Лекція 5 Тема Трансформатори ПЛАН 1 ПРИЗНАЧЕННЯ

Лекція 5 Тема: Трансформатори

ПЛАН 1. ПРИЗНАЧЕННЯ, КЛАСИФІКАЦІЯ ТА СФЕРА ЗАСТОСУВАННЯ ТРАНСФОРМАТОРІВ. БУДОВА ТА ПРИНЦИП ДІЇ ОДНОФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА. ДОСЛІДИ НЕРОБОЧОГО ХОДУ, НАВАНТАЖЕННЯ ТА КОРОТКОГО ЗАМИКАННЯ. ВТРАТИ ЕНЕРГІЇ ТА ККД. 2. БУДОВА ТА ПРИНЦИП ДІЇ ТРИФАЗНИХ ТРАНСФОРМАТОРІВ. ПОНЯТТЯ ПРО ГРУПИ З`ЄДНАНЬ.

Це ви повинні знати: 1. Трансформатор електромагнітний пристрій для пересилан ня енергії змінного струму з однієї напруги на іншу напругу. 2. Трансформатори містять магнітопроводи і обвитки вищої на пруги (первинні) та нижчої напруги (вторинні). 3. Робота трансформаторів базується на законі електромагнітної: 4. Рівняння трансформатора це рівняння електромагнітної рівноваги, котрі записані для обох обвиток і магнітного осердя:

5. Наступна схема трансформатора - це електрична схема, яка є еквівалентною за втратою потужностей до реального трансформатора. Параметри цієї схеми приведені через коефіцієнт трансформації до напруги первинної обвитки. 6. Для трансформаторів виділяють такі режими: 7. Важливою характеристикою трансформатора є зовнішня характеристика U 2 = f(І2), яка вказує на зміну вторинної напруги від навантаження. Зміну напруги у відсотках визначають за виразом: Де B – коефіцієнт завантаження транформатора.

8. Втрати в трансформаторі поділяються на електричні (втрати в міді) і магнітні (втрати в сталі). ККД трансформатора визначають: 9. Особливість трифазних трансформаторів полягає в конструкції магнітопровода та відповідній групі з'єднання обвиток вищої та нижчої напруги. 10. Автотрансформатори - це клас трансформаторів, у яких є електричний зв'язок між первинною та вторинною обвитками.

1. Призначення, класифікація та сфера застосування трансформаторів. Будова та принцип дії однофазного трансформатора. Досліди неробочого ходу, навантаження та короткого замикання. Втрати енергії та ККД.

Трансформатор - це статичний електромагнітний пристрій для перетворення енергії змінного струму з одними параметрами (U 1 I 1) в енергію з іншими параметрами (U 2 I 2) зі сталою частотою. ТРАНСФОРМАТОРИ ОДНОФАЗНІ ТРИФАЗНІ БАГАТОФАЗНІ

РИС. 1 Однофазний стержневий (а) та броньований (б) трансформатор

1. Частини магнітопроводу з обвитками називають стержнями, а частини магнітопроводу без обвиток ярмами. 2. Обвитку, до якої підводять електричну енергію, називають первинною, а обвитку, від якої енергія подається до споживача вторинною. 3. Величини, що стосуються первинної обвитки (напруга, струм, потужність, опори тощо), називають первинними і позначають індексом "1" (и 1, і 1, ZI, W 1 , j), а величини, які стосуються вторинної обвитки, називають вторинними і позначають індексом "2" (и 2, і 2, Z 2, W 2, j).

Пам`ятай!!! 1. Для зменшення магнітного опору шляху, по якому замикається основний магнітний потік трансформатора, магнітопровід виготовляють з електротехнічної сталі з високою магнітною проникністю. 2. Відношення кількості витків обвитки високої напруги Wвн до кількості витків обвитки низької напруги Wнн називається коефіцієнтом трансформації k трансформатора. 3. Принцип роботи трансформатора базується на законі ф електромагнітної індукції 4. У первинній обвитці трансформатора електрична енергія перетворюється в енергію магнітного поля, а у вторинній • обвитці - енергія магнітного поля перетворюється в електричну енергію.

КЛАСИФІКАЦІЯ ТРАНСФОРМАТОРІВ ЗА БУДОВОЮ МАГНІТОПРОВОДА -СТЕРЖНЕВІ - БРОНЬОВІ ЗА БУДОВОЮ ОБВИТОК -ЦИЛІНДРИЧНІ - ДИСКОВІ ЗА ТИПОМ ОХОДЖЕННЯ -ПОВІТРЯНІ - МАСЛЯНІ

Трансформатори з кількістю витків W 2 < W 1 називають понижувальними, а з W 2> W 1 підвищувальними. Двообвитковий трансформатор має первинну і одну вторинну обвитки. Якщо трансформатор має дві або більше вторинних обвиток, то він називається три- або багатообвитковим.

Рис. 2 схема однофазного трансформатора з позначенням його величин: струмів, напруг, ЕРС та магнітних потоків

1. U 1—>W 1—>i 1—>Ф 1(Ф 1 t+Ф 1 s) Ф 1 s – потік розсіювання первинної обвитки W 1—>e 1 2. Ф 1 t W 2—>e 2—>Z 2—>i 2—>Ф 2(Ф 2 t+Ф 2 s) Фt=Ф 1 t ф2 t – основний (робочий) потік трансформатора

РІВНЯННЯ ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ РІВНОВАГИ ТРАНСФОРМАТОРА 1. 2. 3. Значення фізичних величин змінюються за синусоїдним законом (и 1 і 1 Ф(t), и 2 і 2 е 1 е 2, е 1 s е 2 s)

4. ЕРС, наведені в обмотках потоками розсіювання дорівнюють: Одержимо: де L 1 s L 2 s індуктивності розсіювання обвиток W 1 і W 2, зумовлені потоками розсіювання.

5. За законом Кірхгофа рівняння має вигляд: 6.

2. Будова та принцип дії трифазних трансформаторів. Поняття про групи з`єднань.

Трансформатор Режимии роботи Неробочий режим Робочий (номінальний) Режим короткого замикання

Неробочий режим трансформатора - це такий режим, в якому на первинну обвитку подано номінальну напругу U 10 = =Uiн, а вторинна обвитка є розімкнена (І2 = 0). Струм первинної обвитки І10 становить (2 -10)% від номінального струму. Досліджуючи неробочий режим, вимірюють такі величини: 1) напругу первинної U 10=U 1 н та вторинної U 20 обвиток трансформатора; 2) струм неробочого режиму трансформатора I 10; 3) потужність (втрати потужності) неробочого режиму Р 10. Оскільки в неробочому режимі струм /]0 незначний і спадом

Рис. 1. Схема дослідження режиму неробочого ходу трансформатора (а); заступна паралельна (б) та послідовна (в) схеми неробочого ходу

Якщо знехтувати, то Коефіцієнт трансформації: U 10=U 1 н

Для паралельної схеми: Для послідовної схеми:

Режим короткого замикання трансформатора це режим, в якому вторинну обвитку замкнено накоротко, а до первинної обвитки прикладено таку напругу U 1 к при якій в обвитках трансформатора проходять струми, які дорівнюють номінальним відповідно І1 к=I 1 н =I 2 к=I 2 н. Напругу U 1 к називають напругою короткого замикання, і визначають у відсотках від номінальної напруги:

Потужність короткого замикання Р 1 к дорівнює втратам потужності в обвитках трансформатора ∆Рм, яку називають втратами в міді. Де І1 к=І2 к`

Рис. 2. Схема дослідження режиму короткого замикання трансформатора

До робочих характеристик трансформатора відносять залежності Коефіцієнт завантаження трансформатора Важливою характеристикою є також зміна напруги вторинної обвитки при зміні навантаження.

Зміною вторинної напруги трансформатора називається різниця між вторинними напругами трансформатора в неро бочому режиміU 20 =U 2 н та при заданому струмі навантаження I 2 і сталій первинній номінальній напрузі. Для визначення зміни вторинної напруги: Де Активна складова напруги короткого замикання Реактивна складова напруги

Залежність вторинної напруги трансформатора U 2 від струму І2 при U 1 = const і cosφ2 = const, називають зовнішньою характеристикою трансформатора (рис. 3). Рис. 3 Зовнішні характеристики трансформатора Втрата потужності в трансформаторі поділяють на: електричні втрати в обвитках (втрати в міді) та магнітні втрати в осерді (втрати в сталі).

ККД трансформатора Рис. 4 залежність ККД трансформатора від навантаження

Р 2=В Sн cosφ2 ККД визначають як: Або :

Пам`ятай! ККД трансформатора має найбільше значення при такому навантаженні, при якому змінні втрати BРк дорівнюють постійним втратам Р 0 тобто при Підбором параметрів обвиток і магнітопроводу для силових трансформаторів вибирають тому що вони працюють здебільшого з недовантаженням. Для малопотужних трансформаторів а для потужних Зі зменшенням соsф2 ККД знижується, тому що для заданої потужності Р 2 збільшуються струми І2 та І1, а, отже, і втрати ∆Рел.

Трифазні трансформатори А, В, С – початки фаз обвиток ВН X, Y, Z – кінці фаз обвиток НН а, б, с – початки фаз обвиток НН х, y, z – кінці фаз обвиток НН О – вивід нейтралі

Схеми сполучень обвиток трифазниого трансформатора

Пам`ятай! 1 - фазовий коефіцієнт трансформації дорівнює відношенню кількості витків обвитки фази ВН до кількості витків обвитки фази НН і визначається за наближеною формулою як відношення фазних напруг в неробочому режимі. Фазовий коефіцієнт трансформації не залежить від способу зєднання обвиток 2 – лінійний коефіцієнт трансформації визначається через відношення лінійних напруг обвитки ВН до лінійної напруги обвитки НН:

В окремих випадках економічно доцільно застосовувати трансформатори, в яких первинні й вторинні обвитки мають ще електричний зв'язок. Такі трансформатори називають автотрансформаторами. Рис. 5. Схема однофазного трансформатора Коефіцієнт трансформації автотрансформатора визначається:

Пам`ятай! В автотрансформаторах енергія потужністю передається у вторинну обвитку не тільки через магнітний потік, але й безпосередньо у вигляді електричної потужності внаслідок гальванічного зв'язку між обвитками. До недоліків належать: а) великі струми короткого замикання в понижувальних автотрансформаторах; б)електричний зв'язок обвитки ВИ з обвиткою НН; в)напруга між проводом і землею з боку НН досягає значення між проводом та землею з боку ВН.

Дякую за увагу!