Характеристики и режимы работы трансформатора

Для нормальной работы потребителей электрической энергии, являющихся нагрузкой трансформатора, необходимо, чтобы действующее значение вторичного напряжения (7, (или U[) оставалось неизменным во всем диапазоне значений его нагрузки. Однако вторичное напряжение (7, изменяется с изменением тока нагрузки трансформатора /, (или /'), что непосредственно следует из уравнения (10.24):

Зависимости (7, =/(/,) при cosy-const, соответствующие (10.25), называются внешними характеристиками трансформатора.

Изменение вторичного напряжения U,, обозначаемое Д(7,, при переходе трансформатора от XX к нагрузке с учетом (10.21) будет равно

Полагая ток нагрузки трансформатора равным /'=/'(cos(p + j sin ф) и пользуясь (10.26), можно получить выражение для Л(7,:

'' 1

в котором исключены члены, мало влияющие на величину А(7, (рис. 10.8).

Векторная диаграмма однофазного трансформатора соответствующая упрощенной схеме замещения

Рис. 10.8. Векторная диаграмма однофазного трансформатора соответствующая упрощенной схеме замещения

Зависимости изменения вторичного напряжения A7/, от тока нагрузки 7,, которые отвечают нескольким фиксированным значениям коэффициента мощности coscp, показаны в процентах от напряжения 7/, в режиме холостого хода на рис. 10.9.

Изменение вторичного напряжения судовых силовых трансформаторов АС/,, имеющих мощность более 1 кВт, в диапазоне изменения нагрузки от нуля до номинального значения (при) не превышает 5% его номинального значения U2Нои. Для маломощных трансформаторов изменения вторичного напряжения существенно большие.

Номинальным вторичным напряжением считается его значение в режиме XX (т.е. при).

Зависимость изменения вторичного напряжения трансформатора от тока и коэффициента мощности нагрузки

Рис. 10.9. Зависимость изменения вторичного напряжения трансформатора от тока и коэффициента мощности нагрузки

КПД трансформатора г| равен отношению активной мощности Р,, отдаваемой трансформатором в нагрузку, к активной мощности , потребляемой трансформатором от источника. Мощности 7J =(7,7, coscp, и Р, =77,7, coscp, отличаются на величину потерь мощности в трансформаторе:

и, следовательно,

Для двухобмоточного трансформатора при 7м « 7, имеет место 7, 2. Тогда согласно формуле (10.12)

поэтому

Потери мощности в магнитопроводе АР зависят от максимального значения магнитной индукции или соответствующей ему максимальной амплитуды потока Фт. Последняя мало изменяется в зависимости от режима нагрузки трансформатора, поэтому АР. при расчете КПД принимается величиной постоянной.

Таким образом, КПД согласно (10.28) оказывается следующей функцией тока /, и коэффициента мощности coscp нагрузки:

График зависимости КПД от тока нагрузки /, при costp = const представлен на рис. 10.10. КПД существенно зависит от величины нагрузки. При некоторой нагрузке КПД достигает максимума.

Потери и КПД трансформатора в зависимости от тока нагрузки

Рис. 10.10. Потери и КПД трансформатора в зависимости от тока нагрузки

Трансформаторы проектируются так, чтобы они работали с максимальным КПД при наиболее вероятной нагрузке, равной, как правило, 60-80% ее максимального значения. Номинальному току нагрузки отвечает номинальный КПД гном. Для силовых трансформаторов цном =0,92-0,98.

Режим работы трансформаторов лимитируется предельными температурами их нагрева (из-за потерь в обмотках и магнитопроводе), механическими напряжениями (из-за электромагнитных сил взаимодействия токопроводов) и электрической прочностью изоляции обмоток (при воздействии повышенных напряжений). Нормальными для трансформаторов являются режимы в пределах от холостого хода до номинального. В качестве номинального принимается длительный режим нагрузки, не вызывающий повышения температуры обмоток выше значения, при котором начинается ускоренный износ (старение) изоляции. Для силовых трансформаторов в зависимости от материала изоляции предельными значениями температуры являются 135 или 180 °С.

Повышенный перегрев вызывают токи в обмотках, большие, чем их номинальные значения, устанавливаемые для каждого трансформатора. Повышенный нагрев возникает также, если трансформатор включается на источник с напряжением, превышающим номинальное. Последнее приводит к увеличению максимальных значений индукции Вт, а это связано с повышением потерь в обмотках и в магнитопроводе. Обычно максимальная индукция ограничивается значениями 1,1-1,6Тл.

Для трансформаторов опасно КЗ вторичной обмотки. В этом аварийном режиме возникают значительные токи, превышающие номинальные более чем на порядок. Они обусловливают большие электромагнитные усилия, которые могут привести к механическим разрушениям обмоток. Кроме того, большие токи КЗ сопровождаются значительными тепловыделениями и недопустимыми перегревами изоляции обмоток, ведущими к ее порче. Режим КЗ допустим при понижении напряжения питания до сотых долей номинального значения.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >