Преобразование электрической энергии в тепловую Расчет смешанной цепи с одной э.д.с. Трехфазной системы Полупроводниковые диоды и стабилитроны Компьютерное моделирование Источники электромагнитного поля

Лекции, лабораторные и примеры расчета из курсовой. Электротехника и электроника

ТРАНСФОРМАТОРЫ

НАЗНАЧЕНИЕ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования переменных напряжений и токов неизменной частоту при передаче электроэнергии от источника к потребителю.

Трансформация напряжений и токов необходима, прежде всего, для экономичной передача распределения электроэнергии. Энергия большой мощности S = U I при небольшом значении напряжения может быть передана только большом тока. Потери энергии в линии электропередачи определяются по формуле:

DPл = I2 Rп L (4.1)

где Rn - сопротивление 1 км линии передачи, Ом/км;

L - длина линии км, а потери напряжения в этой же линии:

DUл = I Rп L (4.2)

Следовательно, чем меньше ток, тем потери мощности и напряжения в линях электропередачи. Это достигается повышением линии. Чем выше напряжение, значение тока, а значит сечение проводов линии передачи. Поэтому местах производства электрической энергии - на электрических станциях напряжение повышают до 35, 11О, 220, 330, 500, 750 кВ выше, передают энергию по проводам к потребителю, где понижающих подстанциях трансформируют 3, 6, 10 кВ. Эти используют при питании мощных электродвигателей, других приемников, также трансформаторов, 380, 220 В ниже.

4.2. УСТРОЙСТВО ТРАНСФОРМАТОРА

Трансформатор состоят из сердечника (см. рис.4.1), собранного отдельных листов электротехнической стали и двух обмоток - первичной с числом витков >w1 и вторичной с числом витков w2. Обмотки обычно выполняют из медного провода круглого или прямоугольного сечения. Начала обмоток обозначают буквами А и а, концы Х и х. Обмотки различают также по значению напряжения: обмотка высшего напряжения (ВН), обмотка низшего напряжения (НH). К первичной обмотке подключается генератор, ко вторичной - приемник.

Рис.4.1. Электромагнитная схема трансформатора

Условное обозначение трансформатора приведено на рис.4.2

На табличке трансформатора указывается его номинальные величины: мощность SH, первичное U1н и вторичное U2н, напряжения, первичный I1н вторичный I2н токи, напряжение короткого замыкания UK частота f которые соответствуют номинальному тепловому режиму.

Рис.4.2. Условные обозначения трансформатора на электрических схемах

 

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ОДНОФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА

Переменное напряжение u1, подведенное к первичной обмотке трансформатора, вызывают в ней ток i1, который возбуждает сердечнике, являющемся магнитопроводом, переменный магнитный поток Ф. Часть потока замыкается вокруг обмотки по сердечнику и воздуху, образуя поле рассеяния.

Основной магнитный поток Ф наводит в обмотках э.д.с.

 (4.3)

Э.д.с. e2 имеет такое же направление по отношению к началу вторичной обмотки, как в э.д.с. e1 первичной обмотке (на рис. 4.1 начала обмоток обозначены точками).

Для гармонически изменяющегося магнитного потока

Ф = Фm sin >wt (4.4)

где Ф и Фт - мгновенное амплитудное значения потока.

С учетом выражения магнитного потока формулы (4.3) примут следующий вид:

e1 = >w1 w Фm sin (wt - p/2) = m1 sin (wt - p/2); 

e2 = >w2 w Фm sin (wt - p/2) = m2 sin (wt - p/2); (4.5)

где E m1 = >w1 w Фm; E m2 = w2 w Фm.

Действующие значения первичной и вторичной э.д.с.

 

 (4.6)

Отношение э.д.с. первичной обмотки к вторичной обмотки, равное отношению чисел витков этих обмоток, называется коэффициентом трансформации трансформатора

 (4.7)

Таким образом, для повышения напряжения генератора необходимо выполнить условие >w2 > w1. Трансформатор с таким соотношением витков называют повышающим. Если трансформатор понижающий, то для него w1 > w2.

 

ПОТЕРИ МОЩНОСТИ И КПД ТРАНСФОРМАТОРОВ

При трансформации электрической энергии в трансформаторе возникают потери мощности

DP = P1 – P2, (4.8)

где Р1 = U1 I1 cos>j1 - мощность, подводимая к трансформатору;

Р2 = U2 I2 cos >j2

Потерь мощности состоят из потерь в стальном сердечнике Рст и на нагрев обмоток Рм. Последние является переменными потерями, поскольку зависят от нагрузки, определяются:

Pм= Рм1 + Рм2 = R1 I2 R2 I2, (4.9)

где R1 и R2 активные сопротивления первичной вторичной обмоток трансформатора.

КПД трансформатора

 (4.10)

и составляет для мощных трансформаторов 98 - 99%.

РЕЖИМ ХОЛОСТОГО ХОДА ТРАНСФОРМАТОРА

Это такой режим при котором к первичной обмотке трансформатора подведено напряжение сети, а вторичная обмотка разомкнута.

Поскольку вторичная обмотка разомкнута, то ток в ней отсутствует. Ток первичной обмотки будет равен току холостого хода I1 = I0 , которые составляет 2 - 10% от номинального тока для силовых трансформаторов. Причем, чем больше мощность трансформатора, меньше тока.

Вследствие малости тока I1 можно считать, что

U1 >» E1 (4.11)

Учтивая, что в режиме холостого хода U20 = Е2 коэффициент трансформации трансформатора можно определить как

 (4.12)

Определив потери на нагрей первичной обмотки по формуле

Pм1 = I2o1 R1, (4.13)

можно найти потери в стали сердечника

Рст = Р1 – Рм1 (4.14)

При проведении опыта холостого хода к первичной обмотке подводят напряжение, которое постепенно повышают от 0 до I, I Uн1 этом снимают показания приборов, а затем строят характеристики хода, представляющие собой зависимости тока I0 мощности Р0 и коэффициента cos >j от напряжения U1 Построенные характеристики используются для определения значения тока I0 и мощности Р0 соответствующих номинальному напряжению U1H.

 

РЕЖИМ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

Различают короткое замыкание трансформатора в условиях эксплуатации и сопровождающиеся всплесками тока или разрушением обмоток трансформатора, опыт короткого замыкания, проводимый для определения параметров замыкания.

При опыте короткого замыкания вторичную обмотку трансформатора замыкают накоротко, а к первичной обмотке подводят пониженное напряжение, повышая его от нуля до некоторого значения UK , при котором токи равны номинальным токам. В этом случае снимают показания приборов и строят характеристики замыкания:

I1K = f (UK), cos >jK = f (UK), PK = f (UK). 

Где I1K ток короткого замыкания в первичной обмотке трансформатора;

Рк - мощность потерь короткого замыкания при номинальных токах в обмоткам.

Напряжение короткого замыкания UK обычно выражается в процентах от номинального напряжения первичной обмотки U1H

 (4.15)

и составляет 2 >¸ 8 % от U1H.

На рис. 4.3 приведена упрощенная схема замещения трансформатора i режиме короткого замыкания. Величины сопротивлений RK

Рис. 4.3. Схема замещения трансформатора при коротком замыкания

ХK, ZK называют параметрами короткого замыкания. Их значения определяют из опыта замыкания, При номинальных токах в обмотках измеряют ток I1K, напряжение UK и мощность РK рассчитывают

 (4.16)


Однофазные выпрямители и сглаживающие фильтры