэффициент мощности без нагрузки.

    Решение:

    Потребляемая мощность холостого хода к трансформатору,

    Первичный ток холостого хода,

    Первичное напряжение,

    Сопротивление первичной обмотки,

    Потери меди в первичной обмотке,

    Потери в стали без нагрузки,

    Коэффициент мощности без нагрузки,

    Пример 3: Однофазный трансформатор 100 кВА, 2400/240 В, 50 Гц имеет ток возбуждения, равный 0.64 А и потери в сердечнике 700 Вт, когда на его высоковольтную сторону подается напряжение с номинальным напряжением и частотой. Рассчитаны составляющие тока холостого хода и параметры ветви холостого хода.

    Решение:

    Первичное напряжение,

    Ток возбуждения или холостого хода,

    Потери в железе = 700 Вт

    Ток потерь в железе,

    Намагничивающая составляющая тока холостого хода,

    Параметры ветви без нагрузки,

    Пример 4: Ток холостого хода трансформатора равен 4.0 А при 0,25 пФ при питании от сети 250 В, 50 Гц. Количество витков первичной обмотки равно 200. Рассчитайте (i) магнитный поток в сердечнике (ii) потери в сердечнике и (iii) ток намагничивания.

    Решение:

    Ответ для (i)

    Максимальное значение потока в сердечнике,

    Ответ для (ii)

    Потери в сердечнике = Вход без нагрузки

    Ответ на (iii)

    Ток намагничивания,

    Без нагрузки Трансформатор и его векторная диаграмма

    В однофазном трансформаторе есть первичная обмотка и вторичная обмотка.Обмотка, к которой подключен источник переменного напряжения, называется первичной обмоткой, а обмотка, к которой подключена нагрузка, называется вторичной обмоткой. Тогда чем отличается трансформатор без нагрузки?

    Если нет нагрузки , подключенной к вторичной обмотке, тогда он называется трансформатором холостого хода. В этом посте мы обсудим трансформатор без нагрузки с его векторной диаграммой.

    В трансформаторе без нагрузки вторичная обмотка разомкнута. Следовательно, во вторичной цепи не будет протекать ток.

    Трансформатор без нагрузки

    В первичной обмотке протекает небольшой ток, известный как ток холостого хода и обозначается как «I o ». Этот ток холостого хода I o имеет две составляющие: намагничивающую составляющую (I µ ), и рабочую составляющую (I w ).

    Намагничивающий компонент (I µ ) :

    Этот компонент известен как намагничивающий компонент, потому что он фактически используется для намагничивания сердечника трансформатора.Можно также сказать, что I µ используется для создания магнитного потока (ɸ M ) в сердечнике. Теперь, когда поток ɸ M создается с помощью I µ , , поэтому они оба будут синфазны, как показано на векторной диаграмме ниже.

    Этот ток I µ также называется реактивной или безваттной составляющей тока холостого хода , поскольку этот компонент не потребляет активную мощность. Не несет ответственности за любые потери в цепи .

    Рабочий компонент (I W ):

    Этот ток I W равен в основном отвечает за потери в трансформаторе. В основном это отвечает за гистерезис и потери на вихревые токи , но это также несет ответственность за незначительные потери I 2 R .

    Примечание: — I 2 R потери происходят из-за сопротивлений обмоток, следовательно, они незначительны в Состояние холостого хода.

    Поскольку мы знаем, что этот компонент отвечает за потери в трансформаторе, и он фактически выполняет некоторую работу в трансформаторе, поэтому он называется рабочий компонент или активный компонент или Вт компонент тока холостого хода.

    I Вт есть синфазно с приложенным напряжением V 1 .

    Примечание: — Ток холостого хода I или невелик, порядка 3-5 процентов от номинального тока первичной обмотки.

    Диаграмма холостого хода трансформатора

    Мы нарисуем векторную диаграмму трансформатора без нагрузки в несколько шагов, затем, объединив все шаги вместе, мы нарисуем окончательную фигуру. Этот метод будет очень легко понять, давайте начнем.

    Шаг 1

    Возьмите поток ɸ M в качестве опорного вектора, как показано на рисунке ниже.

    Шаг 2

    Уравнение ЭДС трансформатора без нагрузки:,

    \ (\ phi = {\ phi} _ {m} \ sin {\ omega t} \)

    Чтобы прочитать об уравнении ЭДС однофазного трансформатора, нажмите здесь

    Поскольку, ЭДС E 1 и E 2 индуцируются одним и тем же потоком ɸ M , поэтому они обе будут синфазны друг другу.

    Но, E 2 будет отличаться по величине от E 1 , потому что,

    Из приведенных выше уравнений мы также можем сделать вывод, что и ЭДС E 1 и E 2 отстают от потока ɸ M на угол 90 °, как показано на рисунке ниже.

    Шаг 3

    Падения напряжения на первичных обмотках в этом случае очень незначительны, поэтому ими можно пренебречь, следовательно, E 1 будет равно приложенному напряжению В 1 , и согласно закону Ленца, оно также противоположно приложенному напряжению В 1 .Мы можем нарисовать это, как показано ниже,

    Шаг 4

    Мы уже обсуждали, что I µ будет в фазе с потоком ɸ M .

    А, I Вт находится в фазе с приложенным напряжением V 1 .

    Шаг 5

    Теперь возьмите векторную сумму I µ и I W , это будет I o , как показано ниже.

    Объедините все вышеперечисленное шаги, чтобы получить фактическую векторную диаграмму.

    Приблизительный вектор Схема трансформатора без нагрузки показана ниже.

    Мы можем сделать некоторые выводы из векторной диаграммы,

    Поскольку угол равен ɸ 0 , то коэффициент мощности будет cosɸ 0 .

    Кроме того, потери в сердечнике = V 1 I 0 cosɸ 0 = V 1 I w W

    Намагничивающие (реактивные) вольтамперы = В 1 I 0 sinɸ 0 = В 1 I µ VAr

    Мы обсудили все о трансформаторе холостого хода, мы обсудим потери, вызванные рабочим компонентом тока холостого хода, позже в этой серии однофазных трансформаторов.

    Вы также можете посмотреть видео холостого трансформатора с его векторной диаграммой ниже.

    Подробнее здесь,

    ТРАНСФОРМАТОР И ЕГО ПРИНЦИП РАБОТЫ

    УРАВНЕНИЕ ЭДС ОДНОФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА

    ИДЕАЛЬНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР И ЕГО ФАЗОРНАЯ ДИАГРАММА

    ОТНОШЕНИЕ ОБОРОТОВ AMPERE

    Инструмент расчета потерь трансформатора

    Инструмент расчета потерь трансформатора DNV рассчитывает потери для различных типов трансформаторов с учетом выбросов CO2.

    Важно иметь представление об энергоэффективности трансформатора в течение срока его службы. Инструмент расчета потерь трансформатора DNV рассчитывает потери для различных типов трансформаторов с учетом выбросов CO2. Это дает вам информацию о наиболее энергоэффективном трансформаторе в течение всего срока службы. Оценка наиболее экономичного трансформатора будет производиться по капитализированной стоимости, сроку окупаемости и внутренней норме прибыли. Таким образом, этот инструмент дает вам дополнительную информацию об оценке холостого хода и потерь нагрузки (коэффициенты A и B), если они не известны заранее.

    Наш инструмент предоставляет информацию о потерях в трансформаторе при наличии гармоник в нагрузке. Результаты (в виде сводной таблицы и графиков, см. Пример здесь) предоставляют обзор потерь энергии и капитализированных затрат для выбранного трансформатора (-ов). Они хранятся в docx-файле, который можно открыть, например, программой Microsoft Office Word.

    Наш инструмент доступен для загрузки, предоставляя вам актуальную информацию о потерях в трансформаторе при наличии гармоник в нагрузке.Обратите внимание, что это исполняемая программа, которую можно использовать только на компьютерах с Windows.

    Инструмент, включающий собственный графический интерфейс пользователя (GUI), построен на Python. В самом инструменте вы можете выбрать версию на английском, китайском, испанском или португальском языках. Ссылка для загрузки инструмента будет отправлена ​​вам по электронной почте. ZIP-файл с инструментом потери трансформатора составляет прибл. 60 МБ.

    Если у Вас возникнут вопросы, свяжитесь с нами. Мы более чем рады помочь вам. Наши FAQ и Руководство пользователя также могут ответить на любые ваши вопросы.


    Transformer Loss Tool — скриншот страницы расчета

    Заявление об отказе от ответственности
    Значения, рассчитанные этим инструментом, могут использоваться только для информации. DNV и ICA не несут ответственности за любой прямой, косвенный косвенный или случайный ущерб, который может возникнуть в результате использования информации данных или невозможности использования информации или данных.

    [PDF] Глава 21 — Скачать PDF бесплатно

    Скачать главу 21…

    ГЛАВА 21 ТРАНСФОРМАТОРЫ Упражнение 118, стр. 342

    1. Трансформатор имеет 600 витков первичной обмотки, подключенных к источнику питания 1,5 кВ. Определите количество витков вторичной обмотки для выходного напряжения 240 В без потерь.

    Для трансформатора

    N1 V1  N 2 V2

    V   240, из которых вторичные витки, N 2  N1  2   (600)   = 96 витков  1500   V1 

    2. Идеальный трансформатор с соотношением витков 2: 9 питается от сети 220 В. Определите его выходное напряжение.

    N1 2  N2 9

    и V1  220 В

    N1 V1  N 2 V2

    N  9 откуда выходное напряжение, V2  V1  2    220    = 990 V 2  N1 

    3. Трансформатор имеет 800 первичных витков и 2000 вторичных витков. Если первичное напряжение составляет 160 В, определите вторичное напряжение, исходя из идеального трансформатора.

    N1 800 N 2 2000 N1 V1  N 2 V2

    и V1  160 В

    N   2000  откуда выходное напряжение, V2  V1  2   160    = 400 ВН 800    1

    4.Идеальный трансформатор с соотношением витков 3: 8 имеет выходное напряжение 640 В. Определите его входное напряжение.

    © Джон Берд Опубликовано Тейлор и Фрэнсис

    266

    N1 3  и V2  640 В N2 8 N1 V1 N 2 V2

    N   3 откуда входное напряжение, V1  V2  1    640    = 240 В 8  N2 

    5. Идеальный трансформатор имеет коэффициент трансформации 12: 1 и питается 192 В. Рассчитайте вторичное напряжение.

    N1 12  N2 1

    и V1  192 В

    N1 V1  N 2 V2

    N  1 откуда выходное напряжение, V2  V1  2   192    = 16 V  12   N1 

    6.Первичная обмотка трансформатора, подключенная к источнику питания 415 В, имеет 750 витков. Определите, сколько витков необходимо намотать на вторичной стороне, если требуется выход 1,66 кВ.

    N1 V1  N 2 V2

    V   1660  из которых, вторичные витки, N2  N1  2    750    = 3000 витков  415   V1 

    7. Идеальный трансформатор имеет соотношение витков 15: 1 и питается 180 В при токе первичной обмотки 4 А. Рассчитайте вторичное напряжение и ток.

    N1 12 , V1  220 В и I1  4 A N2 1 N1 V1  N 2 V2

    N  1 откуда выходное напряжение, V2  V1  2   180    = 12 В  15   N1 

    N1 I 2  N 2 I1

    N   15 из которых, вторичный ток, I2  I1  1    4    = 60 A 1  N2 

    8.Понижающий трансформатор с соотношением витков 20: 1 имеет первичное напряжение 4 кВ и нагрузку 10 кВт. Пренебрегая потерями, рассчитайте величину вторичного тока. © Джон Берд Опубликовано Тейлор и Фрэнсис

    267

    N1 20  N2 1

    и V1  4000 В

    N1 V1  N 2 V2

    N   1  откуда выходное напряжение, В2  V1  2    4000    = 200 В  20   N1 

    Вторичная мощность = V2 I 2 = 10000

    т.е.

    200 I 2 = 10000

    вторичный ток, I 2 

    из которого ,

    10000 = 50 А 200

    9.Трансформатор имеет соотношение витков первичной и вторичной обмоток 1:15. Рассчитайте первичное напряжение, необходимое для питания нагрузки 240 В. Если ток нагрузки составляет 3 А, определите первичный ток. Пренебрегайте потерями.

    N1 V1 I 2   N 2 V2 I1

    If

    V 1  1 15 240

    If

    1 3  15 I1

    т.е.

    V 1 3  1  15 240 I1

     1 затем первичное напряжение, V1  240  = 16 В  15   15 , затем первичный ток, I1  3   = 45 A 1

    10.Однофазный трансформатор мощностью 10 кВА имеет коэффициент трансформации 12: 1 и питается от сети 2,4 кВ. Пренебрегая потерями, определите (а) вторичный ток полной нагрузки, (б) минимальное значение сопротивления нагрузки, которое может быть подключено через вторичную обмотку без превышения номинального значения кВА, и (в) первичный ток.

    10000 = V1 I1  V2 I2,

    (а)

    N1 V1  N 2 V2

    N1 12  и V1  2400 В N2 1

    N  1 откуда выходное напряжение, В2  V1  2    2400    = 200 В  12   N1 

    10000 ВА = V2 I 2 = 200 I 2

    от которого, вторичный ток, I 2 

    10000 = 50 A 200

    © John Bird Опубликовано Тейлором и Фрэнсисом

    268

    (b) Сопротивление нагрузки, RL

    (c)

    V2 200  = 4 I2 50

    N  1, из которых первичный ток, I1  I2  2    50    = 4.17 A  12   N1 

    N1 I 2  N 2 I1

    11. Сопротивление 20 Ом подключено к вторичной обмотке однофазного силового трансформатора, вторичное напряжение которого составляет 150 В. Вычислите первичное напряжение и коэффициент трансформации при токе питания 5 А без учета потерь.

    Вторичный ток, I 2 

    N1 V1  N 2 V2

    V2 150  = 7,5 A, I1  5A и R 2 20

    V2 = 150 В

    N  I   7,5  от который, первичное напряжение, V1  V2  1   V2  2   150    = 225 В  5   N2   I1 

    Коэффициент витков,

    3 N1 I 2 7.5  = 1,5 или 2 N 2 I1 5

    или 3: 2

    © John Bird Опубликовано Тейлором и Фрэнсисом

    269

    Упражнение 119, стр. 344

    1. A 500 В / 100 В, одиночный- фазный трансформатор принимает первичный ток полной нагрузки 4 А. Пренебрегая потерями, определите (а) вторичный ток полной нагрузки и (б) номинальные параметры трансформатора.

    (a)

    V  V1 I 2  500   из которых, вторичный ток полной нагрузки, I2  I1  1   (4)   = 20 A V2 I1  100  V2 

    (b) Мощность трансформатора = V1 I1 500 4 = 2000 ВА = 2 кВА или мощность трансформатора = V2 I2  100 20 = 2000 ВА = 2 кВА

    2.Однофазный трансформатор 3300 В / 440 В потребляет ток холостого хода 0,8 А, а потери в стали равны 500 Вт. Нарисуйте векторную диаграмму холостого хода и определите значения компонентов намагничивания и потерь в сердечнике холостого хода. ток нагрузки.

    V1  3300 В, V2  440 В и

    IO  0.8A

    Потери в сердечнике или в железе = 500 = V1 IO cos O, из которых

    cos O 

    , т.е.

    500 = 0,1894  3300 0,8

    500 =  3300  0,8 cos O и

    O  cos 1 0.1894  79.08

    Векторная диаграмма холостого хода показана ниже.

    Компонент намагничивания, IM  IO sin O  0,8sin 79,08 = 0,786 A Компонент потерь в сердечнике, IC  IO cos O  0,8 (0,1894) = 0,152 A © John Bird Опубликовано Taylor and Francis

    270

    3. Трансформатор потребляет ток 1 А, когда его первичная обмотка подключена к источнику питания 300 В, 50 Гц, а вторичная обмотка разомкнута. Если потребляемая мощность составляет 120 Вт, рассчитайте (а) ток потерь в стали, (б) коэффициент мощности без нагрузки и (в) ток намагничивания.

    IO 1A и V1  300 V (a) Потребляемая мощность = общие потери в сердечнике = 120 = V1 IO cos O ie и

    120 = (300) IO cos O ток потерь в железе, IC  IO cos O =

    (b) Коэффициент мощности на холостом ходу, cos O 

    120 = 0,40 A 300

    IC 0,4  = 0,40 IO 1

    (c) По Пифагору, IO 2  IC 2  IM 2 от который, ток намагничивания, IM  IO 2  IC2  12  0,402 = 0,917 A

    © Джон Берд Опубликовано Тейлор и Фрэнсис

    271

    Упражнение 120, стр. 346

    1.Однофазный трансформатор 60 кВА, 1600 В / 100 В, 50 Гц имеет 50 вторичных обмоток. Вычислите (а) первичный и вторичный ток, (б) количество витков первичной обмотки и (в) максимальное значение магнитного потока.

    V1  1600 В, V2  100 В, f = 50 Гц, N 2  50 витков (a) Номинальные параметры трансформатора = V1 I1  V2 I2  60000 ВА, следовательно, и

    (b)

    V1 N1  V2 N 2

    первичный ток, I1 

    60000 60000  = 37,5 A V1 1600

    вторичный ток, I 2 

    60000 60000  = 600 A V2 100

    V   1600  из которых первичные витки , N1   1  N 2     50  = 800 витков  100   V2 

    (в) E2  4.44f M N2, из которого максимальный поток M 

    E2 100 = 9,0 мВт 4,44f N 2 4,44  50  50 

    2. Однофазный трансформатор с частотой 50 Гц имеет 40 витков первичной обмотки и 520 витков первичной обмотки. вторичные витки. Площадь сечения жилы 270 см2. Когда первичная обмотка подключена к источнику питания 300 В, определите (а) максимальное значение плотности потока в сердечнике и (б) напряжение, индуцированное во вторичной обмотке (а) Из уравнения (4), э.д.с. E1 = 4,44 ф · м · N1 вольт, т.е.

    300 = 4,44 (50) · м (40)

    , откуда максимальная плотность потока, m =

    300 Вт = 0.033784 Wb (4,44) (50) (40)

    Однако m = Bm  A, где Bm = максимальная плотность потока в активной зоне, а A = площадь поперечного сечения активной зоны © John Bird Опубликовано Taylor and Francis

    272

    (см. Главу 7) Bm  270  10

    -4

    Следовательно,

    = 0,033784

    , откуда максимальная плотность потока Bm =

    (b)

    0,033784 = 1,25 T 270  10 4

    N  V1 N = 1, откуда V2 = V1  2  V2 N2  N1   520  т.е. напряжение, индуцированное во вторичной обмотке, V2 = (300)   = 3900 В или 3.90 кВ  40 

    3. Однофазный трансформатор 800 В / 100 В, 50 Гц имеет максимальную магнитную индукцию в сердечнике 1,294 Тл и эффективную площадь поперечного сечения 60 см 2. Рассчитайте количество витков на первичной и вторичной обмотках.

    Так как B 

     A

    , то  M  BM  A  1,294   60 104  = 7,764 мВт.

    E1  4,44f  M N1

    , из которых первичные витки, N1 

    E1 800  4,44 f  M 4,44  50   7,764 10 3 

    = 464 витка

    E2  4.44f M N2, от которого вторичные витки, N 2 

    E2 100  4,44 f  M 4,44  50   7,764 103 

    = 58 витков

    4. A 3,3 кВ / 110 В, 50 Гц, однофазный трансформатор должен иметь приблизительную ЭДС на оборот 22 В и работать с максимальным магнитным потоком 1,25 Тл. Рассчитайте (а) количество витков первичной и вторичной обмоток и (б) площадь поперечного сечения сердечника

    E1 E = 2 = 22 N1 N2 E 3300 Следовательно, первичные витки, N1 = 1 = = 150 22 22

    (a) ЭДС за оборот =

    и второстепенные витки, N2 =

    E 2110 = = 5 22 22

    © John Bird Опубликовано Тейлор и Фрэнсис

    273

    (b) E.м.ф. E1 = 4,44 f m N1, откуда m =

    3300 E1 = = 0,0991 Wb 4,44f N 1 (4,44) (50) (150)

    Теперь поток, m = Bm  A, где A — площадь поперечного сечения активной зоны, следовательно, площадь, A =

    0,0991 m = = 0,07928 м 2 или 792,8 см 2 1,25 Bm

    © John Bird Опубликовано Тейлор и Фрэнсис

    274

    Упражнение 121, стр. 347

    1. Однофазный трансформатор имеет 2400 витков на первичной обмотке и 600 витков на вторичной. Его ток холостого хода составляет 4 А при коэффициенте мощности 0.25 отстающих. Предполагая, что падением напряжения на обмотках можно пренебречь, рассчитайте первичный ток и коэффициент мощности, когда вторичный ток равен 80 А при коэффициенте мощности 0,8 с запаздыванием.

    Пусть I1 ‘будет составляющей первичного тока, обеспечивающей восстанавливающую м.м.д.

    I1 ‘N1  I2 N 2

    Тогда

    , т.е.

    I1′ (2400)  (80) (600), из которых

    I1 ‘

    80  600  2400

    = 20 A

    Если коэффициент мощности вторичной обмотки равен 0.8, тогда cos 2  0,8, из которых

    2  cos 1 0,8  36,87

    Если коэффициент мощности без нагрузки равен 0,25, то cos O  0,25, из которого

    O  cos 1 0,25  75,52

    На векторной диаграмме, показанной ниже, I 2 = 80 A под углом 2  36,87 к V2 и I1 ‘ 20 A и показано противофазно относительно I 2

    © John Bird Опубликовано Тейлором и Фрэнсисом

    275

    Ток холостого хода, IO = 4 A, показан под углом O  75,52 к V1. Ток I1 представляет собой сумму векторов I1 ‘и IO и вычисляется следующим образом: Общая горизонтальная составляющая, I1 cos 1  IO cos O  I1 ‘cos 2 = (4) (0.25) + (20) (0.8) = 1 + 16 = 17 A Общая вертикальная составляющая, I1 sin 1  IO sin O  I1 ‘sin 2 = (4) (sin 75.52) + (20) (sin 36,87) = 15,87 A Следовательно, величина I1 = 172  15,872 = 23,26 A и

     15,87  1  15,87  tan 1    и 1  tan    43,03  17   17. 

    Следовательно, коэффициент мощности = cos O = cos 43,03 = 0,73

    © John Bird Опубликовано Taylor and Francis

    276

    Упражнение 122, стр. 350

    1. Трансформатор имеет 1200 первичных витков и 200 вторичных. повороты.Сопротивления первичной и вторичной обмоток составляют 0,2 Ом и 0,02 Ом соответственно, а соответствующие реактивные сопротивления утечки составляют 1,2 Ом и 0,05 Ом соответственно. Рассчитайте (а) эквивалентное сопротивление, реактивное сопротивление и импеданс, относящиеся к первичной обмотке, и (б) фазовый угол полного сопротивления.

    2

    V   1200  (a) Эквивалентное сопротивление, R e  R1  R 2  1   0,2  0,02   = 0,92  200   V2  2

    2

    V   1200  Эквивалентное реактивное сопротивление, X e  X1  X 2  1   1.2  0,05   = 3,0  200   V2  2

    Эквивалентное сопротивление, Ze  R e 2  Xe 2  0,922  3,02 = 3,138 или 3,14  (б) cos e 

    Re 0,92  Ze 3,138

     0,92  и фазовый угол импеданса, e  cos 1   = 72,95  3,138

    © Джон Берд Опубликовано Тейлор и Фрэнсис

    277

    Упражнение 123, стр. 350

    1 • Однофазный трансформатор мощностью 6 кВА, 100 В / 500 В имеет вторичное напряжение на клеммах 487,5 В. Определите регулировку трансформатора.

    Регулировка =

    =

    Вторичное напряжение холостого хода  конечное напряжение при нагрузке  100% вторичное напряжение холостого хода

    500  487,5 12,5 100%  100% = 2,5% 500 500

    2. Трансформатор имеет напряжение холостого хода 110 вольт. Устройство переключения ответвлений срабатывает, когда регулирование падает ниже 3%. Рассчитайте напряжение нагрузки, при котором работает устройство РПН.

    Регулировка =

    Отсюда

    , из которых

    и

    3 =

    вторичное напряжение без нагрузки  конечное напряжение на нагрузке  100% вторичное напряжение без нагрузки

    110 V2 100 % 110

    3 (110)  110  V2 100 V2  110 

    3 (110) = 106.7 В = напряжение, при котором работает устройство РПН. 100

    © Джон Берд Опубликовано Тейлор и Фрэнсис

    278

    Упражнение 124, стр. 352

    1. Однофазный трансформатор имеет соотношение напряжений 6: 1 и выс. на обмотку подается напряжение 540 В. Вторичная обмотка обеспечивает ток полной нагрузки 30 А при отстающем коэффициенте мощности 0,8. Пренебрегая потерями, найдите (а) номинал трансформатора, (б) мощность, подаваемую на нагрузку, (в) первичный ток.

    V1 6  и V1 540 V V2 1

    следовательно,

    V2 

    540 = 90 В и I 2 = 30 A 6

    (a) Номинал трансформатора = V2 I2  90  30 = 2700 VA или 2.7 кВА (б) Мощность, подаваемая на нагрузку = VI cos  = (2700) (0,8), поскольку коэффициент мощности = cos  = 0,8 = 2,16 кВт (в)

    V1 I 2  V2 I1

    V  1 из которых первичный ток I1  I2  2    30    = 5 A 6  V1 

    2. Однофазный трансформатор рассчитан на 40 кВА. Трансформатор имеет потери в меди при полной нагрузке 800 Вт и потери в стали 500 Вт. Определите КПД трансформатора при полной нагрузке и коэффициенте мощности 0,8.

    КПД =

    выходная мощность входная мощность  потери потери   1 входная мощность входная мощность входная мощность

    выходная мощность при полной нагрузке = V I cos  = (40) (0.8) = 32 кВт Общие потери = 800 + 500 = 1,3 кВт Входная мощность = выходная мощность + потери = 32 + 1,3 = 33,3 кВт Следовательно, КПД,  1 

    1,3 = 0,961 или 96,10% 33,3

    3. Определить КПД трансформатора в задаче 2 при половинной полной нагрузке и коэффициенте мощности 0,8.

    © Джон Берд Опубликовано Тейлор и Фрэнсис

    279

    Выходная мощность при половинной полной нагрузке =

    1  40  0,8  = 16 кВт 2

    Потери в меди (или потери I2 R) пропорциональны квадрату тока 2

    1 Следовательно, потери в меди при половинной полной нагрузке =    800  = 200 Вт 2

    Потери в железе == 500 Вт (постоянная) Полная потеря = 200 + 500 = 700 Вт или 0.7 кВт Входная мощность при половинной полной нагрузке = выходная мощность при половинной полной нагрузке + потери = 16 + 0,7 = 16,7 кВт Следовательно, КПД,  1 

    потерь 0,7  1 = 0,9581 или 95,81% входной мощности 16,7

    4 • Однофазный трансформатор мощностью 100 кВА, 2000 В / 400 В, 50 Гц имеет потери в стали 600 Вт и потери в меди при полной нагрузке 1600 Вт. Рассчитайте его КПД для нагрузки 60 кВт при коэффициенте мощности 0,8.

    КПД =

    выходная мощность входная мощность  потери потери   1 входная мощность входная мощность входная мощность

    выходная мощность при полной нагрузке = V I cos  = (100) (0.8) = 80 кВт Мощность нагрузки = 60 кВт Следовательно, трансформатор находится на

    60 3  при полной нагрузке 80 4 2

    3 Следовательно, потери в меди при нагрузке 3/4 =   1600  = 900 Вт 4 

    Общие потери = 900 + 600 = 1,5 кВт Входная мощность = выходная мощность + потери = 60 + 1,5 = 61,5 кВт Следовательно, КПД,  1 

    1,5 = 0,9756 или 97,56% 61,5

    © John Bird Опубликовано Тейлор и Фрэнсис

    280

    5. Определите КПД трансформатора 15 кВА для следующих условий: (i) полная нагрузка, единичный коэффициент мощности (ii) 0.8 при полной нагрузке, единичный коэффициент мощности (iii) при половинной нагрузке, коэффициент мощности 0,8. Предположим, что потери в стали составляют 200 Вт, а потери в меди при полной нагрузке составляют 300 Вт (i) Выходная мощность при полной нагрузке = VI cos  = (15) (1) = 15 кВт Потери = 200 + 300 = 500 Вт или 0,5 кВт Потребляемая мощность мощность при полной нагрузке = выходная мощность + потери = 15 + 0,5 = 15,5 кВт Следовательно, КПД,  1 

    потерь 0,5  1 = 0,9677 или 96,77% входной мощности 15,5

    (ii) При полной нагрузке 0,8, единица коэффициент мощности, выходная мощность = 0,8 15 = 12 кВт Потери = 0.8   300   200  192  200 = 392 Вт или 0,392 кВт 2

    Входная мощность при полной нагрузке 0,8 = выходная мощность при полной нагрузке 0,8 + потери = 12 + 0,392 = 12,392 кВт Следовательно, КПД,  1 

    0,392 = 0,9684 или 96,84% 12,392

    (iii) При полной нагрузке 0,5 и коэффициенте мощности 0,8 выходная мощность = 0,5  15  0,8 = 6 кВт Потери =  0,5   300   200  75  200 = 275 Вт или 0,275 кВт 2

    Входная мощность при полной нагрузке 0,5 = выходная мощность при полной нагрузке 0,5 + потери = 6 + 0,275 = 6,275 кВт Следовательно, КПД,  1 

    0.275 = 0,9562 или 95,62% 6,275

    6. Трансформатор мощностью 300 кВА имеет сопротивление первичной обмотки 0,4 Ом и сопротивление вторичной обмотки 0,0015 Ом. Потери в стали составляют 2 кВт, а первичное и вторичное напряжения составляют 4 кВ и 200 В соответственно. Если коэффициент мощности нагрузки составляет 0,78, определите КПД трансформатора (а) при полной нагрузке и (б) при половинной нагрузке.

    © Джон Берд Опубликовано Тейлор и Фрэнсис

    281

    (a) Номинальная мощность = 300 кВА = V1 I1 = V2 I2 Следовательно, первичный ток, I1 =

    400 10 3 300 10 3 = = 75 A V1 4000

    и вторичный ток, I2 =

    300 10 3 300 10 3 = = 1500 A V2 200

    Общие потери в меди = I12 R1 + I22 R2, (где R1 = 0.4  и R2 = 0,0015 ) = (75) 2 (0,4) + (1500) 2 (0,0015) = 2250 + 3375 = 5625 Вт При полной нагрузке общие потери = потери в меди + потери в железе = 5625 + 2000 = 7625 Вт = 7,625 кВт Полная выходная мощность при полной нагрузке = V2 I2 cos 2 = (300  103) (0,78) = 234 кВт Входная мощность = выходная мощность + потери = 234 кВт + 7,625 кВт = 241,625 кВт

     потери  КПД,  = 1    100%  входная мощность  7,625   = 1    100% = 96,84%  241,625 

    (b) Поскольку потери в меди изменяются пропорционально квадрату тока, то всего 2

    1 потери в меди при половинной нагрузке = 5625    = 1406.25 Вт 2

    Следовательно, общие потери при половинной нагрузке = 1406,25 + 2000 = 3406,25 Вт или 3,40625 кВт Выходная мощность при половинной нагрузке =

    1 (234) = 117 кВт 2

    Входная мощность при половине полной нагрузки = выходная мощность мощность + потери = 117 кВт + 3,40625 кВт = 120,40625 кВт Следовательно, КПД при половинной полной нагрузке, © John Bird, опубликованный Taylor and Francis

    282

     потери   = 1    100%  входная мощность  3,40625   = 1    100% = 97,17%  120,40625 

    7. Трансформатор 250 кВА имеет потери в меди при полной нагрузке 3 кВт и потери в стали 2 кВт.Рассчитайте (а) выходную мощность в кВА, при которой КПД трансформатора максимален, и (б) максимальный КПД, предполагая, что коэффициент мощности нагрузки равен 0,80.

    (a) Пусть x будет долей кВА при полной нагрузке, при которой КПД максимален. Соответствующие общие потери в меди =  3 кВт  x 2 При максимальном КПД потери в меди = потери в железе Следовательно,

    3x 2  2

    , из которых

    x2 

    2 3

    и

    x =

    2 = 0,8165 3

    Таким образом, выходная мощность кВА при максимальном КПД = 0.8165 250 = 204,1 кВА (b) Общие потери при максимальном КПД = 2  2 = 4 кВт Выходная мощность = 204,1  0,8 = 163,3 кВт Входная мощность = выходная мощность + потери = 163,3 + 4 = 167,3 кВт Следовательно, максимальный КПД,   1 

    4 = 0,9761 или 97,61% 167,3

    © John Bird Опубликовано Тейлором и Фрэнсисом

    283

    Упражнение 125, стр. 355 1. Трансформатор с соотношением витков 8: 1 обеспечивает нагрузку сопротивлением 50 . Определите эквивалентное входное сопротивление трансформатора.

    2

    N  8 Эквивалентное входное сопротивление, R1 =  1  R L =   (50) = 3200 Ом = 3.2 кОм 1  N2  2

    2. Какое соотношение витков трансформатора требуется, чтобы нагрузка на сопротивление 30 имела сопротивление 270

    2

    N  R1   1  RL  N2 

    2

    т.е.

    N  270 =  1   30   N2  2

    , из которых

     N1  270 9    30  N2 

    N  9 3 N2

    и

    , т.е. требуемое передаточное число составляет 3: 1

    3. Определите оптимальное значение сопротивления нагрузки для максимальной передачи мощности, если нагрузка подключена к усилителю с выходным сопротивлением 147 через трансформатор. при соотношении витков 7: 2 Эквивалентное входное сопротивление R1 трансформатора должно быть 147 Ом для максимальной передачи мощности.2

    N  R1 =  1  RL, откуда RL = R1  N2 

    2

     N2  2   = 147   = 12  7  N1  2

    4. Однофазный идеальный трансформатор 240 В / 2880 В питается от источника 240 В через кабель с сопротивлением 3 Ом. Если нагрузка на вторичную обмотку составляет 720 Ом, определите (а) протекающий первичный ток и (б) мощность, рассеиваемую в сопротивлении нагрузки.

    Схема показана ниже. © Джон Берд Опубликовано Тейлор и Фрэнсис

    284

    N1 V1 240 1    N 2 V2 2880 12

    (a)

    2

    N  1 Эквивалентное входное сопротивление, R1   1  RL     720  = 5   12   N2  2

    Полное входное сопротивление, R IN  R  R1 = 3 + 5 = 8  Следовательно, первичный ток, I1 

    N1 I 2  N 2 I1

    (b)

    , откуда

    V1 240  = 30 AR IN 8

    N  1 I2  I1  1    30    = 2.5 A  12   N2 

    Мощность, рассеиваемая в нагрузке, P = I 2 2 RL   2,5   720  = 4500 Вт или 4,5 кВт 2

    5. Сопротивление нагрузки 768 должно соответствовать усилитель с эффективным выходным сопротивлением 12 Ом. Определите коэффициент трансформации трансформатора связи.

    2

    N  R1   1  RL  N2 

    и

    2

    N  отсюда 12 =  1   768   N2 

    и

    12    768  N 2  ​​

    2

    N1 12 1   N2 768 8

    Следовательно, передаточное число трансформатора связи составляет 1: 8

    6.Переменный ток. Источник 20 В и внутреннее сопротивление 20 кОм согласовывается с нагрузкой с помощью однофазного трансформатора 16: 1. Определите (а) значение сопротивления нагрузки и (б) мощность, рассеиваемую в нагрузке.

    © Джон Берд Издано Тейлором и Фрэнсисом

    285

    Схема показана ниже.

    (a) Для передачи максимальной мощности R 1 должно быть 20 кОм 2

    2

    N  N  1 R 1   1  RL, от которого сопротивление нагрузки, RL  R1  2   (20000)   = 78.13   16   N2   N1  2

    (b) Общее входное сопротивление, когда источник подключен к согласующему трансформатору, составляет R IN  R1, т.е. 20 кОм + 20 кОм = 40 кОм Первичный ток, I1  N1 I 2  N 2 I1

    В 20  = 0,5 мА 40000 40000

    из которых

    N   16  I2  I1  1    0,5 103    = 8 мА 1  N2 

    Мощность, рассеиваемая в нагрузке, P = I2 2 RL  8 103   78,13 = 5 мВт 2

    © John Bird Опубликовано Taylor and Francis

    286

    Упражнение 126 , Стр.357

    1.Однофазный автотрансформатор имеет соотношение напряжений 480 В: 300 В и обеспечивает нагрузку 30 кВА при 300 В. Предполагая идеальный трансформатор, рассчитайте ток в каждой секции обмотки. Номинальная мощность = 30 кВА = V1 I1  V2 I2 Следовательно, первичный ток, I1  и

    30 103 = 62,5 A 480

    вторичный ток, I 2 

    30 103 = 100 A 300

    Следовательно, ток в общая часть обмотки = I2  I1 = 100 — 62,5 = 37,5 A

    2. Рассчитайте экономию объема меди, используемой в автотрансформаторе, по сравнению с двухобмоточным трансформатором для (а) трансформатора 300 В: 240 В , и (б) трансформатор 400 В: 100 В.

    (a) Для трансформатора 300 В: 240 В, x =

    В2 240  = 0,80 В1 300

    Из уравнения (20.12) объем меди в автотрансформаторе = (1 — 0,80) (объем меди в трансформатор с двойной обмоткой) = (0,20) (объем меди в трансформаторе с двойной обмоткой) Следовательно, экономия составляет 80% (b) Для трансформатора 400 В: 1000 В x =

    В2 100  = 0,25 В1 400

    Из уравнения (20.12) объем меди в автотрансформаторе = (1 — 0,25) (объем меди в двухобмоточном трансформаторе) = (0.75) (объем меди в трансформаторе с двойной обмоткой) Следовательно, экономия составляет 25% и 150 вторичных витков. Если напряжение питания составляет 1,5 кВ, определите напряжение вторичной линии на холостом ходу, когда обмотки соединены (а) треугольник-звезда, (б) звезда-треугольник. (a) Для соединения треугольником VL  VP, следовательно, напряжение первичной фазы, VP1 = 1,5 кВ = 1500 В

    N   150  Напряжение вторичной фазы, VP2 = VP1  2   (1500)   = 375 V 600   N1  Для соединения звездой VL  3 VP

    3  375  = 649.5 В

    , следовательно, напряжение вторичной линии =

    (b) Для соединения звездой VL  3 VP или VP 

    Напряжение первичной фазы, VP1

    VL1 3

    VL 3

    1500 = 866,0 В 3

    Для соединения треугольником, VL  VP N1 V1  N 2 V2

    N   150 , из которых, напряжение вторичной фазы, VP2  VP1  2   (866,0)    600   N1  = 216,5 В = напряжение вторичной линии

    © John Bird Опубликовано Тейлором и Фрэнсисом

    288

    Упражнение 128, стр.

    Разное

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.