ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

Потери и КПД трансформатора

Лекция №16

Измерение вторичного напряжения. Внешние характеристики трансформатора

При колебаниях нагрузки трансформатора его вторичное напряжение U₂ меняется.

Изменение вторичного напряжения трансформатора при увеличении нагрузки от х.х. до номинальной является важнейшей характеристикой трансформатора и определяется выражением (для приведённого трансформатора)

(16.1)

или для реального трансформатора

∆U_ном =

Обычно его рассчитывают при постоянном значении U₁ = U_1ном и номинальной частоте f_ном .

Можно получить ряд формул для определения величины изменения напряжения трансформатора (∆U), например

(16.2)

где

∆U - изменение напряжения трансформатора, %

β - Коэффициент нагрузки трансформатора, ед

u_к.а. - активная составляющая напряжения короткого замыкания, %

u_к=(U_к/U_1ном)100 (16.3)

u_к.р. - реактивная составляющая напряжения короткого замыкания, %

cos φ₂ - коэффициент мощности нагрузки трансформатора

Из выражения (16.2) следует, что изменение вторичного напряжения ∆U зависит не только от величины нагрузки трансформатора (b), но и от характера этой нагрузки (j₂).

Внешние характеристики.

Зависимость вторичного напряжения U₂ трансформатора от нагрузки I₂ называют внешней характеристикой.

Рис. 16.1. Внешние характеристики трансформатора.

Вид внешней характеристики (рис. 16.1) зависит от характера нагрузки трансформатора (cosj₂). Внешнюю характеристику трансформатора можно построить по формулам, например (16.2) путем расчета ∆U для разных значений b и cosj₂.

В пределах изменения коэффициента нагрузки β от 0 до 1 внешние характеристики практически прямолинейны (рис. 16.1).

Напряжение короткого замыкания u_к, его составляющие u_к.а и u_к.р зависят в определенной степени от номинальной мощности трансформатора.

При активно-индуктивной нагрузке (cos φ₂ <1) всегда напряжение U₂ < U_2ном, наклон характеристики большой (см. рис 16.1).

При активной нагрузке (cos φ₂ =1) наклон характеристики меньше.

При активно-емкостной нагрузке (cos φ₂ ˃1) и некоторых углах φ₂ оно может стать большим U_2ном , характеристика поднимается вверх, т.е напряжение U₂ ˃ U_2ном (см рис 16.1).

Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания значительно больше, чем активная. Поэтому в таких трансформаторах реактивная нагрузка вызывает большее изменение напряжения U₂, чем активная, т.е. чем меньше cosφ₂, тем ниже проходит внешняя характеристика и значительнее изменяется напряжение U₂ .

Потери и КПД трансформатора

В процессе трансформирования электрической энергии часть энергии теряется в трансформаторе на покрытие потерь.

Потери в трансформаторе разделяются на электрические и магнитные.

Электрические потери. Энергия затрачивается на нагрев обмоток трансформаторов (первичной и вторичной).

Эти потери определяются по закону Джоуля-Ленца, по формуле:

Р_э = Р_з1 + Р_э2 = m r₁+ m r’₂, (16.4)

где m — число фаз трансформатора (для однофазного трансформатора m = 1, для трехфазного m = 3).

При проектировании трансформатора величину электрических потерь определяют путём расчёта.

Для готового трансформатора эти потери определяют опытным путем, из опыта короткого замыкания.

При полной загрузке трансформатора (I₂ = I_2ном )

Р_э =Р_к.ном , (16.5) где

Р_к.ном - мощность, потребляемая трансформатором в опыте К.З.

Если трансформатор загружен не полностью (β<1), то

P_э=β²P_к.ном, (16.6)

где β — коэффициент нагрузки.

Электрические потери называют переменными, так как их величина зависит от нагрузки трансформатора (рис. 16.2).

Магнитные потери. Происходят главным образом в магнитопроводе трансформатора.

Причина этих потерь — систематическое перемагничивание магнитопровода переменным магнитным полем. Это перемагничивание вызывает в магнитопроводе два вида магнитных потерь:

- потери от гистерезиса Р_г, связанные с затратой энергии на уничтожение остаточного магнетизма в сердечнике трансформатора

- потери от вихревых токов Р_в.т, наводимых переменным магнитным полем в пластинах магнитопровода:

P_м=P_г+P_в.т (16.7)

С целью уменьшения магнитных потерь магнитопровод трансформатора выполняют из магнитно-мягкого ферромагнитного материала — тонколистовой электротехнической стали. При этом магнитопровод делают шихтованным в виде пакетов из тонких пластин (полос), изолированных с двух сторон тонкой пленкой лака.

Магнитные потери от гистерезиса прямо пропорциональны частоте перемагничивания магнитопровода, т. е. частоте переменного тока (Р_г ≡ f), а магнитные потери от вихревых токов пропорциональны квадрату этой частоты (P_в.т ≡ f²).

Суммарные магнитные потери принято считать пропорциональными частоте тока степени 1,3, т. е.

Р_м = f^1,3.

Величина магнитных потерь зависит также и от магнитной индукции в стержнях и ярмах магнитопровода (Р_м ≡ В²)

При неизменном первичном напряжении (U₁ = const) магнитные потери постоянны, т.е. не зависят от нагрузки трансформатора (рис. 16.2, а).

Рис. 16.2. Зависимость потерь трансформатора от его нагрузки (а) и энергетическая диаграмма (б) трансформатора

Магнитные потери определяются:

- при проектировании трансформатора определяют путём расчёта;

- для готового трансформатора - из опыта ХХ (Р_м = Р_ст).