Внешняя характеристика трансформатора

Внешней характеристикой трансформатора называется зависимость напряжения на вторичной обмотке от нагрузки.

U₂=f(I₂); U₂=f(β)

β = коэффициент загрузки трансформатора

Характеристика строится при неизменном первичном напряжении и частоте.

ГРАФИК

В режиме холостого хода, когда ток I₂ и коэффициент нагрузки β=0, напряжение U₂ имеет номинальное значение. При подключении нагрузки напряжение начинает меняться, и изменение его зависит от характера нагрузки, т.е. от коэффициента мощности Сosφ₂

Изменение вторичного напряжения ∆U можно определить аналитически с помощью упрощенной векторной диаграммы. Поскольку в силовых трансформаторах, работающих с номинальной нагрузкой, ток холостого хода i0 не велик, можно им пренебречь и составить упрощенную схему замещения без ветви намагничивания, т.е. такую же, как для режима к.з.

СХЕМА

Соответственно этой схеме строим векторную диаграмму.

ГРАФИК

∆АВС - ∆-к к.з.

Катет АВ – это активная составляющая напряжения к.з.

ВС: реактивная составляющая

АС: =Uк (напряжение к.з.)

Продолжим вектор U'₂ и опустим на него перпендикуляр от конца вектора U₁ и обозначим точкой пересечение Д.

СХЕМА

Изменение напряжения ∆ U'= U₁ - U'₂ по векторной диаграмме ∆ U'=АD

=АЕ+АD

AЕ=АВ Соs φ₂

ED = BD' =BC Sin φ₂

∆ U'=AB Соs φ₂+ BC Sin φ₂=I₁r_kCos φ₂ +I₁X_kSin φ₂

= U_ка Cos φ₂ + U_крSin φ₂

U_ка – активная часть напряжения к.з.

U_кр – реактивная часть напряжения к.з.

Изменение напряжения обычно выражают в относительных единицах

Sin φ₂

Можно выразить ∆U в %, если умножить на 100. Это выражение дает возможность определить изменение вторичного напряжения по паспортным данным трансформатора при номинальной нагрузке. Если нужно определить ∆U при нагрузке, отличной от номинальной, это выражение нужно умножить на коэффициент нагрузки β.

 

Схемы соединения обмоток трехфазных трансформаторов

3-х фазные трансформаторы применяют в эл-х системах для трансформирования 3-х фазной системы напряжений. При очень больших мощностях свыше 60 МВ А применяют 3 однофазных трансформатора, которые соединяют в 3-хфазную трансформаторную группу. Это связано с тем, что при таких мощностях трехфазный трансформатор оказался слишком громоздким и неудобным для изготовления и транспортировки. Обмотки трансформаторов принято соединять по следующим схемам.

СХЕМЫ

Схема Z применяется только в трансформаторах спец назначения. В этой схеме обмотка каждой фазы делится на 3 части и располагается на разных стержнях магнитопровода.

Выводы обмоток трансформаторов принято обозначать следующим образом.

Обмотки высшего напряжения ВН: А, В, С – начала;

Х,У,Z – концы.

НН: а, в, с – начала;

х, у, z – концы.

 

Группы соединения обмоток

Векторы линейных ЭДС первичной и вторичной сторон трансформатора могут не совпадать по фазе. В однофазных трансформаторах сдвиг может быть 0° или 180°. В 3-х фазных трансформаторах сдвиг фаз может быть от 0° до 360° при этом сдвиг фаз всегда кратен 30°.

Для обозначения сдвига фаз вводится понятие «номер группы соединения обмоток». Для определения группы соединений векторы ЭДС совмещают со стрелками часов.

Вектор ЭДС обмотки высшего напряжения совмещают с минутной стрелкой, установленной на 12. Часовую стрелку совмещают с вектором ЭДС обмотки низшего напряжения. Цифра, на которую укажет часовая стрелка, соответствует номеру группы соединений. Если стрелка указывает на 12, то трансформатор имеет группу 0, т.к. сдвиг фаз между векторами =0.

В однофазном трансформаторе возможны только 2 группы соединений: 0 и 6. Группа 6 получается, если изменить направление обмотки низшего напряжения.

В 3-хфазных трансформаторах можно создать 12 групп соединений. Например:

1) Соединение РИСУНОК соответствует группе 0

2) Если поменять направление обмоток низшего напряжения и вместо зажимов х,у,z соединить в нулевую точку зажимы а,в,с – получается группа 6

3) Соединение РИСУНОК, соответствует группе 11

ГРАФИК

4) Если поменять местами начало и конец обмоток низшего напряжения соединяя - ∆, получается группа 5 (сдвиг фаз 150°)

Группы 0,6,11,5 называют основными. Из каждой основной группы изменением порядка чередования фаз можно получить по 2 производные группы.

от группы 0 получаются группы 4,8;

от группы 6 – группы 2,10;

от группы 11 – группы 3,7;

от группы 5 – 1,9.

В нашей стране стандартизированы следующие схемы и группы соединений обмоток.

СХЕМА