Основные параметрыи характеристики трансформаторов, способы их определения

Трансформатор преобразуетподаваемое напряжение в большее или меньшее значение без изменения мощности.Статическое электромагнитное устройство состоит из двух и более обмоток,размещенных на одном магнитопроводе. Подобрать требуемый электромагнитный аппаратне представит затруднений с помощью параметров трансформатора, указываемых втехническом описании на любое изделие.

Мощность

Основным параметром трансформаторов является мощность,обозначаемая буквой S. Она определяет массогабаритные показатели электромагнитногоаппарата. От значения мощности зависит тип используемого магнитопровода,количество/диаметр витков в обмотках. Измеряется мощность в единицах В∙А(вольт-ампер). На практике для удобства используются кратные вольт-амперамвеличины кВА (10³∙ В∙А) и МВА (10⁶∙ В∙А).

 Электромагнитная

Представляет собой мощность в   выходной катушке,передаваемой с витков входной электромагнитным способом. Она определяетсяумножением действующего значения ЭДС на величину тока, протекающего в нагрузкеэлектромагнитного преобразователя: 

Sэм = E2∙ I2.

 Полезная

Это произведение действующего напряжения во вторичнойобмотке на значение нагрузочного тока. Рассчитывается по формуле: 

S2 = U2∙I2.

 Расчетная

Расчётная мощность – произведениевеличин I₁ и U₁   входной обмотки аппарата. Этот параметропределяет габариты изделия: число витков и сечение проводов.

S₁ = U₁  I₁.

 Габаритная (типовая)

Параметр S _габ определяетреальное сечение сердечника. Так называют полусумму мощностей всех обмотокэлектромагнитного устройства: 

S _габ = 0,5∙(S₁+S₂ +S₃+…).

 

Первичное напряжение номинального значения

Так называют U_1н,которое требуется подать на входную катушку аппарата, чтобы в режиме холостогохода получить номинальное вторичное напряжение. Параметр U_1нуказывается в техпаспорте изделия.

Вторичное напряжение номинального значения Это значение U_2н,которое устанавливается на выводах выходной обмотки при ненагруженномтрансформаторе. На вход  прикладывается номинальная величина параметра.Значение параметра зависит от величины U_1н и коэффициентатрансформации К_т. При  активно-емкостной нагрузке (φ₂<0)  U_2н может оказаться больше U_1н.

Номинальный первичный ток

Это ток I_1н,протекающий во входной обмотке, при котором возможна продолжительная работааппарата. Значение I_1н  указывается в техпаспорте на трансформатор.

Номинальный вторичный ток

Параметр также можно встретить втаблице паспортных данных трансформатора, он протекает по выходной катушке припродолжительной работе аппарата. Обозначается  I_2н.

Коэффициент трансформации

Соотношением номинального входного и выходного напряженийопределяется коэффициент трансформации: 

К = U_1н/U_2н.

Номинальный коэффициенттрансформации определяет соответствие количества витков во вторичной  ипервичной катушке.

Номинальный коэффициент мощности (cos φ)

Сos(φ) определяется отношениемактивной мощности трансформатора P к полной S: 

cos(φ) = P/S.

Это величина, показывающаярациональность расходования электроэнергии с учетом реактивных потерьпреобразователя.

Коэффициент полезного действия

КПД электромагнитного устройствапредставляет отношение активной мощности Р₂, отбираемой от аппарата,к подводимой P1: 

η = P2/P1.

Величина КПД тем больше,чем выше cosφ₂ и коэффициент загрузки 

β= I₂/I_2н.

 

Напряжение при коротком замыкании

При измерениях значениязакорачивают выводы, а на первичную катушку подается напряжение U_к. Сила тока на ней не превышает номинала

(I_к < I_1ном),а U_к составляет 5–12% от номинальной величины.

Напряжение при холостом ходе

Это значение ненагруженного (I₂=0)трансформатора при поданной номинальной величине U₁ на входаппарата. При разомкнутой  нагрузке вторичная катушка оказывается обмоткойвысшего (ВН) напряжения от взаимоиндукциии, а первичная становится обмоткойнизшего (НН) значения. Подобное происходит по причине самоиндукции на ней,направленной против приложенного напряжения.

Ток холостого хода

Он относится к параметрампервичной обмотки и измеряется при  номинальном значении I_1н сненагруженной вторичной катушкой.

Его величина обычно непревышает 5–10% от номинала I_1н.

Пусковой ток

Он протекает через первичнуюобмотку  аппарата после включения в питающую сеть. Пиковое значение в несколькодесятков раз превышает I_1н. Способами борьбы с переходнымипроцессами в электрической машине считаются:

•              увеличение количества витков и эффективной площади сечениямагнитопровода;

•              подключение к питающей сети в момент максимальной амплитудыимпульса (φ = π/2).

Испытательное пробойное напряжение рабочейчастоты

Этот параметр трансформаторахарактеризует электрическую прочность изделия – способность выдерживатьповышенное напряжение. Величина испытательного напряжения зависит от классаиспользуемой изоляции. Параметр измеряется подачей высокого U _исп рабочейчастоты относительно земли на закороченные выводы обмотки ВВ. Выводы ВНзакорачиваются и вместе с магнитопроводом (баком с маслом, металлическимидеталями) заземляются.

Внешняя характеристика

Рабочий режим силовой машинызадается не только U_1н и К_т, но и активно-реактивнойнагрузкой электроприемника, подключенного к выводам вторичной обмотки. Изменяющийсяток в  нагрузке (при электропитании U_1н = const), соответственно,меняет и напряжение на выходе трансформатора. Эта зависимость отражается вкоэффициенте нагрузки: Кн = I₂/I_2н.

Потери в режиме холостого хода

Потери мощности ненагруженногоэлектромагнитного устройства состоят из потерь в сердечнике изтрансформаторного железа. ЭДС расходуется на нагрев магнитопровода, вихревыетоки и гистерезис.

Повышает КПД аппарата применениеэлектротехнической стали с высоким удельным сопротивлением и качественнаяизоляция пластин магнитопровода лаком, жаростойким покрытием. Помимо «потерь вжелезе», всегда присутствуют «потери в меди», обусловленные омическимсопротивлением витков электромагнитного устройства.

Потери в режиме короткого замыкания

Короткое замыкание трансформаторапри эксплуатации создает экстремальный режим, способный вывести из строяаппарат. При этом вторичный ток а, соответственно, первичный увеличиваются вдесятки раз по сравнению с I_н. Поэтому в электрической цепи аппаратапредусматривают защиту от сверхтока КЗ, которая автоматически размыкает цепьэлектропитания.