Кулик Ю.А. Электрические машины
Подождите немного. Документ загружается.
Рис. 3.19. Процентное изменение напряжения вторичной обмотки в зависимости от характера нагрузки при
токе I'
2
=I
н
ной и приведенной вторичной обмоток, выраженной в процентах от первичного
напряжения:
151
ставить зависимость вторичного напряжения от тока I'
2
в виде U'
2
= f(I'
2
) при φ = const,
которая является внешней характеристикой трансформатора (рис. 3.20).
Потери и коэффициент полезного действия. В трансформаторе имеют место магнитные
потери Р
0
, которые согласно формуле (1.1) зависят от индукции, частоты
перемагничивания и веса магнитопровода. Можно принять, что при неизменном
напряжении эти потери с нагрузкой не меняются. Электрические потери Р
э
в проводниках
обмоток изменяются пропорционально квадрату тока нагрузки. Таким образом, согласно
выражению (1.3), коэффициент полезного действия
Рис. 3.20. Внешние характеристики трансформатора
152
нулю получим, что максимальное значение к. п. д. при
Таким образом, максимальное значение к. п. д. трансформатора получается в случае
равенства потерь в проводниках обмоток и в стали.
Из последнего выражения следует, что максимальное значение к. п. д. имеет место при
относительном значении тока нагрузки
Рис. 3.21. Коэффициент полезного действия трансформатора в зависимости от нагрузки
Обычно Р
к
= (3—5)Р
0
, поэтому β
M
= 0,5—0,7. При уменьшении коэффициента мощности
уменьшается к. п. д. трансформатора (рис. 3.21).
ВОПРОСЫ
1. Какое различие имеют уравнения, схема замещения и векторная диаграмма трансформатора при
нагрузке, холостом ходе и коротком замыкании? В чем состоит отличие векторной диаграммы при
индуктивной и емкостной нагрузках трансформатора?
2. Чем определяется угол сдвига между током и напряжением вторичной обмотки при нагрузке
трансформатора? Почему при активной нагрузке трансформатора ток его первичной цепи не является
активным?
153
3. Почему у трансформатора малой мощности изменение напряжения Дм больше, чем у трансформатора
большой мощности? В каком случае с ростом нагрузки увеличивается напряжение на вторичной обмотке
трансформатора?
154
§ 3.5. ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ РАБОТА ТРАНСФОРМАТОРОВ
Условия включения. При параллельной работе первичные обмотки трансформаторов
присоединены к общим шинам питающей
Рис. 3.22. Параллельная работа трансформаторов: а — схема включения; б — схема замещения без
намагничивающего контура, соответствующая схеме рис. 3.10.в
сети, вторичные — к общим шинам потребителя (рис. 3.22, а). Мощность всех
параллельно работающих трансформаторов равна сумме их мощностей.
При включении на параллельную работу пользуются условным понятием начала и конца
обмоток. На рис. 3.23 схематично изображена часть стержня магнитопровода, на который
намотаны первичная и вторичная обмотки трансформатора. При изменении потока
взаимоиндукции Ф (например, при увеличении) в них индуктируются э. д. с. E
1
и Е
2
. Если
обмотки намотаны в одну сторону и имеют одинаковую маркировку, то на диаграмме
векторы э. д. с. E
1
и Е
2
направлены в одну сторону (рис. 3.23, а). Если в одной из обмоток
(например, во вторичной, рис. 3.23, б) начало и конец поменять местами, то на диаграмме
вектор E
2
изменит направление на обратное, хотя физическая картина осталась такой же.
Аналогичный сдвиг фазы э. д. с. на векторной диаграмме можно получить
155
Рис. 3.23. Связь между обозначением зажимов обмоток, направлением намотки и фазой э. д. с: а — обмотки
имеют одинаковое направление намотки и маркировку; б — изменено обозначение концов вторичной
обмотки; в — изменено направление намотки витков вторичной обмотки
изменяя направление намотки витков (например, вторичной обмотки, рис. 3.23, в).
Для того чтобы охарактеризовать сдвиг фаз линейных э. д. с. первичной и вторичной
обмоток с учетом обозначения зажимов, вводится понятие группы соединения
трансформатора. В однофазном, трансформаторе может быть две группы соединения, в
трехфазном — двенадцать. При обозначении группы соединений пользуются аналогией с
часовым циферблатом. При этом вектор линейной э. д. с. первичной обмотки мысленно
совмещают с минутной стрелкой часов, расположенной на цифре 12, а с направлением
вектора вторичной линейной э. д. с. совмещают часовую стрелку. Цифра, на которой она
расположена, определяет группу соединения трансформатора.
Угловое расстояние между двумя соседними цифрами циферблата составляет 30°.
Поэтому для определения угла сдвига линейных э. д. с. обмоток следует умножить номер
группы на 30°. Например, число 6 обозначает, что сдвиг между линейными э. д. с.
обмоток составляет 180° = 6×30°. На рис. 3.23, а представлена группа соединений 12, на
рис. 3.23, бив представлены группы соединений 6.
Меняя маркировку выводов, можно изменить группу соединения трансформатора.
Например, заменяя концы вторичной обмотки а, в, с на x, у, z и наоборот, можно
трансформатор, принадлежащий
к группе 6, переделать на трансформатор группы 12. В СССР стандартными являются две
группы соединений — 12 и 11.
При нормальной параллельной работе между трансформаторами не должны проходить
уравнительные токи. Уравнительные токи отсутствуют, если первичные э. д. с. всех
трансформаторов одинаковы и вторичные э. д. с. также одинаковы и находятся в фазе. Это
достигается при соблюдении следующих условий: равенство коэффициентов
трансформации; равенство напряжений короткого замыкания; принадлежность
трансформаторов к одной группе.
Стандарт допускает параллельную работу трансформаторов при условии, что
коэффициенты трансформации отклоняются не более, чем на 0,5% от среднего
арифметического значения, и напряжения короткого замыкания отклоняются не более чем
на 10% от среднего арифметического значения.
Перед включением на параллельную работу необходимо опытным путем проверить
соблюдение первого и третьего условий. При их соблюдении напряжение между
зажимами разомкнутого рубильника K (см. рис 2.22, а) равно нулю.
156
157
Рис. 3.24. Параллельная работа при неравенстве коэффициентов трансформации: а — векторная диаграмма
при холостом ходе; б — определение напряжения на вторичной обмотке; в — определение токов первого и
второго трансформаторов; г — определение допустимого тока нагрузки
Параллельная работа трансформаторов с неодинаковыми напряжениями короткого
замыкания. Если коэффициенты трансформации обоих трансформаторов равны, то
уравнительный ток равен нулю и согласно упрощенной схеме замещения параллельной
работы, построенной без намагничивающих ветвей (см. рис. 3.22, б), нагрузочные токи
трансформаторов распределяются обратно пропорционально сопротивлениям короткого
замыкания, т. е.
158
Это выражение показывает, что при неравенстве напряжений короткого замыкания
относительные токи трансформаторов обратно пропорциональны напряжениям короткого
замыкания. В случае, если известны внешние характеристики, удобно по заданной
величине вторичного напряжения графически определять токи при параллельной работе
трансформаторов (рис. 3.25). Чем больше значение напряжения короткого замыкания и
к
,
тем больше падение напряжения в обмотках трансформатора при нагрузке и,
следовательно, тем больше наклон его внешней характеристики. Токи находят по точкам
пересечения характеристик с горизонтальной прямой, ордината которой соответствует
напряжению u
н
.
Параллельная работа трансформаторов, принадлежащих к разным группам
соединения. Параллельная работа трансформаторов, принадлежащих к разным группам,
невозможна, так как между их обмотками проходит недопустимо большой уравнительный
ток. Например, если трансформатор, имеющий группу соединения 12, включить на
параллельную работу с трансформатором группы 6, то при обходе контуров вторичных
обмоток их э. д. с. будут
Рис. 3.25. Распределение тока нагрузки в параллельно работающих трансформаторах при неравенстве
напряжений короткого замыкания
Наименьший уравнительный ток при параллельной работе имеет место, если группа
трансформаторов отличается на единицу, но и тогда уравнительный ток в несколько раз
превышает номинальный.
ВОПРОСЫ
1. Отчего зависит группа соединения трансформатора?
159
2. Как происходит параллельная работа трансформаторов в случае, если соблюдены все условия за
исключением равенства коэффициента трансформации? Как при этом распределяется нагрузка между
трансформаторами?
3. Имеет ли место уравнительный ток в случае параллельной работы трансформаторов с неодинаковым,
напряжением короткого замыкания при соблюдении других условий параллельной работы?
160