Режим ХХ трансформатора

Режим ХХ трансформатора рассмотрим на практическом режиме отключения нагрузки. В этом режиме путем проведения специальных измерений (опыт ХХ) могут быть оценены важные технико-эксплуатационные параметры трансформатора. Анализ режима ХХ позволяет выявить основные физические процессы в трансформаторе, знание которых важно для других режимов.

Рисунок 10.4 – Электрическая схема трансформатора

U₁(t)_хх= -е₁₀(t)- е_10S(t)+ i₁₀(t)*r₁ (10.18)

В режиме ХХ трансформатор подключается под номинальное напряжение, то напряжение, при котором предусматривается работа трансформатора:

(10.19)

Для дальнейшего рассмотрения и составления электрической модели трансформатора удобно ЭДС E_10S за счет рассеяния трактовать как падение напряжения на чисто реактивном сопротивлении индуктивности рассеяния в цепи первичной обмотки jI₁₀X₀.Тогда:

(10.20)

Для построения векторной диаграммы за точку отправления возьмем направление вектора магнитного потока

Рисунок 10.5 – Пример векторной диаграммы

При действии в магнитном проводнике переменного магнитного потока совершается работа по перемагничиванию реального магнитного материала (явление гистерезиса) и расходуется энергия на нагревание сердечника, возникающее в нем из-за появления вихревых токов (токов Фуко). В этой связи I_10xx имеет две составляющих:

- активную (отражает потери на гистерезис и вихревые токи)

- составляющую в виде тока намагничивания I_μ, которую создает основной магнитный поток.

Пользуясь представленным выше уравнением (10.20) и поясняющей его векторной диаграммой трансформатора на ХХ (Рисунок 10.5), можно поставить в соответствие следующую его схему замещения (эквивалентную схему, электрическую модель трансформатора).

Рисунок 10.6 – Эквивалентная схема замещения трансформатора

Приведенная эквивалентная схема является строгим электрическим аналогом реального трансформатора, если должным образом определены величины сопротивлений:

r₁, x₁, r₀, x₀.

Эта схема позволяет производить все электрические расчеты токов, U, P, углов запаздывания и т.д.

10.4.Рабочий режим трансформатора: уравнение равновесия намагничивающих сил (УРНС)

В рабочем режиме трансформатор подключен под полное номинальное напряжение.

Рисунок 10.7 – Электрическая схема трансформатора

→ → → →

E₂=> I₂=> F₂ => Ф₂↔Ф(t) =>

Совокупный магнитный поток и совокупная магнитная сила определяется как результат взаимодействия Ф₁ и Ф₂ и F₁ и F₂.

(10.21)

(10.22)

Можно убедиться, что при любом рабочем режиме суммарная намагничивающая сила первичной и вторичной обмотки должна быть точно такой же как и в режиме ХХ. В таком случае, для рабочего режима трансформатора справедливо следующее уравнение равновесия намагничивающих сил (УРНС):

→ → →

F₁+F₂= F₁₀ (10.23)

→ → →

I₁*W₁+ I₂*W₂=W₁*I₁₀ (I₁₀ – ток ХХ) (10.24)

Удобно найти из этого уравнения значение I₁, выраженное через I₂, и являющееся техническим параметром трансформатора I₁₀ (ток ХХ).

→ → → → →

I₁= I₁₀- I₂ (W₁/W₂) = I₁₀- I′₂ (10.25)

→ →

где I′₂= I₂/n, где n=W₁/W₂.

→ → →

I₁= I₁₀- I′₂ (УРНС). (10.26)

УРНС позволяет наметить Т-образную схему замещения трансформаторов.

Рис 10.8 – Т-образная схема замещения трансформатора

Физические процессы в трансформаторе в рабочем режиме наглядно поясняет векторная диаграмма, соответствующая УРНС, которое удобно записать в форме:

→ → →

I₁*W₁= W₁*I₁₀ - I₂* W₂ (10.27)

Рисунок 10.9 – Векторная диаграмма работы трансформатора

10.5.Рабочий режим трансформатора: эквивалентная схема

При формировании эквивалентной схемы необходимо обеспечить ее преемственность в схеме замещения трансформатора для ХХ. Кроме того, поиск схемы замещения будем осуществлять с учетом выявленной ранее возможности построения Т-образной эквивалентной схемы трансформатора.

Рисунок 10.10 – Эквивалентная схема трансформатора в рабочем режиме

Эквивалентную схему можно построить, пользуясь следующими уравнениями:

(уравнение электрического воздействия) (10.28)

(10.29)

10.14.Рабочий режим трансформатора: векторная диаграмма при нагрузке индуктивного характера

Рисунок 10.11 - Векторная диаграмма при нагрузке индуктивного характера

отстает от на 90

отстает от его задающего тока на угол запаздывания α. Ток отстает от создающей его ЭДС = .

переносим параллельно вверх к для построения . Переносим вверх, получаем - . • -вектор параллельный . Повернем его на 90 получаем j .

10.7.Рабочий режим трансформатора: векторная диаграмма при емкостном характере нагрузки.

Рисунок 10.12 - Векторная диаграмма при емкостном характере нагрузки

Изменится , он не отстает от , а идет впереди.

Элементы схемы замещения трансформатора оценивают по данным измерений, выполняемым при проведении специально организованных опытов ХХ и КЗ.