Setting96.ru

Строительный журнал
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Опыты холостого хода и короткого замыкания

Опыты холостого хода и короткого замыкания

Испытание на обрыв при отсутствии нагрузки выполняется для определения потерь в сердечнике без нагрузки по току.

Суть испытания заключается в том, что обмотка высокого напряжения остаётся разомкнутой в то время, как выходная обмотка подключается к обычной сети потребителя. Туда же подсоединяются и необходимые измерительные приборы – ваттметр, амперметр и вольтметр. В результате такого соединения, внешнее напряжение, которое прикладывается к устройству, медленно увеличивается от нуля до своего номинального значения.

С этой целью в цепь подключается дополнительный автотрансформатор со скользящими контактами.

Трансформатор

Показания всех приборов фиксируются в момент, когда напряжение тестирования достигает необходимого значения в выходной цепи. Физическая сущность результатов замеров такова:

  1. Амперметр показывает значение тока холостого хода, значение которого очень мало, и, следовательно, падением напряжения можно пренебречь.
  2. Входная мощность указывается ваттметром. Но другая сторона трансформатора разомкнута, следовательно, выходная мощность отсутствует, а показатель на ваттметре складывается только из значений потерь мощности, обусловленных степенью насыщения материала сердечника, и потерь в проводах.
  3. Вольтметр с высоким сопротивлением подключается через внешнюю обмотку устройства. Высоковольтная обмотка рассматривается как разомкнутая цепь, поскольку ток через вольтметр пренебрежимо мал.
  4. Результаты тестирования отличаются высокой точностью вследствие малости значений тока холостого хода и отсутствия потерь в элементах электрической цепи. Поэтому показания ваттметра гарантированно определят суммарные потери в сердечнике.

Амперметр

Какие параметры определяются в ходе опыта

В качестве примера можно рассмотреть обычный однофазный трансформатор. При выполнении данного исследования производится специальное КЗ обмотки № 2. В обмотку № 1 напряжение подается с заниженным значением, чтобы не причинить вреда трансформатору.

Опыт короткого замыкания трансформатора

Когда проводится опыт короткого замыкания однофазного трансформатора – устанавливается специальный режим, позволяющий определить несколько основных параметров:

  • Номинальное напряжение КЗ (Uk). Оно возникает в первичной обмотке, при этом, токи короткого замыкания в обеих обмотках будут равны номиналу. Процентное соотношение выражается формулой Uk = (Uk/U1H) x 100%, где U1H является напряжением первичной трансформаторной обмотки.
  • Показатели замещающей схемы. Если нет ветвей намагничивания во время проведения опыта, токи в обеих обмотках станут равны между собой. Таким образом, величина полного сопротивления КЗ определяется как Zk = U1k/I1H или Zk = √rk2 + xk2. В свою очередь, rk = r1 + r2’, а xk = x1 + x2’.
  • Сопротивление во вторичной обмотке будет равно r2 = r2’/k2, а x2 = x2’/k2.
  • Величина полного падения напряжения при КЗ (Uk) в обмотках, а также его активные (Uka) и реактивные (Ukp) компоненты в процентном соотношении. С этой целью используются следующие формулы: Uk = (I1H x Zk/U1H) x 100%; Uka = (I1H x rk/ U1H) x 100%; Ukp = (I1H x xk/ U1H) x 100%.
  • Потери короткого замыкания (Рк). Поскольку во время проведения опыта первичная обмотка подключается к пониженному напряжению, величина магнитного потока в этом случае очень мала, и ее можно не принимать в расчет. Для этого отдельно используется холостой ход. Таким образом, вся мощность, потребленная устройством, вызывает и электрические потери в обмотках. Величина мощности КЗ состоит из следующих компонентов, рассмотренных ранее: Pk = (I1H2 x r1) + (I1H2 x x2’).

Методика расчёта напряжения, потерь и сопротивления КЗ

Расчёты ведутся в следующей последовательности:

  1. Определяются оба компонента тока холостого хода:

Iμ = IsinΦ и Iw = IcosΦ.

  1. Устанавливаются значения реактивного X и активного R0 сопротивлений в эквивалентных цепях, которые относятся к низковольтной обмотке:

X = V1 / Iμ и R = V1 / Iw.

Здесь V1 – показания вольтметра на обмотке низкого напряжения.

  1. Рассчитывается итоговое значение мощности:

W1 = 2IμR и W2 = 2IwХ

Менее точно мощность W может устанавливаться непосредственно по показаниям ваттметра.

Объясняется это тем, что напряжение, приложенное для появления тока полной нагрузки, хоть и мало по сравнению с номинальным, но всё же присутствует на обмотках.

  1. Определяется значение эквивалентного сопротивления Zeq трансформатора:

Полученные данные соответствуют тем, которые относятся к стороне высокого напряжения трансформатора. Таким образом, в результате испытания на КЗ определяются потери в проводниках а, а также его приблизительные эквивалентное и реактивное сопротивление.

В результате анализа полученной информации можно определить зависимость потерь от тока холостого хода и напряжения на вторичной обмотке.

Важно также, что общие потери трансформатора зависят от его реактивного сопротивления, и не зависят от значений фазового угла между напряжением и током.

опыта короткого замыкания трансформатора

Точное значение коэффициента трансформации представляет собой отношение э.дс. обмотки высшего напряжения к э.д.с. обмотки низшего напряжения независимо от того, какая из обмоток первичная и какая вторичная.

Опыт холостого хода (рис. 11.4, а) используют для определения коэффициента трансформации. При этом обмотку низшего напряжения подключают к устройству (потенциал — регулятор), позволяющему в широких пределах изменять напряжение, подводимое к трансформатору, а обмотку высшего напряжения размыкают.

С целью определения коэффициента трансформации к обмотке низшего напряжения достаточно подвести напряжение 0,1 UH для трансформаторов малой мощности и (0,33…0,5) UH для трансформаторов большой мощности. Падение напряжения в первичной обмотке весьма мало. С допустимой точностью можно принять, что E1 = U1 и Е2 = U2, так как ток во вторичной обмотке практически равен нулю.

Из опыта холостого хода трансформатора определяют также зависимости тока холостого хода Ix, потребляемой мощности Рх и коэффициента мощности cosφ от значения подводимого напряжения U1, при разомкнутой вторичной обмотке, то есть при I2 = 0. Ток холостого хода силовых трансформаторов составляет от 10 (для маломощных трансформаторов) до 2% (для мощных трансформаторов) номинального. При снятии характеристик холостого хода подводимое напряжение изменяют в пределах от 0,6 до 1,2 UH таким образом, чтобы получить 6…7 показаний. На рисунке 11.4,6 дан примерный вид характеристик холостого хода.

Мощность холостого хода характеризует электрическую энергию, расходуемую в самом трансформаторе, так как со вторичной обмотки энергию при этом не потребляют. Энергия в трансформаторе расходуется на нагрев обмоток проходящим по ним током и нагрев стали сердечника (вихревые токи и гистерезис). Потери на нагрев обмоток (потери в обмотках) при холостом ходе ничтожно малы. Практически можно считать, что все потери холостого хода сосредоточены в стали сердечника и идут на его нагрев.

Коэффициент мощности трансформатора определяют по формуле

где Рх — полная мощность, потребляемая трансформатором при холостом ходе (сумма показаний двух ваттметров, приведенных на рисунке 11.4, а); Uх.ф и Ix — средние значения фазных напряжения и тока.

Опыт короткого замыкания проводят по схеме, изображенной на рисунке 11.5, а. К обмотке низшего напряжения подводят напряжение, при котором в обмотке высшего напряжения, замкнутой накоротко, протекает номинальный ток. Это напряжение называют напряжением короткого замыкания еk%;его значение приводят в паспорте трансформатора в процентах номинального.

Так как в этом опыте из-за малого напряжения, подведенного к обмотке низшего напряжения, магнитный поток в сердечнике весьма незначителен и сердечник не нагревается, то считают, что вся потребляемая трансформатором при опыте короткого замыкания мощность затрачивается на электрические потери в проводниках обмоток. Характеристики короткого замыкания (рис. 11.5,6) представляют собой зависимости потребляемого тока Ik мощности Pk и коэффициента мощности cosφ, от подведенного напряжения при замкнутой вторичной обмотке. Значение подводимого напряжения находится в пределах 5…10% номинального. Коэффициент мощности определяют так:

Сумма показаний ваттметров дает значение потерь в трансформаторе, которые вызывают нагрев обмоток. Мощность, показываемая ваттметром,

Pk = Pm1 + Pm2 = 3I12 + 3I22R2,

где R1 и R2—сопротивления первичной и вторичной обмоток трансформатора.

Напряжение короткого замыкания, при котором во вторичной обмотке протекает ток, равный номинальному, выражают в процентах номинального:

Напряжение короткого замыкания — важная характеристика трансформатора. По этой величине делают вывод о возможности параллельной работы трансформаторов, по ней и ее составляющим определяют изменения вторичного напряжения трансформатора при изменении нагрузки. Используя эту величину, находят токи короткого замыкания в условиях эксплуатации.

< ПредыдущаяСледующая >

Режим холостого хода трансформатора

Этот режим характеризует подача переменного напряжения, меняющегося по принципу синусоиды, на первичную обмотку аппарата, при этом во вторичной, находящейся в разомкнутом состоянии, электроток отсутствует полностью. В таком случае трансформаторное устройство напоминает катушку индуктивности с замкнутым магнитопроводом из ферромагнетика. Чтобы проводить опыты с трансформатором, находящимся в данном состоянии, потребуется изучить принципиальную схему, соответствующую используемому устройству (однофазному или трехфазному).

Схема трансформатора при холостом ходе

Холостой ход трехфазного трансформатора

Функционирование такого прибора в рассматриваемом режиме зависит от устройства его магнитной системы. Если используется прибор по типу группы однофазных трансформаторов либо бронестержневая система, третья гармоническая составляющая для каждой фазы будет замыкаться в отдельном сердечнике, набирая значение до 20% активного магнитопотока. Создается добавочная электродвижущая сила, способная достичь очень высокого показателя – 0,5-0,6 от главной ЭДС. Подобные процессы способны вызвать нарушение целостности изоляции, за которым последует поломка электрической установки. Лучшим вариантом является система с тремя стержнями, тогда третья составляющая не будет идти по магнитопроводу, а замкнется в воздушной или иной среде с низким показателем магнитной проницаемости (например, масляной). В этом случае массивная добавочная ЭДС, вносящая серьезные искажения, развиваться не будет.

Схема опыта холостого хода трехфазного двухобмоточного трансформатора

Опыты холостого хода и короткого замыкания трансформатора

Для приближенного определения ряда величин, характеризующих работу трансформатора, используют опыты холостого хода и короткого замыкания. ОПЫТ ХОЛОСТОГО ХОДА проводится при номинальном напряжении на первичной обмотке и разомкнутой вторичной цепи . При этом значение магнитного потока в сердечнике соответствует номинальному режиму. Измерении, проведенные при опыте холостого хода, позволяют определить коэффициент трансформации; потери мощности на нагрев сердечника (потери в стали); ток , .

Коэффициент трансформации определяется как отношение напряжения холостого хода на первичной обмотке к напряжению холостого хода на вторичной обмотке:

поскольку в этом режиме ток холостого хода достаточно мал и, как следует из (1), (2), , . Обычно ток составляет от номинального значения .

Мощность холостого хода Р10 расходуется на покрытие потерь в первичной обмотке

и потерь в магнитопроводе трансформатора (потерь стали):

Так как ток холостого хода мал, то и можно считать, что .

Потери складываются из потерь на гистерезис и вихревые токи. Для уменьшения этих потерь сердечники трансформаторов собирают из листов или навивают из ленты электротехнической стали толщиной . вычисляется по данным измерений, проведенных во время опыта холостого хода по формуле:

Режим короткого замыкания, когда , является аварийным для трансформатора. В этом случае токи и превышают номинальные значения в раз. Резкое повышение температуры обмоток по сравнению с расчетной выводит из строя изоляцию витков, что вызывает межвитковое замыкание обмоток и выводит трансформатор из строя.

Поэтому опыт короткого замыкания проводится при пониженном первичном напряжении , при котором токи в обмотках равны номинальным, не смотря на то, что сопротивление нагрузки .

Читать еще:  Принтер с регулировкой яркости

Измерения, проведенные при опыте короткого замыкания, позволяют определить потери в обмотках (в меди) и напряжение короткого замыкания . Обычно составляет от .

Понижение первичного напряжения вызывает уменьшение магнитного потока. Так как потери в сердечнике пропорциональны квадрату амплитуды магнитного потока, при опыте короткого замыкания ими можно пренебречь и считать, что мощность, потребляемая в этом случае, равна потерям в обмотках трансформатора в номинальном режиме:

где , – номинальные значения токов в обмотках.

Потери мощности и КПД трансформатора

Преобразование электрической энергии в трансформаторе сопровождается потерями на нагрев сердечника и обмоток. Уравнение баланса активных мощностей при этом имеет вид:

где – активная мощность первичной обмотки;

– активная мощность нагрузки.

Коэффициент полезного действия (КПД) трансформатора определяется как отношение полезной мощности к потребляемой :

КПД мощных трансформаторов очень высок и разница величин и сравнима с погрешностью приборов, используемых для измерения мощности. Поэтому определение величин рекомендуется проводить расчетным путем (косвенный метод), используя данные опытов холостого хода и короткого замыкания.

При постоянстве напряжений питающей сети и его частоты магнитный поток практически не зависит от величины тока нагрузки. Поэтому потери в стали , определяемые величиной индукции магнитного потока, при нагрузке равны потерям холостого хода. Это постоянные потери (рис. 3).

Потери в обмотках определяются величиной тока нагрузки и будут переменными потерями. Их можно определить по мощности опыта короткого замыкания следующим образом:

где — коэффициент нагрузки трансформатора.

При выводе (6) учтено, что при достаточно больших токах нагрузки .

Активная мощность нагрузки:

где – полная мощность трансформатора в номинальном режиме.

Подставляя (6), (7) в (5), получим:

График зависимости КПД трансформатора от коэффициента нагрузки приведен на рис. 3. Функция имеет максимум при , т. е. когда постоянные потери в стали становятся равными переменным потерям в меди .

13. Расчет напряжения короткого замыкания трансформатора

Напряжение короткого замыкания – это внутреннее падение напряжения в трансформаторе при его нагрузке номинальным током, т.е. на эту величину понизится напряжение холостого хода на вводе при номинальной нагрузке. Оно рассчитывается в процентах к Uнпо формуле, %

Uкз%==5 % (50)

где Uкз%, Uкз(а)%, Uкз(р)%– напряжение короткого замыкания и его активная и реактивная составляющие, %.

Активная составляющая напряжения к.з. Uкз(а)%определяется из выражения, %

Uкз(а)% ==1,22 % (51)

Реактивная составляющая напряжения к.з. Uкз(р)%определяется из выражения, %

Uкз(р)%==4,86% (52)

где S1c – мощность трансформатора на одном стержне, кВА;

ар – приведенный канал рассеяния, находится по формуле, м

ар =0,0534м (53)

кр – поправочный коэффициент Роговского, находится из выражения

кр =1-+0,35 2 =1-0,03+0,350,03 2 =0,97 (54)

где равно:

=0,022м (55)

где l – средняя высота обмоток НН и ВН, м, равнаlнн+ lвн/2=1,528 м

Полученное значение Uкз%сравнивается с данными с учетом табл. 4 [1]. В случае неудовлетворительного результата следует в допустимых пределах изменить величины, входящие в формулы (53), (54). Возможен перерасчет конструктивных размеров обмоток.

Вывод: напряжения короткого замыкания трансформатора не превышает Uкз(гост) , это значит, что расчет выполнен правильно.

14. Тепловой расчет трансформатора

Полный тепловой расчет обмоток трансформатора сложен, поэтому в ремонтной практике проверяется только способность поверхности этих обмоток отвести требуемое количество тепла в трансформаторное масло без их нагрева свыше установленной нормы.

Это делается путем сравнения удельной теплоотдачи обмоток , под которой понимается число Вт потерь Р(нн)(вн)на один м 2 поверхности данных обмоток с рекомендованными значениями.

Удельная теплоотдача обмоток определяется из выражения для НН и ВН, Вт/м 2

вн=479,84Вт/м 2 (56)

нн=11288,98Вт/м 2

где Поб(нн),Поб(нн)– поверхности охлаждения обмоток соответственно для НН и ВН, вычисляются по выражениям, м 2

Поб(вн) =m2кзакDср(вн)lвн=320,83,140,3931476,77=8755,2 м 2 (57)

Поб(нн) =m2кзакDср(нн)lнн=320,83,140,26789,48=3095,55 м 2

где кзак– коэффициент закрытия, учитывающий уменьшение поверхности охлаждения обмоток за счет установки клиньев, кзак=0,8.

При получении неудовлетворительных результатов следует, как, уже говорилось, увеличить число масляных каналов охлаждения или уменьшить величины плотностей токов, проведя при этом соответствующую корректировку размеров обмоток НН и ВН.

Вывод: удельная теплоотдача обмоток НН и ВН не превышает рекомендуемых значений, значит, способность поверхности этих обмоток отводить требуемое количество тепла в трансформаторное масло, без их нагрева, будет обеспечена.

15. Литература

Воронов О.Н., Сердешнов А.П. Повышение качества напряжения в электрических сетях 0,38 кВ. – Электрические станции, 1991, №2.

Тихомиров П.М. Расчет трансформаторов. – М.: Энергоатомиздат, 1986, с. 586.

Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника. – М.: Энергоатомиздат, 1983.

Методические указания по выполнению курсовой и контрольной работ «Расчет трехфазного трансформатора при наличии магнитопровода с применением ЭВМ «Искра-226»/Сердешнов А.П., Шевчик Н.Е. – Мн.: Ротапринт БИМСХ, 1987, с. 42.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Снятие данных и построение внешних характеристик трансформаторов при неравенстве напряжений короткого замыкания

(υkI ≠ υkI). После включения трансформаторов на параллельную работу следует разомкнуть рубильник QS1, шунтирующий трехфазный дроссель L. При этом последовательно к вторичным обмоткам трансформатора Т2 оказывается подключенным дроссель, что приводит к увеличению напряжения короткого замыкания икII этого трансформатора. В результате нарушается равенство напряжений короткого замыкания параллельно работающих трансформаторов. Затем нагружают трансформаторы (замыкают рубильник QS3) и увеличивают нагрузку до тех пор, пока ток нагрузки более нагружаемого трансформатора не достигнет значения I2 = 1,2I 2ном. Приблизительно через одинаковые интервалы тока нагрузки этого трансформатора снимают не менее пяти показаний приборов и заносят их в табл. 3.1. При этом одно из показаний должно соответствовать номинальному значению тока нагрузки наиболее нагружаемого трансформатора. По полученным данным строят внешние характеристики трансформаторов (см. п. 4 программы работы).

Анализ результатов лабораторной работы

При анализе результатов лабораторной работы основное внимание уделяют вопросу распределения нагрузки между параллельно работающими трансформаторами. Сравнивая данные табл. 3.1 при υкI = υкII и υкI < υкII,а также внешние характеристики трансформаторов для этих случаев параллельной работы, следует сделать вывод о влиянии неравенства напряжений короткого замыкания на распределение нагрузки между трансформаторами. Известно, что длительная перегрузка трансформаторов недопустима. Поэтому по результатам лабораторной работы необходимо определить, насколько один из трансформаторов окажется недогруженным при номинальной нагрузке другого трансформатора (при неравенстве напряжений короткого замыкания).

Если менее нагружаемым является трансформатор Т2, то при номинальной нагрузке трансформатора Т1 его недогрузка (%)

где I2II ном — номинальный ток нагрузки Т2, А; I2н — ток нагрузки Т2 при номинальной нагрузке Т1, А.

Контрольные вопросы

1. С какой целью применяют параллельную работу трансформаторов?

2. Каковы условия включения трансформаторов на параллельную работу?

3. Почему не допускается включение на параллельную работу трансформаторов с разными группами соединения даже при одинаковых вторичных напряжениях?

4. Каковы допуски на различие коэффициентов трансформации и напряжений короткого замыкания для трансформаторов, включаемых на параллельную работу?

5. Что такое фазировка трансформаторов, для чего и как она выполняется?

6. От чего зависит распределение нагрузки между параллельно работающими трансформаторами?

Вывод: исследовал условия включения трансформаторов на параллельную работу и изучил теорию данного вопроса.

Форма отчетности: устная защита работы.

Лабораторная работа №9.Исследование силового трансформатора методом холостого хода и короткого замыкания.

Цель работы: изучить значение и практическое применение опытов холостого хода и короткого замыкания для силовых трансформаторов.

Время проведения: 2 часа.

Формируемые компетенции: ПК 1-ПК 2.

Опытом холостого хода трансформатора называется включение одной из его об-
моток (обычно низкого напряжения) под номинальное напряжение. Потребляемый при
этом ток называют током холостого хода Iхх (обычно выражают в % от Iном).

Потребляемую при этом активную мощность называют потерями холостого хода
Рхх (кВт). Эта мощность расходуется, в основном, на перемагничивание электротехни-
ческой стали (потери на гистерезисе) и на вихревые токи. Ток и потери холостого хода
являются паспортными данными силовых трансформаторов.

Потери холостого хода трансформаторов Рхх, измеренные при нормальной часто-
те и весьма малом возбуждении (порядка нескольких процентов от номинального на-
пряжения трансформатора), можно пересчитать к потерям холостого хода при номи-
нальном напряжении по формуле

где Р’хх= Ризм – Рпр потери, измеренные при подводимом при измерении на-
пряжении (возбуждении) U;

Рпр и Ризм — соответственно мощность, потребляемая приборами и суммарные
потери в трансформаторе и приборах.

n — показатель степени, равный для горячекатаной стали 1,8; для холоднокатаной стали — 1,9.

Заводы-изготовители производят измерения потерь холостого хода при номи-
нальном напряжении и при малом (обычно 380 В) напряжении.

Измерение потерь холостого хода может быть произведено также при напряже-
нии, равном 5 — 10% номинального. Отличие полученных значений потерь от заводских
данных должно быть не более 10% для однофазных и не более 5% для трехфазных.

Измерение потерь холостого хода производится при напряжении и по схемам,
указанным в протоколе испытания завода-изготовителя.

Если завод-изготовитель производил измерения потерь холостого хода только при
номинальном напряжении трансформатора, то следует измерение потерь холостого хода
произвести при напряжении 380 В и выполнить пересчет их к номинальному напряже-
нию по формуле, указанной выше.

В дальнейшем измерение потерь холостого хода следует производить при напря-
жениях 380 В. У исправных трехфазных трехстержневых трансформаторов соотношение
потерь, как правило, не отличается от соотношений, полученных на заводе-
изготовителе, более, чем на 5%.

Для трансформаторов, имеющих переключающее устройство с токоограничи-
вающим реактором, дополнительно производится опыт холостого хода на промежуточ-
ном положении "Мост".

Измерение потерь холостого хода при напряжении 380 В следует производить до
измерения сопротивления обмоток постоянному току и прогрева трансформатора постоянным током.

При измерении потерь и тока холостого хода следует применять измерительные
приборы класса точности 0,5. Для измерений могут использоваться переносные измери-
тельные комплекты типа К-50 (К-51).

При измерении потерь и тока холостого хода при номинальном напряжении об-
моток выше 0,4 кВ рекомендуется применять измерительные трансформаторы класса
точности 0,2.

Потери холостого хода трехфазных трехстержневых трансформаторов измеряют
при трехфазном или однофазном возбуждении.

При трехфазном возбуждении измерения производят двумя однофазными ватт
метрами или одним трехфазным ваттметром (см. рис. 2.9).

Измеренные потери определяются как алгебраическая сумма потерь, измеренных
каждым ваттметром. Потери в трансформаторе определяют как разность измеренных
суммарных потерь и потерь в приборах (см. рис. 2.10), поскольку потери в приборах мо-
гут быть соизмеримы с потерями холостого хода.

Читать еще:  Регулировка подачи теплоносителя в радиаторах отопления

Рис. 2.9. Схемы включения приборов при проведении опыта холостого
хода силовых трансформаторов.

а — для однофазных трансформаторов; б — для трехфазных трансформаторов.

Ток холостого хода трансформатора определяют как среднеарифметическое зна-
чение токов трех фаз.

При измерении потерь холостого хода при однофазном возбуждении напряжени-
ем 380 В проводят три опыта с приведением трехфазного трансформатора к однофазно-
мупутем поочередного замыкания накоротко одной из его фаз и возбуждении двух дру-
гих фаз.

Первый опыт — замыкают накоротко обмотку фазы А, возбуждают фазы В и С
трансформатора и измеряют потери.

Второй опыт — замыкают накоротко обмотку фазы В, возбуждают фазы А и С
трансформатора и измеряют потери.

Рис. 2.10. Схемы измерения потерь холостого хода в трехфазных трансформаторов.

а — для измерения суммарных потерь; б — для измерения потерь в приборах.

Соединение первичной обмотки в треугольник

Соединение первичной обмотки в звезду с выведенной нулевой точкой

Рис. 2.11.а. Схемы возбуждения трехфазных трансформаторов

По данным опыта холостого хода определяют коэффициент трансформации Ктр; потери в стали Рст; полное активное и реактивное сопротивления трансформатора при холостом ходе.

Опыт короткого замыкания.

Опыт короткого замыкания производится при значительно пониженном напряжении и позволяет определить параметры трансформатора при любой нагрузке. При опыте короткого замкания вторичную обмотку трансформатора замыкают накоротко, а к первичной обмотке подводят такое пониженное напряжение Uк, при котором в обмотках трансформатора протекают номинальные токи. Это напряжение называется напряжением короткого замыкания и измеряется в прцентах от номинального, то есть Uк=Uк/Uн*100. Согласно ГОСТ 11677-65 напряжение короткого замыкания изменяется у трансформаторов в зависимости от мощности и конструкции от 5,5 до11%.

Зная Uк и Iном можно найти установившийся и наибольший мгновенный токи к.з.

Iк.уст=Iном*U1|Uк; Iк.мах=2*Iк; Рмеди=Iном2*Rк.

Вывод: напряжение короткого замыкания и ток холостого хода трансформатора его важнейшие характеристики, применяющиеся в различных расчетах.

Форма отчетности: устная защита работы.

Лабораторная работа №10.Исследование универсального коллекторного двигателя

Цель работы: изучить устройство и характеристики универсального коллекторного двигателя.

Формируемые компетенции: ПК1-ПК2.

Время проведения: 2часа.

Лабораторная работа№10

Тема: Исследование универсального коллекторного двигателя

Цель работы. Изучить конструкцию универсального коллекторного двигателя и приобрести практические навыки в сборке схемы и включении двигателя, а также в опытном исследовании двигателя и построении его рабочих характеристик; экспериментально подтвердить свойства универсального коллекторного двигателя.

Программа работы

1. Ознакомиться с конструкцией двигателя и нагрузочным устройством; записать паспортные данные двигателя и измерительных приборов.

2. Собрать схему по рис. 21.1 и после проверки ее преподавателем выполнить пробный пуск двигателя на постоянном и переменном токах.

3. Снять показания приборов и построить рабочие характеристики двигателя для случаев его работы от сети постоянного и переменного токов.

4. Составить отчет и сделать заключение о проделанной работе.

Подготовка к работе

1. Повторить теоретический материал [5]: устройство универсального коллекторного двигателя, особенности коммутации на переменном токе; принципиальная схема двигателя, сравнение рабочих характеристик двигателя при постоянном и переменном токах.

Рис. 21.1. Схема включения универсального коллекторного двигателя

1. Подготовить в рабочей тетради таблицы для занесения результатов опытов и координатную сетку для построения рабочих характеристик.

Порядок выполнения работы

Схема соединений и пробный пуск двигателя.Универсальные коллекторные двигатели по своему устройству почти не отличаются от двигателей постоянного тока последовательного возбуждения. Разница состоит лишь в том, что магнитная система универсальных двигателей полностью шихтованная из тонколистовой электротехнической стали. На двух явно выраженных полюсах универсального двигателя располагают четыре полюсные катушки (K1, K2, КЗ и К4), соединенные последовательно между собой и с обмоткой якоря (рис. 21.1). При включении двигателя в сеть постоянного тока используют четыре полюсные катушки, а при включении в сеть переменного тока — только две (К2 и КЗ). Благодаря такому способу включения свойства двигателя на постоянном и переменном токах оказываются приблизительно одинаковыми. Однако точного совпадения характеристик универсального двигателя при его работе на постоянном и переменном токах добиться невозможно.

Универсальные двигатели обычно изготовляют мощностью до 300 Вт, поэтому хотя они и имеют последовательное возбуждение их можно включать без предварительной нагрузки на валу. Объясняется это тем, что силы трения, возникающие в самом двигателе (в подшипниках и в щеточно-коллекторном узле), являются достаточными для ограничения частоты вращения.

На представленной на рис. 21.1 схеме включение двигателя выполняется либо рубильником QS1 (в сеть постоянного тока), либо рубильником QS2 (в сеть переменного тока). Потенциометр RP и однофазный регулятор напряжения РНО позволяют регулировать напряжение, подводимое к двигателю. В цепь постоянного тока включены амперметр РА1 и вольтметр PV1, в цепь переменного тока — амперметр РА2, вольтметр PV2 и ваттметр PW. В качестве нагрузочного устройства в установке использован электромагнитный тормоз ЭМТ. Возможно применение и другого нагрузочного устройства (см. В.4).

После сборки схемы и проверки ее преподавателем производят пробный пуск двигателя сначала на постоянном (включают QS1), а затем на переменном токе (включают QS2). При каждом включении следует проверить возможность регулировки частоты вращения двигателя изменением подводимого к двигателю напряжения.

Рабочие характеристики.Сначала включают двигатель в сеть постоянного тока (замыкают QS1) и нагружают его посредством ЭМТ до номинального тока нагрузки I= IномЗатем постепенно разгружают двигатель до режима холостого хода и приблизительно через одинаковые интервалы тока нагрузки снимают показания приборов и заносят их в табл. 21.1. Затем рубильник QS1 отключают и опыт повторяют на переменном токе (включают QS2) и показания приборов заносят в табл. 21.2. Как в первом, так и во втором случаях напряжение питания двигателя во время опытов необходимо поддерживать неизменным и равным номинальному. Выполнив вычисления по формулам, приведенным в табл. 21.1 и 21.2, строят графики рабочих характеристик при работе двигателя на постоянном и переменном токах. Примерный вид этих характеристик показан на рис. 21.2.

Дата добавления: 2018-02-28 ; просмотров: 955 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Типы трансформаторов и их параметры

Предельная единичная мощность трансформаторов ограничивается массой, размерами, условиями транспортировки.

Трехфазные трансформаторы на напряжение 220 кВ изготовляют мощностью до 1000 МВА, на 330 кВ — 1250 МВА, на 500 кВ — 1000 МВА.

Однофазные трансформаторы применяются, если невозможно изготовление трехфазных трансформаторов необходимой мощности или затруднена их транспортировка. Наибольшая мощность группы однофазных трансформаторов напряжением 500 кВ составляет 3×533 МВА, напряжением 750 кВ — 3×417 МВА, напряжением 1150 кВ — 3×667 МВА.

По количеству обмоток различного напряжения на каждую фазу трансформаторы разделяются на двухобмоточные и трехобмоточные. Кроме того, обмотки одного и того же напряжения, обычно низшего, могут состоять из двух и более параллельных ветвей, изолированных друг от друга и от заземленных частей. Такие трансформаторы называют трансформаторами с расщепленными обмотками. Обмотки высшего, среднего и низшего напряжения принято сокращенно обозначать соответственно ВН, СН, НН.

Трансформаторы с расщепленными обмотками НН обеспечивают возможность присоединения нескольких генераторов к одному повышающему трансформатору. Такие укрупненные энергоблоки позволяют упростить схему распределительного устройства (РУ) 330—500 кВ. Трансформаторы с расщепленной обмоткой НН получили широкое распространение в схемах питания собственных нужд крупных ТЭС с блоками 200—1200 МВт, а также на понижающих подстанциях с целью ограничения токов КЗ.

К основным параметрам трансформатора относятся: номинальные мощность, напряжение, ток; напряжение КЗ: ток холостого хода; потери холостого хода и КЗ.

Номинальной мощностью трансформатора называется указанное в заводском паспорте значение полной мощности, на которую непрерывно может быть нагружен трансформатор в номинальных условиях места установки и охлаждающей среды при номинальных частоте и напряжении.

Для трансформаторов общего назначения, установленных на открытом воздухе и имеющих естественное масляное охлаждение без обдува и с обдувом, за номинальные условия охлаждения принимают естественно меняющуюся температуру наружного воздуха (для климатического исполнения У: среднесуточная не более 30°С, среднегодовая не более 20°С), а для трансформаторов с масляно-водяным охлаждением температура воды у входа в охладитель принимается не более 25°С (ГОСТ 11677—85).

Номинальная мощность для двухобмоточного трансформатора — это мощность каждой из его обмоток.

Трехобмоточные трансформаторы могут быть выполнены с обмотками как одинаковой, так и разной мощности. В последнем случае за номинальную принимается наибольшая из номинальных мощностей отдельных обмоток трансформатора.

За номинальную мощность автотрансформатора принимается номинальная мощность каждой из сторон, имеющих между собой автотрансформаторную связь («проходная мощность»).

Трансформаторы устанавливают не только на открытом воздухе, но и в закрытых неотапливаемых помещениях с естественной вентиляцией. В этом случае трансформаторы могут быть непрерывно нагружены на номинальную мощность, но при этом срок службы трансформатора несколько снижается из-за худших условий охлаждения.

Номинальные напряжения обмоток — это напряжения первичной и вторичной обмоток при холостом ходе трансформатора.

Для трехфазного трансформатора — это его линейное (междуфазное) напряжение. Для однофазного трансформатора, предназначенного для включения в трехфазную группу, соединенную в звезду, — это

Величина uк регламентируется ГОСТ в зависимости от напряжения и мощности трансформаторов. Чем больше высшее напряжение и мощность трансформатора, тем больше напряжение КЗ. Так, трансформатор мощностью 630 кВА с высшим напряжением 10 кВ имеет uк = 5,5%, с высшим напряжением 35 кВ — uк = 6,5%; трансформатор мощностью 80000 кВА с высшим напряжением 35 кВ имеет uк = 9%, а с высшим напряжением 110 кВ — uк = 10,5%.

Увеличивая значение uк, можно уменьшить токи КЗ на вторичной стороне трансформатора, но при этом значительно увеличивается потребляемая реактивная мощность и увеличивается стоимость трансформаторов. Если трансформатор 110 кВ мощностью 25 MBА выполнить с uк = 20% вместо 10%, то расчетные затраты на него возрастут на 15,7%, а потребляемая реактивная мощность возрастет вдвое (с 2,5 до 5,0 Мвар).

Трехобмоточные трансформаторы могут иметь два исполнения по значению uк в зависимости от взаимного расположения обмоток.

Если обмотка НН расположена у стержня магнитопровода, обмотка ВН — снаружи, а обмотка СН — между ними, то наибольшее значение имеет uк ВН-НН, а меньшее значение — uк ВН-СН. В этом случае потери напряжения по отношению к выводам СН уменьшатся, а ток КЗ в сети НН будет ограничен благодаря повышенному значению uк ВН-НН

Если обмотка СН расположена у стержня магнитопровода, обмотка ВН — снаружи, а обмотка НН — между ними, то наибольшее значение имеет uк ВН-СН, а меньшее — uк ВН-НН.

Значение uк СН-НН останется одинаковым в обоих исполнениях.

Ток холостого хода Iх характеризует активные и реактивные потери в стали и зависит от магнитных свойств стали, конструкции и качества сборки магнитопровода и от магнитной индукции. Ток холостого хода выражается в процентах номинального тока трансформатора. В современных трансформаторах с холоднокатаной сталью токи холостого хода имеют небольшие значения.

Потери холостого хода Pх и короткого замыкания Pк определяют экономичность работы трансформатора.

Потери холостого хода состоят из потерь стали на перемагничивание и вихревые токи. Для их уменьшения применяются электротехническая сталь с малым содержанием углерода и специальными присадками, холоднокатаная сталь толщиной 0,3 мм марок 3405, 3406 и других с жаростойким изоляционным покрытием. В справочниках и каталогах приводятся значения Pх для уровней А и Б. Уровень А относится к трансформаторам, изготовленным из электротехнической стали с удельными потерями не более 0,9 Вт/кг, уровень Б — с удельными потерями не более 1,1 Вт/кг (при B = 1,5 Тл, f = 50 Гц).

Потери короткого замыкания состоят из потерь в обмотках при протекании по ним токов нагрузки и добавочных потерь в обмотках и конструкциях трансформатора. Добавочные потери вызваны магнитными полями рассеяния, создающими вихревые токи в крайних витках обмотки и конструкциях трансформатора (стенки бака, ярмовые балки и др.). Для их снижения обмотки выполняются многожильным транспонированным проводом, а стенки бака экранируются магнитными шунтами.

В современных конструкциях трансформаторов потери значительно снижены. Например, в трансформаторе мощностью 250000 кВА при U = 110 кВ
(Pх = 200 кВт, Pк = 790 кВт), работающем круглый год (Tmax = 6300 ч), потери электроэнергии составят 0,43% электроэнергии, пропущенной через трансформатор. Чем меньше мощность трансформатора, тем больше относительные потери в нем.

В сетях энергосистем установлено большое количество трансформаторов малой и средней мощности, поэтому общие потери электроэнергии во всех трансформаторах страны значительны и очень важно для экономии электроэнергии совершенствовать конструкции трансформаторов с целью дальнейшего уменьшения значений Pх и Pк.

Силовые трансформаторы ТМ-СЭЩ, ТМН-СЭЩ Электрощит-Самара

Добавьте защиту от короткого замыкания в ваш повышающий преобразователь

Повышающий преобразователь – это DC-DC преобразователь, используемый для получения выходного напряжения, которое выше входного. Повышающие преобразователи также используются для управления светодиодами, включенными последовательно, в таких устройствах, как светодиодные фонари. Данные преобразователи обладают уязвимостью к короткому замыканию в цепи нагрузки. В данной статье обсуждается: почему повышающие преобразователи уязвимы к короткому замыканию, способы защиты повышающих преобразователей от короткого замыкания, и альтернативные преобразователи силовой электроники, которые не обладают данной уязвимостью, и которые могут быть использованы вместо повышающего преобразователя.

Введение в повышающие преобразователи

Как отмечалось ранее, повышающий преобразователь выдает выходное напряжение, которое выше входного. Примеры использования повышающих преобразователей включают в себя:

  • подача напряжения 5 В на порты зарядки для литиевых аккумуляторов;
  • подача напряжения на шины питания в смартфонах;
  • управление включенными последовательно светодиодами в светодиодных фонарях;
  • регулятор напряжения в проекте на основе Arduino;
  • создание высокого напряжения для запуска двигателя от одной ячейки литиевого аккумулятора.

На рисунке 1 изображена упрощенная схема повышающего преобразователя. Эта простая схема построена на конденсаторах, индуктивности, MOSFET транзисторе, и диоде. Выход управляется через петлю обратной связи (не показана для простоты) с помощью управления коэффициентом заполнения, долей времени, во время которого транзистор находится в открытом состоянии. Передаточная функция, или соотношение между выходным и входным напряжениями, составляет Uвых/Uвх = 1/(1-D), где Uвых – это выходное напряжение, Uвх – входное напряжение, D – коэффициент заполнения. В состав реального повышающего преобразователя входит микросхема ШИМ-контроллера, которая на рисунке 1 не показана.

Упрощенная схема повышающего преобразователя Рисунок 1 – Упрощенная схема повышающего преобразователя

Обратите внимание, что если выходной вывод повышающего преобразователя замкнуть накоротко на корпус, то входное напряжение тоже будет замкнуто на корпус через индуктивность и диод. Здесь нет никакого ограничения по току, который потечет в этом случае, и который будет ограничен лишь сопротивлением проводов и ограничением по току источника питания, подключенного к входу. Повышающий преобразователь выйдет из строя вместе с диодом, катушкой индуктивности, или произойдет возгорание, расплавление или какое-либо другое катастрофическое повреждение, если не будут предприняты меры для защиты повышающего преобразователя.

Общая стратегия защиты

Общая стратегия защиты, изложенная в данной статье, заключается во включении коммутатора между источником питания и повышающим преобразователем, который будет использоваться для отключения повышающего преобразователя от источника питания в случае короткого замыкания цепи нагрузки. Этот коммутатор может быть реализован на MOSFET транзисторе, на коммутаторе нагрузки, на микросхеме повышающего преобразователя с встроенным коммутатором защиты, или на предохранителе.

Защита с MOSFET транзистором

MOSFET транзистор, добавленный перед повышающим преобразователем, может использоваться для отключения от него источника питания. Посмотрите на упрощенные схемы на рисунках 2 и 3. MOSFET транзистор может потребовать дополнительной схемы для смещения затвора. MOSFET транзистор с каналом n-типа требует, чтобы напряжение на его затворе было выше напряжения на его истоке. Это может потребовать микросхему драйвера затвора или накачку заряда. MOSFET транзистор с каналом p-типа требует, чтобы напряжение на затворе было ниже напряжения на его истоке. Если входное напряжение достаточно велико, затвор MOSFET транзистора с каналом p-типа может быть подтянут к корпусу, чтобы открыть транзистор. По этой причине использование MOSFET транзистора с каналом p-типа может быть проще и легче. Обратите внимание, что на обеих схемах диод на обозначении MOSFET транзистора направлен от повышающего преобразователя к источнику питания, поэтому ток будет заблокирован, пока транзистор не откроется.

При выборе MOSFET транзистора для данного использования необходимо учитывать максимально допустимое напряжение затвор-исток ( VGS ), сопротивление сток-исток открытого канала ( RDS ), пороговое напряжение включения транзистора ( VGS(th) ). Максимально допустимое напряжение сток-исток должно быть на несколько вольт выше максимального входного напряжения. Сопротивление открытого канала сток-исток должно быть достаточно низким, чтобы не создавать больших потерь P=I 2 R . Пороговое напряжение включения транзистора должно быть достаточно низким, чтобы MOSFET транзистор мог легко открываться и закрываться.

Упрощенная схема повышающего преобразователя с MOSFET транзистором с каналом n-типа между источником питания и входом повышающего преобразователя для защиты от короткого замыкания Рисунок 2 – Упрощенная схема повышающего преобразователя с MOSFET транзистором с каналом n-типа между источником питания и входом повышающего преобразователя для защиты от короткого замыкания Упрощенная схема повышающего преобразователя с MOSFET транзистором с каналом p-типа между источником питания и входом повышающего преобразователя для защиты от короткого замыкания Рисунок 3 – Упрощенная схема повышающего преобразователя с MOSFET транзистором с каналом p-типа между источником питания и входом повышающего преобразователя для защиты от короткого замыкания

Защита с коммутатором нагрузки

Коммутатор нагрузки – это мощный MOSFET транзистор с дополнительной микросхемой. Дополнительные функции могут включать в себя накачку заряда и переключение уровня для смещения затвора MOSFET транзистора, также функции защиты от перегрузки по току, которые выключают коммутатор при очень больших токах. Использование коммутатора нагрузки имеет следующие преимущества перед использованием MOSFET транзистора:

  • уменьшается количество используемых компонентов;
  • уменьшается размер печатной платы;
  • уменьшается сложность конструкции, так как вам не нужно добавлять дополнительную схему управления.

Контроллеры повышающих преобразователей со встроенной защитой

Реальные повышающие преобразователи управляются микросхемой, которая регулирует преобразование напряжения. Некоторые из этих микросхем контроллеров повышающих преобразователей уже имеют встроенные механизмы защиты, такие как коммутация нагрузки. Использование контроллера со встроенной защитой упрощает конструкцию, уменьшает количество используемых компонентов и уменьшает размер печатной платы. В качестве примера микросхем повышающих преобразователей, в которые включены функции защиты, можно привести LM4510 и TPS61080 от Texas Instruments.

Упрощенный пример использования микросхемы повышающего преобразователя со встроенной защитой Рисунок 5 – Упрощенный пример использования микросхемы повышающего преобразователя со встроенной защитой

Защита с предохранителем

Предохранитель может быть размещен на входе или на выходе повышающего преобразователя для защиты от короткого замыкания в цепи нагрузки. Смотрите рисунок 6 в качестве примера.

Защита с помощью предохранителей на входе повышающего преобразователяЗащита с помощью предохранителей на выходе повышающего преобразователя Рисунок 6 – Защита с помощью предохранителей на входе или выходе повышающего преобразователя. Обратите внимание, что защитные цепи на коммутаторе нагрузки и MOSFET транзисторе также могут быть размещены между выходом преобразователя и нагрузкой, как изображена защитная цепь на предохранителе.

Автор рекомендует использовать другие подходы, описанные в данной статье, так как конструкция с предохранителем доставляет больше неудобств. Если произойдет короткое замыкание, предохранитель сгорит и потребуется его замена. Схемы, построенные на дополнительных защитных MOSFET транзисторах, коммутаторах нагрузки или интегрированной защите, не требуют замены каких-либо компонентов, если конвертеры работают правильно. Эти технические решения сохранят конечному пользователю время и деньги, необходимые для замены сгоревшего предохранителя. Кроме того, предохранители не срабатывают так быстро, как можно было бы ожидать, прочитав документацию. Это может привести к выходу из строя компонентов и проводников до того момента, когда сгорит предохранитель. Схемы, использующие MOSFET транзисторы, коммутаторы нагрузки и микросхемы со встроенной защитой, могут отключить нагрузку за микросекунды или быстрее, обеспечивая дополнительную безопасность и надежность для схемы. Тем не менее, решение с предохранителем может быть простым и дешевым для реализации.

Заключение

Повышающие преобразователи используются везде, но страдают от уязвимости к коротким замыканиям в цепи нагрузки. Данная статья обсуждает несколько подходов к устранению этой уязвимости, включая использование MOSFET транзисторов, коммутаторов нагрузки, микросхем со встроенной защитой и предохранителей для отключения повышающего преобразователя в случае короткого замыкания в цепи нагрузки.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector