Меню

Ток холостого тока трансформатора в процентах

Режим холостого хода для трансформаторов

Холостой ход трансформаторов может понадобиться тогда, когда требуется определить реальные параметры тока и напряжения, выводимыми во время трансформации. Ее обеспечивают специальные устройства, обеспечивающие понижение или повышение напряжения переменного электрического тока. С помощью холостого хода выясняются фактические потери процесса работы устройства.

При режиме работы с разомкнутой вторичной обмоткой частота тока не изменяется. Остаются прежними и показатели мощности. Таким образом можно выяснить фактическую силу тока, электрическое сопротивление. Какого бы не был типа трансформатор, они имеют аналогичные характеристики. Наблюдение за работой холостого хода трансформатора необходимо при их эксплуатации и при проверки их работоспособности.

В данной статье будут описаны основные технические нюансы режима холостого хода и область его применения. К статье бонусом добавлен видеоролик с информацией о холостом ходе трансформатора и файл с учебным пособием Каганович Е.А. “Испытания трансформаторов”.

Режим холостого хода для трансформаторов

Передача и использование электрической энергии

Электрическая энергия, которая вырабатывается генераторами на электростанциях, передается к потребителям на большие расстояния. Трансформаторы в случае широко используются Линии, по которым электрическая энергия передается от электростанций к потребителям, называют линии электропередачи (ЛЭП).

При передаче электроэнергии на большие расстояния неизбежны ее потери, связанные с нагреванием проводов. Потери при нагревании электрических проводов прямо пропорционально I 2 через проводник (согласно закону Джоуля — Ленца). Работа любого трансформатора состоит из трех основных режимов:

  • Режим холостого хода трансформатора называется режим с разомкнутой вторичной обмоткой;
  • рабочим режимом (ходом) трансформатора называется режим, при котором в цепь его вторичной обмотки включена нагрузка с сопротивлением R = 0;
  • режимом короткого замыкания называется режим, при котором вторичная обмотка трансформатора замкнута без нагрузки. Данный режим опасен для трансформатора, т.к. в этом случае ток во вторичной обмотке максимален и происходит электрическая и тепловая перегрузка системы.

Режим холостого хода для трансформаторов

трансформатор

Чтобы уменьшить потери энергии, необходимо уменьшить силу тока в линии передачи. При данной мощности уменьшение силы тока возможно лишь при увеличении напряжения (P=UI).

Для этого между генератором и линией электропередачи включают повышающий трансформатор, а понижающий трансформатор — между ЛЭП и потребителем электроэнергии. В бытовых электроприборах (по технике безопасности) используются небольшие напряжения 220 и 380 В. У современных трансформаторов высокий КПД — свыше 99%.

Режим холостого хода трансформатора

Режимом холостого хода трансформатора называют режим работы при питании одной из обмоток трансформатора от источника с переменным напряжением и при разомкнутых цепях других обмоток. Такой режим работы может быть у реального трансформатоpa, когда он подключен к сети, а нагрузка, питаемая от его вторичной обмотки, еще не включена.

По первичной обмотке трансформатора проходит ток I , в то же время во вторичной обмотке тока нет, так как цепь ее разомкнута. Ток I , проходя по первичной обмотке, создает в магнитопроводе синусоидально изменяющийся лоток Ф , который из-за магнитных потерь отстает по фазе от тока на угол потерь δ.

Очевидно, что переменный магнитный поток Ф пересекает обе обмотки трансформатора. В каждой из них возникают эдс: в первичной обмотке — эдс самоиндукции Е1, во вторичной обмотке — эдс взаимоиндукции Е2. Действующие значения этих эдс зависят от числа витков в обмотках, магнитного потока Ф и частоты его изменения f. Величины эдс определяют по формулам:

где ω1 и ω2 — числа витков в обмотках;

Ф0 макс — максимальное значение магнитного потока, Вб.

Это соотношение характеризует одно из основных свойств трансформатора: эдс в обмотках трансформатора пропорциональны количеству витков. Отношение числа витков ω1 / ω2 = k называют коэффициентом трансформации.

Таким образом, если мы хотим повысить полученное от генератора напряжение в 10, 100 или 1000 раз, то необходимо так подобрать обмотки трансформатора, чтобы число витков ω2 вторичной обмотки было больше числа витков ω1 первичной обмотки соответственно в 10, 100 или 1000 раз.

Тогда вторичная обмотка оказывается обмоткой высшего напряжения (ВН), а первичная — обмоткой низшего напряжения (НН). Наоборот, если необходимо снизить напряжение в линии, первичное напряжение подводят к обмотке ВН, а к обмотке НН подключают приемники электрической энергии.

Итак, любой трансформатор может работать как повышающий и как понижающий. Все зависит от того, к какой из его обмоток будет подведено напряжение для преобразования. Обмотка трансформатора, к которой подводится энергия преобразуемого переменного тока, называется первичной (независимо от того, будет ли эта обмотка высшего или низшего напряжения). Обмотка трансформатора, от которой отводится энергия преобразованного переменного тока, называется вторичной.

Мы рассмотрели действие только рабочего, или основного, магнитного потока Ф . Однако в трансформаторе кроме рабочего существует еще магнитный поток рассеяния Фр1. Этот магнитный поток образуется силовыми линиями, которые ответвляются от основного потока в сердечнике и замыкаются по воздуху вокруг витков обмотки ω1.

Поскольку поток рассеяния замыкается по воздуху, его величина пропорциональна току, в нашем случае — току холостого хода I . Следовательно, поток рассеяния Фр1 является, как и ток I , переменным и, пересекая витки первичной обмотки, создает в ней эдс самоиндукции Ер1. В первичной обмотке трансформатора создаются две эдс самоиндукции: одна E1 — рабочим магнитным потоком Ф , другая Ер1 — магнитным потоком рассеяния.

Мы знаем, что эдс самоиндукции всегда направлена против приложенного напряжения и ее действие на ток в цепи равносильно добавочному сопротивлению, которое называют индуктивным и обозначают х. Для поддержания неизменным тока холостого хода подводимое напряжение U1 должно расходоваться не только на преодоление активного сопротивления r1 обмотки, но и на создание эдс самоиндукции.

Другими словами, приложенное напряжение U1 складывается из нескольких частей: первая часть равна эдс самоиндукции E1 от потока Ф , вторая — эдс самоиндукции Ер1 от потока рассеяния Фр1, третья — активному падению напряжения I r1.

трансформатор

Холостой ход тpexфaзного устройства

Характер работы З-фaзного устройства в режиме XX зависит от магнитной системы и схемы подключения обмоток:

  • первичная катушка — «треугольником»;
  • вторичная — «звездой» (D/Y): имеет место свободное замыкание TГC тока I1 по обмоткам устройства. Поэтому магнитный поток и ЭДC являются синусоидальными и нежелательные процессы, описанные выше, не происходят; схема Y/D: TГC магнитного потока появляется, но ток от наведённой им дополнительной ЭДC свободно течет по замкнутым в «треугольник» вторичным катушкам.

Этот ток создаёт свой поток вектора магнитной индукции, который гасит вызывающую его третью ГC основного MП. B результате магнитный поток и ЭДC, имеют почти синусоидальную форму, соединение первичной и вторичной катушек «звездой» (Y/Y).

B последней схеме TГC тока I1 отсутствует, поскольку для нее нет пути: третьи гармонии каждой из фаз в любой момент времени направлены к нулевой точке или от неё. Из-за этого искажается магнитный поток.

Дальнейшее определяется магнитной системой: З-фазный трансформатор в виде группы 1-фaзныx: TГC магнитного потока замыкается в каждой фазе по собственному сердечнику и из-за малого магнитного сопротивления последнего, достигает амплитуды в 15% – 20% рабочего магнитного потока.

Она созидает дополнительную ЭДC, амплитуда которой может достигать уже 45% – 60% от основной ЭДC. Такой рост напряжения может привести к пробою изоляции c последующей поломкой электроустановок. Трансформаторы c бронестержневой магнитной системой имеют место такие же явления (третьи гармонические магнитного потока замыкаются по боковым ярмам мaгнитопpоводa).

Читайте также:  Смертельные исходы при ударах тока

Тpexcтepжнeвaя магнитная система: TГC пути по мaгнитопpоводa не имеет и замыкается по среде c малой магнитной проницаемостью — воздух, масло, стенки бака. Поэтому она имеет малую величину и значительной дополнительной ЭДC не наводит.

Как определить коэффициент трансформации

Что такое «холостой ход трансформатора»? По сути, это особый режим работы устройства, условием которого является разомкнутость вторичной обмотки, а первичная обмотка имеет номинальное напряжение. В таком состоянии, при проведении ряда расчетов, можно определить точные параметры целого ряда показателей, например, для трансформаторных устройств распространенного однофазного типа так рассчитываются:

  • коэффициент трансформации;
  • активное, полное, индуктивное сопротивление ветви намагничивания;
  • коэффициент мощности, процентное значение тока и измерения холостого хода.

Алгоритм проведения измерений холостого хода выглядит так:

  • Измеряется ток, который был приложен к первичной обмотке, посредством измерительных приборов, которые включены в общую цепь.
  • Замыкается вторичная обмотка на вольтметре. Сопротивление должно быть такой величины, чтобы значение тока вторичной обмотки приближалось к минимальной отметке.
  • Величина тока холостого хода в первичной обмотке минимальна относительно значения номинала, если сравнивать с прикладываемым напряжением, которое приводит в равновесие электродвижущая сила первичной обмотки. И оба этих показателя отличаются незначительно, а значит значение хода электродвижущей силы в первичной обмотке можно определить по данным вольтметра.

Режим холостого хода для трансформаторов

схема потерь электроэнергии

Причины и следствия потерь холостого хода трансформатора

Потери холостого хода трансформаторных устройств любого типа — это следствие износа устройств. Со временем их магнитная система и структура используемого металла стареет и меняется, межлистовая изоляция становится хуже, а прессовка сердечника ослабляется. Естественно, вы это негативно сказывается на уровне потерь электроэнергии.

Практика показывает, что вопреки установленных нормам, согласно которым потери могут отличаться от заводских показателей не более, чем на пять процентов, во многих случаях они превышают порог в пятьдесят процентов. Особенно это касается трансформаторов силового типа. Данные измерений такого типа устройств позволяют довольно точно прогнозировать потери энергии в каждом отдельном муниципалитете. Таблица допустимых потерь при холостом ходу трансформатора приведена ниже.

Таблица допустимых потерь при холостом ходу трансформатора

Как измерить потери холостого хода трансформатора

Основные принципы измерений потерь холостого хода всех видов трансформаторных приборов прописаны в ГОСТах. Главной причиной ошибочных результатов, полученных во время проведения измерений, можно назвать низкую точность измерительных устройств и неверные действия замерщиков, а также несоответствие необходимым условий проведения измерений. Чтобы избежать отклонений, влияющих на прогнозы и корректировку условий и интенсивности эксплуатации приборов, стоит предварительно разработать, согласовать с изготовителем и утвердить методику измерения потерь в данном режиме.

схема потерь на холостом ходу

Эффективность действия устройства напрямую зависит от такого явления, как электромагнитная индукция. Что такое режим холостого хода сварочного трансформатора? Напомним, что такой режим устанавливается при разомкнутой вторичной обмотке в тот момент, когда подключается первичная обмотка с током I1. Напряжение сети переменного тока в данном случае равно U1.

Ток, идущий по первичной обмотке, моделирует магнитный поток с переменными характеристиками, индуцирующий переменное напряжение U2, возникающее во вторичной обмотке. А так как ее цепь находится в разомкнутом состоянии, соответственно ток I2 имеет нулевое значение.

То есть во вторичной цепи нет никаких затрат электроэнергии. В этих условиях вторичное напряжение, которое возникает в комментируемом режиме, достигает пиковых значений. Такая величина является напряжением холостого хода.

Принцип действия таких устройств базируется на преобразовании стандартного сетевого напряжения. Этот стандарт преобразуется в напряжение холостого хода, имеющее приблизительный диапазон от 60 до 80 В.

Режим холостого хода для трансформаторов

В первом случае, который является более частотным и популярным, регулировка сварочного тока происходит более плавно. Вторым предпочитают пользоваться, как альтернативным.

Плавность двухдиапазонного регулирования мощности тока в процессе работы трансформатора сварочного типа играет важную роль, так как дает возможность значительно снизить показатели массы, а также ощутимо уменьшить размеры устройства. Получить широкий диапазон больших токов можно, включая попарно параллельно катушки как первичной, так и вторичной обмоток, а чтобы получить диапазон токов малой мощности, их необходимо включать в последовательном режиме.

Заключение

Более подробно о проверке трансформаторов на холостом ходу можно почитать в файле с учебным материалом Кагановича Е.А. “Испытания трансформаторов”. Если у вас остались вопросы, можно задать их в комментариях на сайте.

Источник

Измерение тока и потерь холостого хода

В соответствии с требованиями ПУЭ производится одно из измерений:
а) при номинальном напряжении. Измеряется ток холостого хода. Значение тока не нормируется;

Рис. 2.7. Схема проверки группы соединения обмоток силового трансформатора методом фазометра.


Рис. 2.8. Схемы проверки группы соединения обмоток силовых трансформаторов методом двух вольтметров.

б) при малом напряжении. Измерение производится с приведением потерь к номинальному напряжению или без приведения (метод сравнения).
Опытом холостого хода трансформатора называется включение одной из его обмоток (обычно низкого напряжения) под номинальное напряжение. Потребляемый при этом ток называют током холостого хода Iхх (обычно выражают в % от Iном).

Таблица 2.10. Векторные диаграммы и расчетные формулы для определения группы соединения силовых трансформаторов

Примечание: Формулы табл. 2.10


где U2 > и Кл соответственно линейное напряжение на зажимах обмотки низшего напряжения и линейный коэффициент трансформации.

Потребляемую при этом активную мощность называют потерями холостого хода Рхх (кВт). Эта мощность расходуется, в основном, на перемагничивание электротехнической стали (потери на гистерезисе) и на вихревые токи. Ток и потери холостого хода являются паспортными данными силовых трансформаторов.

Потери холостого хода трансформаторов Рхх, измеренные при нормальной частоте и весьма малом возбуждении (порядка нескольких процентов от номинального напряжения трансформатора), можно пересчитать к потерям холостого хода при номинальном напряжении по формуле

где Р’хх= Ризм – Рпр потери, измеренные при подводимом при измерении напряжении (возбуждении) U;
Рпр и Ризм — соответственно мощность, потребляемая приборами и суммарные потери в трансформаторе и приборах.
n — показатель степени, равный для горячекатаной стали 1,8; для холоднокатаной стали — 1,9.

Заводы-изготовители производят измерения потерь холостого хода при номинальном напряжении и при малом (обычно 380 В) напряжении.

Измерение потерь холостого хода может быть произведено также при напряжении, равном 5 — 10% номинального. Отличие полученных значений потерь от заводских данных должно быть не более 10% для однофазных и не более 5% для трехфазных.

Измерение потерь холостого хода производится при напряжении и по схемам, указанным в протоколе испытания завода-изготовителя.

Если завод-изготовитель производил измерения потерь холостого хода только при номинальном напряжении трансформатора, то следует измерение потерь холостого хода произвести при напряжении 380 В и выполнить пересчет их к номинальному напряжению по формуле, указанной выше.

В дальнейшем измерение потерь холостого хода следует производить при напряжениях 380 В. У исправных трехфазных трехстержневых трансформаторов соотношение потерь, как правило, не отличается от соотношений, полученных на заводе-изготовителе, более, чем на 5%.

Для трансформаторов, имеющих переключающее устройство с токоограничивающим реактором, дополнительно производится опыт холостого хода на промежуточном положении «Мост».

Измерение потерь холостого хода при напряжении 380 В следует производить до измерения сопротивления обмоток постоянному току и прогрева трансформатора постоянным током.

Читайте также:  Сварочный аппарат с плавной регулировкой сварочного тока

При измерении потерь и тока холостого хода следует применять измерительные приборы класса точности 0,5. Для измерений могут использоваться переносные измерительные комплекты типа К-50 (К-51).

При измерении потерь и тока холостого хода при номинальном напряжении обмоток выше 0,4 кВ рекомендуется применять измерительные трансформаторы класса точности 0,2.

Потери холостого хода трехфазных трехстержневых трансформаторов измеряют при трехфазном или однофазном возбуждении.

При трехфазном возбуждении измерения производят двумя однофазными ваттметрами или одним трехфазным ваттметром (см. рис. 2.9).

Измеренные потери определяются как алгебраическая сумма потерь, измеренных каждым ваттметром. Потери в трансформаторе определяют как разность измеренных суммарных потерь и потерь в приборах (см. рис. 2.10), поскольку потери в приборах могут быть соизмеримы с потерями холостого хода.


Рис. 2.9. Схемы включения приборов при проведении опыта холостого хода силовых трансформаторов.
а — для однофазных трансформаторов; б — для трехфазных трансформаторов.

Ток холостого хода трансформатора определяют как среднеарифметическое значение токов трех фаз.

При измерении потерь холостого хода при однофазном возбуждении напряжением 380 В проводят три опыта с приведением трехфазного трансформатора к однофазному путем поочередного замыкания накоротко одной из его фаз и возбуждении двух других фаз.

Первый опыт — замыкают накоротко обмотку фазы А, возбуждают фазы В и С трансформатора и измеряют потери.
Второй опыт — замыкают накоротко обмотку фазы В, возбуждают фазы А и С трансформатора и измеряют потери.

Рис. 2.10. Схемы измерения потерь холостого хода в трехфазных трансформаторов.
а — для измерения суммарных потерь; б — для измерения потерь в приборах.

Соединение первичной обмотки в треугольник

Соединение первичной обмотки в звезду с выведенной нулевой точкой

Группа соединения Υ0/Δ.
Рис. 2.11.а. Схемы возбуждения трехфазных трансформаторов

Третий опыт — замыкают накоротко обмотку фазы С, возбуждают фазы А и В трансформатора и измеряют потери.


Группа соединения Y/Δ


Группа соединения Υ/Υ
Рис. 2.11.6. Схемы однофазного возбуждения трехфазных трансформаторов

Обмотки любой фазы замыкают накоротко на соответствующих выводах одной из обмоток трансформатора. Схемы однофазного возбуждения трехфазного трансформатора для измерения потерь при малом напряжении для различных групп соединений приведены на рис. 2.11.

Потери в трансформаторе при напряжении U’

где U’ — приложенное напряжение при замерах потерь холостого хода;
P’0АВ, Р’0ВС, Р’0АС — потери, определенные при указанных выше опытах (за вычетом потерь в приборах) при одинаковом значении подводимого напряжения.

Приведенные к номинальному напряжению потери трансформатора измеренные при некотором малом напряжении U’ определяются

где n — зависит от сорта трансформаторной стали: для горячекатаной 1,8; для холоднокатаной 1,9.

При отсутствии дефектов и одинаковых значениях подведенного напряжения, приближенные соотношения между значениями фазовых потерь будут следующими:

  • при соединении возбуждаемой обмотки в звезду (с доступной нейтралью) или треугольник потери, измеренные при подведении питания к выводам обмоток фазы «А» и «С» практически одинаковы и, как правило, не менее, чем на 25% больше потерь, измеренных при подведении питания к выводам обмотки средней фазы «В»;
  • при соединении возбуждаемой обмотки в звезду без доступной нейтрали потери, измеренные при подведении питания к выводам «АВ» и «ВС», практически одинаковы, а потери, измеренные при подведении питания к выводам «АС» на 25% больше потерь, измеренных при подведении питания к выводам «АВ» и «ВС».

Необходимо иметь ввиду, что если измеряют потери у нескольких одинаковых трансформаторов (одинаковая трансформаторная сталь и одинаковая величина подводимого напряжения), то у сравниваемых трансформаторов одинаковым значениям потерь холостого хода при номинальном напряжении (указанным заводом-изготовителем), должны соответствовать приблизительно одинаковые значения потерь при малом напряжении. Кроме того, у одинаковых трансформаторов соотношения фазовых потерь должны быть приблизительно равными.

Источник

Силовой трансформатор: формулы для определения мощности, тока, uk%

Силовой трансформатор представляет собой сложную систему, которая состоит из большого числа других сложных систем. И для описания трансформатора придумали определенные параметры, которые разнятся от машины к машине и служат для классификации и упорядочивания.

Разберем основные параметры, которые могут пригодиться при расчетах, связанных с силовыми трансформаторами. Данные параметры должны быть указаны в технических условиях или стандартах на тип или группу трансформаторов (требование ГОСТ 11677-85). Сами определения этих параметров приведены в ГОСТ 16110.

Номинальная мощность трансформатора — указанное на паспортной табличке трансформатора значение полной мощности на основном ответвлении, которое гарантируется производителем при установке в номинальном месте, охлаждающей среды и при работе при номинальной частоте и напряжении обмотки.

Числовое значение мощности в кВА изначально выбирается из ряда по ГОСТ 9680-77. На изображении ниже приведен этот ряд.

ряд мощностей трансформаторов по ГОСТ 9680

Значения в скобках принимаются для экспортных или специальных трансформаторов.

Если по своим характеристикам оборудование может работать при разных значениях мощностей (например, при различных системах охлаждения), то за номинальное значение мощности принимается наибольшее из них.

К силовым трансформаторам относятся:

  • трехфазные и многофазные мощностью более 6,3 кВА
  • однофазные — более 5 кВА

Номинальное напряжение обмотки — напряжение между зажимами трансформатора, указанное на паспортной табличке, на холостом ходу.

Номинальный ток обмотки — ток, определяемый мощностью, напряжением обмотки и множителем, учитывающим число фаз. То есть если трансформатор двухобмоточный, то мы будем иметь ток с низкой стороны и ток с высокой стороны. Или же ток, приведенный к низкой или высокой стороне.

Напряжение короткого замыкания — дадим два определения.

Приведенное к расчетной температуре линейное напряжение, которое нужно подвести при номинальной частоте к линейным зажимам одной из обмоток пары, чтобы в этой обмотке установился ток, соответствующий меньшей из номинальных мощностей обмоток пары при замкнутой накоротко второй обмотке пары и остальных основных обмотках, не замкнутых на внешние цепи

Взято из ГОСТ 16110

Напряжение короткого замыкания uk — это напряжение, при подведении которого к одной из обмоток трансформатора при замкнутой накоротко другой обмотке в ней проходит ток, равный номинальному

Источник — Электрооборудование станций и подстанций

Определились с основными терминами, далее разберем как определить мощность, ток и сопротивление трансформатора на примере:

ТМ-750/10 с номинальными напряжениями 6 кВ и 0,4 кВ. Ток с высокой стороны будет 72,2 А, напряжение короткого замыкания — 5,4%. Определим ток из формулы определения полной мощности:

формула мощности силового трансформатора и определение тока

Так что, если недобрали данных для расчетов, всегда можно досчитать. Но это рассмотрен случай двухобмоточного Т.

Чтобы определить сопротивление двухобмоточного трансформатора в именованных единицах (Ом), например, для расчета тока короткого замыкания, воспользуемся следующими выражениями:

формула определения сопротивления трансформатора в именованных единицах

  • x — искомое сопротивление в именованных единицах, Ом
  • xT% — относительное сопротивление, определяемое через uk% (в случае двухобмоточных эти числа равны), отн.ед.
  • Uб — базисное напряжение, относительно которого мы ведем наш расчет (более подробно будет рассмотрено в статье про расчет токов КЗ), кВ
  • Sном — номинальная мощность, МВА

В формуле выше важно следить за единицами измерения, не спутать вольты и киловольты, мегавольтамперы с киловольтамперами. Будьте начеку.

Формулы для расчета относительных сопротивлений обмоток (xT%)

В двухобмоточном трансформаторе все просто и uk=xt.

определение xt% двухобмоточного трансформатора

Трехобмоточный и автотрансформаторы

В данном случае схема эквивалентируется в три сопротивления (по секрету, одно из них частенько бывает равно нулю, что упрощает дальнейшее сворачивание).

Читайте также:  Значение силы тока переменного неотпускающего тока

определение xt% трехобмоточного и автотрансформатора

Трехфазный у которого НН расщепленная

Частенько в схемах ТЭЦ встречаются данные трансформаторы с двумя ногами.

определение xt% трехфазного Т с разветвленной низкой стороной

В данном случае всё зависит от исходных данных. Если Uk дано только для в-н, то считаем по верхней формуле, если для в-н и н1-н2, то нижней. Схема замещения представляет собой звезду.

Группа двухобмоточных однофазных трансформаторов с обмоткой низшего напряжения, разделенной на две или на три ветви

определение xt% однофазных Т с низкой стороной на 2 или 3 ветви

Хоть внешне и похоже на описанные выше, и схемы замещения подобны, однако, формулы будут немного разные.

Сохраните в закладки или поделитесь с друзьями

Источник



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.

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.

Конструкция трансформаторов

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.

трансформатор электрического тока

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.

Холостой ход

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.

Опыт холостого хода

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.

характеристики трансформаторов

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.

Трехфазный трансформатор

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.

Ваттметр

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.

Схема замещения в режиме трансформатора

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.

Трансформатор

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:

Источник