Как найти холостой ход формулы - Исправление недочетов и поиск решений вместе с Examum.ru

Трансформатор электрического тока является устройством преобразования энергии. Ток холостого хода трансформатора характеризует потери при отсутствии подключенной нагрузки. Величина данного параметра зависит от нескольких факторов:

Конструктивного исполнения.
Материала сердечника.
Качества намотки.

При изготовлении преобразователей стремятся к максимально возможному снижению потерь холостого хода с целью повышения КПД, снижения нагрева, а также уменьшения паразитного поля магнитного рассеивания.

Содержание

Общая конструкция и принцип работы трансформатора
Понятие холостого хода
Меры по снижению тока холостого хода
Как проводится опыт холостого хода
Коэффициент трансформации
Однофазные трансформаторы
Трехфазные
Измерение тока
Применение ваттметра
Измерение потерь
Схема замещения в режиме трансформатора
От чего зависит магнитный поток взаимоиндукции в режиме ХХ
Примеры расчетов и измерений в режиме ХХ

Общая конструкция и принцип работы трансформатора

Конструктивно трансформатор состоит из следующих основных частей:

Замкнутый сердечник из ферромагнитного материала.
Обмотки.

Обмотки могут быть намотаны на жестком каркасе или иметь бескаркасное исполнение. В качестве сердечников трансформаторов напряжения промышленной частоты используется специальным образом обработанная сталь. В некоторых случаях встречаются устройства без сердечника, но они используются только в области высокочастотной схемотехники и в рамках данной темы рассматриваться не будут.

Принцип действия рассматриваемой конструкции заключается в следующем:

При подключении первичной обмотки к источнику переменного напряжения она формирует переменное электромагнитное поле.
Под воздействием данного поля в сердечнике формируется магнитное поля.
Магнитное поле сердечника, в силу электромагнитной индукции, создает во всех обмотках ЭДС индукции.

ЭДС индукции создается, в том числе, в первичной обмотке. Ее направление противоположно подключенному напряжению, поэтому они взаимно компенсируются и ток через обмотку при отсутствии нагрузки равен нулю. Соответственно, потребляемая мощность при отсутствии нагрузки равна нулю.

Понятие холостого хода

Приведенные выше рассуждения справедливы для идеального трансформатора. Реальные конструкции обладают следующими потерями (недостатками) на:

намагничивание сердечника;
магнитное поле рассеивания сердечника;
электромагнитное рассеивание обмотки;
междувитковую емкость проводов обмотки.

В результате, в реальных конструкциях трансформатора наводимая ЭДС индукции отличается от номинального напряжения первичной обмотки и не в состоянии его полностью скомпенсировать. В обмотке возникает некоторый ток холостого хода. При подключении нагрузки данное значение суммируется с номинальным током и характеризует общие потери в электрической цепи.

Потери снижают общий КПД трансформатора, в результате чего растет потребление мощности.

Меры по снижению тока холостого хода

Основным источником возникновения тока холостого хода является конструкция магнитопровода. В ферромагнитном материале, помещенном в переменное электрическое поле, наводятся вихревые токи электромагнитной индукции – токи Фуко, которые нагревают материал сердечника.

Для снижения вихревых потерь материал сердечника изготавливают из тонких пластин, отделенных друг от друга изолирующим слоем, которую выполняет оксидная пленка на поверхности. Сам материал производится по специальной технологии, с целью улучшения магнитных свойств (увеличения значения магнитного насыщения, магнитной проницаемости, снижения потерь на гистерезис).

Обратная сторона использования большого количества пластин состоит в том, что в местах стыков происходит разрыв магнитного потока, в результате чего возникает поле рассеивания. Поэтому для наборных сердечников важна тщательная подгонка отдельных пластин друг к другу. В ленточных разрезных магнитопроводах отдельные части подгоняются друг к другу при помощи шлифовки, поэтому при сборке конструкции нельзя менять местами части сердечника.

От указанных недостатков свободны О-образные магнитопроводы. Магнитное поле рассеивания у них стремится к нулю.

Поле рассеивания обмотки и междувитковую емкость снижают путем изменения конструкции обмоток и пространственного размещения их частей относительно друг друга.

Снижение потерь также достигается при возможно более полном заполнении свободного окна сердечника. При этом масса и габариты устройства стремятся к оптимальным показателям.

Как проводится опыт холостого хода

Опыт холостого хода подразумевает подачу напряжения на первичную обмотку при отсутствии нагрузки. При помощи подключенных измерительных приборов измеряются электрические параметры конструкции.

Для проведения опыта холостого хода первичную обмотку включают в сеть последовательно с прибором для измерения тока- амперметром. Параллельно зажимам подключается вольтметр.

Следует иметь в виду, что предел измерения вольтметра должен соответствовать подаваемому напряжению, а при выборе амперметра нужно учитывать ориентировочные значения измеряемой величины, которые зависят от мощности трансформатора.

Коэффициент трансформации

Наиболее просто определяется коэффициент трансформации. Для этого сравнивается входное и выходное напряжение. Расчет производится по следующей формуле:

n=U₁/U₂

Данное отношение справедливо для всех обмоток трансформатора.

Однофазные трансформаторы

В однофазных трансформаторах показания амперметра характеризуют потребляемый ток при отсутствии нагрузки. Данные показания являются конечными и нет необходимости в дальнейших вычислениях.

Трехфазные

Чтобы проверить трехфазный трансформатор, требуется усложнение схемы подключения. Необходимо наличие следующих приборов:

амперметры для измерения тока в каждой фазе;
вольтметры для измерения междуфазных напряжений первичной обмотки;
вольтметры для измерения междуфазных напряжений вторичной обмотки.

При проведении опыта холостого хода производятся следующие вычисления:

рассчитывается среднее значение тока по показаниям амперметра;
среднее значение напряжения первичной и вторичной обмоток.

Коэффициент трансформации вычисляется по полученным значениям напряжения аналогично однофазной системе.

Измерение тока

При измерении тока можно определить только величину электрических потерь. Более полно определить параметры конструкции позволяет более сложная схема измерений.

Применение ваттметра

Подключив в первичную цепь ваттметр, можно определить мощность потерь трансформатора в режиме холостого хода. Суммируясь с мощностью нагрузки, найденная величина определяет габаритную мощность трансформатора.

Измерение потерь

При измерениях тока холостого хода и мощности потребления, можно сделать выводы о общих потерях холостого хода, которые приводят к следующему:

Нагрев проводов обмоток.
Нагрев сердечника.
Снижение КПД.
Появление магнитного поля рассеивания.

Схема замещения в режиме трансформатора

Прямой электрический расчет трансформатора сложен по той причине, что он представляет собой две электрических цепи, связанных между собой магнитной цепью.

Для упрощения расчетов удобнее пользоваться упрощенной эквивалентной схемой. В схеме замещения вместо обмоток используются комплексные сопротивления:

для первичной обмотки комплексное сопротивление включается последовательно в цепь;
для вторичной обмотки параллельно нагрузке.

Каждое комплексное сопротивление состоит из последовательно соединенного активного сопротивления и индуктивности.

Активное сопротивление – это сопротивление проводов обмотки.

От чего зависит магнитный поток взаимоиндукции в режиме ХХ

Магнитный поток взаимоиндукции в трансформаторе зависит от способа размещения обмоток на сердечнике и их конструктивного исполнения.

Важную роль играет коэффициент заполнения окна магнитопровода, который показывает отношение общего пространства, к месту, занятому обмоткой.

Чем ближе данный коэффициент к единице, тем выше будет взаимоиндукция обмоток и меньше потери в трансформаторе.

Примеры расчетов и измерений в режиме ХХ

Измеряя ток, напряжение и мощность трансформатора в опыте холостого хода, можно рассчитать следующие дополнительные данные:

активное сопротивление первичной цепи r₁=P_хх/U²;
полное сопротивление первичной цепи z₁=U/I_хх;
индуктивное сопротивлении е x₁=√(z²-r²).

Найти ток холостого хода без применения амперметра можно по показаниям вольтметра и ваттметра:

I_хх=P_хх/U.

Источник

Определение тока холостого хода трансформатора

Ток первичной
обмотки трансформатора, возникающий
при холостом ходе при номинальном
синусоидальном напряжении и номинальной
частоте, называется током холостого
хода.

При расчет тока
холостого хода трансформатора отдельно
определяют его активную и реактивную
составляющие.

Активная составляющая
тока холостого хода вызывается наличием
потерь холостого хода. Активная
составляющая тока, А,

I_х.а
= Р_х
/ (mU_ф),

где
Р_х
– потери холостого хода, Вт; U_ф
– фазное напряжение первичной обмотки,
В.

Обычно определяют
не абсолютное значение тока холостого
хода и его составляющих, а их относительное
значение по отношению к номинальному
току трансформатора i_оа,i_0р,
i_о,
выражая их в процентах номинального
тока.

Тогда активная
составляющая, %,

или

i_оа
= Р_х
/(10S),

где
S
– мощность трансформатора, кВ· А; Р_х
– потери холостого хода, Вт.

Расчет
реактивной составляющей тока холостого
хода усложняется наличием в магнитной
цепи трансформатора немагнитных зазоров.
При этом расчете магнитная система
трансформатора разбивается на четыре
участка – стержни, ярма, за исключением
углов магнитной системы, углы и зазоры.
Для каждого из этих участков подсчитывается
требуемая намагничивающая мощность,
суммируемая затем по всей магнитной
системе. Также как и потери, реактивная
составляющая тока холостого хода зависит
от основных магнитных свойств стали
магнитной системы и ряда конструктивных
и технологических факторов, оказывающих
на эту составляющую существенно большое
влияние, чем на потери.

Немагнитные
зазоры в шихтованной магнитной системе
имеют особую форму – в месте зазора
стыки пластин чередуются со сквозными
пластинами. Магнитный поток вместе
стыка проходит частично через зазор
между пластинами и частично – через
соседнюю сквозную пластину. Индукция
в сквозных пластинах в зоне, лежащей
против стыков, увеличивается. Вместе с
этим происходит местное увеличение
потерь и реактивной составляющей тока
холостого хода, однако общая намагничивающая
мощность для зазора оказывается
существенно меньшей, чем при стыке
частей стыковой магнитной системы.

В
практике расчета намагничивающая
мощность для зазоров шихтованных
магнитных систем, собираемых из пластин
горячекатаной или холоднокатаной стали,
определяется для условного немагнитного
зазора, по площади сечения стали в данном
стыке, т.е. по активному сечению стержня
или ярма, и по удельной намагничивающей
мощности, отнесенной к единице площади
активного сечения, q_з,
В∙А/м²,
и определяемой экспериментально для
каждой марки стали.

Удельные
намагничивающие мощности для стали
марок 3404 и 3405 приведены в табл.26.

Таблица
26. Полная
удельная намагничивающая мощность в
стали q
и в зоне шихтованного стыка q₃
для
холоднокатаной стали марок 3404 и 3405
толщиной 0,35 и 0,30 мм при различных
индукциях и f
= 50 Гц

В,
Тл

Марка
стали и ее толщина

q_з,
В∙А/м²

3404,

0,35
мм

3404,

0,30
мм

3405,

0,35
мм

3405,

0,30
мм

3404

3405

1,30

1,32

1,34

1,36

1,38

1,40

1,42

1,44

1,46

1,48

1,50

1,52

1,54

1,56

1,58

1,60

1,62

1,64

1,66

1,68

1,70

1,72

1,74

1,76

1,78

1,80

1,82

1,84

1,86

1,88

0,900

0,932

0,964

0,996

1,028

1,060

1,114

1,168

1,222

1,276

1,330

1,408

1,486

1,575

1,675

1,775

1,958

2,131

2,556

3,028

3,400

4,480

5,560

7,180

9,340

11,500

20,240

28,980

37,720

46,460

0,870

0,904

0,938

0,972

1,006

1,040

1,089

1,139

1,188

1,238

1,289

1,360

1,431

1,511

1,600

1,688

1,850

2,012

2,289

2,681

3,073

4,013

4,953

6,364

8,247

10,130

17,670

25,210

32,750

40,290

0,860

0,892

0,924

0,956

0,988

1,020

1,065

1,110

1,156

1,210

1,246

1,311

1,376

1,447

1,524

1,602

1,748

1,894

2,123

2,435

2,747

3,547

4,347

5,551

7,161

8,770

15,110

21,450

27,790

34,130

0,850

0,880

0,910

0,940

0,970

1,000

1,041

1,082

1,123

1,161

1,205

1,263

1,321

1,383

1,449

1,526

1,645

1,775

1,956

2,188

2,420

3,080

3,740

4,736

6,068

7,400

12,540

17,680

22,820

27,960

7400

8200

9000

9800

10600

11400

12440

13480

14520

15560

16600

17960

19320

20700

22100

23500

25100

26700

28600

30800

33000

35400

37800

40800

44400

48000

52000

56000

60000

64000

6000

6640

7280

7920

8560

9200

10120

11040

11960

12880

13800

14760

15720

16800

18000

19200

20480

21760

23160

24680

27000

28520

30840

33000

35000

37000

39800

43600

47400

51200

При
экспериментальных исследованиях стали
удельная намагничивающая мощность,
отнесенная к 1 кг стали или к 1 м²
площади зазора q,
может определяться как полная мощность
или как ее реактивная составляющая. В
табл. 26 приведены значения полной
удельной намагничивающей мощности.

Полная
намагничивающая мощность трансформатора,
В∙А, для магнитной системы может быть
определена из следующего выражения:

Q_x
= Q_x_._c
+ Q_x_._я+
Q_x_._з
= q_cG_c
+ q_яG_я
+ ∑n_зq_зП_з,

Где
q_cи
q_я
– удельные намагничивающие мощности
для стержня и ярма, определяемые по
табл.26 для холоднокатаной стали в
зависимости от соответствующих индукций,
В∙А/кг; G_cи
G_я
– масса стали в стержнях и ярмах, кг; n_з
– число немагнитных зазоров (стыков) в
магнитной системе; q_з
– удельная намагничивающая мощность,
В∙А/м²,
для немагнитных зазоров, определяемая
для индукции в стержне по табл.26; П_з
площадь зазора, т.е. активное сечение
стержня или ярма, м².

При
расчете тока холостого хода для плоской
стержневой шихтованной магнитной
системы, собранной из пластин холоднокатаной
анизотропной стали, также как и при
расчете потерь холостого хода, приходиться
считаться с факторами конструктивными
– форма стыков стержней и ярм, форма
сечения ярма, способ прессовки стержней
и ярм – и технологическими – резка
рулонов стали на пластины, удаление
заусенцев, отжиг пластин, покрытие их
лаком, прессовка магнитной системы при
сборке и перешихтовка верхнего ярма
при установке обмоток.

От
воздействия этих факторов реактивная
составляющая тока холостого хода
увеличивается при несовпадении линий
магнитной индукции и прокатки стали, а
также в результате механических
воздействий при заготовке пластин и
сборке остова. Отжиг пластин ведет к
уменьшению реактивной составляющей
тока холостого хода. На токе холостого
хода влияние этих факторов сказывается
более резко, чем на потерях.

Полный
фазный ток холостого хода, А,

I_x
= Q_x/(mU_ф).

Относительное
значение тока холостого в процентах
номинального тока

i₀=
Q_x/10S.

Активная
составляющая тока холостого хода, фазное
значение, А,

I_x_.а
= Р_х/(mU_ф)

и
в процентах номинального тока

i_оа
=
Р_х/(10S).

Реактивная
составляющая тока холостого хода, А,

I_x_.р
=

и
в процентах номинального тока

i_op=

Полученное
значение тока холостого хода должно
быть сверено с предельно допустимым
значением по ГОСТ, техническим условиям
или заданию на расчет трансформатора.
Отклонение расчетного значения тока
холостого хода от заданного гарантийного
не следует допускать более чем на
половину допуска разрешенного ГОСТ (по
ГОСТ 11677-85 разрешенный допуск +30%).

При
расчете тока холостого хода по
намагничивающей мощности определяется
среднее значение, тока холостого хода
для всех стержней трансформатора. В
симметричных магнитных системах,
например однофазных, или пространственных,
это среднее значение будет совпадать
с действительным значением тока холостого
хода для каждого стержня.

В
несимметричной магнитной системе ток
холостого хода в обмотке среднего
стержня меньше, чем в обмотках крайних
стержней. Током холостого хода
трансформатора в этом случае считается
среднее значение токов трех фаз.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Источник

Определение холостого хода трансформатора

Трансформаторы представляют собой сложное оборудование, которое предназначено для изменения параметров тока в цепи. Они могут повышать или понижать напряжение электричества в соответствии с требованиями потребителей.

В оборудовании при работе определяются некоторые потери мощности. Поэтому не вся электроэнергия, которая поступила на первичную обмотку, доходит к потребителю. При этом греется трансформатор (магнитопривод, обмотки и прочие детали). В различных конструкциях этот показатель неодинаков.

Холостой ход трансформатора позволяет определить токовые потери. Эта методика применяется в сочетании с определением напряжения в режиме короткого замыкания трансформатора. Этот процесс называется опытом агрегата. Он выполняется по определенной схеме.

1 Общее устройство и виды
- 1.1 Основные типы
- 1.2 Особенности установок
2 Методология проведения опыта
- 2.1 Подход к проведению измерений
- 2.2 Суть измерения
3 Коэффициент трансформации
- 3.1 Однофазные приборы
- 3.2 Трехфазные приборы
- 3.3 Применение коэффициента
4 Измерение тока
5 Измерение потерь
- 5.1 Применение ваттметра

Общее устройство и виды

Чтобы понять, что такое опыт холостого хода различных трансформаторов, необходимо рассмотреть, что собой представляет подобное оборудование.

Основные типы

Трансформаторами называются машины неподвижного типа, которые работают благодаря электрическому току. Они меняют входное напряжение. Существует несколько видов подобных аппаратов:

Силовые.
Измерительные.
Разделительные.
Согласующие.

Чаще всего в энергетическую цепь требуется подключение силового трансформатора. Они могут иметь две или более обмоток. Аппарат может быть однофазный (бытовая сеть) или многофазный (промышленная сеть).

Особенности установок

Отдельно выделяются автотрансформаторы. В них есть только одна совмещенная обмотка. Также бывает сварочный аппарат. Они имеют определенную сферу применения.

В однофазном и многофазном оборудовании может устанавливаться различная номинальная мощность. Она может определяться в диапазоне от 10 до 1000 кВА и более. Маломощные однофазные и многофазные приборы могут быть в диапазоне до 10 кВА. Средние разновидности будут иметь мощность 20 кВА, 250 кВА, 400 кВА, 630 кВА и т. д. Если же этот показатель больше 1000 кВА, это установка высокой мощности.

Методология проведения опыта

Потери холостого хода трансформатора определяются при создании определенного режима. Для этого прекращается снабжение током всех обмоток. Они остаются разомкнутыми. После этого производится снабжение цепей электричеством. Оно определяется только на первом контуре. Аппаратура должна работать под напряжением, которое устанавливается при его производстве производителем.

Через первичный контур силовой, сварочной или прочей установки протекают токи, которые носят название ХХ. Их величина равняется не более 3-9% от заданного производителем показателя. При этом на обмотке вторичного контура электричество отсутствует. На первичном контуре ток производит магнитный поток. Он пересекает витки обеих обмоток. При этом возникает ЭДС самоиндукции на контуре первичном и взаимоиндукции – на обмотке вторичного типа.

Например, напряжение холостого хода сварочного трансформатора небольшой и средней мощности представляет собой ЭДС взаимоиндукции.

Подход к проведению измерений

Замер потерь холостого хода может производиться в двух аспектах. Их называют потерями в стали и меди. Второй показатель говорит о рассеивании тепла в обмотках (они начинают греться). В процессе проведения опыта этот показатель очень мал. Поэтому им пренебрегают.

Данные о потере тока холостого хода трансформатора представляются в виде таблицы. В ней рассчитаны параметры для стали определенных сортов и толщины. Ток холостого хода трансформатора рассматривается в аспекте мощности, которая создается в магнитом потоке и именуется потерей в стали. Она затрачивается на нагрев листов из специального сплава. Они изолируются друг от друга лаковым покрытием. При создании таких магнитоприводов не используется метод сварки.

Суть измерения

Если по какой-то причине нарушается изоляционный слой между пластинами магнитопривода, между ними возрастают вихревые токи. При этом система начинает нагреваться. Лаковый слой постепенно разрушается. Потери при работе установки возрастают, его эксплуатационные характеристики ухудшаются.

В таком случае потери мощности в стали увеличиваются. При проведении расчетов этих характеристик в режиме холостого хода можно выявить возникшие нарушения в работе агрегата. Именно по этой причине производится соответствующий расчет.

Коэффициент трансформации

При определении работы установки применяется такое понятие, как коэффициент трансформации. Его формула представлена далее:

К = Е1/Е2 = W1/W2

Отсюда следует, что напряжение на вторичном контуре будет определяться соотношением количества витков. Чтобы иметь возможность регулировать выходное электричество, в конструкцию установки вмонтирован специальный прибор. Он переключает число витков на первичном контуре. Это анцапфа.

Для проведения опыта на холостом ходу регулятор ставится в среднее положение. При этом измеряется коэффициент.

Однофазные приборы

Для проведения представленного опыта, при использовании понижающего или повышающего бытового агрегата, в расчет берется представленный коэффициент. При этом используют два вольтметра. Первый прибор подключается к первичной обмотке. Соответственно второй вольтметр подсоединяется к вторичному контуру.

Входное сопротивление измерительных приборов должно соответствовать номинальным характеристикам установки. Она может работать в понижающем или повышающем режиме. Поэтому при необходимости провести ремонтные работы, на нем измеряют не только подачу низкого, но и высокого напряжения.

Трехфазные приборы

Для трехфазных агрегатов в ходе проведения опыта исследуются показатели на всех контурах. При этом потребуется применять сразу 6 вольтметров. Можно использовать один прибор, который будет подключаться поочередно ко всем точкам измерения.

Если установленное производителем значение на первичной обмотке превышает 6 кВ, на нее подают ток 380 В. При измерении в высоковольтном режиме нельзя определить показатели с требуемым классом точности. Поэтому замер производят в режиме низкого напряжения. Это безопасно.

Применение коэффициента

В процессе проведения измерения анцапфу перемещают во все установленные производителем положения. При этом замеряют коэффициент трансформации. Это позволяет определить наличие в витках замыкания.

Если показания по фазам будут иметь разброс при замерах больше, чем 2%, а также их снижение в сравнении с предыдущими данными, это говорит об отклонениях в работе агрегата. В первом случае в системе определяется короткое замыкание, а во втором – нарушение изоляции обмоток. Агрегат не может при этом работать правильно.

Такие факты требуют подтверждения. Например, это может быть измерение сопротивления. Влиять на увеличение разброса показателей коэффициента могут возрастание сопротивления между контактами анцапфы. При частом переключении возникает такая ситуация.

Измерение тока

При опытном измерении тока холостого хода мастер применяет амперметры. Их необходимо подсоединять к первичной обмотке последовательно. Напряжение в контуре должно равняться номинальному значению.

Если проводится исследование работы трехфазного промышленного агрегата, замер выполняет для всех фаз одновременно или последовательно. При этом испытания производятся только для установок от 1000 кВА.

Измерение потерь

Потери в магнитоприводе замеряют исключительно при использовании мощной установки. При этом можно брать для расчетов пониженное напряжение, которое подключено к первичному контуру через ваттметр. Это прямой метод измерения.

При учете показателей вольтметра или амперметра потребуется умножить их мощности друг на друга. Это косвенный метод. При этом результат имеет определенную погрешность. Искажение происходит из-за невозможности учесть при таком расчете коэффициент мощности. Это конус угла, который образуется в векторной схеме между напряжением и током. В режиме холостого хода между ними появляется угол 90º.

Применение ваттметра

Ваттметр позволяет произвести замер с учетом коэффициента мощности. Это дает возможность получить более точный результат. Расчет выполняется по следующей формуле:

Cos φ = P1/U1*L0

Далее необходимо создать на основе полученного результата векторную диаграмму. По каждой фазе учитываются установленные потери. Для этого чаще всего строится таблица. При этом используется схема, которая изначально применялась производителем при создании оборудования.

Полученный результат не подлежит сравнению с нормативами. Показатели сравнивают только с характеристиками предыдущих проверок. Если потери с течением времени только возрастают, это говорит о нарушении изоляции пластин магнитопривода или появлении иных нарушений. Обратить этот процесс невозможно.

Проведение замеров холостого хода позволяет оценить состояние аппаратуры, а также определить потребность в необходимости планового или аварийного ремонта. Поэтому регулярные испытания позволяют правильно спланировать работу установки, предотвратить ее непредвиденное отключение.

Интересное видео: Описание основ работы трансформатора.

Источник

Научная статья на тему: “Холостое
напряжение”

В этой электротехнической статье мы рассмотрим
напряжение холостого хода. Вы узнаете, что такое напряжение холостого хода и
как его рассчитать.Какое напряжение холостого
хода?

Напряжение холостого
хода — это электрическое напряжение, измеренное на выводах ненагруженного
источника напряжения. Другими словами: напряжение холостого хода — это
напряжение на выходной стороне источника напряжения, когда нет подключенного
потребителя (например, лампы). Нет электрического тока. Это означает, что на
внутреннем сопротивлении источника напряжения не падает напряжение.

На практике для
измерения напряжения холостого хода источника используется измерительный
прибор. Этот измерительный прибор должен иметь значительно более высокое
внутреннее сопротивление, чем источник. Это единственный способ обеспечить
пренебрежимо малую нагрузку на источник напряжения от измерительного прибора.

Рассчитать напряжение холостого хода

В этом разделе
рассматривается расчет напряжения холостого хода. Сначала взгляните на
следующий рисунок, который поясняется ниже и к которому относится наша
информация о формулах.

Объяснение:

Слева вы можете увидеть
напряжение холостого хода или напряжение источника U ₀ . Источник
имеет внутреннее сопротивление, из R _I упоминается. Теперь подключим
вольтметр с высоким сопротивлением к клеммам A и B, чтобы определить напряжение
холостого хода U ₀ . Сам вольтметр имеет внутреннее сопротивление,
которое мы обозначаем как R _AB . Поскольку измерительный прибор
имеет очень высокое внутреннее сопротивление, U _O и U _AB
практически одинаковы.

Формулы:

Для только что
объясненных обозначений вы найдете следующие формулы для расчета напряжений,
токов и сопротивлений. Для расчета напряжения холостого хода U ₀
может потребоваться несколько формул . Кроме того, мы также предоставляем
формулу для расчета тока короткого замыкания I _K , который при
необходимости также можно преобразовать в R _I ( что такое короткое замыкание?
).

Пример:

Мы хотим рассчитать
напряжение холостого хода U ₀ . Внутреннее сопротивление
измерительного прибора должно быть очень высоким 50 · 10 ⁶ Ом
(обоснование ниже расчета). Напряжение на зажимах U _AB равно 10 В.
Источник напряжения имеет внутреннее сопротивление 50 Ом.

Как видите, U ₀
и U _AB почти одинакового размера. Это применимо, когда устройство
измерения напряжения имеет очень высокое сопротивление. Если вы теперь измерили
U _AB , вы также знаете U ₀ .

Источник

Понятие холостого хода трансформатора

Когда у трансформатора наблюдается выделенное питание одной обмотки, а другие пребывают в разомкнутом состоянии. Этот процесс приводит к утечке энергии, что и называют потерями холостого хода. Его развитие происходит под влиянием ряда внешних и внутренних факторов.

Мощность трансформатора не используется в полной мере, а часть энергии утрачается по причине некоторых магнитных процессов, особенностями первичной обмотки и изоляционного слоя. Последний вариант влияет при использовании приборов, функционирующих на повышенной частоте.

Причины и следствия потерь холостого хода трансформатора

Потери холостого хода трансформаторных устройств любого типа — это следствие износа устройств. Со временем их магнитная система и структура используемого металла стареет и меняется, межлистовая изоляция становится хуже, а прессовка сердечника ослабляется. Естественно, вы это негативно сказывается на уровне потерь электроэнергии.

Будет интересно➡ Устройство тороидального трансформатора и его преимущества

Практика показывает, что вопреки установленных нормам, согласно которым потери могут отличаться от заводских показателей не более, чем на пять процентов, во многих случаях они превышают порог в пятьдесят процентов. Особенно это касается трансформаторов силового типа. Данные измерений такого типа устройств позволяют довольно точно прогнозировать потери энергии в каждом отдельном муниципалитете. Таблица допустимых потерь при холостом ходу трансформатора приведена ниже.

Какие факторы влияют на потери

Современные трансформаторы в условиях полной нагрузки достигают 99% КПД. Но устройства продолжают совершенствовать, пытаясь снизить утрату энергии, которая практически равны сумме потерь холостого хода, возникающих под влиянием разнообразных факторов.

Изоляция

Если на стягивающих шпильках установлена плохая изоляция или ее недостаточно, возникает замкнутый накоротко контур. Это один из главных факторов данной проблемы трансформатора. Поэтому процессу изоляции следует уделять больше внимания, используя для этих целей качественные специализированные материалы.

Вихревые токи

Развитие вихревых токов связано с течением магнитного потока по магнитопроводу. Их особенность в перпендикулярном направлении по отношению к потоку. Чтобы их уменьшить, магнитопровод делают из отдельных элементов, предварительно изолированных. От толщины листа и зависит вероятность появления вихревых токов, чем она меньше, тем ниже риск их развития, приводящего к меньшим потерям мощности.

Чтобы уменьшить вихревые токи и увеличить электрическое сопротивление стали, в материал добавляют различные виды присадок.

Они улучшают свойства материала и позволяют снизить риск развития неблагоприятных процессов, плохо отражающихся на работе устройства.

Гистерезис

Как и переменный ток, магнитный поток также меняет свое направление. Это говорит о поочередном намагничивании и перемагничивании стали. Когда ток меняется от максимума до нуля, происходит размагничивание стали и уменьшение магнитной индукции, но с определенным опозданием.

При перемене направления тока кривая намагничивания формирует петлю гистерезиса. Она отличается в разных сортах стали и зависит от того, какие максимальные показатели магнитной индукции материал может выдержать. Петля охватывает мощность, которая постепенно перерасходуется на процесс намагничивания. При этом происходит нагревание стали, энергия, проводимая по трансформатору, превращается в тепловую и рассеивается в окружающую среду, то есть, она тратится зря, не принося никакой пользы всем пользователям.

Характеристики электротехнической стали

Для трансформаторов используют преимущественно холоднокатаную сталь. Но показатель потерь в ней зависит от того, насколько качественно собрали устройство, соблюдались ли все правила в ходе производственного процесса.

Для уменьшения потерь можно также немного добавить сечения проводам на обмотке. Но это не выгодно с финансовой точки зрения, ведь придется использовать больше магнитопровода и других важных материалов. Поэтому размер обмоточных проводов меняют редко. Пытаются найти другой, более экономичный способ решения этой проблемы.

Перегрев

В процессе работы трансформатора его элементы могут нагреваться. В этих условиях устройство не способно нормально выполнять свои функции. Все зависит от скорости этого процесса. Чем выше нагрев, тем быстрее прибор перестанет выполнять свои прямые функции и понадобится капитальный ремонт и замена определенных деталей.

В первичной обмотке

Если электрический ток по проводнику замыкается, то высокая вероятность утечки электрической энергии. Размер потерь зависит от величины тока в проводнике и его сопротивления, а также от показателя нагрузок, возлагаемых на прибор.

Как измерить потери холостого хода трансформатора

Основные принципы измерений потерь холостого хода всех видов трансформаторных приборов прописаны в ГОСТах. Главной причиной ошибочных результатов, полученных во время проведения измерений, можно назвать низкую точность измерительных устройств и неверные действия замерщиков, а также несоответствие необходимым условий проведения измерений. Чтобы избежать отклонений, влияющих на прогнозы и корректировку условий и интенсивности эксплуатации приборов, стоит предварительно разработать, согласовать с изготовителем и утвердить методику измерения потерь в данном режиме.

Эффективность действия устройства напрямую зависит от такого явления, как электромагнитная индукция. Что такое режим холостого хода сварочного трансформатора? Напомним, что такой режим устанавливается при разомкнутой вторичной обмотке в тот момент, когда подключается первичная обмотка с током I1. Напряжение сети переменного тока в данном случае равно U1.

Ток, идущий по первичной обмотке, моделирует магнитный поток с переменными характеристиками, индуцирующий переменное напряжение U2, возникающее во вторичной обмотке. А так как ее цепь находится в разомкнутом состоянии, соответственно ток I2 имеет нулевое значение.

То есть во вторичной цепи нет никаких затрат электроэнергии. В этих условиях вторичное напряжение, которое возникает в комментируемом режиме, достигает пиковых значений. Такая величина является напряжением холостого хода.

Принцип действия таких устройств базируется на преобразовании стандартного сетевого напряжения. Этот стандарт преобразуется в напряжение холостого хода, имеющее приблизительный диапазон от 60 до 80 В.

Все параметры и их соотношение влияют на уровень и плавность регулировки. Делать это можно двумя путями: меняя значение либо индуктивного сопротивления, либо напряжения холостого хода.

В первом случае, который является более частотным и популярным, регулировка сварочного тока происходит более плавно. Вторым предпочитают пользоваться, как альтернативным.

Плавность двухдиапазонного регулирования мощности тока в процессе работы трансформатора сварочного типа играет важную роль, так как дает возможность значительно снизить показатели массы, а также ощутимо уменьшить размеры устройства. Получить широкий диапазон больших токов можно, включая попарно параллельно катушки как первичной, так и вторичной обмоток, а чтобы получить диапазон токов малой мощности, их необходимо включать в последовательном режиме.

Таблица потерь силовых трансформаторов по справочным данным в зависимости от номинала

Чаще всего проблема утечки электроэнергии связана с движением вихревых токов и перемагничиванием. Под влиянием этих факторов нагревается магнитопровод, который обуславливает основную часть потерь холостого хода независимо от тока нагрузки. Развитие этого процесса происходит независимо от того, в каком режиме функционирует устройство.

Постепенно, под влиянием определенных факторов могут меняться эти показатели в сторону значительного увеличения.

Таблица потерь ХХ

Мощность кВа	Напряжение ВН/НН, кВ	Потери холостого хода Вт
250	10/0,4	730
315	10/0,4	360
400	10/0,4	1000
500	10/0,4	1150
630	10/0,4	1400
800	10/0,4	1800
1000	10/0,4	1950

Проверка устройства в режиме ХХ

Для этого выполняют такие действия:

С использованием вольтметра проверяют напряжение, подающееся на катушку.
Другим вольтметром исследуют напряжение на остальных выводах. Важно использовать устройство с достаточным сопротивлением, чтобы показатели были требуемого значения.
Выполняют присоединение амперметра к цепи первичной обмотки. С его помощью можно добиться определения силы тока холостого хода. Также прибегают к применению ваттметра, с помощью которого стараются выполнить измерение уровня мощности.

После получения показаний всех приборов выполняют расчеты, которые помогут в вычислении. Чтобы получить нужные данные, необходимо показатели первой обмотки разделить на вторую. С применением данных опыта ХХ с результатами короткозамкнутого режима определяют, насколько полно устройство выполняет свои действия.

Особенности режима ХХ в трехфазном трансформаторе

На функционирование трехфазного трансформатора в таком режиме влияют отличия в подключении обмоток: первичная катушка в виде треугольника и вторичная в форме звезды. Ток способствует созданию собственного потока.

Трехфазный ток в виде группы однофазных имеет такие особенности: замыкание ТГС магнитного потока происходит в каждой фазе за счет сердечника. Если напряжение будет постепенно увеличиваться, то в изоляции возникнет пробой и электроустановка рано или поздно выйдет из строя.

Если в трансформаторе используется бронестержневая магнитная система, то в нем можно наблюдать развитие похожих процессов.

Холостой ход тpexфaзного устройства

Характер работы З-фaзного устройства в режиме XX зависит от магнитной системы и схемы подключения обмоток:

первичная катушка — «треугольником»;
вторичная — «звездой» (D/Y): имеет место свободное замыкание TГC тока I1 по обмоткам устройства. Поэтому магнитный поток и ЭДC являются синусоидальными и нежелательные процессы, описанные выше, не происходят; схема Y/D: TГC магнитного потока появляется, но ток от наведённой им дополнительной ЭДC свободно течет по замкнутым в «треугольник» вторичным катушкам.

Будет интересно➡ Необходимые условия для выполнения параллельной работы трансформаторов

B последней схеме TГC тока I1 отсутствует, поскольку для нее нет пути: третьи гармонии каждой из фаз в любой момент времени направлены к нулевой точке или от неё. Из-за этого искажается магнитный поток.

Дальнейшее определяется магнитной системой: З-фазный трансформатор в виде группы 1-фaзныx: TГC магнитного потока замыкается в каждой фазе по собственному сердечнику и из-за малого магнитного сопротивления последнего, достигает амплитуды в 15% – 20% рабочего магнитного потока.

Она созидает дополнительную ЭДC, амплитуда которой может достигать уже 45% – 60% от основной ЭДC. Такой рост напряжения может привести к пробою изоляции c последующей поломкой электроустановок. Трансформаторы c бронестержневой магнитной системой имеют место такие же явления (третьи гармонические магнитного потока замыкаются по боковым ярмам мaгнитопpоводa).

Тpexcтepжнeвaя магнитная система: TГC пути по мaгнитопpоводa не имеет и замыкается по среде c малой магнитной проницаемостью — воздух, масло, стенки бака. Поэтому она имеет малую величину и значительной дополнительной ЭДC не наводит.

Вывод

Энергопотери в условиях холостого хода трансформатора связаны с магнитными потерями, потерями в первичной обмотке и изоляционном слое. Для снижения этого показателя до сих пор ведутся работы, несмотря на то, что КПД современных трансформаторов в условиях повышенной нагрузки составляет 99%.

Для снижения показателя утечки энергии необходимо снизить влияние провоцирующих факторов. Чтобы добиться этого, постоянно усовершенствуют технологию создания устройств, используют только прочные материалы, проверяя их экспериментальным путем.

Источник