Как рассчитать ток холостого хода трансформатора? - ELSTROIKOMPLEKT.RU

Как рассчитать ток холостого хода трансформатора?

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

  1. Что такое режим холостого хода
  2. Как проводится опыт холостого хода
  3. Для однофазного трансформатора
  4. Для трёхфазного трансформатора
  5. Для сварочного трансформатора
  6. Видео: измерение тока холостого хода
  7. Меры по снижению тока холостого хода

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.

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.

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.

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

Видео: измерение тока холостого хода

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.

Что такое холостой ход трансформаторов, формулы и схемы

Трансформатор электрического тока является устройством преобразования энергии. Ток холостого хода трансформатора характеризует потери при отсутствии подключенной нагрузки. Величина данного параметра зависит от нескольких факторов:

  1. Конструктивного исполнения.
  2. Материала сердечника.
  3. Качества намотки.

При изготовлении преобразователей стремятся к максимально возможному снижению потерь холостого хода с целью повышения КПД, снижения нагрева, а также уменьшения паразитного поля магнитного рассеивания.

  1. Общая конструкция и принцип работы трансформатора
  2. Понятие холостого хода
  3. Меры по снижению тока холостого хода
  4. Как проводится опыт холостого хода
  5. Коэффициент трансформации
  6. Однофазные трансформаторы
  7. Трехфазные
  8. Измерение тока
  9. Применение ваттметра
  10. Измерение потерь
  11. Схема замещения в режиме трансформатора
  12. От чего зависит магнитный поток взаимоиндукции в режиме ХХ
  13. Примеры расчетов и измерений в режиме ХХ

Общая конструкция и принцип работы трансформатора

Конструктивно трансформатор состоит из следующих основных частей:

  1. Замкнутый сердечник из ферромагнитного материала.
  2. Обмотки.

Обмотки могут быть намотаны на жестком каркасе или иметь бескаркасное исполнение. В качестве сердечников трансформаторов напряжения промышленной частоты используется специальным образом обработанная сталь. В некоторых случаях встречаются устройства без сердечника, но они используются только в области высокочастотной схемотехники и в рамках данной темы рассматриваться не будут.

Принцип действия рассматриваемой конструкции заключается в следующем:

  1. При подключении первичной обмотки к источнику переменного напряжения она формирует переменное электромагнитное поле.
  2. Под воздействием данного поля в сердечнике формируется магнитное поля.
  3. Магнитное поле сердечника, в силу электромагнитной индукции, создает во всех обмотках ЭДС индукции.
Читайте также  Как рассчитать максимальную токовую защиту?

ЭДС индукции создается, в том числе, в первичной обмотке. Ее направление противоположно подключенному напряжению, поэтому они взаимно компенсируются и ток через обмотку при отсутствии нагрузки равен нулю. Соответственно, потребляемая мощность при отсутствии нагрузки равна нулю.

Понятие холостого хода

Приведенные выше рассуждения справедливы для идеального трансформатора. Реальные конструкции обладают следующими потерями (недостатками) на:

  • намагничивание сердечника;
  • магнитное поле рассеивания сердечника;
  • электромагнитное рассеивание обмотки;
  • междувитковую емкость проводов обмотки.

В результате, в реальных конструкциях трансформатора наводимая ЭДС индукции отличается от номинального напряжения первичной обмотки и не в состоянии его полностью скомпенсировать. В обмотке возникает некоторый ток холостого хода. При подключении нагрузки данное значение суммируется с номинальным током и характеризует общие потери в электрической цепи.

Потери снижают общий КПД трансформатора, в результате чего растет потребление мощности.

Меры по снижению тока холостого хода

Основным источником возникновения тока холостого хода является конструкция магнитопровода. В ферромагнитном материале, помещенном в переменное электрическое поле, наводятся вихревые токи электромагнитной индукции – токи Фуко, которые нагревают материал сердечника.

Для снижения вихревых потерь материал сердечника изготавливают из тонких пластин, отделенных друг от друга изолирующим слоем, которую выполняет оксидная пленка на поверхности. Сам материал производится по специальной технологии, с целью улучшения магнитных свойств (увеличения значения магнитного насыщения, магнитной проницаемости, снижения потерь на гистерезис).

Обратная сторона использования большого количества пластин состоит в том, что в местах стыков происходит разрыв магнитного потока, в результате чего возникает поле рассеивания. Поэтому для наборных сердечников важна тщательная подгонка отдельных пластин друг к другу. В ленточных разрезных магнитопроводах отдельные части подгоняются друг к другу при помощи шлифовки, поэтому при сборке конструкции нельзя менять местами части сердечника.

От указанных недостатков свободны О-образные магнитопроводы. Магнитное поле рассеивания у них стремится к нулю.

Поле рассеивания обмотки и междувитковую емкость снижают путем изменения конструкции обмоток и пространственного размещения их частей относительно друг друга.

Снижение потерь также достигается при возможно более полном заполнении свободного окна сердечника. При этом масса и габариты устройства стремятся к оптимальным показателям.

Как проводится опыт холостого хода

Опыт холостого хода подразумевает подачу напряжения на первичную обмотку при отсутствии нагрузки. При помощи подключенных измерительных приборов измеряются электрические параметры конструкции.

Для проведения опыта холостого хода первичную обмотку включают в сеть последовательно с прибором для измерения тока- амперметром. Параллельно зажимам подключается вольтметр.

Следует иметь в виду, что предел измерения вольтметра должен соответствовать подаваемому напряжению, а при выборе амперметра нужно учитывать ориентировочные значения измеряемой величины, которые зависят от мощности трансформатора.

Коэффициент трансформации

Наиболее просто определяется коэффициент трансформации. Для этого сравнивается входное и выходное напряжение. Расчет производится по следующей формуле:

Данное отношение справедливо для всех обмоток трансформатора.

Однофазные трансформаторы

В однофазных трансформаторах показания амперметра характеризуют потребляемый ток при отсутствии нагрузки. Данные показания являются конечными и нет необходимости в дальнейших вычислениях.

Трехфазные

Чтобы проверить трехфазный трансформатор, требуется усложнение схемы подключения. Необходимо наличие следующих приборов:

  • амперметры для измерения тока в каждой фазе;
  • вольтметры для измерения междуфазных напряжений первичной обмотки;
  • вольтметры для измерения междуфазных напряжений вторичной обмотки.

При проведении опыта холостого хода производятся следующие вычисления:

  • рассчитывается среднее значение тока по показаниям амперметра;
  • среднее значение напряжения первичной и вторичной обмоток.

Коэффициент трансформации вычисляется по полученным значениям напряжения аналогично однофазной системе.

Измерение тока

При измерении тока можно определить только величину электрических потерь. Более полно определить параметры конструкции позволяет более сложная схема измерений.

Применение ваттметра

Подключив в первичную цепь ваттметр, можно определить мощность потерь трансформатора в режиме холостого хода. Суммируясь с мощностью нагрузки, найденная величина определяет габаритную мощность трансформатора.

Измерение потерь

При измерениях тока холостого хода и мощности потребления, можно сделать выводы о общих потерях холостого хода, которые приводят к следующему:

  1. Нагрев проводов обмоток.
  2. Нагрев сердечника.
  3. Снижение КПД.
  4. Появление магнитного поля рассеивания.

Схема замещения в режиме трансформатора

Прямой электрический расчет трансформатора сложен по той причине, что он представляет собой две электрических цепи, связанных между собой магнитной цепью.

Для упрощения расчетов удобнее пользоваться упрощенной эквивалентной схемой. В схеме замещения вместо обмоток используются комплексные сопротивления:

  • для первичной обмотки комплексное сопротивление включается последовательно в цепь;
  • для вторичной обмотки параллельно нагрузке.

Каждое комплексное сопротивление состоит из последовательно соединенного активного сопротивления и индуктивности.

Активное сопротивление – это сопротивление проводов обмотки.

От чего зависит магнитный поток взаимоиндукции в режиме ХХ

Магнитный поток взаимоиндукции в трансформаторе зависит от способа размещения обмоток на сердечнике и их конструктивного исполнения.

Важную роль играет коэффициент заполнения окна магнитопровода, который показывает отношение общего пространства, к месту, занятому обмоткой.

Чем ближе данный коэффициент к единице, тем выше будет взаимоиндукция обмоток и меньше потери в трансформаторе.

Примеры расчетов и измерений в режиме ХХ

Измеряя ток, напряжение и мощность трансформатора в опыте холостого хода, можно рассчитать следующие дополнительные данные:

  • активное сопротивление первичной цепи r1=Pхх/U 2 ;
  • полное сопротивление первичной цепи z1=U/Iхх;
  • индуктивное сопротивлении е x1=√(z 2 -r 2 ).

Найти ток холостого хода без применения амперметра можно по показаниям вольтметра и ваттметра:

Тема: Как определить ток трансформатора ?

Обратные ссылки
  • URL обратной ссылки
  • Подробнее про обратные ссылки
  • Закладки & Поделиться
  • Отправить тему форума в Digg!
  • Добавить тему форума в del.icio.us
  • Разместить в Technorati
  • Разместить в ВКонтакте
  • разместить в Facebook
  • Разместить в MySpace
  • Разместить в Twitter
  • Разместить в ЖЖ
  • Разместить в Google
  • Разместить в Yahoo
  • Разместить в Яндекс.Закладках
  • Разместить в Ссылки@Mail.Ru
  • Reddit!
  • Опции темы
    • Версия для печати
  • Уважаемый читайте внимательно. Разговор о справочнике относится к расчету ХХ тока трансформатора. А если лень все прочитать, тогда получается , что один про Фому другой про Ерему!

    • Поделиться
      • Поделиться этим сообщением через
      • Digg
      • Del.icio.us
      • Technorati
      • Разместить в ВКонтакте
      • Разместить в Facebook
      • Разместить в MySpace
      • Разместить в Twitter
      • Разместить в ЖЖ
      • Разместить в Google
      • Разместить в Yahoo
      • Разместить в Яндекс.Закладках
      • Разместить в Ссылки@Mail.Ru
      • Reddit!

    На холостом ходу трансформатор является ИНДУКТИВНОСТЬЮ , его ток чисто РЕАКТИВНЫЙ . Никаких обсуждений здесь быть не может по определению. Значение можно рассчитать по формуле
    I’ = U’/(2*Pi*fсети*Lпервичной обмотки).

    Амперметр (обычный , без наворотов) показывает модуль среднеквадратичного значения комплексного тока .

    Добавлено через 8 минут

    Многовато , но не радикально . Это соответствует соs фи под полной нагрузкой 0.868 . Если Вы измерите тестером сопротивление обмотки (например , 2 ома) , то получите , что в нагрев на ХХ уйдет только 3 Вт . А под нагрузкой потери на нагрев составят 23 вт .

    Добавлено через 7 минут

    Я не знаю , где Вы нашли справочник , в котором у индуктивности активный ток . Но место ему в местах общего пользования типа «сортир» для общедоступного употребления .

    Последний раз редактировалось KulibinV; 28.03.2010 в 13:44 . Причина: Добавлено сообщение

    • Поделиться
      • Поделиться этим сообщением через
      • Digg
      • Del.icio.us
      • Technorati
      • Разместить в ВКонтакте
      • Разместить в Facebook
      • Разместить в MySpace
      • Разместить в Twitter
      • Разместить в ЖЖ
      • Разместить в Google
      • Разместить в Yahoo
      • Разместить в Яндекс.Закладках
      • Разместить в Ссылки@Mail.Ru
      • Reddit!

    Какой должен быть ток холостого хода трансформатора?

    Есть распространенное мнение, что чем меньше ток ХХ тем лучше. Я не помню уж всей теории, но качественно ситуация выглядит так : слишком малый ток ХХ приводит к большой «просадке» напряжения под нагрузкой и к невозможности получить от трансформатора габаритной мощности. Мы просто не реализуем возможности железа по допустимой индукции в железе. Тратим напрасно медь. Хорошее железо держит 1.8 Тесла плохое насыщается пр 1 Тл.
    Слишком большой ток ХХ ведет к перегреву трансформатора. На холостом ходу контролируют осциллографом форму тока в первичной обмотке. Она не должна напоминать «шапку буденовку». Когда изготовитель трансформатора определяет ток холостого хода как 10%, то берем 2500Вт делим на 220 В получаем 11.36 А. 10% от этой величины 1.13 А. Табличку со справочника для трансформаторов ОСМ-1 я приводил выше.
    Для расчетов задаются допустимым падение напряжения под полной нагрузкой и допустимым перегревом. Хотя имеются методы расчета минимизирующие вес, габариты, стоимость, поле рассеяния трансформатора.
    Так кажется?

    Последний раз редактировалось UA2FP; 28.03.2010 в 14:32 .

    Определение тока холостого хода трансформатора

    Ток первичной обмотки трансформатора, возникающий при холостом ходе при номинальном синусоидальном напряжении и номинальной частоте, называется током холостого хода.

    Читайте также  Как рассчитать гасящее сопротивление?

    При расчет тока холостого хода трансформатора отдельно определяют его активную и реактивную составляющие.

    Активная составляющая тока холостого хода вызывается наличием потерь холостого хода.

    Активная составляющая тока, А:

    , (7.19)

    где Рх – потери холостого хода, Вт;

    Uф – фазное напряжение первичной обмотки, В.

    Обычно определяют не абсолютное значение тока холостого хода и его составляющих, а их относительное значение по отношению к номинальному току трансформатора iоа, ioр, iо, выражая их в процентах номинального тока.

    Тогда активная составляющая, %:

    , (7.20)

    где S – мощность трансформатора, кВ· А;

    Рх – потери холостого хода, Вт.

    Расчет реактивной составляющей тока холостого хода усложняется наличием в магнитной цепи трансформатора немагнитных зазоров. При этом расчете магнитная система трансформатора разбивается на четыре участка – стержни, ярма, за исключением углов магнитной системы, углы и зазоры. Для каждого из этих участков подсчитывается требуемая намагничивающая мощность, суммируемая затем по всей магнитной системе. Также как и потери, реактивная составляющая тока холостого хода зависит от основных магнитных свойств стали магнитной системы и ряда конструктивных и технологических факторов, оказывающих на эту составляющую существенно большое влияние, чем на потери [5].

    И так для плоской трехфазной шихтованной магнитной системы со взаимным расположением стержней и ярм, собранной из пластин холоднокатаной анизотропной стали, полная намагничивающая мощность может быть рассчитана по формуле, В∙А:

    , (7.21)

    где Gс , Gя / и Gу – соответственно массы стали стержней, отдельных частей ярм и угла, кг;

    qс и qя – удельные намагничивающие мощности для стали стержней и ярм, (определяются по таблице 7.5), В·А/кг;

    qз – удельная намагничивающая мощность для зазоров, определяемая по таблице 7.5, по индукциям для прямых и косых стыков аналогично рз при расчете потерь холостого хода, В·А/м 2 ;

    Пз – площадь зазора, определяемая так же, как и при расчете потерь холостого хода, м 2 ;

    kт.р – коэффициент, учитывающий влияние резки полосы рулона на пластины: для отожжённой стали kт.р=1,18, для неотожжённой стали kт.р=1,49;

    kт.з — коэффициент, учитывающий влияние срезания заусенцев: для отожжённых пластин kт.з=1,0, для неотожжённых kт.р=1,01;

    kт.у — коэффициент, учитывающий число углов с косыми и прямыми стыкам пластин магнитной системы по таблице 7.6;

    kт.пл — коэффициент, учитывающий ширину пластин в углах магнитной системы по таблице 7.7;

    kт.я – коэффициент, учитывающий форму сечения ярма, kт.я=1,0 для ярма многоступенчатого сечения и kт.я=1,07 для ярма прямоугольного сечения (при соотношении числа ступней стержня и ярма, равное трем, kт.я=1,04; при соотношении равном шести kт.я=1,06);

    kт.п — коэффициент, учитывающий прессовку магнитной системы по таблице 7.4;

    kт.ш — коэффициент, учитывающий перешихтовку верхнего ярма, равный 1,01 при мощности трансформатора до 250 кВА; 1,02 при мощностях 400-630 кВА.

    Таблица 7.5 — Полная удельная намагничивающая мощность в стали q[В∙А/кг] и в зоне шихтованного стыка q3 для холоднокатаной стали марок 3404 и 3405 толщиной 0,35 и 0,30 мм при различных индукциях и f = 50 Гц

    В, Тл Марка стали и ее толщина qз, В∙А/м 2
    3404, 0,35 мм 3404, 0,30 мм 3405, 0,35 мм 3405, 0,30 мм
    1 2 3 4 5 6 7
    0,20 0,040 0,040 0,039 0,038
    0,40 0,120 0,117 0,117 0,115
    0,60 0,234 0,230 0,227 0,223
    0,8 0,375 0,371 0,366 0,362
    1,00 0,548 0,540 0,533 0,525
    1,20 0,752 0,742 0,732 0,722
    1,22 0,782 0,768 0,758 0,748
    1,24 0,811 0,793 0,783 0,773
    1,26 0,841 0,819 0,809 0,799
    1,28 0,870 0,844 0,834 0,824
    1,30 0,900 0,870 0,860 0,850
    1,32 0,932 0,904 0,892 0,880
    1,34 0,964 0,938 0,924 0,910
    1,36 0,996 0,972 0,956 0,940
    Продолжение таблицы 7.5
    1 2 3 4 5 6 7
    1,38 1,028 1,006 0,988 0,970
    1,40 1,060 1,040 1,020 1,000
    1,42 1,114 1,089 1,065 1,041
    1,44 1,168 1,139 1,110 1,082
    1,46 1,222 1,188 1,156 1,123
    1,48 1,276 1,238 1,210 1,161
    1,50 1,330 1,289 1,246 1,205
    1,52 1,408 1,360 1,311 1,263
    1,54 1,486 1,431 1,376 1,321
    1,56 1,575 1,511 1,447 1,383
    1,58 1,675 1,600 1,524 1,449
    1,60 1,775 1,688 1,602 1,526
    1,62 1,958 1,850 1,748 1,645
    1,64 2,131 2,012 1,894 1,775
    1,66 2,556 2,289 2,123 1,956
    1,68 3,028 2,681 2,435 2,188
    1,70 3,400 3,073 2,747 2,420
    1,72 4,480 4,013 3,547 3,080
    1,74 5,560 4,953 4,347 3,740
    1,76 7,180 6,364 5,551 4,736
    1,78 9,340 8,247 7,161 6,068
    1,80 11,500 10,130 8,770 7,400
    1,82 20,240 17,670 15,110 12,540
    1,84 28,980 25,210 21,450 17,680
    1,86 37,720 32,750 27,790 22,820
    1,88 46,460 40,290 34,130 27,960
    1,90 55,200 47,830 40,740 33,100
    1,95 89,600 82,900 76,900 70,800

    Примечание: при шихтовке в одну пластину данные qз, умножить на 0,82 для стали марки 3404 и на 0,78 для стали марки 3405.

    Таблица 7.6 — Значения коэффициента kт.у., для различного числа углов с косыми и прямыми стыками пластин плоской шихтованной магнитной системы для стали марок 3404 и 3405 толщиной 0,35 и 0,30 мм при f=50 Гц

    Число углов со стыками Индукция В, Тл
    косыми прямыми 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8
    26,0 27,95 27,95 26,0 22,10
    5 * 1 * 32,25 34,83 35,20 33,25 27,85
    38,5 41,7 42,45 40,5 33,66
    58,5 64,7 65,6 64,7 52,0

    Таблица 7.7 — Значения коэффициента kт.пл, учитывающего увеличение намагничивающей мощности в углах магнитной системы в зависимости от ширины пластины второго пакета а2 для холоднокатаной стали

    В, Тл Ширина пластины второго пакета а2, м
    0,05 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70
    0,8-1,00 1,30 1,25 1,20 1,17 1,15 1,14 1,13 1,12
    1,10 и 1,90 1,40 1,27 1,21 1,18 1,16 1,15 1,14 1,13
    1,20 и 1,80 1,50 1,30 1,22 1,19 1,17 1,16 1,15 1,14
    1,30 и 1,70 1,70 1,38 1,25 1,21 1,18 1,17 1,16 1,15
    1,40 и 1,60 2,00 1,50 1,35 1,25 1,20 1,19 1,18 1,16
    1,50 3,00 2,0 1,50 1,35 1,30 1,25 1,20 1,18

    Абсолютное фазное значение реактивной составляющей тока холостого хода, А:

    (7.22)

    Относительное значение тока холостого хода в процентах номинального тока трансформатора (подобно активной составляющей iоа) , %:

    (7.23)

    Полный ток холостого хода, А:

    Ix = (7.24)

    и в процентах номинального тока:

    io = (7.25)

    Полученное значение тока холостого хода — i должно быть сверено с током холостого хода по заданию на расчет трансформатора – I, т.е. это отклонение не должно превышать 70%.

    Измерение тока и потерь холостого хода

    При изготовлении преобразователей стремятся к максимально возможному снижению потерь холостого хода с целью повышения КПД, снижения нагрева, а также уменьшения паразитного поля магнитного рассеивания.

    Общая конструкция и принцип работы трансформатора

    Конструктивно трансформатор состоит из следующих основных частей:

    1. Замкнутый сердечник из ферромагнитного материала.
    2. Обмотки.

    Обмотки могут быть намотаны на жестком каркасе или иметь бескаркасное исполнение. В качестве сердечников трансформаторов напряжения промышленной частоты используется специальным образом обработанная сталь. В некоторых случаях встречаются устройства без сердечника, но они используются только в области высокочастотной схемотехники и в рамках данной темы рассматриваться не будут.

    Принцип действия рассматриваемой конструкции заключается в следующем:

    1. При подключении первичной обмотки к источнику переменного напряжения она формирует переменное электромагнитное поле.
    2. Под воздействием данного поля в сердечнике формируется магнитное поля.
    3. Магнитное поле сердечника, в силу электромагнитной индукции, создает во всех обмотках ЭДС индукции.

    ЭДС индукции создается, в том числе, в первичной обмотке. Ее направление противоположно подключенному напряжению, поэтому они взаимно компенсируются и ток через обмотку при отсутствии нагрузки равен нулю. Соответственно, потребляемая мощность при отсутствии нагрузки равна нулю.

    Вывод

    Энергопотери в условиях холостого хода трансформатора связаны с магнитными потерями, потерями в первичной обмотке и изоляционном слое. Для снижения этого показателя до сих пор ведутся работы, несмотря на то, что КПД современных трансформаторов в условиях повышенной нагрузки составляет 99%.

    Читайте также  Как рассчитать транзисторный ключ?

    Для снижения показателя утечки энергии необходимо снизить влияние провоцирующих факторов. Чтобы добиться этого, постоянно усовершенствуют технологию создания устройств, используют только прочные материалы, проверяя их экспериментальным путем.

    Понятие холостого хода

    Приведенные выше рассуждения справедливы для идеального трансформатора. Реальные конструкции обладают следующими потерями (недостатками) на:

    • намагничивание сердечника;
    • магнитное поле рассеивания сердечника;
    • электромагнитное рассеивание обмотки;
    • междувитковую емкость проводов обмотки.

    В результате, в реальных конструкциях трансформатора наводимая ЭДС индукции отличается от номинального напряжения первичной обмотки и не в состоянии его полностью скомпенсировать. В обмотке возникает некоторый ток холостого хода. При подключении нагрузки данное значение суммируется с номинальным током и характеризует общие потери в электрической цепи.

    Потери снижают общий КПД трансформатора, в результате чего растет потребление мощности.

    Уменьшение холостого хода трансформатора ↑

    Во многом ответ на вопрос «как уменьшить ток холостого хода трансформатора», следует искать еще на этапе сборки устройства. Довольно большой процент всех дефектов возникает именно по вине сборщиков, допускающих существенные ошибки и не учитывающих специфику и условия использования трансформаторных приборов и систем в реальных эксплуатационных условиях.

    Внимание важно на каждом этапе сборки трансформатора, так как потери холостого хода напрямую влияют на КПД.

    На самом деле есть несколько распространенных путей снижения потерь, но далеко не все из них эффективны и рентабельны. Например, можно снизить величину магнитного потока за счет увеличения числа витков в обмотке, но это приведет к перерасходу провода и общему удорожанию. В данном случае об экономии речи идти не может.

    Можно применить другой тип электротехнической стали с высокими показателями сопротивления, но это также приведет к общему удорожанию самого устройства. Если использовать тонкие пластины, изолированные друг от друга, то число потерь от вихревых токов значительно снизится, так же, как и применение сплошных пластин с косыми стыками.

    Что нужно учитывать при сборке трансформатора? ↑

    Специалисту прежде всего следует знать, что от его аккуратности и профессионализма зависит столько же, сколько и от качества материалов. На что именно стоит обратить внимание при сборке трансформатора?

    Как проводится опыт холостого хода

    Опыт холостого хода подразумевает подачу напряжения на первичную обмотку при отсутствии нагрузки. При помощи подключенных измерительных приборов измеряются электрические параметры конструкции.

    Для проведения опыта холостого хода первичную обмотку включают в сеть последовательно с прибором для измерения тока- амперметром. Параллельно зажимам подключается вольтметр.

    Следует иметь в виду, что предел измерения вольтметра должен соответствовать подаваемому напряжению, а при выборе амперметра нужно учитывать ориентировочные значения измеряемой величины, которые зависят от мощности трансформатора.

    Коэффициент трансформации

    Наиболее просто определяется коэффициент трансформации. Для этого сравнивается входное и выходное напряжение. Расчет производится по следующей формуле:

    Данное отношение справедливо для всех обмоток трансформатора.

    Однофазные трансформаторы

    В однофазных трансформаторах показания амперметра характеризуют потребляемый ток при отсутствии нагрузки. Данные показания являются конечными и нет необходимости в дальнейших вычислениях.

    Трехфазные

    Чтобы проверить трехфазный трансформатор, требуется усложнение схемы подключения. Необходимо наличие следующих приборов:

    • амперметры для измерения тока в каждой фазе;
    • вольтметры для измерения междуфазных напряжений первичной обмотки;
    • вольтметры для измерения междуфазных напряжений вторичной обмотки.

    Понятие холостого хода трансформатора

    Когда у трансформатора наблюдается выделенное питание одной обмотки, а другие пребывают в разомкнутом состоянии. Этот процесс приводит к утечке энергии, что и называют потерями холостого хода. Его развитие происходит под влиянием ряда внешних и внутренних факторов.

    Мощность трансформатора не используется в полной мере, а часть энергии утрачается по причине некоторых магнитных процессов, особенностями первичной обмотки и изоляционного слоя. Последний вариант влияет при использовании приборов, функционирующих на повышенной частоте.

    Схема замещения в режиме трансформатора

    Прямой электрический расчет трансформатора сложен по той причине, что он представляет собой две электрических цепи, связанных между собой магнитной цепью.

    Для упрощения расчетов удобнее пользоваться упрощенной эквивалентной схемой. В схеме замещения вместо обмоток используются комплексные сопротивления:

    • для первичной обмотки комплексное сопротивление включается последовательно в цепь;
    • для вторичной обмотки параллельно нагрузке.

    Каждое комплексное сопротивление состоит из последовательно соединенного активного сопротивления и индуктивности.

    Активное сопротивление – это сопротивление проводов обмотки.

    Режим холостого хода трансформатора

    Холостым ходом (ХХ) называют такое подключение устройства, когда на первичную обмотку подается номинальное переменное напряжение, а цепи всех вторичных – разомкнуты (нагрузки не подключены).

    В преобразователе напряжения, деление обмоток (катушек) на первичную и вторичные условно. Любая из них становится первичной, когда на нее поступает исходное переменное напряжение. Прочие, в них наводится ЭДС — становятся, соответственно, вторичными.

    Опыт холостого хода проводится по схеме показанной на рисунке

    Следовательно, любой трансформатор, соответственно способу подключения, может быть как понижающим, так и повышающим (кроме разделительного – с коэффициентом трансформации, равным единице).

    Поскольку цепь вторичной катушки разъединена, тока в ней нет (I2 = 0). В первичной протекает I1, формирующий в магнитопроводе поток вектора магнитной индукции Ф1. Последний меняется по синусоидальному закону, но из-за перемагничивания стали отстает по фазе от I1 на угол B (угол потерь).

    Применяют следующую терминологию:

    • I1: ток ХХ трансформатора;
    • Ф1: рабочий магнитный поток.

    Под действием Ф1 во всех катушках возникает ЭДС:

    • в первичной – самоиндукции (Е1);
    • во вторичных – взаимоиндукции (Е2).

    Зависимость ЭДС от различных параметров определяется формулами:

    Е1 = 4,44 * f * W1 * Ф1max *10-8 ,

    Е2 = 4,44 * f * W2 * Ф1max * 10-8, где

    W1 и W2 — число витков в обмотках;

    Ф1max — величина магнитного потока в точке максимума.

    Следовательно, числовое значение ЭДС находится в прямой зависимости от числа витков катушки. Из соотношения ЭДС в первичной и вторичной обмотках, определяют главный параметр аппарата— коэффициент трансформации (К): К = Е1 / Е2 = W1 / W2.

    Вторичная катушка по сравнению с первичной содержит витков:

    • в повышающем трансформаторе – больше (К меньше единицы);
    • в понижающем – меньше (К больше единицы).

    Помимо рабочего (основного), в установке образуется магнитный поток рассеяния Фр1. Это силовые линии, ответвляющиеся от рабочего магнитного потока Ф1 в сердечнике и замыкающиеся по воздуху вокруг витков катушек. Как и Ф1, Фр1 является переменным, а значит, он, согласно закону электромагнитной индукции, наводит в первичной обмотке ЭДС самоиндукции Ер1.

    Е1 и Ер1 всегда направлены против приложенного к первичной обмотке напряжения U1. По характеру действия на ток, они подобны резистору, потому и обозначаются термином «индуктивное сопротивление» (Х).

    Емкостное и индуктивное сопротивление

    Следовательно, создавая I1, напряжение U1 преодолевает активное сопротивление R1 первичной катушки и обе ЭДС самоиндукции. Математически это выглядит так: U1 = I1 * R1 + (-Е1) + (-Ер1).

    Запись выполнена в векторной форме, поэтому перед обозначениями ЭДС самоиндукции проставлены значки «-»: они говорят о противоположном направлении этих векторов относительно напряжения U1. Ток холостого хода I1 не является строго синусоидальным.

    Он искажается, поскольку имеет в своем составе так называемую третью гармоническую составляющую (ТГС), обусловленную вихревыми токами, гистерезисом и магнитным насыщением магнитопровода. Но с определенной долей приближения, годной для практических расчетов, его можно заменить эквивалентным синусоидальным током с равноценным действующим значением.

    От чего зависит магнитный поток взаимоиндукции в режиме ХХ

    Магнитный поток взаимоиндукции в трансформаторе зависит от способа размещения обмоток на сердечнике и их конструктивного исполнения.

    Важную роль играет коэффициент заполнения окна магнитопровода, который показывает отношение общего пространства, к месту, занятому обмоткой.

    Чем ближе данный коэффициент к единице, тем выше будет взаимоиндукция обмоток и меньше потери в трансформаторе.

    Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
    Добавить комментарий

    ;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: