Бір фазалы ттрансформатордың негізгі параметрлерін есептеу. Негізгі теориялық мәліметтер

Трансформатор деп қандай да бір параметрлі (кернеу, ток, формасы және бастапқы фазасы) айнымалы токтың электр энергиясын магнит өрісінің көмегімен басқа бір параметрлі электр энергиясына жиілігін сақтай отырып түрлендіруге арналған электромагниттік құралды айтады. 1.1 (а, б) суреттерде трансформатордың шартты графиктік белгіленуі мен электромагниттік сұлбасы берілген.

1.1 сурет. Трансформатордың шартты графиктік белгіленуі (а)

электромагниттік сұлбасы (б)

Тұйықталған ферромагниттік өзектшеде екі орам орналасады. Бір орам, бірінші реттік деп аталатын, электр энергиясының ток көзіне жалғанады. Ал басқа, екінші реттік орамнан, энергия қабылдағыш - жүктемеге беріледі. Осы орамдарға қатысты барлық шамалар (токтар, Э.Қ.К-і және т.б.) сәйкес бірінші немесе екінші реттік деп аталады. Келтірілген U₁ айнымалы кернеудің нәтижесінде бірінші орамда i₁ пайда болады және өзекшеде айнымалы магнит ағыны пайда болады. Осы ағын трансформатор орамдарында e₁ және e₂ Э.Қ.К-терін тудырады. e₂ Э.Қ.К-і трансформатордың шыға беріс қысқыштарында U₂ кернеу тудырады. Екінші реттік тізбектегі орамды тұйықтаған кезде пайда болатын i₂ ток, өзекшеде, бірінші реттік орамдағы ағынға қабаттасатын, меншікті магнит ағынын тудырады. Нәтижесінде, трансформатордың екі орамдарымен тұтасқан, өзекшенің Ф жалпы ағыны пайда болады да, оларда e₁ және e₂ Э.Қ.К- н тудырады. Кернеулердің U₁/U₂ (бос жүріс кезінде) және токтардың I₂/I₁ (қысқаша тұйықталу тәжірибесінде) қатынастары бірінші және екінші реттік орамдардағы сымдарды орау сандарының қатынастарымен анықталады. Бірінші және екінші реттік орамдардағы сымдардың оралу сандарының қатынастарымен анықталатын шама трансформация коэффициенті деп аталады:

мұндағы и - бірінші және екінші реттік орамдардағы сымдардың оралу сандары.

Трансформатор жеке тізбектерді байланыстыратын буын болатын электр тізбектерін есепген кезде орын басу сұлбасы қолданылады. Осы кезде есептеу сұлбасында бірінші жіне екінші реттік тізбектердегі магниттік байланыс электрлікпен алмастырылады (1.2-сурет).

1.2-сурет. Электромагниттік (а) и Т-сияқты (б)

Белгілі бір жұмыс тәртіптерінде трансформатордың жұмысын бос жүріс пен қысқаша тұйықталу тәжірибелері сипаттайды. Жүктеме тәртібі: жүктеме болмаған жағдайда (I₂=0) және екінші орамдағы номиналь ток жағдайларында: I₂=I_2H немесе I₁=I_1H.

Осы тәжірибелер нәтижесінде трансформатордың негізгі пайдалану сипаттамаларын есептеуге қажетті алғашқы мәліметтер мен оның орын басу сұлбаларының параметрлетін анықтайды. Трансфоматордың үктеме тоғын арттырған жағдайда оның екінші орамының қысқыштарындағы U₂ кернеу төмендейді. U₂ шамасының бос жүріс U₂₀ кернеуінен ауытқуын (U₁=const болғанда) кернеудің пайыздық өзгерісімен сипаттайды:

=100% (1.2)

шамасын берілген жүктеме бойынша және трансформатордың бірінші орамның қысқыштарындағы U₁ кернеу өзгермейтін жағдайдағы паспорттық мәліметтері бойынша есептейді.

_к% = ß (U_ка% cosφ₂+U_кр% sinφ₂), (1.3)

мұндағы ß = - трансформаторды жүктеу коэффициенті;

Осы кезде екінші орам қысқыштарындағы кернеу:

U₂ екінші реттік кернеудің ß - трансформаторды жүктеу коэффициентіне байланыстылығы сыртқы сипаттама деп аталады: (1.3-сурет).

1.3-сурет. Трансформатордың сыртқы сипаттамалары

Трансформатордың пайдалы әсер коэффициенті (П.Ә.К) өте жоғары (0,95-0,925) және P₁ и P₂ шамаларының пайыздық айырмашылықтары қуатты өлшеуге арналған құрылғылардың қателіктерімен салыстырарлықтай. Сондықтан шамасын трансформатордың паспорттық мәліметтерін қолдана отырып есептеу арқылы анықтаған жөн, яғни оларды бос жүріс пен ққысқаша тұйықталу тәжірибелері нәтижелері бойынша есептейді.

Трансформаторда электр энергиясын трансформациялауда шығын шығады. Оларды жүктемеге байланысты тұрақты және айнымалы деп бөледі. Тұрақты шығындар болат магнитөткізтегі шығындардан тұрады: гистерезис пен құйынды токтарға. Оларды магниттік шығындар деп айтады. Болаттағы P_бол шығындар магнит ағынының шамасы мен жиілігі арқылы анықталады және олар жүктемеге байланысты болмайды, себебі кірістегі алғашқы кернеу мен амплитуданың тұрақтылығынан іс жүзінде ағын амплитудасы өзгеріссіз қалады. шығынды трансформатордың бос жүрісіндегі қуатқа тең болады деп алуға болады:

Айнымалы шығындарға мыс орамдағы P_м шығындар жатады. Олар мыс орамдардағы токтардың шамасына байланысты болғандықтан, электрлік шығындар деп атайды және олар қысқаша тұйықталу тәжірибесінде анықталады: P_м =Р_Э = Р₁. Қысқаша тұйықталуда P_бол =0; бос жүрісте P_м=0.

Мыстағы шығындар айнымалы болғандықтан, жүктеме кезінде оларды мына формулаламен анықтайды:

P_м =Р – P_бол (1.6)

Р= Р₁- Р₂ (1.7)

Мұндағы Р- трансформатордағы қуаттардың қосынды шығыны.

Бос жүріс пен қысқаша тұйықталудағы мәліметтерге сүйенгенде, яғни

== (1.8)

Бұл формула трансформатордың п.ә.к-ң ß-жүктелу коэффициентіне тәуелділігін көрсетеді (1.4-сурет).

Трансформатордың п.ә.к.-і болған жағдайда ғана максимум шамасына жетеді, яғни болаттағы тұрақты шығындар () мыстағы айнымалы шығындарға тең болғанда (). электрлік шығындар (мыстағы шығындар); - номинал жүктеме кезіндегі мыстағы номинал шығындар.

Төмен қуатты трансформаторлар көбінесе тұрақты жүктемеде жұмыс істейтіндіктен, сондықтан есептеулерді мынадай шарттар орындалатындай P_к = P_x және жағдайда жүсгізеді және олардың п.ә.к.-і номинал қуатқа байланысты (0,7-0,9)-ға тең болады. Тарату тораптарының күштік трансформаторлары орташа алғанда (0,5-0,7)P_2H-ға тең айнымалы жүктемеге ие болатындықтан, оларды есептеу үшін мынадай шарттар алынады: және қатынасы 0,5 шамаға тең болуы керек.

Бұл трансформаторлардың п.ә.к-і өте үлкен, өте жоғары қуаттарда () 0,995-ке дейін жетеді.

1.4-сурет Трансформатордың п.ә.к-ң жүктеме коэффициентіне байланыстылығы

1. 
   l_орт - өзекшенің магниттік сызығының орташа ұзындығы;
   
2. 
   S_н- номинал толық қуат;
   
3. 
   U_1н, U_2н -жоғары және төменгі кернеулер;
   
4. 
   γ = - бос жүріс тоғының номинал токка қатынасы;
   

6. 
   U_к-қысқаша тұйықталу кернеуі;
   
7. 
   U_ка=1,5%-қысқаша тұйықталу кернеуінің актив құраушысы;
   
8. 
   К_бол=0,95- өзекшенің толтырылу коэффициенті;
   
9. 
   ρ=7,8_ - болат массасының меншікті тығыздығы
   
10. 
    - трансформатордың жүктемелену коэффициенті.
    

1. Трансформатор орамдарындағы номинал токтарды;

2. Бос жүріс тоғын;

3. Н - өзекшедегі магнит өрісінің кернеулігін ;

4. W -oрамдағы сымның оралу санын;

5. Ф- өзекшедегі магнит ағынын;

6. q - өзекшенің көлденең қимасының ауданын;

7. Өзекше болатының көлемі мен массасын;

8. Өзекшедегі қуаттың шығынын, орамның мысындағы Р_мн номинал шығынды;

9. U_кр-қысқаша тұйықталу кернеуінің реактивті құраушысын;

10. Орамның авктив кедергісін;

11. Орамның реактивтік кедергісін.

1. U₂=f(β)-сыртқы сипаттамасын;

2. Трансформатордың η п.ә.к-ң жүктеме коэффициентіне байланыстылық графигін;

3. Номинал жүктемеде трансформатордың векторлық диаграммасын.

Кесте 1.2