Опыт холостого хода однофазного трансформатора
Для определения параметров схемы замещения однофазного трансформатора используют опыт холостого хода.
Холостым ходом трансформатора называют режим работы, когда нагрузка на вторичной обмотке отсутствует, то есть Zн= ∞. При этом полезная мощность трансформатора равна нулю, так как ток во вторичной обмотке отсутствует. Мощность на входе трансформатора расходуется на тепловые потери в первичной обмотке I0 2 r1 и на магнитные потери в сердечнике Pm. Так как величина тепловых потерь в первичной обмотке мала, то ей часто пренебрегают. Поэтому магнитные потери называют потерями холостого хода.
Схема проведения опыта холостого хода для однофазного трансформатора. На схеме вольтметр V1 измеряет напряжение, подведенное к первичной обмотке, вольтметр V2 показывает напряжение на вторичной обмотке, амперметр A1 измеряет ток холостого хода I0, ваттметр W измеряет мощность холостого хода P0.
В опыте холостого хода определяют следующие параметры:
1 – Ток холостого хода I0. С помощью амперметра A1 определяют ток холостого хода и выражают его в процентном соотношении от номинального тока.
2 – Коэффициент трансформации k. С помощью вольтметра V1 в первичной обмотке устанавливают номинальное напряжение U1н, а с помощью вольтметра V2, определяют напряжение U20, которое равно номинальному U2н.
3 – Потери в первичной обмотке P0. Потери в первичной обмотке складываются из электрических и магнитных потерь.
4 — Коэффициент мощности cosφ.
5 – Параметры намагничивающей ветви схемы замещения rm xm.
6 – Угол магнитных потерь δ
Таким образом, с помощью опыта холостого хода определяется большая часть параметров необходимых для расчета и построения векторной диаграммы или схемы замещения трансформатора. Остальные параметры определяются в опыте короткого замыкания.
5.1.6. Холостой ход однофазного трансформатора
Если при разомкнутом рубильнике Р2 (рис. 5.5,А) подать на первичную обмотку I(А — X) номинальное напряжение U1, то будет режим, называемый холостым ходом трансформатора. Под влиянием первичного напряжения U1 в обмотке АХ проходит переменный ток холостого хода IХ, не превышающий 4—10% номинального тока. Этот ток можно считать состоящим из реактивной составляющей Iр х, поддерживающей магнитный поток Фм, и активной Iа х, пропорциональной потерям в трансформаторе при холостом ходе:
IХ =
Так как ток холостого хода по сравнению с номинальным очень мал, что потерями мощности в первичной обмотке на ее нагревание I 2 хr пренебрегают, считая мощность
Рх = = Pcт + I 2 хr ≈ Рст мощностью потерь в ста ли.
Магнитный поток трансформатора создается МДС (Iр х· w1 ), но так какIа-хIх, то за МДС. трансформатора можно принять1Х w1 = Fx. На векторной диаграмме для режима холостого хода(рис.55.B)в произвольном направлении отложен ток холостого ходаIх, а в фазе с ним максимальное значение пульсирующего потока Фм. Этим потоком в первичной и вторичной обмотках наводятся ЭДС Е1 = 4,44 f w1Фм и Е2 = 4,44 f w2Фм
Рис.5.Схема трансформатора в режиме холостого хода.
Рис. 5А. Схема включения трансформатора.
Рис. 5Б. Векторная диаграмма для холостого хода трансформатора
Эти ЭДС отстают от потока Ф на угол 90 0 . Поток рассеяния первичной обмотки Ф1р, находящийся в фазе стоком Iх наводит в ней ЭДС рассеяния, отстающую от тока на угол 90 0 .
Е1р = I1 ωL = I1X 1
где X1 — индуктивное сопротивление первичной обмотки, обусловленное потоком рассеяния этой обмотки.
Падение напряжения IхX1 в первичной обмотке при холостом ходе меньше 0,5% U1 и им можно пренебречь. Тогда по второму закону Кирхгофа, если считать Iхг1≈0, мгновенные значения напряжения и ЭДС, равные между собой, сдвинуты по фазе на 180°, т. е. и1 = — е1.
Так как U1 = U1м sin ωt ,
то е1 = — U1m sin ωt = U1м (sin ωt + 180°).
Значит, действующие значения напряжения и ЭДС U1 = E1 = 4,44 f w1Фм равны и находятся в противофазе (рис.5B), если Е1р пренебречь.
Ток I2 и падение напряжения во вторичной обмотке равны нулю, поэтому мгновенные значения u2 и е2 равны и, следовательно,
U2 = E2 = 4,44f w2Фм.
Отношение чисел витков обмоток или э. д. с. называют коэффициентом трансформации трансформатора: 
=
=k.
Этот коэффициент обычно определяют отношением напряжений при холостом ходе, пренебрегая падением напряжения в обмотках:k = Uxl / Ux2
5.1.7. Работа нагруженного трансформатора и диаграмма магнитодвижущих сил
Если при замкнутом рубильнике Р1 включить рубильник Р2 (рис.5.5.А), то ко вторичной обмотке трансформатора подключается приемник энергии. Под влиянием ЭДС Е2 во вторичной цепи устанавливается ток I2, действующее значение и направление которого по закону Ленца такие, что он поддерживает неизменным поток трансформатора Фм. При нагрузке поток Фм создается совместным действием м. д. с. обеих обмоток:Р1 + Р2 = Fх
причем так, что Fx остается практически неизменной и равной м. д. с. холостого хода. Причина этого в следующем. Электродвижущая сила Е1 пропорциональна Фи (Et ~ Фм), а так как падение напряжения I1 Z1 < (2 - 2,5%) ∙U lном , то им можно пренебречь и считать, что Е1≈ U1 и Фм ≈ Ulном. Отсюда приближенно можно считать, что магнитный поток Фм при неизменном первичном напряжениипрактически постоянен и остается почти постоянным привсех режимах работы. Диаграммы м. д. с. нагруженноготрансформатора показаны на рис.6
Рис. 6.
Магнитный поток Фм находится в фазе с м. д. с. Fx. В фазе с током U2, отстающим от э. д. с. Е2 на угол , показана м. д. с. F2. Чтобы м. д. с. Fx сохраняла свое значение, первичной обмоткой должна создаваться м. д. с. F1 = Fx +(- F2).
В этом случае, если ток It первичной обмотки в данное мгновение направлен от начала обмотки к концу, ток I2 вторичной обмотки направлен от конца к началу ее и с ростом тока I2 должен автоматически увеличиваться ток I1. Коэффициент мощности cosφ1 очень малый при холостом ходе (cos фх < 0,1), увеличивается с ростом нагрузки за счет активной составляющей тока I2 (угол φ1 φx, меньше угла φx).
Если пренебречь относительно малой FK и считать что F1 = F2, т. е. I1 w1 = I2 w2, то
= 
=
=
Таким образом, токи трансформатора обратно пропорциональны э. д. с.
Определение тока холостого хода трансформатора
Ток первичной обмотки трансформатора, возникающий при холостом ходе при номинальном синусоидальном напряжении и номинальной частоте, называется током холостого хода.
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,
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, i0р, iо, выражая их в процентах номинального тока.
Тогда активная составляющая, %,
,
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.
Немагнитные зазоры в шихтованной магнитной системе имеют особую форму – в месте зазора стыки пластин чередуются со сквозными пластинами. Магнитный поток вместе стыка проходит частично через зазор между пластинами и частично – через соседнюю сквозную пластину. Индукция в сквозных пластинах в зоне, лежащей против стыков, увеличивается. Вместе с этим происходит местное увеличение потерь и реактивной составляющей тока холостого хода, однако общая намагничивающая мощность для зазора оказывается существенно меньшей, чем при стыке частей стыковой магнитной системы.
В практике расчета намагничивающая мощность для зазоров шихтованных магнитных систем, собираемых из пластин горячекатаной или холоднокатаной стали, определяется для условного немагнитного зазора, по площади сечения стали в данном стыке, т.е. по активному сечению стержня или ярма, и по удельной намагничивающей мощности, отнесенной к единице площади активного сечения, qз, В∙А/м 2 , и определяемой экспериментально для каждой марки стали.
Удельные намагничивающие мощности для стали марок 3404 и 3405 приведены в табл.26.
Таблица 26. Полная удельная намагничивающая мощность в стали q 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
Марка стали и ее толщина
Лекции / Лекция 04 ХХ и КЗ однофазного трансформатора
XX и КЗ однофазного трансформатора Предварительные замечания по xx. Режимом холостого хода трансформатора называется такой режим его работы, при котором его первичная обмотка включена на сеть переменного тока с частотою f , а вторичная обмотка разомкнута. Изучение режима холостого хода имеет важное значение, так как оно позволяет определить расчетным или испытательным путем следующие характерные для трансформатора величины: а) коэффициент трансформации, б) ток холостого хода и в) потери холостого хода. Из последующего изложения будет видно, что режим холостого хода приобретает особую ценность в сочетании с режимом короткого замыкания, так как, располагая данными этих режимов, мы можем определить КПД трансформатора, т. е. одну из важнейших величин при эксплуатации силового трансформатора. С другой стороны, налагая один режим работы на другой, мы можем получить любой промежуточный режим работы трансформатора под нагрузкой, и в этом состоит теоретическая ценность этих режимов в их взаимном сочетании. Мы начнем изучение режима холостого хода с однофазного трансформатора как более простого, с тем, чтобы затем показать характерные особенности этого режима в трехфазных трансформаторах. Работа однофазного трансформатора в режиме холостого хо- да. Подведем к зажимам A – X первичной обмотки трансформатора переменное напряжение u 1 от сети с частотой f . Зажимы a – x вто- ричной обмотки разомкнуты и, следовательно, вторичный ток равен нулю (рис. 3.1). Под действием напряжения u 1 по первичной обмотке течет ток холостого хода i 0 , который созда- ет МДС i 0 w 1 , где w 1 – число последовательно соединенных витков первичной обмотки. МДС i 0 w 1 созда- ет магнитный поток, упрощенная картина которого для концентрической обмотки стержневого трансформатора показана на рис. 3.1. Преобладаю-
щая часть линий потока замыкается по сердечнику и, будучи сцеплена с обеими обмотками, образует основной магнитный поток 0 . Другая часть потока, обычно гораздо меньшая, проходит в основном по немагнитной среде и сцепляется, главным образом, с первичной обмоткой (линии 1 и 2 на рис. 3.1), но частично может оказаться сцепленной и со вторичной обмоткой (линия 3 на рис. 3.1). Совокупность линий 1, 2 и 3 будем рассматривать, как первичный поток рассеяния 1 , сцеп- ленный только с первичной обмоткой. При работе трансформатора в режиме холостого хода в нем возникают потери холостого хода, состоящие, главным образом, из потерь в стали. Эти потери покрываются мощностью холостого хода p 0 , ко- торую трансформатор потребляет из сети. Холостой ход простейшего трансформатора. В трансформато- рах обычного типа поток рассеяния при холостом ходе ничтожно мал (обычно меньше 0,25% от основного потока). Равным образом потери в стали составляют только доли процента от номинальной мощности трансформатора. Поэтому мы сначала изучим режим холостого хода так называемого простейшего трансформатора, т. е. трансформатора без рассеяния и без потерь в меди обмотки и в стали сердечника ( r 1 0, x 1 0, p 0 0) . Такой метод предварительного упрощения рас- сматриваемого вопроса позволяет выделить и изучить сначала сущность процесса или явления, а затем, в случае надобности, внести в него необходимые коррективы. При анализе работы простейшего трансформатора в режиме холостого хода мы исходим из подводимого к первичной обмотке трансформатора напряжения u 1 и, пользуясь уравнением равновесия ЭДС первичной обмотки, устанавливаем зависимость между напряжением u 1 и e 1 ; затем устанавливаем зависимость между ЭДС e 1 и основным потоком на основе закона электромагнитной индукции и, наконец, определяем намагничивающий ток i 0 , необходимый для создания ос- новного потока, пользуясь законом магнитной цепи. ЭДС e 1 . Так как в простейшем трансформаторе r 1 0 и L 1 =0, то уравнение равновесия первичной обмотки приобретает вид:
| u 1 e 1 , | (3.1) |
т. е. в простейшем трансформаторе подводимое напряжение и наводимая в первичной обмотке ЭДС находятся в любой момент времени во взаимном равновесии.
В соответствии с существующей эксплуатационной практикой будем считать, что подводимое к трансформатору напряжение u 1 является синусоидальной функцией времени. В этом случае
| u 1 U 1 m sinω t U 1 2sin2π ft , | (3.2) |
где U 1 m – амплитуда подводимого напряжения, U 1 – действующее значение его и 2π ft – угловая частота. По аналогии с выражением для u 1 имеем:
| e 1 E 1 m sin(ω t π) E 1 | 2sin(ω t π), | (3.3) |
| На рис. 3.2, a всоответствиис(3.1) , | (3.2) и(3.3) | напряжение u 1 и |
e 1 , показаны кривыми1 и2, имеющими одинаковые амплитуды и сдвинутыми друг относительно друга на 180°; следовательно, можно сказать, что кривая e 1 , является зеркальным отображением кривой u 1 от- носительно оси абсцисс. На этом основании e 1 часто называют обратной. Рис. 3.2 . Диаграммы ЭДС и тока простейшего трансформатора На рис. 3.2, б кривые 1 и 2 изображены векторами OA = U 1 – OF = – E 1 для момента времени, когда U 1 U 1 m . Основной магнитный поток . Выразим через поток
e 1 w 1 d t E 1 
2sin(ω t π), dt где t – мгновенное значение основного потока. Интегрируя обе части написанного равенства, имеем: d t E 1 w 1 2 sin(ω t π), откуда
| t | E 1 | 2sin(ω t π/2) | , | (3.4) |
| ω w 1 | ||||
Постоянную интегрирования мы должны принять равной нулю, так как при установившемся режиме работы поток постоянного направления в сердечнике трансформатора отсутствует. Из формулы (3.4) следует, что при синусоидальном подведенном напряжении магнитный поток простейшего трансформатора предсталяет собою тоже синусоидальную функцию времени, причем поток опережа- ет первичную ЭДС на угол π , т. е. на четверть периода, или, что одно 2 и то же, первичная ЭДС отстает от потока на угол π (кривая 3 на рис. 2 3.2, а и вектор ОТ= m на рис. 3.2, б). Формулу (3.4) можно представить в виде:
| t | m sin(ω t | π | ). | (3.5) |
| 2 | ||||
В (3.5) амплитуда потока m в соответствии с (3.4) будет равна
| m | E 1 2 | E 1 2 | E 1 | . | (3.6) | |
| ω w | 2π fw | |||||
| 2π fw | ||||||
| 1 | 1 | 1 | ||||
Из (3.6) получается основное в теории трансформатора выражение для действующего значения ЭДС первичной обмотки:
| E 1 π | 2 fw 1 m 4,44 fw 1 m . | (3.7) |
Вторичная обмотка пронизывается тем же потоком m . Поэто- му действующее значение ЭДС вторичной обмотки выражается, по аналогии с формулой (3.7), в виде: E 2 π
2 fw 2 m 4,44 fw 2 m , (3.8) где w 2 – число последовательно соединенных витков вторичной об-
| мотки. По фазе E | 2 | так же как и E | отстает от потока | m | на угол | π | ||||
| 1 | 2 | |||||||||
| (вектор OD на рис. 3.2, б). | ||||||||||
| Отношение | E 1 | w 1 | ||||||||
| k | , | (3.9) | ||||||||
| E 2 | w 2 | |||||||||
такжекакраньше отношение e 1 , называется коэффициентом трансфор- e 2 мациитрансформатора илипростокоэффициентом трансформации. Обычно коэффициент трансформации по (3.9) принято опреде- лять как отношение большей ЭДС к меньшей, независимо от того, какая из обмоток является первичной. Из выражений(3.7) и(3.8)получим:
| E | E 1 | E 2 | π | f | 4,44 f | . | (3.10) | ||||||||||
| 2 | m | m | |||||||||||||||
| w | |||||||||||||||||
| в | w | ||||||||||||||||
| 1 | 2 | ||||||||||||||||
| Формула (3.10) определяет однуиз важнейших величин, характери- | |||||||||||||||||
| зующих трансформатор иегосвойства, а именно, ЭДС навиток. | |||||||||||||||||
| В. Намагничивающий ток | i 0 r . По закону магнитной цепи | ||||||||||||||||
| t | i 0 r w 1 | , где | i | 0 r | w – МДС, создаваемая намагничивающим током | ||||||||||||
| R | 1 | ||||||||||||||||
i 0 r ; R – магнитное сопротивление сердечника, состоящее из сопротив- ления стали и сопротивления в стыках сердечника. Если сталь трансформатора насыщена, как это обычно имеет место в силовых трансформаторах, то форма кривой тока и его амплитуда зависят от степени насыщения стали.
На рис. 3.3 в правом квадранте представлена кривая f ( i 0 r ) при наличии насыщения, а в левом квадранте – синусоидальная кривая f ( t ), где t – время. В нижнем квадранте этого рисунка изображе- на кривая i 0 r f ( t ) , которую можнополучить, какпоказанона рисунке, еслизначения Ф покривой f ( t ) для отдельных моментов времени1, 2, 3 ит.д. снестина кривую f ( i 0 r ) иполучаемыеприэтом значения i 0 r снестивниз иотложить для этих жемоментов времени. Отрицатель- ная полуволна кривой i 0 r f ( t ) будет иметь такую жеформу, как и по- ложительная. Такая несинусоидальная кривая i 0 r f ( t ) (рис. 3.4) содер- жит все нечетные гармоники(v = 1, 3, 5. ), из которых наряду с первой, или основной (v= 1), наиболее сильной будет третья гармоника. Мы видим, что при синусоидальном потоке кривая тока холостого хода трансформатора с насыщенной сталью несинусоидальна. Мы можем разложить кривую i 0 r в ряд гармонических (рис. 3.4). Так как эта кривая симметрична относительно оси абсцисс, то ряд содержит гармонические только нечетного порядка – первую, третью, пятую и т. д. с амплитудами I m 1 , I m 3 , I m 5 и т. д. Первая гармоническая намагничи- вающего тока совпадает по фазе с основным потоком и, следовательно, отстает от первичного напряжения на 90°. Из числа высших гармонических тока сильнее всего выражена третья. Из последующего изложения мы увидим, что эта гармоническая оказывает значительное влияние на работу трехфазных трансформаторов при некоторых способах соединения их обмоток. Гармонические высших порядков выражены слабее, чем третья, и поэтому их влиянием чаще всего пренебрегают. Процентное содержание высших гармонических в кривой тока холостого хода тем больше, чем выше амплитуда индукции. Зная амплитуды гармонических в кривой тока холостого хода, мы можем определить действующее значение этого тока по общеизвестной формуле:
| I 0 r | I | m 1 | 2 | I | m 3 | 2 | I | m 5 | 2 | . | (3.11) | |||||||||
| 2 | 2 | 2 | ||||||||||||||||||
Так как ток холостого хода несинусоидален, то на векторной диаграмме может быть показана только первая гармоническая этого тока I 01 (рис. 3.2, б), поскольку на векторных диаграммах могут изо- бражаться величины только какой-нибудь одной периодичности. Таким образом, диаграмма холостого хода носит в отношении тока холо-
стого хода приближенный характер, что необходимо иметь в виду как здесь, так и при построении диаграмм в дальнейшем. Но при практических приближенных построениях обычно исходят из эквивалентного синусоидального тока холостого хода, имеющего действующее значение I 0 r (формула 3.11.) Рис. 3.4. Гармоники намагничивающего тока однофазного Рис. 3.3. Определение реактивной составляющей трансформатора намагничивающего тока однофазного трансформатора Так как ток I 01 отстает от напряжения U 1 на 90°, то активная мощность этой гармонической равна нулю; мощности высших гармонических также равны нулю, поскольку они имеют периодичность, отличную от периодичности напряжения. Следовательно, активная мощность, потребляемая простейшим трансформатором из сети, равна нулю, чего и следовало ждать, так как, согласно условию, в простейшем трансформаторе потери приняты равными нулю.
Холостой ход реального однофазного трансформатора. Введем поправки на рассеяние и потери, которыми мы пренебрегли в простейшем трансформаторе. Поток рассеяния первичной обмотки создает в ней ЭДС рассеяния, а потери при холостом ходе трансформа-
| Рис.3.5.Ток холостого тора покрываются за счет мощности p 0 посту- | |
| хода трансформатора и | пающей в трансформатор из сети. В однофаз- |
| его составляющие | |
| ном трансформаторе p 0 U 1 I 0 a , где I 0 a – дей- | |
ствующее значение активной составляющей тока холостого хода. Таким образом, ток холостого хода реального трансформатора имеет две составляющие – намагничивающую с действующим значением I 0 r , соз- дающую основной магнитный поток 0 и совпадающую с ним по фазе (рис. 3.5), и активную составляющую I 0 a , находящуюся в квад- ратуре с первой составляющей. Заменив действительную кривую намагничивающего тока на рис. 3.3 эквивалентной синусоидой, с тем же, что у действительной кривой действующим значением и сложив гео-
| метрически составляющие I 0 r | и I 0 a , получим ток I 0 | I 0 2 r I 0 2 a . |
| Обычно ток I 0 a < 10% от тока | I 0 ; поэтому он оказывает ничтожное | |
(часто меньше 0,5%) влияние на величину тока холостого хода. Равным образом невелик и угол , на который поток отстает от тока I 0 и который часто называют углом магнитного запаздывания. Рис. 3.6. Влияние гистерезиса на кривую тока холостого хода Несколько большее влияние оказывает ток I 0 a на форму и фазу тока холостого хода. Мы будем иметь в виду только потери на гистерезис, так как в трансформаторах из трансформаторной стали они составляют примерно 85% от мощности p 0 (при f =50 Гц). На рис. 3.6.
изображена сильно уширенная гистерезисная петля. Каждой заданной индукции B соответствуют разные значения тока холостого хода для восходящей и нисходящей ветвей гистерезисной петли. Построение кривой тока холостого хода произведено по способу, показанному на рис. 3.3. Разложив кривую в ряд гармонических, найдем, что поток отстает от первой гармонической тока i 01 на угол 2 (рис. 3.6.) При замене действительной кривой тока холостого хода эквивалентной синусоидой мы можем написать уравнение ЭДС первичной обмотки в символической форме, так как все величины, определяющие режим холостого хода, изменяются во времени синусоидально. Согласно формуле (2.13) имеем:
| U | E | I z . | (3.12) | |||||||||
| 1 | 1 | 0 | 1 | |||||||||
| Соответственно уравнению ЭДС (3.12) можно построить вектор- | ||||||||||||
| ную диаграмму холостого хода трансформатора. | ||||||||||||
| Проведем вектор основного магнитного потока | m в положи- | |||||||||||
| тельном направлении оси абсцисс (рис. 3.7). Вектор E | отстает от век- | |||||||||||
| 1 | ||||||||||||
| тора потока | m | на 90°; по фазе с E | совпадает вектор E | |||||||||
| 1 | 2 | |||||||||||
| вторичной обмотки. Вектор тока | I 0 стро- | |||||||||||
| ится по его намагничивающей и активной | ||||||||||||
| составляющим так же, как на рис. 3.5. Век- | ||||||||||||
| тор E | jI | x | отстает от вектора тока | I | ||||||||
| 1 | 0 | 1 | 0 | |||||||||
| на 90°; вектор | I r находится в противо- | |||||||||||
| 0 1 | ||||||||||||
| фазе с током | I 0 . Чтобы построить вектор | |||||||||||
| напряжения U | нужно геометрически | сло- | ||||||||||
| 1 | E , | I | ||||||||||
| жить составляющие напряжения | r | |||||||||||
| и jI | 1 | 0 1 | ||||||||||
| x | , каждая из которых равна соответ- | |||||||||||
| 0 | 1 | |||||||||||
| ствующей ЭДС по величине, но обратна по | ||||||||||||
| направлению (знаку). | ||||||||||||
| На рис. 3.7 векторы I r | и | jI | x | изо- | ||||||||
| 0 1 | 0 | 1 | ||||||||||
| бражены, ради ясности, в сильно увеличен- | Рис.3.7. Векторная | |||||||||||
| ном по сравнению с ЭДС E | масштабе. | В | диаграмма трансформатора | |||||||||
| 1 | при холостом ходе | |||||||||||
| силовых трансформаторах падение напря- | ||||||||||||
| жения при холостом ходе обычно меньше 0,5% от U | . | |||||||||||
| 1 | ||||||||||||
Потери холостого хода трансформатора. При холостом ходе в трансформаторе имеют место следующие виды потерь: 1) потери в пер- вичной обмотке p эл.1 I 0 2 r 1 ; 2) основные потери в стали сердечника p 0 и 3) добавочныепотерихолостогохода p 0д . Мощность p 0 , потребляемая трансформатором при холостом ходе, расходуется целиком на покрытие потерь холостого хода. Следовательно, p 0 p эл.1 p 0с p 0д . Подсчет показывает, что потерями p эл.1 I 0 2 r 1 можно пренебречь, так как даже в трансформаторах малой мощности с относительно большим током I 0 и сопротивлением r 1 они обычно меньше 2% от суммы потерь холостого хода. Поэтому можно принять, что p 0 p 0c p 0д p c . т. е. что мощность холостого хода практически расходуется только на потери в стали . Основные потери в стали сердечника. Эти потери состоят из потерь на гистерезис и на вихревые токи. В настоящее время в трансформаторостроении получает все большее применение холоднокатанная сталь, так как по сравнению с горячекатанной она обладает большей магнитной проницаемостью и имеет меньшие удельные потери. Но при этом она резко анизотропна, т. е. ее высокие магнитные свойства наблюдаются только в направлении проката, в направлении же, поперечном прокату, они значительно хуже. Поэтому конструкции сердечников из горячекатанной стали непригодны для сердечников из холоднокатанной стали. Потребовалась разработка специальных конструкций, в которых, однако, усложняется процесс сборки сердечника и увеличивается трудоемкость его изготовления. В однофазных трансформаторах небольшой мощности применяется конструкция спирального сердечника, выполненного без стыков из ленточной холоднокатанной стали. Добавочные потери холостого хода. Главными видами этих по- терь являются: а) добавочные потери в стали вследствие изменения структуры листов стали при их механической обработке; б) потери в местах стыков и в местах расположения шпилек вследствие неравномерного распределения магнитной индукции; в) потери в конструктивных деталях – в шпильках, в балках, прессующих ярмах, в баке