Pomóż w opracowaniu witryny, udostępniając artykuł znajomym!

Przyzwyczailiśmy się zakładać, że wszystkie strumienie magnetyczne w transformatorze przenikają zarówno uzwojenia, jak i rdzeń magnetyczny. Gdyby istniał idealny transformator, to naprawdę by się stało. Niestety, w rzeczywistości część strumienia magnetycznego pokonuje przestrzeń izolacyjną, przekracza granice uzwojeń i zamyka je (patrz rys. 1). W rezultacie zachodzi reaktancja transformatora. Zjawisko to nazywane jest również rozpraszaniem strumieni magnetycznych.

Rys. 1. Schemat ilustrujący dyspersję strumienia magnetycznego

W cewkach istnieją inne opory, które są przyczyną utraty mocy. Są to: opór wewnętrzny materiałów uzwojeń oraz dyspersja spowodowana przez opory indukcyjne. Połączenie dyspersji strumienia magnetycznego nazywane jest wewnętrzną rezystancją lub impedancją transformatora.

Utrata mocy biernej

Przypomnij sobie, jak działa idealny transformator z dwoma uzwojeniami (patrz rys. 2). Gdy uzwojenie pierwotne znajduje się pod napięciem przemiennym (na przykład z sieci elektrycznej), powstanie strumień magnetyczny, który przenika cewkę wtórnej indukcyjności. Pod działaniem pól magnetycznych wzbudzane są uzwojenia wtórne, w których obrotach występuje EMF. Gdy moc czynna jest podłączona do instrumentu, prąd przemienny zaczyna płynąć w obwodzie wtórnym przy częstotliwości prądu wejściowego.

Rys. 2. Urządzenie transformatora

W idealnym transformatorze powstaje wprost proporcjonalna zależność między napięciami w uzwojeniach. Ich stosunek jest określony przez stosunek liczby zwojów każdej z cewek. Jeśli U 1 i U 2 są odpowiednio napięciami w pierwszym i drugim uzwojeniu, a w 1 i w 2 są liczbą zwojów uzwojeń, wówczas wzór jest prawdziwy: U 1 / U 2 = w 1 / w 2 .

Innymi słowy: napięcie w uzwojeniu roboczym jest wielokrotnie większe (mniejsze), ile razy liczba cewek drugiej cewki jest zwiększona (zmniejszona) w stosunku do liczby zwojów tworzących uzwojenie pierwotne.

Wartość w 1 / w 2 = k nazywana jest współczynnikiem transformacji. Należy zauważyć, że powyższy wzór ma również zastosowanie do autotransformatorów.

W rzeczywistym transformatorze część energii jest tracona z powodu rozpraszania strumieni magnetycznych (patrz rys. 1). Strefy, w których występuje koncentracja strumieni, są oznaczone liniami przerywanymi. Rysunek pokazuje, że indukcyjność upływu pokrywa rdzeń magnetyczny i rozciąga się poza uzwojenia.

Obecność rezystancji biernych w połączeniu z oporem czynnym uzwojeń prowadzi do nagrzewania struktury. Oznacza to, że przy obliczaniu wydajności konieczne jest uwzględnienie impedancji transformatora.

Oznaczyć opór czynny uzwojeń odpowiednio symbolami R 1 i R 2 i reaktywnymi literami X 1 i X 2 . Następnie impedancję pierwotną można zapisać jako: Z 1 = R 1 + jX 1 . Dla cewki roboczej, odpowiednio, będziemy mieli: Z 2 = R 2 + jX 2, gdzie j jest współczynnikiem zależnym od typu rdzenia.

Rezystancję bierną można przedstawić jako różnicę między indeksem indukcyjnym i pojemnościowym: X = R L - R C. Biorąc pod uwagę, że R L = ωL, i R C = 1 / ωC, gdzie ω jest częstotliwością prądu, otrzymujemy wzór do obliczania reaktancji: X = ωL - 1 / ωC .

Bez uciekania się do łańcucha transformacji podajemy gotową formułę do obliczania impedancji, to znaczy do określania impedancji transformatora:

Całkowita rezystancja transformatora musi być znana, aby określić jego wydajność. Wielkość straty zależy głównie od materiału uzwojeń i cech konstrukcyjnych żelazka transformatora. Przepływy wirowe w monolitycznych rdzeniach stalowych są znacznie większe niż wieloczęściowe konstrukcje obwodów magnetycznych. Dlatego w praktyce rdzenie są wykonane z cienkich płyt ze stali transformatorowej. Aby zwiększyć specyficzną odporność materiału, do żelaza dodaje się krzem, a same płyty są pokryte lakierem izolacyjnym.

Aby określić parametry transformatorów, ważne jest znalezienie rezystancji czynnej i biernej, aby obliczyć straty bez obciążenia. Powyższy wzór nie jest praktyczny przy obliczaniu impedancji ze względu na trudność pomiaru wartości indukcji i pojemności. Dlatego w praktyce do obliczeń wykorzystywane są inne metody oparte na cechach trybów pracy transformatorów mocy.

Tryby działania

Dwuzwojowy transformator może pracować w jednym z trzech trybów:

  • bezczynny;
  • w trybie ładowania;
  • w stanie zwarcia.

Aby przeprowadzić obliczenia obwodów przewodności elektrycznej, są one zastępowane przez obciążenie, którego wartość jest równa stratom podczas pracy w trybie jałowym. Obliczanie parametrów obwodu równoważnego przeprowadza się empirycznie, przekształcając transformator w jeden z możliwych trybów: na biegu jałowym lub w stan zwarcia. W ten sposób możesz określić:

  • poziom strat mocy czynnej podczas pracy na biegu jałowym;
  • wielkość strat mocy czynnej w zwartym urządzeniu;
  • napięcie zwarcia;
  • prąd na biegu jałowym;
  • aktywny i reaktancja w zwartym transformatorze.

Ustawienia trybu bezczynności

Aby przejść do pracy na biegu jałowym, należy usunąć brak obciążenia na uzwojeniu wtórnym, to znaczy otworzyć obwód elektryczny. W cewce otwartej nie ma napięcia. Głównym składnikiem prądu w obwodzie pierwotnym jest prąd powstający na reaktancjach. Za pomocą przyrządów pomiarowych dość łatwo jest znaleźć podstawowe parametry przemiennego prądu magnesującego, za pomocą których można obliczyć stratę mocy przez pomnożenie natężenia prądu przez dostarczone napięcie.

Schemat pomiarów na biegu jałowym pokazano na rysunku 3. Schemat pokazuje punkty do podłączania przyrządów pomiarowych.

Rys. 3. Schemat trybu pracy na biegu jałowym

Wzór stosowany do obliczania parametrów przewodności biernej jest następujący: T = I x% * S nom / 100 * U w nom 2 Mnożnik 100 w mianowniku jest używany, ponieważ prąd bez obciążenia I x jest zwykle wyrażany w procentach .

Tryb zwarcia

Aby przetransformować transformator do pracy w trybie zwarcia, zewrzyj uzwojenie niskiego napięcia. Napięcie jest przykładane do drugiej cewki, przy której prąd znamionowy krąży w każdym uzwojeniu. Ponieważ dostarczane napięcie jest znacznie niższe niż napięcie znamionowe, utrata mocy czynnej w przewodzeniu jest tak mała, że można ją pominąć.

Tak więc nadal mamy moc czynną w transformatorze, która jest zużywana na nagrzewanie uzwojeń: ΔP k = 3 * I 1 * r * . Wyrażając prąd I 1 nom na napięciu Uk i opór R t, mnożąc wyrażenie przez 100, otrzymujemy wzór na obliczenie spadku napięcia w strefach rezystancji czynnej (w procentach):

Opór dwuzwojowego transformatora mocy oblicza się według wzoru:

Zastępując wartość Rt w poprzedniej formule otrzymujemy:

Wniosek: w zwartym transformatorze spadek napięcia w strefie oporu aktywnego (wyrażony w%) jest wprost proporcjonalny do wielkości utraty mocy czynnej.

Wzór na obliczenie spadku napięcia w strefach reaktancji to:

Stąd znajdziemy:

Wielkość reaktancji w nowoczesnych transformatorach jest znacznie mniej aktywna. Dlatego możemy założyć, że spadek napięcia w strefie rezystancji biernej U K p ≈ U K, a więc do obliczeń praktycznych, można użyć wzoru: X T = U k * U w nom 2/100 * S nom

Podane powyżej argumenty obowiązują również dla wielowarstwowego, w tym dla transformatorów trójfazowych. Jednak obliczenia są wykonywane dla każdego uzwojenia oddzielnie, a zadanie jest ograniczone do rozwiązywania układów równań.

Znajomość współczynników mocy, rezystancji rozproszenia i innych parametrów obwodów magnetycznych pozwala na dokonywanie obliczeń w celu określenia wartości obciążeń nominalnych. To z kolei zapewnia działanie transformatora w przedziale pojemności nominalnych.

Pomóż w opracowaniu witryny, udostępniając artykuł znajomym!

Kategoria: