Двухобмоточный трансформатор

Классификации

Трансформаторы классифицируются по ряду параметров, таким как:

• Назначение. Применяются: для изменения напряжения, измерения тока, защиты электрических цепей, как лабораторные и промежуточные устройства.
• Способ установки. В зависимости от размещения и мобильности трансформатор может быть: стационарным, переносным, внутренним, внешним, опорным, шинным.
• Число ступеней. Устройства подразделяются на одноступенчатые и каскадные.
• Номинальное напряжение. Бывают низко- и высоковольтными.
• Изоляция обмоток. Наиболее часто используется бумажно-масляная, сухая, компаундная.

Помимо этого, преобразовательные устройства разнятся типами, каждому из которых присуща своя система классификации.

Силовой

Наибольшее распространение получил силовой трансформатор. Приборы с непосредственным преобразованием переменного напряжения, рассчитанные на большую мощность, востребованы различными областями электроэнергетики. Они применяются на линиях электропередач с напряжениями 35–1150 кВ, в городских электросетях, работающих с напряжением 6 и 10 кВ, в обеспечении конечных потребителей напряжением 220/380В. С помощью устройств осуществляется питание всевозможных электроустановок и приборов в диапазоне от долей до сотен тысяч вольт.

Силовой трансформатор

Измерительные

Трансформаторы тока (ТА) понижают ток до необходимых показателей. Схема их работы отличается последовательным включением первичной обмотки и нагрузки. В то же время вторичная обмотка, находящаяся в состоянии, близком к короткому замыканию, используется для подключения измерительных приборов, исполнительных и индикаторных устройств. С помощью ТА осуществляется гальваническая развязка, что позволяет при измерениях отказаться от шунтов.

Высоковольтный ТТ(слева) и низковольтный ТТ(справа)

С помощью трансформаторов напряжения (ТН), тоже самое что и ТА только по напряжению. Помимо преобразования входных параметров, электроаппаратура и её отдельные элементы получают защиту от высокого вольтажа.

Высоковольтный ТН(слева) и низковольтный ТН(справа)

Импульсный

При необходимости преобразования сигналов импульсного характера применяются импульсные трансформаторы (ИТ). Изменяя амплитуду и полярность импульсов, устройства сохраняют их длительность и практически не затрагивают форму.

Автотрансформатор

В автотрансформаторах обмотки составляют одну цепь и взаимодействуют посредством электромагнитной и электрической связи. В отличие от других типов преобразователей, устройства могут содержать всего 3 вывода, позволяющих оперировать с различными напряжениями. Приборы выделяются высоким коэффициентом полезного действия, что особо сказывается при незначительном перепаде входного и выходного напряжения.

Однофазный(слева) и трёхфазный(справа)

Не имея гальванической развязки, представители данного типа повышают риск высоковольтного удара по нагрузке. Обязательным условием работы устройств являются надёжное заземление и низкий коэффициент трансформации. Недостаток компенсируется меньшим расходом материалов при изготовлении, компактностью и весом, стоимостью.

Разделительный

Для разделительных трансформаторов взаимодействие между обмотками исключено. Устройства повышают безопасность электрооборудования при повреждённой изоляции.

Разделительный трансформатор

Согласующий

Согласующие трансформаторы применяются для выравнивания сопротивлений между каскадами схем электроники. Сохраняя форму сигнала, они играют роль гальванической развязки.

Пик-трансформатор

С помощью пик-трансформатора синусоидальное напряжение преобразуется в импульсное. При этом импульсы меняют полярность с каждым полупериодом.

Сдвоенный дроссель

Особенностью сдвоенного дросселя является идентичность обмоток. Взаимная индукция катушек делает его более эффективным, по отношению стандартным дросселям. Устройства используются как входные фильтры в блоках питания, в звуко- и цифровой технике.

Сдвоенный дроссель

Сварочный

Помимо вышеперечисленных, существует понятие сварочные трансформаторы. Специализированные приборы для сварочных работ понижают напряжение бытовой сети при одновременном повышении тока, измеряемого тысячами ампер. Регулировка последнего осуществляется разделением обмоток на сектора, что отражается на индуктивном сопротивлении.

Сварочный трансформатор

ВИДЫ УСТРОЙСТВ

ТТ имеют конструктивные и функциональные отличия от ТН. В их вторичной цепи ток не зависит от сопротивления, исходящего подключенного потребителя, и остается стабильным в течение всего времени. Меняется только показатели напряжения. В ТН наоборот.

В зависимости от соотношения витков на первичных и вторичных обмотках все трансформаторы подразделяются:

на понижающие	повышающие	разделительные
W1>W2	W1<W2	W1=W2

ТТ относятся к повышающим приборам. Число витков на вторичной обмотке может во много раз превосходить их количество на первичной. ТН — к понижающим.

ТИПЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ

НОМ 6 -10 — долгожители в данной группе приборов. Однофазные устройства с масляным естественным охлаждением для установок на 6-10 кВ. Обмотка трансформатора находится в герметичном баке, заполненном маслом. На маркировке указывается также год разработки и тип климатического исполнения.

Обычно однофазные ТН подключаются парами по схеме разомкнутого треугольника. При междуфазном замыкании какой-либо из приборов остается в работе, поэтому двух трансформаторов достаточно для контроля линейного напряжения.

Соединение разомкнутым треугольником решает довольно простые задачи. В более сложных схемах возникает проблема асимметрии напряжений при различных токах нагрузки по фазам. Поэтому в таких случаях ТН подключают треугольником.

ЗНОМ — заземляемые трансформаторы. От НОМ отличаются только компактными габаритами. У них всего один высоковольтный вывод с изоляцией высокого класса. Второй соединен с землей и располагается рядышком со вторичными обмотками.

НТМИ — трансформатор напряжения, трехфазный, масляный, с обмоткой для контроля изоляции. Конструкции из соединенных однофазных трансформаторов занимают слишком много места. Для трехфазных сетей удобнее использовать один ТН, подключаемый ко всем фазам. Вместо стандартного магнитопровода в нем установлен 5-стержневой. На 3 центральных располагаются обмотки всех фаз. 2 крайних применяются для равномерного распределения магнитных потоков.

Первичные обмотки внутри соединены в звезду с обязательным подключением нулевого вывода. Вторичные обмотки могут заземляться нулевым

Это важно для работы приборов, контролирующих сопротивление изоляции. При их включении на исправной без замыкания на землю стрелка остановится на показателе фазного напряжения, а с замыканием — упадет до 0

Это дает возможность определить поврежденную фазу, увидеть режим замыкания на землю или асимметрию по фазам и устранить ее с помощью специальных переключателей.

ТН упрощает работу оперативного персонала, помогает вычислить перегоревший предохранитель. При этом система сигнализации и контроля реагирует только в случае замыкания на землю и не замечает междуфазного замыкания или перегрузки.

НАМИ — трансформатор напряжения, антирезонансный, масляный, с обмоткой для контроля изоляции. Явление феррорезонанса наблюдается при работе ТН с первичными обмотками, соединенными с землей. Возникновение колебаний приводит к тому, что через обмотку проходит ток, во много раз превышающий номинальный. В результате трансформатор преждевременно выходит из строя из-за теплового пробоя. Стартом для феррорезонанса становится замыкание на землю. Чтобы нейтрализовать колебания, конструкцию прибор дополнили трансформаторами на отдельных магнитопроводах и особым образом подключили к цепям резисторы.

НАМИТ — аналогичное устройство, предназначенное исключительно для трехфазных сетей.

НАЛИ — трансформатор напряжения, антирезонансный, литой, с обмоткой для контроля изоляции. Явление феррорезонанса наблюдается при работе ТН с первичными обмотками, соединенными с землей. Возникновение колебаний приводит к тому, что через обмотку проходит ток, во много раз превышающий номинальный. В результате трансформатор преждевременно выходит из строя из-за теплового пробоя. Стартом для феррорезонанса становится замыкание на землю. Чтобы нейтрализовать колебания, конструкцию прибор дополнили трансформаторами на отдельных магнитопроводах и особым образом подключили к цепям резисторы.

НОЛ — трансформатор напряжения, однофазный, литой. Это устройства нового поколения, лишенные недостатков масляных ТН. Изолирующий состав в них не разливается, в отличие от масляных ТН и пожаробезопасен. Он позволяет уменьшить габариты приборов и использовать их в КРУ без выделения специальных ячеек. Их можно использовать как в однофазных, так и в трехфазных сетях, установив рядом 3 прибора.

НОЛП — модели со встроенным предохранителем.

ЗНОЛ— заземляемые литые трансформаторы.

Формулы и измерение

Формулы для расчета индуктивности катушек довольно сложны и имеет различный вид для различных типов исполнения обмоток:

• линейный проводник;
• одновитковая катушка;
• плоская катушка;
• соленоидальная обмотка;
• тороидальная форма.

Наибольшие сложности возникают при расчетах многовитковых многослойных катушек, то есть тех, которые составляют обмотку трансформаторов.

Формулы для расчета индуктивности трансформатора основаны на расчетах соленоида:

L=µµN2S/l, где

µ0 – магнитная постоянная;

µ – магнитная проницаемость сердечника;

N – количество витков;

S – площадь одного витка;

l – длина обмотки.

Для измерения индуктивности существует несколько методик и приборов, созданных на их основе. В большинстве случаев измерение производится путем вычислений индуктивного сопротивления катушки при подаче образцового напряжения заданной частоты и измеренного значения тока через обмотку.

Активное сопротивление — обмотка — трансформатор

При исследовании процессов, происходящих в реальных трансформаторах, необходимо учитывать магнитные поля рассеяния и активные сопротивления обмоток трансформатора. На рисунке 1.4 изображены магнитные линии полей рассеяния первичной Фст, и вторичной Фа1 обмоток.
 

Входящая в эту формулу величина гт при использовании трансформатора в качестве источника переменного тока определяется активным сопротивлением обмоток трансформатора, пересчитанным ко вторичной обмотке. Величина гт может быть рассчитана или взята из табл. 2.2, составленной на основании опытных данных.
 

Выберите лампу, определите: ее режим ( Ua, Egl, Ugm, / a); значения активных сопротивлений обмоток трансформатора; коэффициент трансформации; максимально возможную индуктивность рассеяния; минимальное значение индуктивности первичной обмотки трансформатора; требуемое напряжение источника анодного питания при условии, что смещение подводится за счет анодного тока лампы усилителя мощности; значение сопротивления, с которого снимается смещение на сетку, и мощность, рассеиваемую на нем.
 

Трехфазная мостовая схема выпрямления.

Рассмотрим основные соотношения в этих схемах, считая вентили идеальными ключами, а нагрузку активно-индуктивной, пренебрегая индуктивностью рассеяния и активным сопротивлением обмоток трансформатора.
 

Для выпрямителей ма лой мощности, выполненных обычно по одно — или двухпо-лупериодной схеме, необходимо учитывать падения напряжения на активных сопротивлениях обмоток трансформатора, а при низких напряжениях — также падения напряжения на вентилях. Падения напряжения, обусловленные индуктивными сопротивлениями обмоток трансформатора, играют менее важную роль.
 

Длительно допустимая входная мощность Рвх, дл датчика при его питании от трансформатора тока равна ( без учета потерь мощности в активных сопротивлениях обмоток трансформатора тока) мощности Ртн, потребляемой реле от токовых цепей.
 

Оптимальные с указанной точки зрения значения кпд трансформаторов с активной нагрузкой цтр и сопротивлений обмоток Г1 / 2для трансформаторов с емкостной нагрузкой даны в табл. 5.2, которой пользуются для расчета активных сопротивлений обмоток трансформаторов как с активной, так и с емкостной нагрузками.
 

В; / о — выпрямленный ток, A; f — частота питающей сети, Гц; Ваак — максимальная магнитная индукция, Тл; S — число стержней трансформатора, на которых расположены обмотки; гтр — активное сопротивление обмоток трансформатора, приведенное ко вторичной обмотке.
 

Кривая намагничивания ( а и расчетная схема ( б насыщающейся индуктивности трансформатора напряжения.

Замыкание ключа К снижает индуктивность цепи с LH до LBac. Последовательно включено активное сопротивление R обмотки трансформатора.
 

Для окончательного решения задачи необходимо перейти от изображений токов к их оригиналам. В первом приближении пренебрегаем активными сопротивлениями обмоток трансформатора, так как они значительно меньше индуктивных сопротивлений. Пренебрегая сопротивлениями, по сути дела, не учитываем затухания переходного процесса, поэтому полученное решение справедливо только для первых периодов переходного процесса G момента ВКЗ. Для большинства задач, когда необходимо оценить амплитуду тока ВКЗ, этого решения вполне достаточно.
 

Для окончательного решения задачи необходимо перейти от изображений токов к их оригиналам. В первом приближении пренебрегаем активными сопротивлениями обмоток трансформатора, что вполне допустимо, так как активные сопротивления обмоток значительно меньше индуктивных сопротивлений. Пренебрегая сопротивлениями, по сути дела не учитываем затухания переходного процесса, поэтому полученное решение будет справедливо только для первых периодов переходного процесса с момента короткого замыкания. Для большинства практических задач, когда требуется оценить амплитуду тока короткого замыкания, этого решения вполне достаточно.
 

В мощных выпрямителях индуктивности рассеяния обмоток трансформатора оказывают значительное влияние на работу схемы, изменяя как величину, так и форму кривой выпрямленного напряжения, токов вентиля и обмоток трансформатора. В то же время влиянием активных сопротивлений обмоток трансформатора и падением напряжения в вентилях нередко можно пренебречь.
 

При В КЗ реального трансформатора, имеющего активные сопротивления обмоток, отличные от нуля, переходный процесс затухает во времени. Определение оригинала тока ВКЗ с учетом активных сопротивлений обмоток трансформатора производится по изложенной выше методике, однако выражения токов получаются громоздкими.
 

Перегрузка и перенасыщение трансформатора

Перегрузка трансформатора может привести к его нагреву, что может привести к повреждению изоляции и обмоток. Это, в свою очередь, может привести к короткому замыканию, пожару или даже взрыву

Поэтому важно учитывать рабочую мощность и ток, которые трансформатор может выдержать, и не превышать эти значения

Перенасыщение трансформатора происходит, когда на его входе подается слишком высокое напряжение. Это может произойти из-за скачков напряжения в сети, ошибок в системе электроснабжения или других внешних воздействий. При перенасыщении трансформатора возникает избыточный ток магнитной насыщенности, что может привести к повреждению обмотки и магнитного сердечника.

Как перегрузка, так и перенасыщение трансформатора могут вызывать снижение эффективности его работы и привести к ухудшению качества электрической энергии. Они также могут вызвать повреждение других элементов электрической системы, таких как провода, предохранители и электрооборудование.

Для предотвращения перегрузки и перенасыщения трансформатора необходимо правильно расчета мощности и тока, которые он должен выдерживать. Необходимо также обеспечить стабильное электроснабжение и выполнять регулярную проверку состояния трансформатора. В случае выявления перегрузки или перенасыщения необходимо принять соответствующие меры для предотвращения негативных последствий.

Схемы подключения

Простейшая схема подключения применяется в пунктах обслуживания линий под напряжением 6 – 10 кВ. Подключенные по такой схеме трансформаторы используются для включения вольтметра и подачи напряжений на реле устройства АВР. Пример такой схемы показан на рис. 7.

Рис. 7. Простая схема подключения трансформатора напряжения

На рисунке 8 приведена схема, применяемая для включения однофазных трансформаторов с целью подачи безопасного напряжения на нагрузки, запитанные от вторичных обмоток. В данной схеме использовано группу однофазных трансформаторов, катушки которых соединены по принципу звезды

Обратите внимание, что первичные обмотки соединены с глухозаземленной нейтралью

Рис. 8. Еще пример схемы подключения

Данная схема применяется в сетях 0,5 – 10 кВ для подключения измерительных приборов, счетчиков. По аналогичной схеме подключаются вольтметры, используемые для контроля изоляции.

Схема эффективна для приема сигналов, свидетельствующих об однофазных замыканиях на землю. Существуют и другие схемы подключений, в частности по типу соединения открытого треугольника. Особенность таких схем в том, что мощность группы из двух ТН меньше мощности трех устройств соединенных по схеме полного треугольника не в 1,5 раза, а в √3 раз.

В некоторых схемах применяется комбинированное соединение обмоток. Для этого подходит соединение «треугольник – звезда». В работе таких схем номинальное напряжение составляет 173 В. Указанный способ подключения применяется в системах регулирования возбуждения обмоток генераторов и компенсаторов.

Двухобмоточные трансформаторы

Двухобмоточные трансформаторы характеризуются сопротивлением короткого замыкания 

и проводимостью шунта намагничивания схема замещения — Г-образная (рисунок 1) с идеальным трансформатором ИТ, не имеющим сопротивления и характеризующимся только коэффициентами трансформации:

Рисунок 1 Г- Образная схема замещения 2 обмоточного трансформатора с идеальным трансформатором ИТ

В программах расчета установившегося режима коэффициент трансформации может определяться, например, как соотношение напряжений 2-го и 1-го узлов данной связи, то есть может быть определен по формуле приведенной выше так и обратным соотношением, в зависимости от того, какой из узлов задан в качестве начала ветви, а какой — в качестве конца ветви (в RastrWin такой принцип расчета коэффициента трансформации). Для трансформаторов, имеющих регулирование напряжения, в частности регулирование напряжения под нагрузкой, коэффициент трансформации должен соответствовать реальному положению переключателя отпайки:  для i-й отпайки трансформатора.

В такой схеме замещения сопротивление Zт не зависит от k, хотя в действительности такая зависимость имеется. Активное сопротивление обмоток двухобмоточного трансформатора определяют по известным потерям мощности в обмотках трансформатора, которые в практических расчетах обычно принимают равными потерям короткого замыкания при номинальном токе трансформатора. Выражение для активного сопротивления трансформатора следующее:где: Pk — потери короткого замыкания на трансформаторе, кВт, Uном — номинальное напряжение соответствующей обмотки трансформатора, кВ, Sном — номинальная мощность трансформатора. МВА. Полное сопротивление обмоток трансформатора: где: uk — напряжение короткого замыкания трансформатора, выраженное в процентах его от номинального напряжения, Uном — номинальное напряжение соответствующей обмотки трансформатора, кВ, Sном — номинальная мощность трансформатора, МВА. Отсюда можно определить индуктивное сопротивление рассеяния обмоток трансформатора: Для мощных трансформаторов (мощностью выше 1000 кВА), имеющих очень небольшое активное сопротивление, по сравнению с индуктивным), обычно индуктивное сопротивление определяется приближенно Xт=Zт. Для мощных трансформаторов можно также считать Yт=0, так как потери холостого хода пренебрежительно малы. При необходимости эти потери могут быть учтены: где: Pх — потери холостого хода (потери в стали), кВт, Sном — номинальная мощность трансформатора, МВА, iх — ток холостого хода, %, Iном, Uном — номинальные ток и напряжение трансформатора, А, кВ,

В различных программах расчета режима есть свои особенности ввода данных по трансформаторам. После определения расчетных параметров трансформаторов вашей сети k,Rт, Xт, Gт, Bт необходимо ввести их в расчетную схему согласно инструкции, приложенной к используемой программе

Особо следует обратить внимание на коэффициент трансформации, и на то, к какому узлу приводится сопротивление трансформатора и параметры его шунта намагничивания

Поэтому расчетные параметры трансформаторов необходимо вводить в расчетную схему k, Rт, Xт, Gт, Bт согласно инструкции, приложенной к используемой программе, если инструкция не содержит указаний по этому поводу, можно сделать локальный расчет режима для одного трансформатора, и проследить, чтобы он был близок к оценочным параметрам данного трансформатора. Так, рассчитанные программой потери холостого хода должны быть близки (а при номинальном напряжении — совпадать) с Pхх в паспортных данных или в данных справочника r и x трансформатора должно быть близко к рассчитанным в справочнике для трансформатора данного типа r и x, для этой цели можно использовать справочную литературу.

Потери энергии в трансформаторе. Эффективность и ее зависимость от нагрузки

При преобразовании электроэнергии часть энергии теряется в трансформаторе для покрытия потерь. Потери в трансформаторе делятся на электрические и магнитные.

Электрические потери. Они возникают из-за нагрева обмоток трансформатора при прохождении через них электрического тока. Мощность электрических потерь RE пропорциональна квадрату тока и определяется суммой электрических потерь в первичной обмотке RE1 и во вторичной обмотке RE2:

Re = Pz1 + Re2 = mI12r1 + mI’22r’2, (1.73)

где t – количество фаз трансформатора (для однофазного трансформатора t = 1, для трехфазного трансформатора t = 3).

Для трансформатора электрические потери определяются согласно (1.73), а для изготовленного трансформатора эти потери определяются экспериментально путем измерения мощности короткого замыкания при номинальных токах обмоток Pk.nom-.

где P – коэффициент нагрузки.

Электрические потери называют “переменными потерями”, поскольку они зависят от нагрузки трансформатора.

Магнитные потери. Они возникают в основном в магнитопроводе трансформатора. Эти потери вызваны систематическим перемагничиванием магнитопровода переменным магнитным полем. Это перемагничивание вызывает два типа магнитных потерь в магнитной цепи: гистерезисные потери RH, возникающие из-за энергии, необходимой для разрушения остаточного магнетизма в ферромагнитном материале магнитной цепи, и вихретоковые потери RHT, вызванные переменным магнитным полем в пластинах магнитной цепи:

Для уменьшения магнитных потерь магнитопровод трансформатора изготавливается из магнитно-мягкого ферромагнитного материала, например, тонких листов электротехнической стали. В этом случае магнитопровод изготавливается в виде пакетов тонких пластин (полос), изолированных с обеих сторон тонким слоем лака.

Магнитные потери из-за гистерезиса прямо пропорциональны частоте намагничивания магнитной цепи, т.е. частоте переменного тока (RG = f), а магнитные потери из-за вихревых токов пропорциональны квадрату этой частоты (RHT ≡ f2). Предполагается, что полные магнитные потери пропорциональны частоте тока ступени 1.3, т.е. PM = f1.3. Магнитные потери также зависят от магнитной индукции в стержнях и витках магнитопровода (PM ≡ V2) При постоянном первичном напряжении (U1 = const) магнитные потери постоянны, т.е. не зависят от нагрузки трансформатора.

Эффективность в зависимости от нагрузки.

Используя (2.57), можно построить график зависимости КПД от нагрузки (рис. 2.39, а). Когда β = 0, полезная мощность и КПД равны нулю. При увеличении мощности КПД возрастает, так как в энергетическом балансе уменьшается удельная величина магнитных потерь в стали, которые имеют постоянное значение. При определенном значении βopt кривая КПД достигает максимума, а затем начинает снижаться по мере увеличения нагрузки. Причиной этого является сильный рост электрических потерь в обмотках, которые увеличиваются пропорционально квадрату тока, т.е. пропорционально β2, в то время как полезная мощность P2 увеличивается только пропорционально β.

Максимальный КПД в трансформаторах большой мощности достигает очень высоких значений (0,98-0,99).

Рисунок 2.39: Зависимость КПД трансформатора η от нагрузки β

Оптимальный коэффициент нагрузки βopt, при котором КПД имеет максимальное значение, можно определить, выведя первую производную dη/dβ из уравнения (2.57) и приравняв ее к нулю. В этом случае

β2optPc = P0 или ΔPel = ΔPm

(2.58)

Поэтому КПД достигает максимума при такой нагрузке, при которой электрические потери в обмотках равны магнитным потерям в стали. Это условие (равенство постоянных и переменных потерь) также приблизительно верно для других типов электрических машин. Для серийно выпускаемых силовых трансформаторов

Конкретные значения βopt получаются при проектировании трансформаторов для минимальных эксплуатационных затрат (приобретение и эксплуатация). Наиболее вероятная нагрузка трансформатора соответствует β = 0,5 ÷ 0,7.

В трансформаторах максимальный КПД относительно невысок, т.е. остается высоким в довольно широком диапазоне изменения нагрузки (0,4

В трансформаторах малой мощности из-за относительного увеличения потерь КПД значительно ниже, чем в трансформаторах большой мощности. Для трансформаторов мощностью менее 50 Вт он составляет 0,6-0,8, а для 100-500 Вт – 0,90-0,92.

КПД = M1/M2, где M1 и M2 – активные мощности трансформатора, определяемые по результатам измерений на входной и выходной цепи.

Эквивалентная схема трансформатора

Для расчёта электрических параметров трансформатора применяют различные эквивалентные схемы. Данные схемы должны соответствовать следующим условиям:

• схема должна учитывать наиболее существенные электромагнитные процессы и обеспечивать достаточную точность расчётных характеристик различных режимов трансформаторов;
• схема должна описываться уравнениями невысокого порядка, чтобы в явном виде определялась связь между электрическими характеристиками и конструктивными параметрами трансформатора.

Ввиду противоречивости данных условий возможно опустить из расчётов ряд конструктивных параметров, которые незначительно влияют на электрические характеристики трансформатора. Кроме того при практической реализации трансформатора его конструктивные размеры всегда отличаются в той или иной степени от расчётных значений.

Поэтому для анализа и расчёта трансформатора используют эквивалентную схему трансформатора изображённую ниже

Эквивалентная схема замещения двухобмоточного трансформатора.

В данной схеме используют следующие параметры:

L_C – индуктивность намагничивания трансформатора, усчитывающая запасание энергии в основном потоке взаимной индукции магнитопроводе при приложении напряжения к первичной обмотке,

R_C – эквивалентное сопротивление активных потерь в магнитопроводе на перемагничивание и вихревые токи,

L_S1и L’_S2 – индуктивность рассеивания первичной обмотки и приведённая индуктивность вторичной обмотки, учитывающие запасание энергии в потоках рассеяния,

R_1­ и R’₂ – активное  сопротивление первичной обмотки и приведённое сопротивление вторичной обмотки, учитывающие потери энергии при протекании по ним тока нагрузки,

С₀₁ и С’₀₂ – собственная емкость первичной обмотки и приведённая емкость вторичной обмотки,

С₁₂ – межобмоточная емкость трансформатора.

С учётом данной эквивалентной схемы запишем уравнения работы трансформатора

Большинство параметров эквивалентной схемы трансформатора рассчитываются по таким же выражениям, что и параметры эквивалентной схемы дросселя, рассмотренной в одной из предыдущих статей. Однако для трансформатора вводится новый параметр – межобмоточная ёмкость С₁₂.

Расчетные формулы основных параметров трансформаторов

Представляю вашему вниманию таблицу с расчетными формулами для определения основных параметров силовых трансформаторов, а также таблицу коэффициента изменения потерь kн.п. в трансформаторах.

Таблица 1 – Расчетные формулы для определения основных параметров трансформаторов

Наименование величин	Формулы	Обозначение
Токи обмоток	I1, I2 — токи первичной и вторичной обмоток, А; U1, U2 — то же линейное напряжение, В;
Коэффициент трансформации	w1, w2 – числа витков одной фазы обмоток
Приведение величин вторичной обмотки к первичной	Приведенные величины обозначают штрихом
Сопротивление короткого замыкания	rк, хк, zк – активные, реактивные и полное сопротивления КЗ фазы трансформатора
Активные потери мощности в трансформаторе при нагрузке	∆Рх – активные потери холостого хода, кВт; ∆Рк – активные нагрузочные потери в обмотках при номинальном токе, кВт; kз – коэффициент загрузки; Sт.ном. – номинальная мощность трансформатора.
Приведенные активные потери мощности в трансформаторе при нагрузке	S – фактическая нагрузка трансформатора; kи.п. – коэффициент изменения потерь, кВт/квар; ∆Qх – реактивные потери мощности холостого хода; ∆Qк – реактивные потери мощности КЗ; Значения kи.п. даны ниже.
Напряжение КЗ	Uк – напряжение КЗ, В или %; Uк.а, Uк.х – активная и реактивная составляющие напряжения КЗ, В или %.
Мощность и ток КЗ трансформатора	Sк –мощность КЗ, кВА
Число витков первичной обмотки	U1ф – фазное напряжение первичной обмотки, В Ф – фазный поток; Ф = Вст*Qст мкс; Вст –индукция в стержне; Вст = 13 – 14,5 103 Гс; Qст – активное сечение стержня, см2
Активное и реактивное сопротивление двухобмоточного трансформатора, Ом
Падение напряжения в обмотках трансформатора при нагрузке	Если нагрузка смешанная (активная и индуктивная), то вторым членом можно пренебречь
Потери напряжения при пуске асинхронного короткозамкнутого двигателя (приближенно)	∆U – потеря напряжения, %; Sдв. – номинальная мощность двигателя, кВА; S2 – мощность других потребителей, присоединенных к шинам трансформаторов, кВА; Ki – кратность пускового тока относительно номинального.
КПД трансформатора

raschet.info