Рро. методичка+к+решению+кр. Учебнометодическое пособие для выполнения расчетнографических работ и проведения практических занятий
 Скачать 2.03 Mb.
|
|
Часть магнитопровода, на которой размещены обмотки, называется стержнем, а остальная часть, замыкающая магнитопровод - ярмом. У трансформаторов малой мощности сечение магнитопровода имеет квадратичную или прямоугольную форму, у трансформаторов средней и особенно большой мощности приближается по форме к окружности: этим при заданном сечении магнитопровода достигается меньшая средняя длина каждого витка обмоток, следовательно, известная экономия материала. Обмотки чаще всего выполняются в виде цилиндрических катушек из медных или алюминиевых изолированных друг от друга проводов круглого или прямоугольного сечения. Первичная и вторичная обмотки обычно располагаются на одном стержне. Обмотки низшего напряжения НН помещаются ближе к стержню, а обмотки высшего напряжения ВН – снаружи. Между обмотками находится изолирующий цилиндр. Такая конструкция позволяет уменьшить потоки рассеяния и экономить изоляционный материал для катушек высшего напряжения. Под номинальной мощностью трансформатора Sном понимают его полную мощность при номинальном напряжении и номинальном токе, т.е. Sном=U1номI1ном. При расчетах потерями в трансформаторе обычно пренебрегаю и считают, что полная мощность во вторичной цепи равна полной мощности первичной цепи, т.е. U2номI2номU1номI1ном= Sном. 4.1.1 Режим холостого хода трансформатора. Режимом холостого хода называется режим работы трансформатора при разомкнутой вторичной обмотке. При питании первичной обмотки от источника синусоидального напряжения u1 ток первичной обмотки i1х (МДС F1=i1хw1) вызывает в магнитопроводе синусоидальный магнитный поток Ф, который пронизывая обмотки с числами витков w1 и w2, наводит в них согласно закону электромагнитной индукции ЭДС е1 и е2 (рисунок 4.1). Действующее значение этих ЭДС Е1=4,44fw1Фm; Е2=4,44fw2Фm, т.е. ЭДС в обмотках пропорциональна числам витков.  Рисунок 4.1 4.1.2 Коэффициент трансформации. Коэффициентом трансформации называется отношение номинального высшего напряжения трансформатора к номинальному низшему напряжению:  ,причем под номинальными напряжениями понимаются номинальные напряжения в режиме холостого хода. Так как в этом режиме Е1U1 (падение напряжения в обмотке мало, так как ток холостого хода I1х много меньше номинального), а Е2=U2, то для понижающего трансформатора (U1>U2)  ,а для повышающего (U1<U2)  ,т.е. всегда n1 и  .4.1.3 Рабочий режим трансформатора. Рабочий режим – это работа трансформатора при подключенных потребителях или под нагрузкой (под нагрузкой трансформатора называется ток вторичной обмотки – чем больше ток, тем больше нагрузка) (рисунок 4.2).  Рисунок 4.2 Первичная обмотка подключается к источнику синусоидального тока напряжения u1. Ток i1 в первичной обмотке или, точнее, МДС i1w1 вызывает основной магнитный поток Ф и магнитный поток рассеяния Ф1d. Изменяющийся магнитный поток пронизывает обмотки и согласно закону электромагнитной индукции в обмотках наводятся ЭДС е1 и е2. Вторичная обмотка замкнута и ток i2 в ней вызывает МДС i2w2. МДС i2w2 направлен против i1w1, т.е. поток вторичной обмотки направлен на встречу потоку первичной обмотки. С изменением тока I2 при неизменном U1 изменяется ток I1, что следует из закона сохранения энергии. Уравнение магнитодвижущих сил: i1w1i2w2=F1F2=F, i1w1 i2w2= i1xw1,  ,Уравнение токов:  ,Обозначив  , запишем для токов .Уравнение электрического состояния:  ,или  ,где R1i1 – падение напряжения на активном сопротивлении первичной обмотки;  – падение напряжения на сопротивлении рассеяния Х1d первичной обмотки. То же уравнение в комплексной форме: .Уравнение, составленное по второму закону Кирхгофа для вторичной цепи u2+R2i2+u2d= e2, где u2 напряжение на выводах вторичной обмотки; R2i2 – падение напряжения на активном сопротивлении проводов вторичной обмотки;  падение напряжения на сопротивлении рассеяния вторичной обмотки. В комплексной форме: ,4.1.4 Электрическая схема замещения трансформатора. Для исследования режимов работы трансформатора, расчета сетей целесообразно магнитную связь между первичным и вторичным контурами заменить электрической связью. В соответствии с уравнениями электрического состояния можно построить схему замещения трансформатора (рисунок 4.3).  Рисунок 4.3 Эквивалентность энергетических соотношений в трансформаторе и его схема замещения не будут нарушены, если полная мощность S2=S'2 (E2I2=E'2I'2), активная P2 = Р'2 (I22R2=I'22R'2 и реактивная Q2=Q'2 (X2I22=X'2I'22), а также мощность в нагрузке Sн= S'н (U2I2=U'2I'2) останутся неизменными, тогда:  ;  ;  ;  ;  ;  .Эти параметры называются приведенными (к числу витков 1). На схеме R1 и X1d соответственно – активное сопротивление и сопротивление рассеяния первичной обмотки; R'2 и X'2d – приведенное активное сопротивление и сопротивление рассеяния вторичной обмотки; R0 и X0 –активное и реактивное сопротивление ветви холостого хода. Параметры схемы замещения трансформатора экспериментально найти трудно. Если пренебречь током холостого хода из-за его малости, то получим так называемую упрощенную схему замещения (рисунок 4.4), где Rк и Xк называются сопротивлениями короткого замыкания Rк=R1+R'2; Xк=X1+X'2.  Рисунок 4.4 4.1.5 Опыты холостого хода и короткого замыкания. Эти опыты проводятся для определения коэффициента трансформации, потерь в трансформаторе и параметров схемы замещения. Для однофазного трансформатора опыт холостого хода (ХХ) выполняется по схеме, изображенной на рисунке 4.5. К первичной обмотке подводится номинальное напряжение, ко вторичной – подключен вольтметр V2, имеющий достаточно большое сопротивление. Практически можно считать, что I2=0. Кроме того, в схему включены амперметры А1, вольтметр V1 и ваттметр W. Амперметр показывает ток холостого хода I1х, вольтметр V1 – номинальное напряжение первичной обмотки U1ном, вольтметр V2 – напряжение U2х= U2ном и ваттметр W – мощность потерь при холостом ходе Рх. По этим показаниям можно определить коэффициент трансформации  для понижающего трансформатора или  для повышающего трансформатора. Так как нагрузка отсутствует (I2=0), то мощность показываемая ваттметром, это мощность потерь в стали трансформатора (магнитопроводе). Мощностью потерь в проводах обмоток моно пренебречь, так как при опыте холостого хода ток вторичной обмотки равен нулю, а ток в первичной обмотке – ток холостого хода составляет примерено 5 % от номинального. Рисунок 4.5 Можно также найти  и полное сопротивление цепи  . |