Transformatoare de tensiune, transformatoare de tensiune, curent

Transformatoare de tensiune, transformatoare de tensiune, curent
Un transformator este un convertor static electromagnetic cu două sau mai multe înfășurări fixe care convertesc parametrii AC: tensiune, curent, frecvență, număr de faze. De asemenea, este posibil să se utilizeze transformatoare pentru a transforma un curent alternativ sinusoidal într-unul nesinusoidal.






[adsense_id = "1"]
Utilizarea primară în dispozitivele electrice a primit transformatoare de putere. transformarea tensiunii AC la o frecvență constantă. Transformatoarele convertesc nu numai tensiunile AC, ci și frecvența, numărul de faze etc. numite transformatoare pentru scopuri speciale.

Transformatoarele de putere sunt utilizate pe scară largă în sistemele de alimentare a transmisiei de energie electrică de la centrala la consumatori, precum și în diverse instalații electrice pentru a obține tensiunea de mărime necesară.

În acest capitol vom examina transformatoarele de putere (pentru concizie vom numi transformatoare) de putere mică (nu mai mult de mai multe kilovolți-Amperi) au primit cea mai mare cerere în dispozitive de control blocuri de putere, echipamente de calculator, instrumente de măsură, de comunicații.

Transformatoarele sunt împărțite, în funcție de:

- numărul de faze ale tensiunii convertorului pentru monofazat și multifazat (în mod obișnuit trifazat);

- numărul de înfășurări care aparțin unei singure faze a tensiunii de transformare pentru cablare dublă și multiplă;

- Metoda de răcire, uscată (răcită cu aer) și ulei (imersată într-un volum de metal umplut cu ulei de transformator).

Ris.2.1.1. Circuitul electromagnetic al transformatorului monofazat cu două înfășurări

Luați în considerare un transformator cu două faze monofazate. Principiul său de funcționare se bazează pe fenomenul de inducție electromagnetică. Alternând două transformatoare de înfășurare este format dintr-un miez magnetic închis și două bobine. Una dintre bobine - primare - este conectată la o sursă de tensiune de curent alternativ U 1 și frecvența f (ris.2.1.1). Curentul alternativ care curge prin bobine de această înfășurare, creează IFA, care are ca rezultat circuitul magnetic al transformatorului alternativ flux magnetic în jugul blocat F. Acest flux este cuplat cu spirele înfășurărilor transformatorului și indus respectiv primar w 1 și w 2 înfășurări secundare EMF:

e 1 = w 1 dF / dt; (2.1.1)

e 2 = w 2 dF / dt. (2.1.2)

Dacă fluxul magnetic al transformatorului - timp sinusoidal funcția F = F max sinwt, care se schimbă cu frecvența unghiulară w = 2PF, apoi, după înlocuind în (2.1.1) și (2.1.2), diferențiere și transformare, obținem valoarea reală a EMF de primar și înfășurări secundare:

E 1 = 4,44 fw 1 Φ max; (2.1.3)

E 2 = 4,44 fw 2 F max. (2.1.4)

În modul de încărcare transformator de mers în gol, atunci când curentul din înfășurarea secundară este absentă (este deschis înfășurare), tensiunea la bornele înfășurării secundare este egală cu tensiunea electromotoare a E înfășurării secundare 2 = U 20, iar forța electromotoare de lichidare, astfel ușor diferită de tensiunea primară primar, că această diferență poate fi neglijată: E 1 »U 1.
[adsense_id = "1"]
Raportul dintre tensiunea înfășurării de înaltă tensiune (VN) și înfășurarea de joasă tensiune (EM) se numește coeficientul de transformare k. Pentru viteza de ralanti a transformatorului, raportul acestor EMF este aproape egal cu raportul tensiunilor:

k = E 1 / E 2 = w 1 / w 2 »U 1 / U 20. (2.1.5)

Dacă w 2w 1 și U 2> U 1, transformatorul se numește amplificare. Același transformator, în funcție de tensiunea aplicată la înfășurare, poate să scadă sau să crească.

În cazul în care constatările transformatorului secundar de lichidare la impedanță de sarcină Z N, curentul de sarcină de lichidare apare I 2. Puterea de ieșire a transformatorului este determinată de produsul tensiunii secundare U 2 a curentului de sarcină I 2. Cu unele aproximare se poate accepta puterea la intrare și de ieșire a transformatorului la fel, și anume 1 I 1 U »U 2 I 2. din aceasta rezultă că raportul dintre curenții din înfășurările transformatorului tensiuni invers relative:

I 1 / I 2 »U 2 / U 1" 1 / k. (2.1.6)

Astfel, curentul înfășurării tensiunii inferioare este mai mare decât curentul înfășurării de înaltă tensiune cu un factor de k.

Și 1 2 r n ¢ »I 2 r n (2.1.7)

determină rezistența la sarcină măsurată la bornele înfășurării primare:

r n ¢ »r n și 2 2 / I 1 2» r n k 2, (2.1.8)

și anume se modifică cu un factor k 2 în comparație cu rezistența r n.

Această proprietate a transformatoarelor este folosită în transformatoarele intermediare pentru a se potrivi rezistenței de intrare a oricărei cascade (bloc) cu rezistența de ieșire a etapei anterioare (bloc).

Transformatorul este un dispozitiv AC.







Dacă în rețea DC este inclusă înfășurarea primară a transformatorului. fluxul magnetic în circuitul magnetic al acestui transformator va fi constant atât în ​​mărime, cât și în direcție, adică dF / dt = 0. Un astfel de flux nu va induce un EMF în înfășurările transformatorului, ci va întrerupe transmisia de energie electrică prin rețeaua primară către cea secundară. În plus, absența EMF în înfășurarea primară a transformatorului va duce la apariția unui curent inacceptabil de mare în transformator, ceea ce va duce la defectarea acestui transformator.
[adsense_id = "1"]

Transformers. Pierderea și eficiența transformatorului

În timpul funcționării transformatorului sub sarcină, o parte a puterii active P 1, intră în bobina primară din rețea, este disipată în transformator pentru a acoperi pierderile. Ca urmare, puterea activă P 2 care intră în sarcină este mai mică decât puterea P 1 cu suma pierderilor totale din transformator åР:

În transformator, există două tipuri de pierderi - magnetice și electrice.

Pierderile magnetice P m în circuitul magnetic din oțel, de-a lungul căreia fluxul magnetic se închide. Consta in costul gizterezisului P g, curentii turbionari P in:

P r = P r + P in. (2.1.23)

Pierderile magnetice sunt direct proporționale cu masa și cu pătratul densității fluxului magnetic în acesta. Ele depind, de asemenea, de proprietățile oțelului din care este fabricat circuitul magnetic. Reducerea pierderilor gizterezis facilitează fabricarea materialelor feromagnetice magnetice (oțel magnetic) având o putere koertsetivnoyu mică (buclă gizterezisu îngust). Pentru a reduce pierderile datorate curenți turbionari produși de tole magnetice (din plăci subțiri din oțel izolate una de alta printr-un strat subțire de lac sau oxid de film) sau a unei benzi de oțel bobinată. Pierderile magnetice depind, de asemenea, pe frecvențele AC odată cu creșterea frecvenței f crescută a pierderilor magnetice datorate pierderii gizterezis P g și curenți turbionari P Rin.

Sa stabilit anterior că fluxul magnetic principal din circuitul magnetic nu depinde de sarcina transformatorului [cf. (2.1.17)], prin urmare modificările încărcării magnetice, pierderile magnetice rămân practic neschimbate.

Pierderile electrice sunt pierderi în înfășurările transformatorului datorită încălzirii înfășurărilor de curenții care trec prin ele.

Pierderile electrice sunt variabile, deoarece magnitudinea lor este proporțională cu pătratul curentului din bobină. Pierderile electrice la orice curent de sarcină și 2 transformatoare, W,

P e = P e. Numărul b 2, (2.1.25)

unde Р е.ном - pierderile electrice la curentul nominal de sarcină; b = I 2 / Și factorul 2nom - sarcină, caracterizează gradul de încărcare al transformatorului.

Coeficientul de eficiență al transformatorului este raportul dintre puterile active la ieșirea lui P 2 și intrarea P 1:

h = P 2 / P 1 = P 2 / (P 2 + P m + P e). (2.1.26)

Puterea activă a transformatorului, W,

P 2 = S nom b b cos j 2, (2.1.27)

unde S nom este puterea nominală a transformatorului, V × A; cos j 2 - factor de putere de încărcare.

Având în vedere (2.1.25), (2.1.26) și (2.1.27), obținem formula eficienței transformatorului, care este convenabilă pentru calcule practice:

h = (S nom b b cos j 2) / (S nom b cos j 2 + P m + Re b 2). (2.1.28)

Ris.2.1.4. Dependența h = f (b) pentru cosj 2 = 1 (grafic 1) și cosj 2

Astfel, eficiența transformatoarelor depinde de magnitudinea sarcinii b și de caracterul său ωs j 2. Grafic, această dependență este prezentată în figura 2.1.4. Valoarea maximă a randamentului h max corespunde sarcinii b ¢ la care pierderile electrice sunt egale cu pierderile magnetice (Re e b ¢ 2 = P m).
[adsense_id = "1"]
Valoarea nominală a eficienței este mai mare, cu atât este mai mare puterea nominală a transformatorului S nom.

h nom = 0,70 ¸ 0,85 pentru S nom £ 100 V × A

h nom = 0,90 ¸ 0,95 pentru S nom £ 10 k V × A.

La transformatoare mai puternice, randamentul poate ajunge la h nom = 0,98 ¸ 0,99.

2.1.5. Studiu de ralanti și scurtcircuit

Testul de ralanti se efectueaza in urmatoarea ordine: bobina primara este conectata la sursa de tensiunea nominala, iar bobina secundara este lasata deschisa. Curentul în înfășurarea primară I 0 și în bobina secundară I 2 = 0 (figura 2.1.5, a).

Ris.2.1.5. Scheme de comutare a transformatoarelor monofazate în experimente

ralanti (a) și scurtcircuit (b)

Ampermetrul A din circuitul primar face posibilă determinarea curentului fără sarcină I 0, care este de obicei măsurat ca procent din curentul nominal și 1 în înfășurarea primară:

și 0 = (10 / l într-o singură) 100. (2.1.29)

În transformatoarele de putere mare și medie și 0 = (2 ¸ 10%), și în transformatoare cu putere redusă (mai mică de 200-300 V × A) pot ajunge la 40% sau mai mult.

Curentul fără sarcină I 0 împreună cu componenta reactivă. care conduce fluxul magnetic principal în circuitul magnetic, are o componentă activă și 0n, datorită pierderilor magnetice în circuitul magnetic al transformatorului. Utilizarea oțelurilor electrotehnice de înaltă calitate cu mici pierderi specifice contribuie la scăderea componentei active a curentului de ralanti până la o valoare care să nu depășească 10%, adică AND 0a £ 0,1 și 0. Curentul fără sarcină rezultat, A.

În cazul în care inactiv curentul I 0 obținut prin experiment, este mult mai mare decât valoarea specificată în directorul de tipul analizat de transformator, acesta indică funcționarea defectuoasă a transformatorului: prezența spire scurtcircuitate în înfășurările, izolație electrică alterată între anumite plăci (benzi) ale circuitului magnetic.

La examinarea vitezei de ralanti U 20 = E 2 si U 1 »E 1, prin urmare, folosind voltmetrele V 1 si V 2, coeficientul de transformare k = U 1 / U 20 poate fi determinat cu precizia necesara.

Wattmetrul W din circuitul primar al transformatorului măsoară puterea P 0, utilizată de transformator în modul de ralanti. În transformatoarele cu o putere de 200-300 V × A, pierderile electrice în înfășurarea primară datorită valorii mici a curentului I0 sunt mici, deci luăm în considerare puterea de ralanti egală cu pierderile magnetice, adică P 0 = P m (div.2.1.4).

Investigarea scurt-circuitului se efectuează după cum urmează. înfășurarea secundară a scurți transformatorului (ris.2.1.5, b), și este furnizat înfășurarea unei reduse de tensiune de scurtcircuit U 1 = U k pentru care curentul de scurtcircuit în înfășurarea primară este egală cu valoarea nominală primară, acolo 1k = U 1nom. Tensiunea de scurtcircuit este de obicei exprimată ca procent din tensiunea nominală U 1nom:

u = (U la / U într-unul) 100 (2.1.31)

De regulă, u = (5 ¸ 12)%.

Fluxul magnetic φ max este proporțional cu tensiunea U 1 [vezi Fig. (2.1.18)], dar, deoarece tensiunea de scurtcircuit nu depășește 5-12% din U 1nom apoi pentru a furniza fluxul magnetic principal este necesar ca valoarea mică a curentului de magnetizare, care pot fi neglijate atunci când experimentul scurt-circuit. Prin urmare, magnetic experiență pierdere presupus scurtcircuit sunt zero, iar puterea de scurtcircuit utilizat P egal cu puterea pierderilor electrice ale transformatorului (div.2.1.4) la sarcina nominală a transformatorului (P k = P e.nom).

Factor de putere pentru încercarea la scurtcircuit

cos j la = P la / (U la I). (2.1.32)

Astfel, studiul de ralanti și scurtcircuitarea permit determinarea experimental un număr de parametri importanți ai transformatorului: I 0, P 0 = P m, u k, P k = P e.nom folosind cea (2.1.28) pentru a determina eficiența transformatorului.







Articole similare

Trimiteți-le prietenilor: