Режим короткого замыкания и холостого хода – 25. Режимы работы и кпд трансформатора. Опыты холостого хода и короткого замыкания. Внешняя характеристика трансформатора. Режимы работы трансформатора

Содержание

Режимы холостого хода и короткого замыкания

При = ∞ ток в цепи будет равен нулю. Этот режим соответствует размыканию цепи. Режим электрической цепи, при котором = 0, называется режимом холостого хода. При режиме холостого хода .

Режим электрической цепи, при котором накоротко замкнут участок внешней цепи (=0), в связи с чем напряжение на этом участке равно 0, называется режимом короткого замыкания.

При , а

. Ток называется током короткого замыкания. Короткие замыкания в электрических цепях нежелательны, т.к. токи короткого замыкания во много раз превышают номинальные величины. Это приводит к порче электрических установок и источников электрической энергии.

Схемы замещения электрических цепей

Для облегчения расчета составляется схема замещения электрической цепи, т.е. схема, отражающая свойства цепи при определенных условиях. На схеме замещения изображают все элементы, влиянием которых нельзя пренебречь, и указывают электрические соединения между ними.

Элементы электрических цепей бывают пассивными и активными. Элементы цепи, в которых электрическая энергия преобразуется в тепло, называются пассивными. Они характеризуются сопротивлением

(рисунок 2а) ли проводимостью .

Элементы электрической цепи, в которых преобразование энергии осуществляется при наличии ЭДС, называются активными. Они характеризуются величинами ЭДС и внутренним сопротивлением .

Если << , то сопротивлением источника r можно пренебречь, т.е. положить

= 0. Тогда и .Такой источник энергии называют источником ЭДС (источником напряжения) (рисунок 2б).

Рисунок 2. Источник ЭДС

В некоторых случаях, источник электрической энергии заменяют другой эквивалентной схемой, где вместо ЭДС источник характеризуется его током короткого замыкания (КЗ) , а вместо внутреннего сопротивления r в схему вводится внутренняя проводимость

(рисунок 3а).

Рисунок 3. Схема представлена в виде источника тока КЗ и проводимостей

Возможность такой замены доказывается, если уравнение поделить на сопротивление , то: , где ;

— ток КЗ источника; — ток приемника; – проводимость приемника. .

Если внутреннее сопротивление >> , то >> и можно положить, что = 0 (рисунок 3б). В этом случае

= = .

Такой источник с неизменным током, не зависящим от внешнего сопротивления , называется источником тока.

Таким образом, один и тот же источник электрической энергии может быть заменен в расчетной схеме источником ЭДС или источником тока.

Для проведения расчетов электрических цепей сначала необходимо принципиальную электрическую схему преобразовать в схему замещения, в которой отсутствуют элементы, не влияющие на режим работы схемы.

Используя конкретную принципиальную схему (рисунок 4а), составим схему замещения (рисунок 4б).

Рисунок 4. Принципиальная схема устройства и ее схема замещения

В принципиальной схеме: Г – генератор электрической энергии, Пр – предохранители, Л – линия электропередачи, П1 – потребитель 1, П2 – потребитель 2, К – ключ, Р – рубильник, В – выключатель.

Элементами, не влияющими на режим работы схемы, являются все амперметры и вольтметры, все коммутирующие элементы и предохранители. Они не влияют на результаты расчета и поэтому в схеме замещения отсутствуют.

В схеме замещения (рисунок 4б) генератор представлен источником ЭДС и внутренним сопротивлением . Линия Л представлена сопротивлением

, а потребители П1и П2 представлены соответственно сопротивлениями и . Участок, вдоль которого течет один и тот же ток, называется ветвью электрической цепи. Место соединения ветвей называется узлом электрической цепи. Ветви, не содержащие источников электрической цепи, называются пассивными, а ветви, в которые входят источники, называются активными.

Любой замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям, называется контуром электрической цепи. На схеме замещения таких контуров три: 1 – 2 – 5 – 6 — 1; 1 – 2 – 3 – 4 – 5 – 6 — 1;

2 – 3 – 4 – 5 — 2.

На схеме замещения стрелками отмечаются положительные направления ЭДС, напряжений и токов. ЭДС направлена от отрицательного зажима к положительному зажиму (так же как и ток).

Положительное направление напряжения на участке цепи совпадает с направлением тока: от точки большего потенциала к точке меньшего потенциала.

Основная цель расчета электрической цепи заключается в определении токов в ее ветвях. Зная токи, нетрудно найти напряжения и мощности ветвей и отдельных элементов цепи.

Для расчета электрических цепей наряду с законами Ома применяются два закона Кирхгофа, являющиеся следствиями закона сохранения энергии.

1.6. Режимы работы электрической цепи

При подключении к источнику питания различного количества потребителей или изменения их параметров будут изменяться величины напряжений, токов и мощностей в электрической цепи, от значений которых зависит режим работы цепи и ее элементов.

Реальная электрическая цепь может быть представлена в виде активного и пассивного двухполюсников (рис. 1.23).

Рис. 1.23

Двухполюсником называют цепь, которая соединяется с внешней относительно нее частью цепи через два вывода а и b – полюса.

Активный двухполюсник содержит источники электрической энергии, а пассивный двухполюсник их не содержит. Для расчета цепей с двухполюсниками реальные активные и пассивные элементы цепи представляются схемами замещения. Схема замещения пассивного двухполюсника П представляется в виде его входного сопротивления

.

Схема замещения активного двухполюсника А представляется эквивалентным источником с ЭДС Eэ и внутренним сопротивлением r, нагрузкой для которого является входное сопротивление пассивного двухполюсника Rвх = Rн.

Режим работы электрической цепи (рис. 1.23) определяется изменениями параметров пассивного двухполюсника, в общем случае величиной сопротивления нагрузки Rн. При анализе электрической цепи рассматривают следующие режимы работы: холостого хода, номинальный, короткого замыкания и согласованный.

Работа активного двухполюсника под нагрузкой Rн

определяется его вольт-амперной (внешней) характеристикой, уравнение которой (1.10) для данной цепи запишется в виде

(1.12)

U = Eэ — Ir.

Эта вольт-амперная характеристика строится по двум точкам 1 и 2 (рис. 1.24), соответствующим режимам холостого хода и короткого замыкания.

1. Режим холостого хода

В этом режиме с помощью ключа SA нагрузка Rн отключается от источника питания (рис. 1.23). В этом случае ток в нагрузке становится равным нулю, и как следует из соотношения (1.12) напряжение на зажимах ab становится равным ЭДС Eэ и называется напряжением холостого хода Uхх

U = Uхх = Eэ.

Рис. 1.24

2. Режим короткого замыкания

В этом режиме ключ SA в схеме электрической цепи (рис. 1.23) замкнут, а сопротивление Rн=0. В этом случае напряжение U на зажимах аb становится равным нулю, т.к. U = IRн, а уравнение (1.12) вольт-амперной характеристики можно записать в виде

(1.13)

.

Значение тока короткого замыкания Iк.з соответствует т.2 на вольт-амперной характеристике (рис. 1.24).

Анализ этих двух режимов показывает, что при расчете электрических цепей параметры активного двухполюсника Eэ и r могут быть определены по результатам режимов холостого хода и короткого замыкания:

(1.14)

Eэ = Uхх; .

При изменении тока в пределах активной двухполюсник (эквивалентный источник) отдает энергию во внешнюю цепь (участок I вольт-амперной характеристики на рис. 1.24). При токе I<0 (участок II) источник получает энергию из внешней цепи, т.е. работает в режиме потребителя электрической энергии. Это произойдет, если к зажимам аb двухполюсника присоединена внешняя цепь с источниками питания. При напряжении U<0 (участок III) резисторы активного двухполюсника потребляют энергию источников из внешней цепи и самого активного двухполюсника.

Режимы работы трансформатора Режим холостого хода

Под холостым ходом трансформатора понимают такой режим его работы, при котором к зажимам первичной обмотки подводится напряжение, а вторичная обмотка разомкнута, при этом I2=0. При выполнении опыта используется схема рис. 3.7. Синусоидальное напряжение источника питанияU1=Uи измеряютI1X,P1X(cosφ1X),U2X.

По данным этого опыта определяют коэффициент трансформации k; номинальный ток холостого ходаi1X; мощность потерь холостого ходаP1X, равную мощности потерь в магнитопроводеPC. Кроме того, данные этого опыта используют для расчета характеристики трансформатора η=f(P2).

Рис. 3.7

При холостом ходе I2=0 иI1X<<I, поэтому имеем:U1≈E1иU2X=E2. Следовательно,

.

При холостом ходе полезная мощность трансформатора P2=0, поэтому мощность Р1X, потребляемая из сети, полностью идет на возмещение потерь

,

где РC— мощность потерь в стали сердечника от гистерезиса и вихревых токов; РМ1— мощность потерь в меди первичной обмотки; φ1X— угол сдвига фаз междуU1иI1X.

Так как ток холостого хода I1Xочень мал, то мощность РМ1 =незначительна и ею можно пренебречь. У трансформаторов мощностью от нескольких десятков до нескольких сотен вольт-амперI1X=(0,05 – 0,1)IH, а мощностью от нескольких киловольт-ампер и вышеI=(0,1 – 0,2)IHи даже меньше. Следовательно, для трансформатора

.

По значениям I1Xи Рсудят о качестве стали сердечника и качестве его сборки.

Режим короткого замыкания

Различают аварийное короткое замыкание трансформатора, происходящее в эксплуатационных условиях и короткое замыкание при его испытании.

Внезапное короткое замыкание происходит при коротком замыкании вторичной обмотки (ZH=0, тогда иU2=0), когда к первичной обмотке подведено номинальное напряжениеU1H. Это сопровождается резким броском тока до значенияIКЗ=(20÷40)I1H.

При выполнении опыта используется схема рис. 3.8. Плавно изменяя подводимое к первичной обмотке трансформатора напряжение, начиная с U1=0, устанавливаютU1=U1Kпри которомI1=I1H, иI2=I2H. ПриU1=U1KизмеряютU1K,I=I1H, РКН (cosφК).

Рис. 3.8

Напряжение u1Kназываютнапряжением короткого замыкания, его обычно выражают в процентах отU1Hи обозначают

.

Напряжение короткого замыкания трансформаторов uK=(0,055÷0,12)U1HилиuK=(5,5÷12%)U1H.

По данным опыта определяют напряжение короткого замыкания uк, активную и реактивную составляющие напряжения короткого замыканияuкаиuкр, мощность потерь короткого замыкания Ркн(мощность потерь в меди обмоток приI1=I1HиI2=I2H). Кроме того, данные этого опыта используются для расчета характеристик трансформатораU2=f(P2).

Напряжение короткого замыкания и его составляющие определяются по формулам:

; ;

где φк— угол сдвига фаз междуU1KиI1H.

.

При коротком замыкании полезная мощность трансформатора Р2=0. Следовательно, мощность, потребляемая им из сети в данном режиме, полностью идет на возмещение потерь

,

где РМН— мощность потерь в меди первичной и вторичной обмоток при номинальных токахI,I.

Так как напряжение uK=(0,055÷0,12)U1H— очень мало, то и мощность потерь в сталив данном опыте будет незначительна и ею можно пренебречь.

Следовательно, в этом случае

РКНМН.

Мощность потерь в стали в опыте короткого замыкания может быть определена по формуле

,

где РКН— мощность потерь в стали сердечника приU1=U1H.

4.2 Электрические цепи Электрическая цепь и ее элементы

Электрическая цепь это совокупность устройств, предназначенных для генерирования, передачи, преобразования и использования электрической энергии, процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий об электрическом токе, напряжении и ЭДС

2.2 Электрическая цепь (Адрес Блок 4) — это совокупность устройств, предназначенных для генерирования, передачи, преобразования и использования электрической энергии, процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий об электрическом токе, напряжении и ЭДС

Вернуться к тексту

В состав электрических цепей (2.2)входит также коммутационная и защитная аппаратура. В состав электрических цепей могут включаться электрические приборы для измерения силы тока, напряжения и мощности.

При описании электрических цепей используют следующие понятия: ветвь электрической цепи, узел электрической цепи, контур, двухполюсник, четырехполюсник.

Ветвь электрической цепи— это участок, элементы которого соединены последовательно. Ток во всех элементах один и тот же.

2.3 Ветвь электрической цепи (Адрес Блок 4) — участок, элементы которого соединены последовательно.

Вернуться к тексту

Узел электрической цепи — это точка соединения трех и болееветвей электрической цепи (2.3).

2.4 Узел электрической цепи (Адрес Блок 4) — это точка соединения трех и более ветвей.

Вернуться к тексту

Контур — это любой путь вдоль ветвей электрической цепи, начинающийся и заканчивающийся в одной и той же точке.

2.5 Контур (Адрес Блок 4) — это любой путь вдоль ветвей электрической цепи, начинающийся и заканчивающийся в одной и той же точке.

Двухполюсник — это часть электрической цепи с двумя выделенными выводами.

Четырехполюсник — часть электрической цепи с двумя парами выводов.

Режимы работы электрических цепей

Электрическая цепь в зависимости от значения сопротивления нагрузки R может работать в различных характерных режимах:

  • номинальном;

  • согласованном;

  • холостого хода;

  • короткого замыкания.

Номинальный режим— это расчетный режим, при котором элементы цепи (источники, приемники, линия электропередачи) работают в условиях, соответствующих проектным данным и параметрам.

Изоляция источника, линии электропередачи, приемников рассчитана на определенное напряжение, называемое номинальным. Превышение этого напряжения приводит к пробою изоляции, увеличению токов в цепи и другим аварийным последствиям.

Тепловой режим источников или приемников энергии рассчитан на выделение в них определенного количества тепла, то есть на определенную мощность, а последняя зависит от квадрата тока RI2, rI2.

Расчетный по тепловому режиму ток называется номинальным.

Номинальное значение мощности для источника электрической энергии — это наибольшая мощность, которую источник при нормальных условиях работы может отдать во внешнюю цепь без опасности пробоя изоляции и превышения допустимой температуры нагрева.

Для приемников электрической энергии типа двигателей — это мощность, которую могут развивать на валу при нормальных условиях работы. Для остальных приемников электрической энергии (нагревательные и осветительные приборы) — это их мощность при номинальном режиме. Номинальные значения напряжений, токов и мощностей указывают в паспортах изделий.

Согласованный режим работы— это режим, в котором работает электрическая цепь (источник и приемник), когда сопротивление нагрузки R равна внутреннему сопротивлению источника r. Этот режим характеризуется передачей от данного источника к приемнику максимально возможной мощности. Однако в согласованном режиме К.П.Д.= 0,5 — низкий и для мощных цепей работа в согласованном режиме экономически невыгодна. Согласованный режим применяется, главным образом, в маломощных цепях, если К.П.Д. не имеет существенного значения, а требуется получить в приемнике возможно большую мощность.

Режим холостого хода и короткого замыкания.Эти режимы являются предельными режимами работы электрической цепи.

В режиме холостого хода внешняя цепь разомкнута и ток равен нулю. Так как ток равен нулю, то падение напряжения на внутреннем сопротивлении источника так же равно нулю (rI = 0) и напряжение на выводах источника равно ЭДС (= U). Из этих соотношений вытекает метод измеренияЭДС (2.7)источника: при разомкнутой внешней цепи вольтметром, сопротивление которого можно считать бесконечно большим, измеряют напряжение на его выводах.

В режиме короткого замыкания выводы источника соединены между собой, например, сопротивление нагрузки замкнуто проводником с нулевым сопротивлением. Напряжение на приемнике при этом равно нулю.

Сопротивление всей цепи равно внутреннему сопротивлению источника, и ток короткого замыкания в цепи равен:

Iк.з. = / r.

(2.14)

Он достигает максимально возможного значения для данного источника и может вызывать перегрев источника и даже его повреждение. Для защиты источников электрической энергии и питающих цепей от токов короткого замыкания в маломощных цепях устанавливают плавкие предохранители, в более мощных цепях — отключающие автоматические выключатели, а высоковольтных цепях — специальные высоковольтные выключатели.

Транс хх и кз

Цель работы: Изучить принцип действия и устройство трансформатора, физические процессы, происходящие на холостом ходу и при коротком замыкании.

  1. Провести опыт холостого хода для:

  • определения коэффициентов трансформации и мощности;

  • построения характеристик холостого хода и определения их номинальных значений;

  • определения параметров схемы замещения при холостом ходе.

  1. Провести опыт короткого замыкания для:

  • определения коэффициентов мощности,

  • построения характеристик короткого замыкания и определения их номинальных значений,

  • определения параметров схемы замещения при коротком замыкании.

Опыт холостого хода.

Рис.1 Схема опыта ХХ.

Режим холостого хода трансформатора – такой режим, когда к первичной обмотке подводится напряжение, а вторичная обмотка разомкнута.

Таблица №1

п/п

Измерения

Расчёты

U1

U20

I0

Pоф

P0

cos0

K = 1.73

Ioн =0.021 А

iон = 2.1%

Рон = 1.8 Вт

cosон = 0.225

В

В

А

Вт

Вт

1

25

14.43

0.005

0

0

0

2

58

33.49

0.01

0.15

0.45

0.259

3

90

51.96

0.0145

0.35

1.05

0.268

4

120

69.28

0.0195

0.55

1.65

0.235

5

133

76.79

0.0225

0.65

1.95

0.217

Обработка результатов измерений:

1. Определение коэффициента трансформации.

K = U1/U20 = 120/69.28 = 1.73

где:

U1 – фазное значение напряжение в первичной обмотке;

U20 — фазное значение напряжение во вторичной обмотке.

cosφ0 =P/U1*I0 = 0.55/120*0.0195=0.235

где:

Pоф – активная мощность фазы, потребляемая при холостом ходе;

U1, I0 – фазные значения напряжения и тока в первичной обмотке.

Характеристики холостого хода.

Рис.3 Зависимость I0= f(U1)

Данная зависимость имеет практически линейный характер. Это объясняется тем, что при данном напряжении насыщения магнитопровода еще не наблюдается. На холостом ходу трансформатор потребляет минимум энергии из сети.

Рис.4 Зависимость P0=f(U1)

В режиме ХХ наблюдается потеря мощности на нагрев обмотки высокого напряжения, но т.к. Рххн, зависимость получилась практически линейной, мощность при увеличении напряжения растет слабо.

Рис.5 Зависимость cos(0)=f(U1)

С ростом напряжения из-за насыщения растет реактивная составляющая тока холостого хода, следовательно растет реактивная составляющая мощности, поэтому коэффициент мощности уменьшается.

Используя построенные характеристики холостого хода Io = f(U1), Po = f(U1), cos= f (U1) определим номинальные значения тока холостого хода Iон, мощности Pон, коэффициент мощности cosдля U1=U=127В. Найденные значения занесем в табл.№1.

Номинальное значение тока холостого хода iон рассчитывается следующим образом:

i=I*100/I=0.021*100/1 = 2,1%

Определение параметров схемы замещения при холостом ходе.

Рис.2

Результирующее суммарное сопротивление — Z0:

Z0=U/I=127/0,021 =6047.6 Ом

Активное сопротивление ветви намагничивания – R0:

R0=P/(3*I0H2)=1.8/(3*0.0212)=1360.5 Ом

Индуктивное сопротивление ветви намагничивания – X0:

X0=√(Z02 – R02) =√6047.62 – 1360.52) = 5892.6 Ом

Опыт короткого замыкания.

Короткое замыкание – это такой режим, когда к первой обмотке подведено напряжение, а вторая обмотка замкнута накоротко.

Zn=0; и U2=0.

При опыте короткого замыкания подводят номинальное напряжение – такое наименьшее напряжение при котором в первой и второй обмотке протекают номинальные токи. Номинальный ток известен.

Рис.6 Схема опыта короткого замыкания.

Таблица №2

№ п/п

Измерения

Расчеты

U

I1К

PКФ

PК

cosк

РКН= 4.5 Вт

UК%= 3.15 %

сosК= 0.326

В

А

Вт

Вт

1

4

1.15

1.5

4.5

0.978

2

5.5

1.55

2.6

7.8

0.915

3

6.1

1.73

3

9

0.853

4

7.3

2

4

12

0.822

5

8.2

2.2

5

15

0.851

Обработка результатов измерений:

Коэффициент мощности:

cosφк=Pкф/U1k*I1k=1.5/4*1.15 = 0.326

где РКФ – активная мощность одноименных фаз первичной и вторичной обмоток, потребляемой при коротком замыкании, Вт;

U, I – фазные значения напряжения и тока первичной обмотки при коротком замыкании, В, А.

Характеристики короткого замыкания.

Рис. 8 Зависимость IК= f(U)

Рис. 9 Зависимость PК=f(U).

Рис.10 Зависимость cos(К)=f(U)

Определение номинальных значений характеристик короткого

замыкания.

Используя построенные характеристики холостого хода IК= f(U), PК = f(U), cosК= f (U) определим номинальные значения напряжения U1КН, мощности Pкн, коэффициент мощности cosК.

Значение номинального напряжения короткого замыкания в процентах рассчитывается относительно номинального напряжения фазы первичной обмотки:

Uk%=U1kH*100%/U1H=4*100%/127 =3.15%

Определение параметров схемы замещения при коротком замыкании.

Рис. 7

Определяем результирующее суммарное сопротивление фаз первичной и вторичной обмоток при КЗ — ZК:

Zk=U1kH/I1H=4/1 =4 Ом

Определяем RK суммарное активное сопротивление одноименных фаз первичной и вторичной обмоток при КЗ — RK:

Rk = PkH/3*I1H2=4.5/3*12=1.5 Ом

Определяем суммарное индуктивное сопротивление рассеивания одноименных фаз первичной и вторичной обмоток при КЗ — XK:

Xk=√(Zk2 – Rk2) = √(42 – 1.52) = 3.71 Ом

Выводы:

  1. Характеристика I0 = f (U10). На графике видно, что при возрастании напряжения ток холостого хода I0 растет сначала линейно, а затем быстрее, чем напряжение U10. Это объясняется тем, что вследствие насыщения уменьшается индуктивное сопротивление xм, а поэтому ток растёт быстрее, чем по прямой пропорциональной зависимости.

  1. Характеристика Р10 = f(U10). Потери холостого хода Р10 изменяются примерно пропорционально (U10)2. Такой закон изменения Р10 следует из того, что магнитные потери в сердечнике при f1 = const пропорциональны В2, а так как В  Ф  U10, то, следовательно, Р10  (U10)2.

  2. Характеристика cos0 = f(U10). С ростом напряжения растёт реактивная составляющая тока холостого хода, реактивная мощность и насыщение, а следовательно, cos0 уменьшается.

  3. Характеристика I1K = f(U1K). С ростом напряжения ток I1K растёт линейно (магнитная система ненасыщенна, т.к. подводимое напряжение небольшое).

  4. Характеристика P1K = f(U1K). Потери при коротком замыкании P1K = 3(I1K)2rк. Так как I1K  U1K, то потери будут пропорциональны (U1K)2, то есть потери изменяются по параболе.

  5. Характеристика cosк = f(U). С ростом напряжения коэффициент мощности остаётся постоянным, т.к. магнитная система ненасыщенна.

  6. Характеристика U% = f(). На графике видно, что при активно-индуктивной нагрузке вторичное напряжение трансформатора падает (U  0), а в случае активно-емкостной нагрузки при достаточно большом угле сдвига фаз оно повышается (U  0). Это обусловлено тем, что при протекании через индуктивное сопротивление индуктивный ток вызывает понижение напряжения, а емкостной ток – повышение его. Чем выше номинальное напряжение трансформатора, тем больше рассеяние трансформатора и напряжение короткого замыкания и поэтому тем больше изменение напряжения трансформатора.

7

60 Опыты холостого хода и короткого замыкания ад.

Холостым ходом называется режим работы АД, когда отсутствует нагрузка на валу двигателя (и). Подводимое напряжение к обмотке статора изменяется в пределах. При опыте измеряют активную мощность холостого хода, ток холостого ходаи напряжение.

По измеренным величинам находят :

(1)

(Рисунок 7)

Зависимости ,,называются характеристиками холостого хода.

Так как основной магнитный поток Ф пропорционален , то зависимостьявляется магнитной характеристикой АД. ЕЕ нелинейность обусловлена насыщением магнитной цепи. Приток холостого ходаи(относительное значениетем больше, чем больше полюсов имеет машина и чем меньше ее мощность).

Активная мощность расходуется на магнитные потери в статоре, механические потерии электрические потери в обмотках статора

Если из вычесть, то получим

(2)

Механические потери зависят от угловой скорости. Т.К. в опыте холостой ход можно принять, то. Магнитные потери пропорциональны квадрату потока, и следовательно, квадрату напряжения. При. Это дает возможность отдельно определить потерии. С этой целью кривуюпродолжают до пересечения с осью ординат и получают отрезок Оа, равный механическим потерям. Привычитая из ординатной кривоймеханические потери, получаем.

(Рисунок 8)

По данным опыта при определяют ток холостого ходаи его фазу. Коней вектора токадает точкуна круговой диаграмме. Токпри синхронизме и точкуна круговой диаграмме находят, отложив в масштабе тока параллельно оси ординат отрезок:

(3)

Если известны добавочные потери Рд, то построение можно уточнить, отложив отрезок

(4)

Из опыта холостого хода можно определить сопротивление намагничивающей ветви схемы замещения.

При холостом ходе сдвиг фаз между векторами ЭДС и токомпримерно равен. Тогда ЭДС в обмотке статора будет

(5)

с учетом этого ,,.

(Рисунок 9)

Кроме того можно найти комплексный коэффициент . Модуль равен, а аргумент.

2.Опыт короткого замыкания.

Короткое замыкание — это режим работы АД, когда его ротор заторможен , а вторичная обмотка замкнута накоротко. Опыт короткого замыкания приводят при. Изменяя подводимое напряжениеизмеряют подводимую мощностьи ток статора. По этим величинам определяют. Зависимость,,называется характеристиками короткого замыкания.

(Рисунок 10)

По данным опыта КЗ можно определить ,,схемы замещения (полагая):

Можно принять: .

Для построения круговой диаграммы определяют ток КЗ и его фазу при :. Для серийных двигателей общего назначения, а.

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”.

Режим холостого хода для 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.
Режим холостого хода для трансформаторов

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

трансформатор 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 / Е2 = ω1 / ω2.

режим холостого хода трансформатора 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 ω1.

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 U1 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.

трансформатор

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.

схема работы трансформатора 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

Режим холостого хода для трансформаторов

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

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

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.

схема потерь на холостом ходу

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.

Режим холостого хода для трансформаторов

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

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *