КАТУШКА С МАГНИТОПРОВОДОМ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА 24 страница

AU% =^Ulu™~^U'²100 %.                         (9.20)

ном

Из упрощенной эквивалентной схемы замещения трансформа­тора (см. рис. 9.16, а) и его векторной диаграммы (см. рис. 9.16, б) следует, что изменение напряжения трансформатора

*Лном -U'₂ w (R_K3COSIP2 +X_K/3smip₂)I_v

или по (9.20)

AU% =(Д_к.,со8ф₂ + Х_к,₃8И1ф₂) • 100 %. (9.21)

^1ном

По (9.21) на рис. 9.17, а построена зависимость изменения на­пряжения от коэффициента мощности нагрузки costp₂^ПР^Иh — = const. Наибольшее значение A U% соответствует условию costp₂= = совфкз, при выполнении которого вектор внутреннего падения напряженияZ_K J_lсовпадает по направлению с вектором первич­ного напряжения U_x(рис. 9.16, б, вертикальная штриховая линия), вследствие чего

и'₂= и,- Z_KJ_b

Внешняя характеристика трансформатора определяет зависи­мость изменения вторичного напряженияU₂от тока нагрузки /₂ = — h/ⁿ21^ПР^И постоянном коэффициенте мощности приемника ф₂ = = const и номинальном первичном напряжении U_x= и_Ыом. Часто для определения внешней характеристики пользуются относитель­ными единицами, т. е. отношением вторичного напряжения к его но­минальному значению С/_2иом =n₂₁U_luowи коэффициентом загрузки трансформатора

К — h! ном»                              (9.22)

где /_2|ЮМ — ток нагрузки при номинальном первичном токе 1_Х = /_1ном.

Рис. 9.17

 

С учетом (9.20) и (9.21) внешняя характеристика трансформато­ра в относительных единицах выражается зависимостью

У*_fi                           . /_1ном

= ¹ - ~Тл7Г~ = ¹ - К                                                       (^к,созф₂ + х,₃8шф₂),

^l^lHOM I     ¹⁰⁰ )           ^3f/lHOM

м

которая при ф₂> 0 представлена на рис. 9.17, б для двух значений costp₂.

9.9. Мощность потерь в трансформаторе

На рис. 9.18 показана энергетическая диаграмма трансформато­ра. Здесь Р_х — мощность первичной обмотки; Р_пр1 — мощность по­терь на нагревание проводов первичной обмотки; Р_с — мощность по­терь в магнитопроводе (в стали) на гистерезис и вихревые токи; раз­ность Р_х — Р_пр1 — Р_с = Р₁₂ — мощность во вторичной обмотке; часть мощности Р₁₂ составляет мощность потерь на нагревание проводов Р_пр2, а оставшаяся часть Р₂ равна мощности цепи, которая питается от трансформатора: Р₂ = Р₁₂ - Р_пр2 = Р_Х- Р_прг - Р_с - Р_пр2.

Отношение активной мощности Р₂ на выходе трансформатора к активной мощности Р_г на входе

Л = Р₂/Pi_fили г] =(Р₂/Р_г) • 100 %, (9.23)

называется КПД трансформатора. В об­щем случае КПД трансформатора зави­сит от режима работы.

npl

№

пр2

При номинальных значениях напряже­ния и_г = U_lmMи токаh = =1_1ном первич­ной обмотки трансформатора и коэффи­циенте мощности приемника cosф₂> 0,8 КПД очень высок и у мощных трансфор­маторов превышает 99 %. По этой причи­не почти не применяется прямое опреде-

Рис. 9.18

ление КПД трансформатора, т.е. на основании непосредственного измерения мощностей Р_х и Р₂. Для получения удовлетворительных результатов нужно было бы измерять мощности Р_г и Р₂ с такой вы­сокой точностью, какую практически получить очень трудно. Но относительно просто можно определить КПД методом косвенного измерения, основанного на прямом измерении мощности потерь в трансформаторе. Так как мощность потерь АР = Р_х — Р₂, то КПД трансформатора

Р₂ Р_Х-АР ₁ АР , Р₂ __

^{11 =}P^ITap⁼ ^⁼ Р^ГАР'<⁹²⁴>

Мощность потерь в трансформаторе равна сумме мощностей по­терь в магнитопроводе Р_с ив проводах обмоток Р_пр. При номиналь­ных значениях первичных напряженияU_x=U_lHOMи тока = /_1ном мощности потерь в магнитопроводе и проводах обмоток практичес­ки равны активным мощностям трансформатора в опытах холосто­го хода (см. 9.6) и короткого замыкания (см. 9.7) соответственно.

Рассмотрим зависимость КПД трансформатора от режима рабо­ты при номинальном первичном напряженииU_x= £/_1ном в случае приемника с различными полными сопротивлениямиz₂и постоян­ным коэффициентом мощности coscp₂= const. При изменении пол­ного сопротивления приемника изменяются его мощность, токи в обмотках, а следовательно, потери в проводах обмоток и КПД транс­форматора. Потери в проводах обмоток называют переменными по­терями трансформатора, потери в магнитопроводе — постоянны­ми потерями.

К.З.НОМ»

Мощность потерь в проводах обмоток равна (см. рис. 9.16, а)

— k^R _к з (/_{2 иом}) ² — к²Р_у

где к₃ — коэффициент загрузки трансформатора (9.22); Р_{К злюм} — мощ­ность потерь в проводах обмоток при номинальных токах.

При изменении тока вторичной обмотки от нуля до номинально­го можно считать, чтоU₂« const ~U_2llOM—С^1ном^21- Активная мощность на выходе трансформатора

Р₂ = U₂I₂costp₂=k₃U₂I_2llOMcosy₂« k₃S_HOUcos4>₂>КПД трансформатора по (9.24)

\

•100 %.

■ 100 % f

1-

тр

Рг+АР

рР -LP J                "Ъ К.З.НОМ ' ■* с

^з^ном ^cosФг "I" ^з-^к.з.ном + Рс

Следовательно, КПД трансформатора зависит от значений ко­эффициента мощности приемника совф₂^и коэффициента загруз­ки к₃. При постоянном значении коэффициента мощности прием­ника, приравняв нулю производную от т) по к₃₁ найдем, что КПД

трансформатора максимальный при = yjPc / Ркзлюм- Следовательно, мак­симум КПД для максимальной загруз­ки = 1) можно получить при ра­венстве мощностей потерь в магнито­проводе и потерь в проводах.

В действительности при проекти­ровании трансформатора приходится учитывать, что трансформатор значи­тельную часть времени может быть не полностью загружен. По этой причи­не трансформаторы обычно рассчи­тывают так, чтобы максимум КПД (рис. 9.19) соответствовал средней нагрузке; например, при отно­шении мощностей потерь Р_с /Р_к.з.пом = 0,5 — 0,25 максимум КПД бу­дет при нагрузке, которой соответствует

ks — у]Рс / -Рк.з.ном — 0,7 0,5.

9.10. Особенности трехфазных трансформаторов

Все полученное выше для однофазных трансформаторов можно распространить на каждую фазу трехфазного трансформатора в слу­чае симметричной нагрузки. Рассмотрим особенности устройства и работы трехфазных трансформаторов.

Для трехфазной цепи (см. гл. 3) можно воспользоваться транс­форматорной группой — тремя однофазными трансформаторами (рис. 9.20, а). Но можно объединить три однофазных трансформа­тора в один трехфазный аппарат и при этом получить экономию ма­териалов. Покажем наглядно, что обусловливает экономию матери­ала при построении трехфазного трансформатора.

0,25 0,50 0,75 Рис. 9.19

Составим магнитопровод трехфазного трансформатора, оставив без изменения те части магнитопроводов трех однофазных транс­форматоров, на которых расположены обмотки, и соединив свобод­ные части вместе (рис. 9.20, б). Такое построение магнитной систе­мы можно сопоставить с соединением трех участков электрических цепей звездой (см. рис. 3.4). Но для трехфазной системы при сим­метричной нагрузке нейтральный провод не нужен, так как тока в нейтральном проводе нет; отказавшись от нейтрального провода, получим экономию меди. Нейтральному проводу в магнитной сис­теме трехфазного трансформатора соответствует средний общий стержень (см. рис. 9.20, б). При симметричной трехфазной системе этот стержень не нужен и может быть удален (рис. 9.20, в), так как сумма мгновенных значений трех магнитных потоков в любой мо­мент времени равна нулю.

Рис. 9.20

 

Симметричный магнитопровод (см. рис. 9.20, в) неудобен для из­готовления и обычно заменяется несимметричным магнитопрово­дом (рис. 9.20, г). У такого трансформатора вследствие неравенства магнитных сопротивлений различных стержней магнитопровода зна­чения намагничивающих токов отдельных фаз не одинаковые. Од­нако эта несимметрия намагничивающих токов существенного зна­чения не имеет.

Трансформаторная группа из трех однофазных трансформаторов дороже, чем трехфазный трансформатор той же мощности; она за­нимает больше места, и ее КПД несколько ниже. Но при такой груп­пе в качестве резерва на случай аварии или при ремонте достаточно иметь один однофазный трансформатор, так как маловероятно од­новременное повреждение всех трех однофазных трансформаторов, а профилактически ремонтировать их можно поочередно. Для трех­фазного трансформатора в качестве резерва необходим тоже трех­фазный трансформатор. Таким образом, трехфазная группа при про­чих равных условиях обеспечивает большую надежность во время эксплуатации. Наконец, перевозка и установка трех однофазных трансформаторов большой мощности значительно проще перевоз­ки и установки трехфазного трансформатора значительно большей мощности.

Практически большинство трансформаторов малой и средней мощности выполняются трехфазными, а в случае больших мощнос­тей вопрос решается с учетом всех конкретных условий. Согласно ГОСТам трехфазные трансформаторы изготовляются мощностью до 1 млн кВ • А, но, начиная с мощности 1800 кВ • А, допускается приме­нение трехфазных групп.

Выводы обмоток трехфазного трансформатора размечаются в по­рядке чередования фаз: на стороне высшего напряжения выводы А, В, С — начала обмоток, X,Y, Z—их концы; на стороне низшего на­пряжения начала — а, Ь, с, концы — х, у, z(рис. 9.20, г).

Обмотки трехфазного трансформатора соединяются звездой или треугольником. Эти два соединения условно обозначаются симво­ламиyи а. Соединение обеих обмоток трехфазного трансформато­ра звездой наиболее простое и дешевое. В этом случае каждая из об­моток и ее изоляция при глухом заземлении нейтральной точки дол­жны быть рассчитаны на фазное напряжение и линейный ток. Так как число витков обмотки трансформатора прямо пропорциональ­но напряжению [см. (8.4в)], то при соединении звездой для каждой из обмоток необходимо меньшее число витков, но большее сечение проводов с изоляцией, рассчитанной лишь на фазное напряжение. Соединение обеих обмоток звездой широко применяется для транс­форматоров небольшой и средней мощности (примерно до 1800 кВ • А). Это соединение наиболее желательно при высоких напряжениях, так как при такой схеме изоляция обмоток рассчитывается лишь на фаз­ное напряжение. Чем выше напряжение и меньше ток, тем относи­тельно дороже соединение треугольником.

Соединение обмоток треугольником конструктивно оправдано при больших токах. По этой причине соединениеy/aможно счи­тать наиболее распространенным для трансформаторов большой мощности, если на стороне низшего напряжения не нужен нейтраль­ный провод.

Из соотношений в трехфазной системе (см. 3.2 и 3.3) следует, что у трехфазных трансформаторов только отношение фазных напря­жений С^ф/С^ф приближенно равно отношению числа витков пер­вичной и вторичной обмоток wi/w_2lа отношение линейных напря­жений зависит от вида соединения обмоток. При одинаковом соеди­нении (y/yили а/а) отношение линейных напряжений равно фазному коэффициенту трансформации. Но при различных соеди­нениях (y/AhA/y) отношение линейных напряжений меньше или больше этого коэффициента в раз. Поэтому можно изменить вто­ричное линейное напряжение трансформатора соответствующим изменением схемы соединения его обмоток.

9.11. Группы соединений обмоток трансформаторов

При рабочем режиме работы трансформатора фазы первичных и вторичных напряжений и_ь и₂ и токовi_h i₂для выбранных на рис. 9.21 положительных направлений практически совпадают. Для выб­ранных положительных направлений тока г_н и напряжения и_н при­
емника следует г_н = г₂, и_1У = и₂ или г_н = — г₂; = = —и_ъ если ключSнаходится в положении 1 или 2. В первом случае фазы тока и напряже­ния приемника и фазы вторичных тока и на­пряжения трансформатора совпадают, во вто­ром случае фазы противоположны. Эти фазо­вые соотношения весьма важны при параллель­ном соединении трансформаторов, применении измерительных трансформаторов и т.д.

Для условного обозначения сдвига фазы вторичного напряжения по отношению к пер­вичному принято деление трансформаторов по группам соединений. При определении группы соединений трансформатора первичным напря­жением считается его высшее напряжение, а вторичным — низшее.

Основанием для деления трансформаторов по группам соедине­ний служит значение угла сдвига фаз между одноименными линей­ными высшим и низшим напряжениями. У двух трансформаторов с одинаковой группой соединений этот сдвиг фаз должен быть одина­ков.

Обозначение групп соединений основано на сопоставлении от­носительного положения векторов высшего и низшего линейных на­пряжений на комплексной плоскости с положением минутной и ча­совой стрелок. Для сопоставления минутная стрелка считается ус­тановленной на цифре 12, и с ней совмещается вектор линейного высшего напряжения, а часовая стрелка совмещается с вектором линейного низшего напряжения. Угол 30°, равный центральному углу между двумя соседними цифрами часового циферблата, слу­жит единицей при отсчете угла сдвига фаз. Отсчет угла производит­ся от минутной к часовой стрелке по направлению их вращения. Группе соединений дается название по положению часовой стрелки.

В случае однофазного трансформатора вектор низшего напряже­ния может составлять с вектором высшего напряжения приближен­но угол или 0°, или 180°. В первом случае это соответствует положе­нию обеих стрелок на цифре 12, поэтому такое соединение именует­ся группой 0. Во втором случае часовая стрелка должна быть по­ставлена на 6, т. е. это будет группа 6. В последнем случае первичная и вторичная обмотки намотаны противоположно относительно направ­ления магнитного потока. Согласно ГОСТу для однофазных транс­форматоров установлена одна стандартная группа соединений — 0.

А(		i*
	) . h—о 1 A A J—

У трехфазных трансформаторов возможны все 12 различных групп соединений, но желательно иметь минимальное их число. Поэтому для трехфазных трансформаторов выбраны только две стандартные группы: 11 и 0. Группе 11 соответствуют два вида со­единения обмоток: звезда/треугольник(Y/A-11)и звезда с выве­денной нейтральной точкой/треугольник(Y_H/A-11).Группе 0 соот-
б

Рис. 9.22

ветствует один способ соединения обмоток звезда/звезда с выведен­ной нейтральной точкой (y/y_h-0). В числителе обозначения всегда указывается, как соединены обмотки высшего напряжения.

Группаy/y„-0 применяется для трансформаторов с высшим на­пряжением до 35 кВ включительно при низшем напряжении 230 В и мощности до 560 кВ • А или при том же пределе высшего напряже­ния, низшем напряжении 400 В и мощности до 1800 кВ-А.

Оба вида соединения по группе 11 применяются для более мощ­ных трансформаторов и более высоких напряжений. В качестве при­мера на рис. 9.22, я, б показано, как при соединенииy/Л вектор низ­шего (в данном случае вторичного) линейного напряженияU_abоб­разует с вектором высшего (первичного) линейного напряженияU_AB угол 330°, который равен углу между стрелками в 11 часов, следова­тельно, это соединение относится к группе 11.

В зарубежной практике трансформаторостроения применяются и другие группы соединений.

9.12. Параллельная работа трансформаторов

При параллельной работе первичные обмотки трансформато­ров получают энергию от общего источника (от общей линии на рис. 9.23), а вторичные обмотки подключаются к общему прием­нику (к общей линии на рис. 9.23).

Трансформаторы, включаемые на параллельную работу, должны удовлетворять трем условиям, из которых первое должно быть вы­полнено безусловно, а второе и третье допускают в известных пре­делах небольшие отклонения. Эти три условия следующие:

1) одна и та же группа соединений (в случае трехфазных транс­форматоров 0 или 11);

а

2) одинаковые номинальные первичные и вторичные напряже­ния; разница значений коэффициентов трансформации не должна превышать 0,5 %;

Рис. 9.23

 

%

IK

Рис. 9.24

3) одинаковые напряжения короткого замыкания (допускается отклонение ± 10 %).

---

Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 392; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!