Основные характеристики и расчетные соотношения трансформатора. Лекция №8

1. Дисциплина: Электропитание и элементы электромеханики

2. Лекция №8

Тема лекции:
Основные характеристики
и расчетные соотношения
трансформатора

3. Учебные вопросы

1. Работа однофазного
трансформатора на нагрузку
2. Режим короткого
замыкания трансформатора
3. Рабочие и энергетические
характеристики
трансформаторов

4. Литература

1. Немцов М.В.
электротехника и
электроника: Учебник для
вузов. – М.: Высш. шк.
2007, с.208-213.

5.

Схема трансформатора при
нагрузке
Е S 2 U S 2 j I 2 x2
Замена ЭДС ES1 и ES2 падениями напряжения
US1=jI1x1 и US2=jI2x2, делает более наглядной роль потоков
рассеяния ФS1 и ФS2: они создают индуктивные падения
напряжения в обмотках, не участвуя в передаче энергии из
одной обмотки в другую.

6. Эквивалентная электрическая схема замещения трансформатора под нагрузкой

7.

Комплексная схема замещения
трансформатора под нагрузкой
Уравнения
равновесия
напряжений для
первичной и
вторичной цепей
трансформатора по
закону Кирхгофа:
U 1 E 1 I 1r1 I 1 jx1 E 1 I 1 Z 1 ;
E 2 U 2 I 2 r2 I 2 jx2 U 2 I 2 Z 2 ;
Z2= r2+jx2
- полное комплексное сопротивление
вторичной обмотки трансформатора.

8. Уравнение равновесия МДС трансформатора

Важнейшее свойство трансформатора - величина амплитуды
основного потока Фm в трансформаторе практически
остается неизменной при любых нагрузках – от холостого
хода до номинальной.
U1 E1 4,44 fw1 Фm const,
В соответствии с законом Ома для магнитной цепи это
означает, что и МДС F 0=w 1I 0 создающая основной поток,
также остается постоянной, какой она была в режиме
холостого хода.
Таким образом, результирующая МДС в трансформаторе,
создающая магнитный поток, в общем случае определяемая
совместным действием токов первичной и вторичной обмоток
и равна МДС холостого хода:
F1 F 2 F 0
I 1 w1 I 2 w2 I 0 w1

9. Система основных уравнений трансформатора

I 1= I 0+ I 2
Поскольку I0=const, следует важный вывод: с возрастанием
тока нагрузки I2 одновременно возрастает и ток I1. Это
означает, что возрастает отбор трансформатором
мощности из сети и её передача посредством
электромагнитного поля в цепь вторичной обмотки, то
есть приемнику
U 1 E 1 r1 I 1 jx1 I 1 ;
E U 2 r2 I 2 jx2 I 2 ;
I1 I 0 I 2,
где U 2=R НI 2+jx Н ;
U2=Z Н I 2.

10. В опыте КЗ определяются:

а) напряжение короткого замыкания u % U 1 кн 100%;
к
U 1н
б) активные потери при коротком замыкании
трансформатора, которые примерно равны потерям в меди
обмоток (по показаниям ваттметра)
Рк Рст РМ РМ I12М rк I12М r1 r2 ;
в) коэффициент мощности cos к (по показаниям ваттметра),
вольтметра и амперметра в первичной цепи);
г) параметры схемы замещения трансформатора при
коротком замыкании:
z Z Z U / I ;
к
1
2
1 кн
1н
rк r1 r2 Pк I 12н ;
х к х1 х 2 z к2 rк2 .

11. Внешняя характеристика трансформатора

U 2
U 2 н
U 20
100%
U 20
- процентное
изменение
вторичного
напряжения
при переходе
от холостого
хода к режиму
нагрузки

12. Потери и КПД трансформатора

Р
Р2
Р2
100%,
100%
100% 1
Р р
Р1
Р2 р
2
р = pМ+ pст - сумма потерь в трансформаторе.
Потери в стали pст зависят от материала магнитопровода, его
объема или массы, индукции и частоты перемагничивания,
они состоят из потерь на вихревые токи и потерь на
гистерезис.
Потери в меди обмоток при номинальной нагрузке
принимаются равными потерям в них при опыте короткого
замыкания: pМ Pк = I21нrк (где rк=r1+r2), так как потери
в стали в этом опыте весьма малы ввиду малости основного
магнитного потока

13. Потери и КПД трансформатора

Максимум КПД соответствует такой нагрузке, при котором
переменные потери - потери в меди обмоток - равны
постоянным потерям - потерям в стали, т.е. pм = pст