Какие параметры трансформатора можно определить в режиме холостого хода

Как проверяют электрические параметры силового трансформатора?

Электрические параметры силового трансформатора проверяют в процессе технического обслуживания, текущего и капитального ремонта, перед вводом в эксплуатацию после монтажа. В соответствии с нормативно-технической документацией объем проверяемых электрических параметров включает:

• определение схемы соединения обмоток ВН и НН;
• величина потерь и тока в режиме х.х.;
• коэффициент трансформации;
• величина потерь и напряжения в режиме к.з.

Некоторые типы электрических характеристик допускается проверять одним и тем же измерительным оборудованием, без изменения схемы подключения. Благодаря этому значительно экономится рабочее время персонала, и сокращаются сроки подготовки к вводу в номинальный режим работы.

Коэффициент трансформации

Представляет собой отношение величины напряжения на обмотке высокого напряжения к величине напряжения на обмотке низкого или среднего напряжения. Для проверки этой характеристики используют метод двух поверенных вольтметров. К одной из обмоток высокого напряжения подводят переменное напряжение с величиной не мене 2%, от номинального для электрической цепи. Величину напряжения на стороне высокого напряжения контролируют при помощи одного из вольтметров.

При этом на стороне низкого напряжения устанавливают другой вольтметр. Коэффициент трансформации вычисляют по соответствующим формулам, в зависимости от схемы соединения обмоток силового трансформатора. Определение напряжения выполняют на всех положениях переключателей РПН и ПБВ.

Полученный в результате измерений коэффициент трансформации не должен отличаться от паспортного значения на величину более 0,5%  Разница между коэффициентами трансформации на разных фазах при одинаковой ступени РПН и ПБВ не должна превышать 2%.

Группа соединения обмоток ВН и НН

Проверку схемы соединения обмоток высокого и низкого напряжения осуществляют по следующей методике:

• Одноименные выводы обмоток низкого и высокого напряжения (традиционно используют А-а) закорачивают между собой.
• На обмотку ВН подают симметричное напряжение величиной 380В или 220В.
• Один вольтметр устанавливают для измерений напряжения между вводами В и С.
• Другой вольтметр используют для замеров между выводами обмоток В-в, С-в, В-с.
• На основании анализа полученного напряжения на двух вольтметрах делают выводы о схеме соединений обмоток трансформатора и её соответствии стандартизированной группе.

Величина потерь и тока в режиме холостого хода

Измерение потерь и тока холостого хода выполняют в процессе приемо-сдаточных испытаний, после капитального и текущего ремонтов магнитопровода.

Методика измерения параметров холостого хода силового трансформатора предполагает подачу на одну из двух обмоток рабочего напряжения и, измерение параметров на другой, которая остается в разомкнутом состоянии.

При этом ток, который потечет в схеме обмотки с номинальным напряжением, будет характеризовать потери в стали магнитопровода (ток холостого хода). Единицей выражения тока холостого хода является процентное отношение к номинальному рабочему току силового трансформатора.

При подключении в цепь питания трансформатора ваттметра, можно измерить потери холостого хода, выражаемые в единицах активной мощности. Измеренные значения не должны отличаться от указанных в паспорте на величину более 15% для потерь и 30% для тока. У  трансформаторов со сроком службы более 20 лет допускается отклонение величины тока холостого хода на величину до 22% от паспортного значения.

Величина потерь и напряжения в режиме короткого замыкания

Методика проведения замеров короткого замыкания предполагает определение параметров при номинальной нагрузке. Напряжение короткого замыкания определяет возможность силового трансформатора работать параллельно с другим трансформатором. Измерение этих параметров выполняют каждый раз при замене обмоток или изменении схемы их соединений.

Методика измерений напряжения к.з. предполагает короткое замыкание на одной из обмоток (традиционно НН). В это время на другую обмотку трансформатора подают напряжение, при котором по двум обмоткам потечет номинальный ток. В стандартном варианте исполнения трансформатора напряжение короткого замыкания не превышает 8% от его номинального значения.

Допускается выполнять опыт К.З. при пониженном значении тока, но он должен составлять не менее 25% от номинального значения. Обработка результатов измерений напряжения короткого замыкания предполагает приведение всех данных к температуре 750С. Измеренные значения не должны отличаться от паспортных на величину более 10%, как для напряжения, так и потерь.

Вернуться назад

Источник: https://www.energyc.ru/articles/kak-proverjajut-jelektricheskie-parametry-silovogo-transformatora

Реактивное сопротивление трансформатора: формулы расчета

Мы привыкли считать, что все магнитные потоки в трансформаторе пронизывают обе обмотки и магнитопровод. Если бы существовал идеальный трансформатор, то это действительно так бы и происходило. К сожалению, в реальности часть магнитного потока преодолевает изоляционное пространство, выходит за пределы обмоток и замыкается в них (см. рис. 1). В результате возникает реактивное сопротивление трансформатора. Такое явление ещё называют рассеиванием магнитных потоков.

Рис. 1. Схема, иллюстрирующая рассеивание магнитных потоков

В катушках существуют и другие сопротивления, являющиеся причинами потерь мощности. Таковыми являются: внутреннее сопротивление материалов обмоток, и рассеивания, вызванные индуктивными сопротивлениями. Совокупность рассеиваний магнитных потоков называют внутренним сопротивлением или импедансом трансформатора.

Потери реактивных мощностей

Вспомним, как работает идеальный двухобмоточный трансформатор (см. рис. 2). Когда первичная обмотка окажется под переменным напряжением (например, от электрической сети), возникнет магнитный поток, который пронизывает вторичную катушку индуктивности. Под действием магнитных полей происходит возбуждение вторичных обмоток, в витках которых возникает ЭДС. При подключении активной мощности к прибору во вторичной цепи начинает протекать переменный ток с частотой входного тока.

Рис. 2. Устройство трансформатора

В идеальном трансформаторе образуется прямо пропорциональная связь между напряжениями в обмотках. Их соотношение определяется соотношением числа витков каждой из катушек. Если U1 и U2 – напряжения в первой и второй обмотке соответственно, а w1 и w2 – количество витков обмоток, то справедлива формула: U1 / U2 = w1 / w2.

Другими словами: напряжение в рабочей обмотке во столько раз больше (меньше), во сколько раз количество мотков второй катушки увеличено (уменьшено) по отношению к числу витков, образующих первичную обмотку.

Величину w1 / w2 = k принято называть коэффициентом трансформации. Заметим, что формула, приведённая выше, применима также для автотрансформаторов.

В реальном трансформаторе часть энергии теряется из-за рассеяния магнитных потоков (см. рис. 1). Зоны, где происходит концентрация потоков рассеяния обозначены пунктирными линиями. На рисунке видно, что индуктивность рассеяния охватывает  магнитопровод и выходит за пределы обмоток.

Наличие реактивных сопротивлений в совокупности с активным сопротивлением обмоток приводят к нагреванию конструкции. То есть, при расчётах КПД необходимо учитывать импеданс трансформатора.

Обозначим активное сопротивление обмоток символами R1 и R2 соответственно, а реактивное – буквами X1 и X2. Тогда импеданс первичной обмотки можно записать в виде: Z1= R1+jX1. Для рабочей катушки соответственно будем иметь: Z2= R2+jX2, где j – коэффициент, зависящий от типа сердечника.

Реактивное сопротивление можно представить в виде разницы индукционного и ёмкостного показателя: X = RL – RC. Учитывая, что RL =  ωL, а RC = 1/ωC, где ω – частота тока, получаем формулу для вычисления реактивного сопротивления: X = ωL – 1/ωC.

Не прибегая к цепочке преобразований, приведём готовую формулу для расчёта полного сопротивления, то есть, для определения импеданса трансформатора:

Суммарное сопротивление трансформатора необходимо знать для определения его КПД. Величины потерь в основном зависят от материала обмоток и конструктивных особенностей трансформаторного железа.

Вихревые потоки в монолитных стальных сердечниках значительно больше, чем многосекционных конструкциях магнитопроводов. Поэтому на практике сердечники изготавливаются из тонких пластин трансформаторной стали.

С целью повышения удельного сопротивления материала, в железо добавляют кремний, а сами пластины покрывают изоляционным лаком.

Для определения параметров трансформаторов важно найти активное и реактивное сопротивление, провести расчёты потерь холостого хода. Приведённая выше формула не практична для вычисления импеданса по причине сложности измерений величин индукционного и ёмкостного сопротивлений. Поэтому на практике пользуются другими методами для расчёта, основанными на особенностях режимов работы силовых трансформаторов.

Режимы работы

Двухобмоточный трансформатор способен работать в одном из трёх режимов:

• вхолостую;
• в режиме нагрузки;
• в состоянии короткого замыкания.

Для проведения расчётов режимов электрических цепей проводимости заменяют нагрузкой, величина которой равна потерям при работе в режиме холостого хода. Вычисления параметров схемы замещения проводят опытным путём, переводя трансформатор в один из возможных режимов: холостого хода, либо в состояние короткого замыкания. Таким способом можно определить:

• уровень потерь активной мощности при работе на холостом ходу;
• величины потерь активной мощности в короткозамкнутом приборе;
• напряжение короткого замыкания;
• силу тока холостого хода;
• активное и реактивное сопротивление в короткозамкнутом трансформаторе.

Параметры режима холостого хода

Для перехода в работу на холостом ходу необходимо убрать отсутствует нагрузку на вторичной обмотке, то есть – разомкнуть электрическую цепь. В разомкнутой катушке напряжение отсутствует. Главной составляющей тока в первичной цепи является ток, возникающий на реактивных сопротивлениях. С помощью измерительных приборов довольно просто найти основные параметры переменного тока намагничивания, используя которые можно вычислить потери мощности, умножив силу тока на подаваемое напряжение.

Схема измерений на холостом ходу показана на рисунке 3. На схеме показаны точки для подключения измерительных приборов.

Рис. 3. Схема режима холостого хода

Формула, применяемая для  расчётов параметров реактивной проводимости, выглядит так: Вт = Iх%*Sном  / 100* Uв ном2  Умножитель 100 в знаменателе применён потому, что величина тока холостого хода Iх обычно выражается в процентах.

Режим короткого замыкания

Для перевода трансформатора на работу в режиме короткого замыкания закорачивают обмотку низшего напряжения. На вторую катушку подают такое напряжение, при котором в каждой обмотке циркулирует номинальный ток. Поскольку подаваемое напряжение существенно ниже номинальных напряжений, то потери активной мощности в проводимости настолько малы, что ими можно пренебречь.

Таким образом, у нас остаются активные мощности в трансформаторе, которые расходуются на нагрев обмоток: ΔPk = 3* I1ном * Rт. Выразив ток I1 ном через напряжение Uка и сопротивление Rт, умножив выражение на 100, получим формулу для вычисления падения напряжения в зонах активного сопротивления (в процентах):

Активное сопротивление двухобмоточного силового трансформатора вычисляем по формуле:

Подставив значение Rт в предыдущую формулу, получим:

Вывод: в короткозамкнутом трансформаторе падение напряжения в зоне активного сопротивления (выраженная в %) прямо пропорционально размеру потерь активной мощности.

Формула для вычисления падения напряжения в зонах реактивных сопротивлений имеет вид:

Отсюда находим:

Величины реактивных сопротивлений в современных трансформаторах гораздо меньше активного. Поэтому можно считать что падение напряжения в зоне реактивного сопротивления Uк р ≈ Uк, поэтому для практических расчётов можно пользоваться формулой: XT = Uk*Uв ном2 / 100*Sном

Рассуждения, приведённые выше, справедливы также для многообмоточных, в том числе и для трёхфазных трансформаторов. Однако вычисления проводятся по каждой обмотке в отдельности, а задача сводится к решению систем уравнений.

Знание коэффициентов мощности, сопротивления рассеивания и других параметров магнитных цепей позволяет делать расчёты для определения величин номинальных нагрузок. Это, в свою очередь, обеспечивает работу трансформатора в промежутке номинальных мощностей.

Источник: https://www.asutpp.ru/reaktivnoe-soprotivlenie-ili-impedans-transformatora.html

Трансформаторы. Режимы работы и рабочие характеристики

08.12.2018

В первой части нашей статьи мы рассмотрели устройство трансформатора, принцип действия и виды трансформаторов. Теперь поговорим о них более детально.

Холостой ход однофазного трансформатора

Приведенные при рассмотрении принципа действии трансформа­тора соотношения справедливы лишь для идеального трансформатора, в котором пренебрегают сопротивлениями обмоток и потерями в сердечнике и считают, что магнитный поток замыкается только по сердечнику.

В реальных условиях необходимо учитывать падения напряжения в обмотках и фактическую картину распределения магнитных полей.

В частности, при холостом ходе МДС F0 кроме основного магнитного потока взаимоиндукции Ф0, замыкающегося по сердечнику, создает магнитный поток рассеяния Фрс1, который замыкается, в основном, по воздуху и сцепляется только с первичной обмоткой (рис. 1).

Рис. 1 — Холостой ход однофазного трансформатора

Под действием этого магнитного потока в первичной обмотке индуктируется ЭДС самоиндукции ерс1, действующее значение которой обычно рассчитывают по соотношению

где хрс1 — индуктивное сопротивление рассеяния первичной обмотки.

Для упрощения записи это сопротивление часто обозначают просто х1  Оно равно

где L1 — индуктивность рассеяния, определяемая по специальным формулам.

Таким образом, реально существующий магнитный поток рассеяния Фрс1 первичной обмотки и соответствующая ему ЭДС Ерс1 учитываются путем введения некоторого индуктивного сопротивления рассеяния х1, падение напряжения на котором уравновешивает ЭДС, т.е. в векторной форме равенство

записывают в виде

Такой подход значительно упрощает анализ и расчет режимов работы трансформатора. Сопротивление х1 практически постоянно, а величина Ерс1 пропорциональна току первичной обмотки.

Полное сопротивление первичной обмотки, кроме сопротивления х1 учитывает также активное сопротивление r1, т.е.

Электрическая схема замещения фазы первичной обмотки трансформатора на холостом ходу полностью аналогична схеме замещения катушки со стальным сердечником (рис. 2).

Рис. 2 — Электрическая схема замещения фазы трансформатора на холостом ходу

Уравнение электрического равновесия трансформатора для режима холостого хода может быть записано в виде

или

Таким образом, подводимое к первичной обмотке напряжение уравновешивается ЭДС самоиндукции Е10 и падением напряжения на сопротивлениях r1 и х1 обмотки. Поскольку падение напряжения  достаточно мало, последнее уравнение для режима холостого хода часто записывают в виде

Векторная диаграмма трансформатора в режиме холостого хода является графической иллюстрацией и решением уравнений

Векторы как это следует из уравнений

отстают от вектора Фом на 90° (рис.3). Величина напряжения U20 =Е20 отличается от Е10 в отношении коэффициента трансформации. Ток холостого хода I0 не синусоидален и его представляют в виде двух составляющих: I0а — активной, определяющей потери энергии в стали сердечника и в обмотке; I0р — реактивной, необходимой для создания МДС F0 и потоков Ф0 и Фрс1.

Рис. 3 — Векторная диаграмма холостого хода трансформатора

Таким образом, можно записать

Обычно I0а 0.

Рис. 4 — Нагрузочный режим однофазного трансформатора

Это основной режим, при котором вторичный ток изменяется в пределах 0 0, ?2 = 0  и ?2 < 0, а также геометрическое место концов вектора при изменении угла ?2  пределах :

Построение упрощенных диаграмм производятся следующим образом: из точки 0 как из центра проводится дуга окружности радиусом, равным в принятом масштабе величине напряжения ; под углом ?2 проводятся направления вектора вторичного напряжения ; во всех случаях нагрузки треугольник короткого замыкания распо­лагается таким образом, чтобы вершина А была на дуге  , вер­шина С — на направлении вектора ; а катет ВС совпадал с направлением вектора тока .

Рис. — 12.  Упрощенная векторная диаграмма приведенного  трансформатора при различных по характеру нагрузках

Точки С, С1 и C2 определяют величину приведенного вторичного напряжения при соответствующем значении ?2 . Если треугольник ABC поместить в положение 0 B’ C’, то дуга, проведенная из вершины С радиусом, равным , пройдет через точки С, С1 и C2 и является, таким образом, геометрическим местом конца вектора напряжения  .Из рис. 12 хорошо видно, что при активно-индуктивной (?2 > 0) и чисто активной нагрузке (?2 = 0) приведенное вторичное напряжение меньше первичного напряжения  .

При активно-емкостной нагрузке (?2 < 0) вторичное напряжение может стать даже больше первичного.

Физически это объясняется следующим образом. Реактивная мощность, необходимая для создания магнитного поля взаимоиндукции определяется, главным образом, реактивным сопротивлением рассеяния xk. При активно-емкостной нагрузке эта реактивная мощность может забираться от нагрузки и при определенной величине емкости в нагрузке избыток реактивной мощности отдается в первичную сеть. При этом растет ЭДС:

что приводит к перевозбуждению трансформатора, т.е. к возрастанию потока и увеличению напряжения .

Внешняя характеристика трансформатора

Внешней характеристикой трансформатора называют зависимость:

при   и cos?1 = const (рис. 13).

Рис. 13 —  Внешняя характеристика трансформатора

Из рис. 13 следует, что внешняя характеристика трансформатора при увеличении тока нагрузки до номинального является достаточно жесткой. Изменение напряжения составляет всего несколько процентов и зависит от характера нагрузки, что находится в соответствии с векторной диаграммой (рис. 12 ).

При активной и активно-индуктивной нагрузке напряжение  уменьшается, при активно-емкостной нагрузке оно может несколько возрастать. На практике величина изменения напряжения обычно рассчитывается по приближенной формуле:

где  ? = I2/I2н нагрузка трансформатора в относительных единицах;

Потери в трансформаторе и его КПД

Трансформатор потребляет из сети мощность:

где m1 – число фаз.

Часть этой мощности, как отмечалось, теряется в виде потерь в обмотках:

другая часть — в виде потерь в сердечнике на гистерезисе и вихревые токи.

Электромагнитная мощность:

передается во вторичную обмотку посредством магнитного поля.

Полезная мощность равна:

Потери в стали:

мало изменяются при изменении нагрузки и относятся к категории постоянных потерь. Потери в обмотках:

являются переменными т.к. изменяются при изменении тока. Коэффициент полезного действия трансформатора показывает соотношение между мощностью, которая передается из первичной обмотки во вторичную и обратно, и мощностью, которая преобразуется в тепло. КПД определяется по формуле:

КПД силовых трансформаторов обычно достигает 9498%. Рассчитывают трансформаторы таким образом, чтобы КПД имел наибольшее значение при нагрузке ? = 0,5 – 0,7 от номинальной. Обычно трансформаторы работают с некоторой недогрузкой — в области максимального значения КПД рис. 14.

Рис. 14 — Коэффициент полезного действия трансформатора

При передаче значительной реактивной мощности (при уменьшении cos?2) КПД уменьшается, что показано на рис. 1, кривая 2.

Параллельная работа трансформаторов

Параллельная работа трансформаторов возможна лишь в том случае, если в обмотках трансформаторов не возникают уравнительные токи, а нагрузка распределяется пропорционально номинальным мощностям трансформаторов. Практически это сводится к выполнению следующих условий:

1. Напряжения обмоток высшего и низшего напряжения, указанные на заводских табличках, должны быть соответственно равны, т.е. должны быть равны коэффициенты трансформации k1 = k2 kn.

2. Напряжения короткого замыкания uк, указываемые на заводских табличках трансформаторов, должны быть также равны; при параллельной работе трансформаторов допускают отклонения в пределах ±10 %.

3. Мощности параллельно работающих трансформаторов не должны значительно отличаться одна от другой. Допускается различие мощностей не больше чем в 3 раза.

4. Схемы и группы соединений обмоток трансформаторов, предназначенных для параллельной работы, должны быть одинаковыми. Это требование может быть выполнено, если условные обозначения схем и групп соединений, указанные на заводских табличках, будут одинаковыми.

5. Обмотки фаз трансформаторов, включенных для параллельной работы, должны совпадать, т. е. одинаково обозначенные выводы обмоток фаз должны быть присоединены к одной, а не к разным шинам.

Рассмотрим последствия нарушения названных условий.

Допустим, что не выполнено первое условие (k1 < k2 ). Это значит, что при одном и том же напряжении на первичных обмотках трансформаторов U1, вторичные ЭДС трансформаторов будут неодинаковы Е1 > Е2. Под действием возникшей разности потенциалов в замкнутом контуре  вторичных обмоток пойдет уравнительный ток, который создаст падение напряжения в обмотках.

В трансформаторе 1 это вызовет уменьшение напряжения на зажимах вторичной обмотки, в трансформаторе 2 – увеличение вторичного напряжения. В результате напряжение на внешних шинах будет иметь среднее значение. При нагрузке уравнительный ток накладывается на ток нагрузки, вследствии чего трансформатор 1 будет перегружен, а трансформатор 2 – недогружен.

ГОСТ допускает расхождение в коэффициентах трансформации не больше ±0,5% от их среднего значения.

Если трансформаторы имеют неодинаковые номинальные напряжения короткого замыкания  u1К  ? u2К, значит неодинаковы сопротивления короткого замыкания Z1К ? Z2К. При работе трансформаторов в параллель напряжения вторичных обмоток одинаковы т. е. I12Z1К = I22Z2К, а это возможно лишь при неодинаковых токах трансформаторов.

Это значит, что при параллельной работе трансформаторов нагрузка между ними будет распределяться непропорционально их номинальным мощностям. Чтобы не вызвать аварии трансформатора, имеющего меньшее значение uК, необходимо снижать общую нагрузку. Это ведет к неполному использованию трансформаторов.

Согласно ГОСТ необходимо, чтобы разница напряжений короткого замыкания не превышала ±10% от их среднего значения, а соотношение номинальных мощностей параллельно работающих трансформаторов было не больше, чем 3:1.

Несоблюдение четвертого условия вызывает настолько большой уравнительный ток, что трансформаторы могут выйти из строя из-за перегрева обмоток. Даже при минимальном расхождении групп соединения трансформаторов (например, у одного группа ?/? – 0, а у другого ?/? – 11) уравнительный ток будет примерно в 5 раз больше номинального, что равносильно короткому замыканию.

Во избежание ошибок присоединение трансформаторов к сети без нулевого провода ( пятое условие ) производят следующим образом. Включают оба трансформатора со стороны высшего напряжения, затем один из них присоединяют к шинам низкого напряжения выводами обмоток всех фаз, а другой — выводами обмотки одной фазы, например С.

Затем между выводами обмоток фаз В и А второго трансформатора и шинами низкого напряжения, к которым соответственно присоединены выводы обмоток фаз В и А первого трансформатора, включают вольтметр или лампу.

Если обозначения выводов обмоток фаз на трансформаторах нанесены правильно, то между всеми парами одноименных выводов напряжение равно нулю (лампа не горит или вольтметр показывает нуль) и выводы В и А второго трансформатора могут быть соединены с шинами, к которым соответственно присоединены выводы В и А первого трансформатора.

Контрольные лампы или вольтметры при указанной проверке должны быть взяты на двойное рабочее напряжение трансформатора со стороны низшего напряжения.

Трансформаторы. Режимы работы и рабочие характеристики Ссылка на основную публикацию

Источник: http://www.radioingener.ru/transformatory_part2/

Режим холостого хода трансформатора

Одно из наиболее используемых электротехнических устройств – трансформатор. Данное оборудование используется для изменения величины электрического напряжения. Рассмотрим особенности режима холостого хода трансформатора, с учётом правил определения характеристик для различных видов устройств.

Трансформатор состоит из первичной и вторичной обмоток, расположенных на сердечнике. При подаче напряжения на входную катушку, образуется магнитное поле, индуцирующее ток на выходной обмотке. Разница характеристик достигается, благодаря различному количеству витков в катушках входа и выхода.

Принцип работы трансформатора

Что такое режим холостого хода

Под режимом холостого хода понимают состояние устройства, при котором во время подачи переменного электротока на входную катушку выходная находится в разомкнутом состоянии. Данная ситуация характерна для агрегата, подключённого к электросети, при условии, что нагрузку к выходному контуру ещё не включили.

Режим короткого замыкания

В процессе эксперимента можно найти:

• электроток холостого хода (замеряется амперметром) – обычно его значение невелико, не больше 0,1 от номинального показателя тока первой обмотки;
• мощность, теряемую в магнитопроводе прибора(или другими словами потери в стали);
• показатель трансформации напряжения – примерно равен значению в первичной цепи, деленному на таковое для вторичной (оба значения – данные вольтметров);
• по результатам замеров силы тока, мощности и напряжения первичной электроцепи можно высчитать коэффициент мощности: мощность делят на произведение двух других величин.

Как проводится опыт холостого хода

При проведении опыта холостого хода появляется возможность определить следующие характеристики агрегата:

• коэффициент трансформации;
• мощность потерь в стали;
• параметры намагничивающей ветви в замещающей схеме.

Для опыта на устройство подаётся номинальная нагрузка.

Также читайте:  Как определить фазу и ноль с помощью приборов и без них

При проведении опыта холостого хода и расчёте характеристик на основе данной методики необходимо учитывать разновидность устройства.

В данном состоянии трансформатор обладает нулевой полезной мощностью по причине отсутствия на выходной катушке электротока. Поданная нагрузка преобразуется в потери тепла на входной катушке I02×r1 и магнитные потери сердечника Pm. По причине незначительности значения потерь тепла на входе, их в большинстве случае в расчёт не принимают. Поэтому общее значение потерь при холостом ходе определяется магнитной составляющей.

Далее приведены особенности расчёта характеристик для различных видов трансформаторов.

Для однофазного трансформатора

Опыт холостого хода для однофазного трансформатора проводится с подключением:

• вольтметров на первичной и вторичной катушках;
• ваттметра на первичной обмотке;
• амперметра на входе.

Приборы подключаются по следующей схеме:

Для определения электротока холостого хода Iо используют показания амперметра. Его сравнивают со значением электротока по номинальным характеристикам с использованием следующей формулы, получая итог в процентах:

Iо% = I0×100/I10.

Чтобы определить коэффициент трансформации k, определяют величину номинального напряжения U1н по показаниям вольтметра V1, подключённого на входе. Затем по вольтметру V2 на выходе снимают значение номинального напряжения U2О.

Коэффициент рассчитывается по формуле:

K = w1/w2 = U1н/ U2О.

Величина потерь составляет сумму из электрической и магнитной составляющих:

P0 = I02×r1 + I02×r0.

Но, если пренебречь электрическими потерями, первую часть суммы можно из формулы исключить. Однако незначительная величина электрических потерь характерна только для оборудования небольшой мощности. Поэтому при расчёте характеристик мощных агрегатов данную часть формулы следует учитывать.

Потери холостого хода для трансформаторов мощностью 30-2500 кВА

Для трёхфазного трансформатора

Трёхфазные агрегаты испытываются по аналогичной схеме. Но напряжение подаётся отдельно по каждой фазе, с соответствующей установкой вольтметров. Их потребуется 6 единиц. Можно провести опыт с одним прибором, подключая его в необходимые точки поочерёдно.

Также читайте:  Откуда появляется ноль в трансформаторе

При номинальном напряжении электротока обмотки более 6 кВ, для испытания подаётся 380 В. Высоковольтный режим для проведения опыта не позволит добиться необходимой точности для определения показателей. Кроме точности, низковольтный режим позволяет обеспечить безопасность.

Применяется следующая схема:

Работа аппарата в режиме холостого хода определяется его магнитной системой. Если речь идёт о типе прибора, сходного с однофазным трансформатором или бронестержневой системе, замыкание третьей гармонической составляющей по каждой из фаз будет происходить отдельно, с набором величины до 20 процентов активного магнитного потока.

В результате возникает дополнительная ЭДС с достаточно высоким показателем – до 60 процентов от главной. Создаётся опасность повреждения изолирующего слоя покрытия с вероятностью выхода из строя аппарата.

Предпочтительнее использовать трехстержневую систему, когда одна из составляющих будет проходить не по сердечнику, с замыканием по воздуху или другой среде (к примеру, масляной), с низкой магнитной проницаемостью. В такой ситуации не произойдёт развитие большой дополнительной ЭДС, приводящей к серьёзным искажениям.

Для сварочного трансформатора

Для сварочных трансформаторов холостой ход – один из режимов их постоянного использования в работе. В процессе выполнения сварки при рабочем режиме происходит замыкание второй обмотки между электродом и металлом детали. В результате расплавляются кромки и образуется неразъёмное соединение.

После окончания работы электроцепь разрывается, и агрегат переходит в режим холостого хода. Если вторичная цепь разомкнута, величина напряжения в ней соответствует значению ЭДС. Эта составляющая силового потока отделяется от главного и замыкается по воздушной среде.

Чтобы избежать опасности для человека при нахождении аппарата на холостом ходу, значение напряжения не должно превышать 46 В. Учитывая, что у отдельных моделей значение данных характеристик превышает указанное, достигая 70 В, сварочный агрегат выполняют со встроенным ограничителем характеристик для режима холостого хода.

Также читайте:  Сколько ватт в одном киловатте

Блокировка срабатывает за время, не превышающее 1 секунду с момента прерывания рабочего режима. Дополнительная защитная мера – устройство заземления корпуса сварочного агрегата.

Меры по снижению тока холостого хода

Ток при нахождении трансформатора в режиме холостого хода возникает, благодаря конструктивным особенностям сердечника. Для ферромагнитного материала, попавшего в электрическое поле переменного тока, характерно наведение вихревых индуктивных токов Фуко, вызывающих нагревание данного элемента.

Чтобы снизить вихревые токи, сердечник изготавливают не в виде цельной детали, а набирают из пакета пластин небольшой толщины. Между собой пластины изолируются. Дополнительная мера – изменение свойств самого материала, позволяющее увеличить порог магнитного насыщения.

Чтобы не допустить разрыва магнитного потока с возникновением поля рассеивания, пластины тщательно подгоняют в процессе набора. Отдельные элементы шлифуют, с получением гладкой, идеально прилегающей поверхности.

Также потери снижаются за счёт более полного заполнения окна магнитопровода. Это позволяет обеспечить оптимальные показатели массы и габаритов агрегата.

Холостой ход трансформатора – режим, при котором можно рассчитать важные характеристики. Это проводится для оборудования, находящегося в эксплуатации и на стадии проектирования.

Источник: https://ofaze.ru/teoriya/holostoj-hod-transformatora

Опыт холостого хода трансформатора

Опыт холостого хода трансформатора, генератора, асинхронного двигателя рекомендуется к изучению электриками по той причине, что данные, полученные в результате такого исследования, позволяют охарактеризовать функционирование прибора под нагрузкой. Часто этот эксперимент проводят в паре с исследованием короткого замыкания. Такая программа предоставляет данные для расчета коэффициента полезного действия устройства.

Режим холостого хода трансформатора

Этот режим характеризует подача переменного напряжения, меняющегося по принципу синусоиды, на первичную обмотку аппарата, при этом во вторичной, находящейся в разомкнутом состоянии, электроток отсутствует полностью.

В таком случае трансформаторное устройство напоминает катушку индуктивности с замкнутым магнитопроводом из ферромагнетика.

Чтобы проводить опыты с трансформатором, находящимся в данном состоянии, потребуется изучить принципиальную схему, соответствующую используемому устройству (однофазному или трехфазному).

Схема трансформатора при холостом ходе

Про опыт холостого хода

Проведение опыта холостого хода позволяет узнать основные показатели функционирования прибора: теряемый процент мощности, коэффициент трансформации, значение электротока при работе вхолостую. Выполняется опыт с помощью измерительных приборов: ваттметра, амперметра и пары вольтметров, один из которых (превосходящий по внутреннему сопротивлению) подключается к клеммам вторичной обмотки. На первичную – подается номинальное напряжение.

Что такое коэффициент мощности

В процессе эксперимента можно найти:

• электроток холостого хода (замеряется амперметром) – обычно его значение невелико, не больше 0,1 от номинального показателя тока первой обмотки;
• мощность, теряемую в магнитопроводе прибора;
• показатель трансформации напряжения – примерно равен значению в первичной цепи, деленному на таковое для вторичной (оба значения – данные вольтметров);
• по результатам замеров силы тока, мощности и напряжения первичной электроцепи можно высчитать коэффициент мощности: мощность делят на произведение двух других величин.

Методика проведения выглядит так: первичную катушку (или ВН) соединяют с источником питания через три традиционных измерительных прибора (ампер-, ватт,- и вольтметр). У вторичной (НН) закорачивают выводы. Потребляемый электроток будет очень высоким, особенно с учетом низкого показателя обмоточного сопротивления.

Для номинального тока замеряют напряжение и мощность. На первичной катушке требуется низкое напряжение. Оно, как и ток для ХХ, имеет очень низкое значение, по сравнению с номинальным, – в районе 0,05.

Тем не менее, эта техническая характеристика обладает большой практической важностью – по ней считают вторичное напряжение и узнают, допустимо ли подключать устройства параллельно.

Важно! Потери мощности в сердечнике можно не учитывать из-за мизерного напряжения. Показания на ваттметре поэтому принимаются за потери в меди.

Рабочее сопротивление обмотки R можно найти так:

R=P/I2,

где:

• Р – данные вольтметра,
• I – сила тока.

Общий показатель сопротивления – Z=U/I, реактивный – X = √ (Z² — R²).

Проведение эксперимента короткого замыкания

Принцип работы трансформатора в режиме холостого хода

Когда на обмотку прибора подают напряжение синусоиды, в ней возникает слабый ток, как правило, не превышающий 0,05-0,1 от номинального значения (это и есть холостой ток). Его создает обмоточная магнитодвижущая сила, именно из-за ее действия в замкнутом магнитопроводном элементе возникают ведущий магнитный поток (обозначается Ф) и рассеивающийся поток Ф1, замкнутый вокруг обмоточного тела. Значение магнитодвижущей силы равно произведению холостого тока на число обмоточных витков.

Как рассчитать потребление электрической энергии

Ведущий поток создает в приборе две электродвижущие силы: самоиндукционную у первой обмотки и взаимной индукции – у второй. Ф1 продуцирует у первой катушки ЭДС рассеяния. Она имеет очень небольшую величину, ведь создающий ее поток замыкается, по большей части, по воздушным массам, ведущий поток Ф – по магнитопроводу. Поскольку главный поток имеет гораздо большие масштабы, то и генерируемая им для первичной катушки электродвижущая сила тоже имеет намного большее значение.

Важно! Так как подаваемое напряжение имеет вид синусоиды, такие же характеристики имеют главный поток и создаваемые им обмоточные электродвижущие силы.

Но по причине магнитного насыщения имеющийся в приборе поток непропорционален электротоку, создающему намагничивание, так что последний синусоидальным не будет. Практикуется замена его реальной кривой соответствующей ей синусоидой с таким же значением.

Искажение тока связано с третьей гармонической составляющей (величина, определяемая вихревыми потоками и магнитопроводным насыщением).

Таблица потерь

Учимся легко считать потребляемую мощность электроприбора

Когда цепочка второй катушки разомкнута, она не использует какой-либо рабочей мощности. У той мощности, что потребляет первая, есть некоторый активный процент (он и представляет собой потери прибора), но доминирует реактивный, отвечающий за намагничивание и отдаваемый генератору.

Что касается потерянной мощности, то большая ее часть затрачивается на процессы перемагничивания и генерацию вихрей токов магнитопровода. Из-за этого последний начинает перегреваться. Так как поток рассеяния не зависит от нагрузочного электротока, то мощностные потери имеются не только на холостом ходу, но и при подаче нагрузок. Еще некоторая часть потерь (очень небольшая) затрачивается на нагревание катушечного провода.

Ее малое значение обусловлено показателями сопротивления проводка и тока холостого хода.

При напряжении 10/0,4 кВ величина потерь будет возрастать по мере увеличения мощности. Для номинального показателя мощности в 250 кВА потери будут равны 730 Вт, для 400 кВА – 1000 Вт, для 2500 кВА – 4200 Вт. По прошествии лет эксплуатации в магнитопроводе происходят процессы, увеличивающие объем потерь: изнашивается изоляция, изменяются структурные характеристики металла. Из-за этого теряться может до 50% мощности.

Проверка работы

Главное назначение данного опыта в сочетании с экспериментом короткозамкнутого состояния – нахождение коэффициента полезного действия трансформирующего устройства. После постановки трансформатора в надлежащий режим проводятся следующие измерения:

1. Данные напряжения, направляемого на первую обмотку, и затем – на выводы второй. Можно это делать не только парой вольтметров, но и мультиметром, установив соответствующий режим работы. Если для замеров используются вольтметры, на вторую катушку ставят аппарат с большим значением сопротивления, чтобы поддерживать нулевой ток. Замерив оба показателя, можно найти коэффициент трансформации, разделив значение первичной катушки на таковое для вторичной.
2. Ваттметр для регистрации потребляемой мощности ставят в первичную электроцепь. В нее же подсоединяют амперметр, он показывает токовую силу прибора, работающего на холостом ходу.

Измерение напряжения трансформатора мультиметром

Холостой ход трехфазного трансформатора

Функционирование такого прибора в рассматриваемом режиме зависит от устройства его магнитной системы. Если используется прибор по типу группы однофазных трансформаторов либо бронестержневая система, третья гармоническая составляющая для каждой фазы будет замыкаться в отдельном сердечнике, набирая значение до 20% активного магнитопотока.

Создается добавочная электродвижущая сила, способная достичь очень высокого показателя – 0,5-0,6 от главной ЭДС. Подобные процессы способны вызвать нарушение целостности изоляции, за которым последует поломка электрической установки.

Лучшим вариантом является система с тремя стержнями, тогда третья составляющая не будет идти по магнитопроводу, а замкнется в воздушной или иной среде с низким показателем магнитной проницаемости (например, масляной). В этом случае массивная добавочная ЭДС, вносящая серьезные искажения, развиваться не будет.

Схема опыта холостого хода трехфазного двухобмоточного трансформатора

Параметры трансформатора по опытам холостого хода

В паспорте аппарата указывают ряд величин, способных помочь в расчете таких эксплуатационных показателей, как максимальное получаемое на практике значение электротока короткого замыкания, энергетические потери, амплитуда вариабельности напряжения приемника при меняющемся токе.

Эти величины делятся на две группы. Первая принадлежит работе в холостом режиме: сюда относятся показатель токовой силы в процентах от номинальной и мощностные потери магнитопровода.

Вторая – обмоточные потери при коротком замыкании и напряжение (тоже указываемое относительно номинального) в этом состоянии.

Расчет КПД трансформатора

Энергетические потери в приборе, происходящие в медных и стальных комплектующих, обусловливают расхождение параметров выходной и потребительской мощности. То, насколько эффективен аппарат, можно узнать, вычислив его КПД: он равен частному выходного и потребляемого значений. Последнее равно сумме первого, потерь для стального сердечника (они узнаются при эксперименте холостого хода) и для медных элементов (вычисляются по замерам короткозамкнутого устройства).

Проведение опытов КЗ и ХХ – надежный способ вычислить эффективность трансформатора. Оно также позволяет определить объемы энергетических потерь и узнать, на какой компонент приходится большая их часть.

Источник: https://amperof.ru/teoriya/opyt-xolostogo-xoda-transformatora.html

Опыт холостого хода

С помощью тестирования возможно установить:

• коэффициент трансформации;
• каким образом ток, мощность, мощностной коэффициент cosφ холостого хода зависят от подаваемого напряжения;
• мощностные потери в стальном магнитопроводе.

Из самого названия опыта следует, что он осуществляется, когда выводы вторичной обмотки остаются открытыми, а входное питание подается со стороны высокого напряжения. Применяется и обратная схема с подведением питания со стороны НН и размыканием выводов первичной обмотки.

Опыт холостого хода трансформатора выполняется путем подключения выбранной обмотки к источнику питания на переменном токе через различные приборы: амперметр, вольтметр, ваттметр. С целью установления коэффициента трансформации с другой стороны также подсоединяется вольтметр. Во время испытания подаваемое напряжение можно изменять. Как правило, его регулирование происходит в диапазоне 0,6-1,1 от номинального.

У ненагруженного аппарата первичный ток очень низкий – 3-5 % от Iн. Потери в проводах трансформаторной обмотки несущественны.

Важно! Трансформатор в режиме х.х. работает при Uн, создаваемый магнитный поток в стальном магнитопроводе соответствует самым высоким значениям. Практически полная энергия потребления используется на нагрев сердечника.

Измерения для вычисления коэффициента трансформации

1. После подачи питающего напряжения фиксируются синхронно показания с двух вольтметров. Затем коэффициент трансформации подсчитывается в соответствии с формулой:

К = U1/U2.

Для трехфазных аппаратов снимают показания фазных или линейных напряжений;

1. При соединении обмоток трехфазных аппаратов ∆/Y и Y/∆ измерение фазного коэффициента производят, подавая напряжение на одну фазу и по очереди закорачивая другие. На стороне треугольника одну фазу закорачивают, а на остающиеся подают питание. Вычисленный показатель фазного коэффициента нужно умножить на 2, если напряжение подается на Y, и поделить на 2, если на ∆.

Важно! Значение фазного коэффициента рассчитывается, когда наблюдаются значительные отклонения линейного показателя.

Определение потерь

Графические характеристики холостого хода (х.х.) строятся, исходя из нескольких считываемых с приборов значений тока, напряжения и мощности в процессе регулировании напряжения. Количественные значения тока для аппаратов с низкими мощностными показателями не превышают 10% от номинальных величин, а для устройств большой мощности – 2%.

Формула для расчета коэффициента мощности без нагрузки:

cosφ = P/I x U.

Важно! В режиме х.х. cosφ составляет 0,2-0,3.

Мощностной показатель, замеряемый ваттметром, – это мощность потерь в стальном сердечнике.

Также можно определить:

• намагничивающую составляющую тока х.х.:

Im = I x sinφ

• активную часть тока х.х.:

Ia = I x cosφ

• реактивное сопротивление:

X = U/Im

• сопротивление, представляющее активные потери в магнитопроводе:

R = U/Ia.

Опыт короткого замыкания

Тестирование заключается в подсоединении обмотки ВН к питающему источнику через вольтметр, амперметр, ваттметр. Выводы обмотки НН закорачиваются. Второе наименование эксперимента – низковольтное тестирование. При короткозамкнутой вторичной обмотке и Uн значение потребляемого тока высоко, учитывая маленькое сопротивление обмотки. Это может вызвать значительный нагрев и повреждение аппарата.

Важно! Чтобы ограничить ток, обмотка ВН должна быть под низким U, достаточным для создания в ней Iн. Это значение U именуется Uкз (напряжение короткого замыкания). Uкз находится в пределах пяти процентов от Uн.

При Iн регистрируются данные вольтметра и ваттметра.

В данном эксперименте рассчитываются:

• активное, реактивное, общее сопротивление обмоточных проводов;
• потери в меди.

Важно! На намагничивание сердечника влияет напряжение, следовательно, мощностные потери в нем допустимо не учитывать из-за его малого значения, и на ваттметре отобразится показатель потерь в меди.

Мощностные потери, которые считываются с ваттметра, определяются по формуле:

P = I² x R.

На основании снятых показаний производятся расчеты:

• активное сопротивление обмоточных проводов – R = P/I²;
• общее сопротивление – Z = U/I;
• реактивное сопротивление – X = √ (Z² — R²)*
• мощностной коэффициент к. з. – cosφ = P/ U x I;
• U*кз = (Z x I/U) x 100%. Этот показатель в процентном выражении указан в техпаспорте аппарата.

Режимы работы трансформатора. Часть 1

Всем доброго времени суток! В прошлой статье я рассказывал об устройстве трансформатора и его работе. Также я указывал, что для анализа трансформатора используют эквивалентные схемы, содержащие основные параметры трансформатора и позволяющие оценить его характеристики в различных режимах. В процессе своей работы трансформатор может находиться в трёх основных режимах: режим холостого хода, режим короткого замыкания и номинальный режим.

Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.

Для рассмотрения работы трансформатора в различных режимах мы будем использовать схему замещения трансформатора.

Рабочий процесс трансформатора

Процесс работы трансформатора рассмотрим на основе эквивалентной схемы замещения из предыдущей статьи

Эквивалентная схема замещения трансформатора.

При наличии нагрузки ZH на выводах вторичной обмотки 3-4 и напряжении U1 на выводах первичной обмотки 1-2 в магнитопроводе трансформатора создается магнитный поток, который индуцирует в обмотках ЭДС: в первичной – Е1, а во вторичной – Е2.

В результате приложенное напряжение в первичной обмотке U1 уравновешивается ЭДС Е1 и падением напряжения на активном сопротивлении обмотки R1 и реактивном сопротивлении Ls1 индуктивности рассеяния.

Аналогичным образом происходит уравновешивание напряжения и во вторичной обмотке трансформатора.

Определение основных параметров трансформатора: напряжения U1 и U1, ЭДС Е1 и Е2, потери в обмотках и в магнитопроводе происходит при рассмотрении режимов работы трансформатора, а определение их реальных значений – из опытов холостого хода и короткого замыкания.

От чего зависит ЭДС в обмотках трансформатора?

В прошлой статье я указал, что мгновенное значение ЭДС  в обмотке трансформатора определяется числом витков ω провода в ней и скоростью изменения магнитного потока dΦ/dt

где ω – число витков обмотки трансформатора,

dФВ/dt – скорость изменения магнитного потока.

Однако в большинстве случаев нам интересно не мгновенное значение ЭДС, а действующее. Поэтому выведем выражение, определяющее действующее значение ЭДС в обмотках трансформатора. Это можно сделать аналитически проинтегрировав функцию изменения магнитного потока dΦ/dt, либо же путем нахождения среднего значения ЭДС Ecp и коэффициента формы ЭДС kф. Я буду выводить выражение вторым способом.

Магнитный поток протекая в сердечнике трансформатора изменяется в соответствии с некоторой периодичной функцией имеет два амплитудных значения максимальное +Фm и минимальное –Фm, тогда полное изменение магнитного потока за полупериод Т/2 будет иметь значение

Тогда среднее значение ЭДС Еср в обмотке трансформатора будет иметь вид

где ω – число витков обмотки трансформатора,

Т/2 – полупериод изменения функции магнитного потока,

f – частота изменения магнитного потока,

Фm – амплитуда магнитного потока.

Действующее значение ЭДС и её среднее значение связывает коэффициент формы кривой ЭДС kф, тогда действующее значение ЭДС в обмотке трансформатора будет определяться следующим выражением

где kф – коэффициент формы ЭДС,

f – частота изменения ЭДС,

ω – число витков обмотки трансформатора,

B – магнитная индукция в сердечнике,

Источник: http://www.electronicsblog.ru/silovaya-elektronika/rezhimy-raboty-transformatora-chast-1.html

Измерение потерь холостого хода трансформаторов, параметры, периодичность, схема опыта

Мощность потерь силового трансформатора состоит из так называемых потерь в меди и потерь в стали. Первые связаны с протеканием тока нагрузки через проводники обмоток, имеющие определенное электрическое сопротивление. Потери же в стали обусловлены вихревыми токами, токами намагничивания, возникающими в магнитопроводе.

При проведении опыта холостого хода на одну обмотку подключается напряжение, другая остается разомкнутой. Мощность, потребляемая при этом трансформатором из сети, тратится в большей степени на намагничивание стали магнитопровода, в меньшей – на нагрев проводников обмотки, чем можно пренебречь. Поэтому этот опыт позволяет измерить мощность потерь в стали, называемыми потерями холостого хода.

Дополнительно, подключив вольтметр к оставшейся разомкнутой обмотке, можно измерить на ней напряжение, и по показаниям двух вольтметров рассчитать коэффициент трансформации. Но это измерение к самому опыту холостого хода не относится.

Опыту ХХ при вводе в эксплуатацию подвергаются:

-Все сухие трансформаторы, а также имеющие в качестве изолирующей и охлаждающей среды жидкий негорючий диэлектрик.

-Маслонаполненные трансформаторы, мощность которых более 1600 кВА.

-Трансформаторы собственных нужд электростанций, вне зависимости от их мощности.

В эксплуатации такие измерения проводятся только для трансформаторов с мощностью 1000 кВА и более, и только после капитального ремонта, связанного со сменой обмоток или ремонтом магнитопровода. По сетевым правилам возможно проведение измерений по распоряжению технического руководителя предприятия после того, как хроматографический анализ газов, растворенных в масле, дал настораживающие результаты. Но это касается только силовых трансформаторов с обмотками на напряжение 110 кВ и выше.

Порядок и схема измерения

Перед проведением опыта проводят процесс размагничивания магнитопровода испытуемого трансформатора. Для этого используется постоянный ток, пропускаемый через одну из обмоток стороны низкого напряжения.

Подключение тока производится многократно, каждое последующее подключение происходит с изменением полярности и уменьшением величины. Начальное значение не должно быть меньше двойного значения ожидаемого тока холостого хода.

При каждом последующем включении величина уменьшается на 30-40 %. Процесс заканчивается при токе, меньшим значения тока холостого хода.

Для проведения непосредственно опыта холостого хода на вторичную обмотку трансформатора подается номинальное напряжение, с отклонением от нормы ±5%. Вывод нейтрали, если он есть, при этом не используется. Напряжение при этом – строго синусоидальное, с номинальной частотой сети.

Для проведения измерений потребуется три лабораторных прибора, с классом точности не менее 0,5. Это амперметры, вольтметры и ваттметры. амперметры подключаются в каждую фазу последовательно. вольтметры включаются на линейное напряжение всех трех фаз. Токовые обмотки ваттметров подключаются последовательно с амперметрами. Обмотки напряжения ваттметров подключаются согласно приведенным схемам. Подается напряжение, с приборов снимаются показания.

Строго говоря, измерение производится по тем же схемам, которые использовались на заводе изготовителе для проведения опыта. Ведь полученные данные нужно будет сравнить с заводскими. Но, если источник трехфазного напряжения недоступен, можно выполнить три измерения, подавая напряжение на две фазы обмотки трансформатора, закорачивая третью, остающуюся свободной.

При этом используется только линейное напряжение, так как искажение формы кривой из-за нелинейных нагрузок в сети на него имеет минимальное влияние. По этим же схемам проводится опыт холостого хода при пониженном (малом) напряжении.

Анализ результатов измерения

При приемосдаточных испытаниях и капитальном ремонте полученные данные сравниваются с протоколом о соответствующих испытаниях, проведенных на заводе после изготовления трансформатора. Расхождение более 5 % не допускается.

Для однофазных трансформаторов в этих же случаях мощность потерь не должна отличаться от исходной величины более, чем на 10%.

В эксплуатации измеряется только ток холостого хода на основании опыта с номинальным напряжением или мощность потерь при пониженном. ПТЭЭП при этом не нормирует отклонения от нормы.

Однако, при подозрении на повреждение в трансформаторе метод измерения потерь с использованием трех последовательно проведенных опытов дает очень ценный результат. Поскольку обмотки фаз трансформатора находятся в неравных условиях, то можно не только вычислить, есть ли там дефект, но и определить дефектную фазу.

Путь магнитного потока при возбуждении выводов АВ и ВС одинаков. Поэтому и мощности потерь для опытов на этих фазах не будут отличаться. При возбуждении фаз АС путь, пройденный магнитным потоком, длиннее, поэтому мощность потерь будет на 25-50% превышать предыдущие. Сравнивая эти показатели, можно выявить, на какой фазе есть дефект.

Источник: https://pue8.ru/elektrotekhnik/934-izmerenie-poter-kholostogo-khoda-transformatorov.html

Принцип действия трансформатора, хх и кз | Неисправности электрооборудования и способы их устранения

Подробности Категория: Оборудование

Пусть первичная обмотка 1 трансформатора (рис. 28) содержит W1 витков и подключена к источнику переменного тока при разомкнутом ключе К. Под действием напряжения источника тока в обмотке 1 появляется ток холостого хода. Ампер-витки создают основной переменный магнитный поток Ф, который замыкается по магнитопроводу трансформатора. Магнитный поток Ф, пересекая витки обмоток 1 и 2, наводит в обеих обмотках переменные э. д. с.

Действующие значения э. д с. могут быть определены по формулам, В:

(34) где Е1 и Е2—соответственно действующие значения э. д. с. обмоток 1 и 2, В. 1—частота источника переменного тока, Гц; \1 и W2— соответственно числа витков обмоток 1 и 2; Ф — основной магнитный поток, 3-с. Если замкнуть ключ К, под действием э. д. с. Е2 по обмотке 2 потечет ток h, направленный противоположно току обмотки 1.

Ампер-витки действуют встречно ампер-виткам обмотки 1. При нормальных режимах работы трансформатора поток Ф практически остается по стоянным, это обеспечивается за счет того, что с увеличением тока h увеличивается ток обмотки. С достаточной для практики точностью можно считать справедливым следующее равенство: hWx = hW2.

                                  (35)

При разомкнутом ключе К напряжение на обмотке 2 равно э. д. с. этой обмотки; по мере нагрузки трансформатора напряжение обмотки U2 несколько уменьшается.

Холостой ход и короткое замыкание трансформатора

Холостой ход и короткое замыкание трансформатора являются весьма важными режимами его работы, определяющими эксплуатационные качества трансформатора.    I Холостой ход — это такой режим работы трансформатора, когда к одной из обмоток подводится номинальное напряжение, а вторая обмотка разомкнута. Рассмотрим холостой ход трехфазного трансформатора с магнитопроводом стержневого типа, обмотки которого соединены по схеме (рис. 29).

Опыт проводится в такой последовательности. Включим рубильник Р и при помощи индукционного регулятора 1 установим номинальное линейное напряжение U1л на первичной обмотке трансформатора, наблюдая за показаниями вольтметра V1. Условимся считать первичной ту обмотку трансформатора, к которой подводится напряжение.

Установив номинальное напряжение на первичной обмотке, зафиксируем показания приборов: амперметров— А1, А2, А3; ваттметров W1 и W2, вольтметра— V2.

Рис. 29. Схема опыта холостого хода трансформатора: Амперметры А 1, А2, А3 покажут нам линейные токи холостого хода соответствующих фаз —

1—индукционный регулятор; 2 — трехфазный трансформатор.

Токи равны. Это явление объясняется тем, что длина средней магнитной силовой линии фазы В меньше, чем длины средних магнитных силовых линий фаз А и С (рис. 30), а потому провести магнитный поток по длине1 легче, чем по длинам 1А, 1С.

За ток холостого хода трехфазного трансформатора принимают среднее арифметическое трех токов отдельных фаз А; В\ С:
(36) ок холостого хода трансформаторов обычно не превышает 4-12% от номинального тока, причем меньшие Цифры относятся к трансформаторам большей мощности.

Малая величина тока холостого хода трансформаторов объясняется отсутствием воздушных зазоров в магнитопроводе (в асинхронных двигателях ток холостого хода равен 20-f-60% от номинального). Иногда необходимо знать фазное значение тока холостого хода Фазный ток холостого хода определяется по следующим формулам: при соединении обмоток звездой и зигзагом

(37)

где /оф и /0л—соответственно фазный и линейны токи холостого хода, А; при соединении обмоток треугольником

(38

При холостом ходе трансформатор не совершает полез ной работы, его к. п. д. равен нулю. Активная мощность которую при этом показывают ваттметры W1 и W2 цели ком рассеивается в виде тепла, идущего на нагрев магнитопровода и первичной обмотки трансформатора. Сле дует отметить, что для определения активной мощности при холостом ходе трансформатора необходимо один и ваттметров переключить и взять разницу показаний двух ваттметров. Как указывалось ранее, ток холосто го хода трансформатора мал, а потери в обмотке за висят от квадрата тока и составляют менее 2% от потери холостого хода. При холостом ходе трансформатора потерями в первичной обмотке пренебрегают и считают что потерями холостого хода являются потери в стали.
Рис. 30. Длины средних магнитных силовых линий трехстержневого трехфазного трансформатора.

При холостом ходе с большой степенью точности можно считать, что U= E. Отношение э. д. с. первичной обмотки к э. д. с. вторичной об мотки называют коэффициентом трансформации. В трех фазных трансформаторах различают два коэффициент трансформации: коэффициент трансформации линейны э. д. с. и коэффициент транс формации фазных э. д. с. Из опыта холостого хода (рис. 29) можно определить коэффициента трансформации по показаниям вольтметров. Коэффициент трансформации линейных э.д. с.

(39)

где Е1л и Е2л — соответственно первичная и вторичная линейные э. д. с., В.

Коэффициент трансформации фазных э. д. с.
(40) где Е1ф, Еф2 — соответственно фазные э. д. с. и напряжения первичной и вторичной обмоток, В. Если обе обмотки трансформатора соединены одинаково, то коэффициенты трансформации фазных и линейных э.д.с. равны. При холостом ходе трансформатора коэффициент мощности cos ф0 меньше 0,2. Коэффициент мощности при холостом ходе можно определить по опытным данным с помощью формулы:

(41)

где Р0—мощность холостого хода, определенная с помощью ваттметров. Однофазный трансформатор работает при холостом ходе, как одна фаза трехфазного. Короткое замыкание — это такой режим работы трансформатора, когда вторичная обмотка замкнута, а к первичной обмотке подведено напряжение, обеспечивающее протекание номинальных токов по обеим обмоткам (испытательное короткое замыкание). При испытательном коротком замыкании к первичной обмотке подводится напряжение, равное 3,5-17% номинального. В процессе эксплуатации трансформатора возможно короткое замыкание вторичной обмотки при номинальном напряжении на первичной. Такой режим работы является аварийным, а короткое замыкание называется внезапным. При внезапном коротком замыкании токи в обмотках трансформатора в 10 и более раз больше номинальный. Если трансформатор при такое коротком замыкании не будет своевременно отключен от сети, то он выйдет из строя. Рис. 31. Схема опыта короткого замыкания трансформатора: 1 — индукционный регулятор; 2 — трехфазный трансформатор. В дальнейшем мы будем рассматривать только испытательное короткое замыкание. Рассмотрим короткое замыкание трансформатора, обмотки которого соединены по схеме (рис. 31). Опыт нужно проводит в такой последовательности. Индукционный регулятор 1 поста вить в положение минимальной напряжения, включить рубильник Р и при помощи индукционной регулятора по показанию амперметра А1 или А2 установить номинальный ток трансформатора. При симметричном напряжении сети и исправном трансформаторе показания амперметров должны быть одинаковыми. При опыте короткого замыкания приборы показывают:  перметры А1, А2, А3— линейны токи фаз с первичной стороне трансформатора;       амперметр Ац — линейный ток вторичной стороны; вольтметр V — напряжение короткого замыкания; ваттметры и W2 — активную мощность коротко го замыкания. При коротком замыкании трансформатор не совершает полезной работы, его к. п. д. равен нулю. Активная мощность короткого замыкания рассеивается в виде тепла, которое нагревает обмотки трансформатора. Потери в стали можно считать пропорциональными квадрату напряжения. Так как напряжение мало, то, следовательно, и потери в стали очень малы, и ими можно пренебречь. При коротком замыкании считают, что активная мощность короткого замыкания является потерями в обмотках трансформатора. При соединении обмотки в треугольник фазные и линейные напряжения одинаковы. Обычно напряжение короткого замыкания выражают в процентах от номинального: Ul и— номинальное линейное напряжение первичной обмотки, В.

V — показание вольтметра, В.

Схемы соединения обмоток и группы трансформаторов

Источник: https://leg.co.ua/knigi/oborudovanie/neispravnosti-elektrooborudovaniya-i-sposoby-ih-ustraneniya-3.html