Файл: Пиотровский Л.М. Электрические машины учебник.pdf

заданным, намагничивающий ток іЩх. Ток г0и, является главной со­ ставляющей тока холостого хода, причем вектор тока /0(1 совпадает

по фазе с вектором потока Ф0т (рис. 11-8, в). По закону полного тока (§ 2-1)

Фо = KQ = ІщЛ.,

где Л — проводимость магнитной цепи трансформатора, а Q — попе­

затем сталь начинает насыщаться, и проводимость Л уменьшается. Соответственно этому ток і0|і изменяется пропорционально потоку <р0, т. е. синусоидально, лишь до тех пор, пока Л = const, при умень­ шении Л требуется значительное увеличение намагничивающего тока іВіх, чтобы получить необходимый магнитный поток ф0.

Построение намагничивающего тока произведено на рис. 11-8, а по магнитной характеристике трансформатора. На синусоиде потока ф0 взяты три точки а, Ъ, с и графически определены соответст­ вующие этим точкам намагничивающие токи, как это показано стрел­ ками.

Форма намагничивающего тока і0[Хв насыщенном трансформаторе отличается от синусоиды и имеет пикообразный характер. Но на век­ торной диаграмме могут быть показаны только синусоидальные ве­ личины. Поэтому функцию тока і0(1 = / (t) на рис. 11-8, а разлагают в ряд и принимают в расчет только первую гармоническую с дейст­

важное значение для определения взаимной связи величин, харак­ теризующих работу трансформатора.

Пример. Пусть в однофазном трансформаторе увеличился зазор в стыке между стержнем и ярмом, вследствие чего магнитная проводимость Л на пути потока ф0 в сердечнике уменьшилась.

Требуется выяснить, как при этом изменяется поток Фдт и І 0[х, если пред­ полагать, что напряжение Uy и частота / сети, питающей трансформатор, оста­ лись без изменения?

При заданном напряжении Ux по условию равновесия напряжений и э. д. с. Еу не может измениться; точно так же при заданной частоте / не может изме­ ниться и поток Фопг [формула (11-31)], а так как Фогп = / 0цЛ, то ток / 0(1 должен

с учетом потерь от гистерезиса показано на рис. 11-8, б. Для этой цели используется восходящая и нисходящая ветви магнитной ха­ рактеристики. Зависимость намагничивающего тока получается несимметричной относительно оси ординат. Кроме того, должна быть учтена составляющая тока іов.т, необходимая для покрытия потерь от вихревых токов. Результирующий ток холостого хода і0 показан на рис. 11-8, б. Для возможности построения векторной диаграммы необходимо выделить первую гармоническую тока холостого хода ід,

184

Активная составляющая тока холостого хода, соответствующая

форматорах ток / 0 небольшой, не превышает 10% номинального тока в трансформаторах малой мощности и 2,5—3% в трансформа­ торах большой мощности (табл. 12-1). Это объясняется тем, что сердечник силового трансформатора не имеет зазора, подобного за­ зору вращающейся машины, а из расчета магнитной цени машины (см. § 2-5) следует, что даже при весьма небольшом зазоре намагни­ чивающая сила Р6 составляет главную часть намагничивающей силы всей машины.

Эксплуатационное значение тока і0 определяется тем, что по своему характеру он является почти чисто индуктивным током, содержащим ряд высших гармонических. При заданных условиях работы энергосистемы индуктивный ток уменьшает коэффициент мощности системы и этим снижает долю активной мощности, переда­ ваемой или распределяемой системой, а высшие гармонические тока г0 могут оказать неблагоприятное влияние на работу системы. Поэтому вопрос о величине и форме тока і0 имеет существенное значение.

Д. Векторная диаграмма. Упрощенная векторная диаграмма напряжений и э. д. с. в соответствии с уравнением (11-26) представ­ лена на рис. 11-8, в.

После того как определены составляющие тока холостого хода и взаимное положение векторов /0 и Ф0 при необходимости может

Вектор І0г1 совпадает по направлению с вектором /0, а вектор Еа1

отстает от вектора Ід на п/2. Согласно уравнению (11-25), для того чтобы получить вектор Ux, необходимо произвести сложение векто­

ров — Èlt І0г1 и —Éal. Полная векторная диаграмма напряжений и э. д. с. трансформатора в режиме холостого хода приведена на рис. 11-8, г.

11-4. Потери холостого хода

При холостом ходе трансформатор не совершает полезной работы, поэтому подведенная мощность Р 0 затрачивается только на покры­ тие потерь холостого хода, которые состоят из потерь в первичной обмотке Р Э1, основных потерь в стали Рс и добавочных потерь холо­ стого хода Рд. В силовых трансформаторах потерями Р э1 можно пренебречь, с этим видом потерь следует считаться только в транс­ форматорах малой мощности (до 100 в-а). Таким образом, мощность

185

холостого хода практически равна только потерям в стали, т. е.

На основные потери в стали трансформаторов распространяется все, что было сказано относительно потерь в стали электрических машин (§ 6-3). Следует особо отметить, что в последнее время начала широко применяться холоднокатаная трансформаторная сталь, обла­ дающая, по сравнению с горячекатаной трансформаторной сталью, лучшими магнитными характеристиками в направлении проката стального листа, но худшими в направлении поперечном прокату. Поэтому при сборке сердечника применяются особые приемы, не­ сколько более сложные и трудоемкие, чем в трансформаторах из горячекатаной стали (рис. 10-6). Кроме того, холоднокатаная сталь дороже горячекатаной, но в целом она позволяет получить транс­ форматор меньшей массы и меньших габаритов, что особенно ценно

втрансформаторах большой мощности.

Бтрансформаторе частота перемагничивания сердечника равна частоте приложенного напряжения и является величиной неизмен­ ной, поэтому в соответствии с формулой (6-7) потери в стали зависят

только от амплитудного значения Вт индукции во второй степени. Так как в выполненном трансформаторе сечение Q Сердечника не подвергается изменению, то Вт — Ф0т/() зависит только от Ф0т.

Согласно уравнению (11-31), амплитуда магнитного потока про­ порциональна действующему значению э. д. с.* таким образом,

Добавочные потери холостого хода возникают: в стали, вслед­ ствие изменения структуры листов при механической обработке; в местах стыков и в местах расположения шпилек вследствие нерав­ номерного распределения индукции;, в конструктивных деталях от потоков рассеяния и в изоляции трансформаторов высокого напря­ жения.

Добавочные потери холостого хода не поддаются точному рас­ чету. Исследования показывают, что в сердечниках трансформато­ ров из горячекатаной стали добавочные потери холостого хода зна­ чительно возрастают при индукции свыше 1,5 тл. При индукции 1,45—1,47 тл эти потери составляют 15—20% от основных по­ терь Рос.

По сравнению с номинальной мощностью трансформатора мощ­ ность холостого хода Р0 невелика (см. табл. 12-1), и тем не менее она имеет очень важное эксплуатационное значение. Это объясняется тем, что, как будет показано дальше (§ 14-4), потери в стали почти не зависят от нагрузки трансформатора, т. е. они имеют место все время, пока трансформатор включен на сеть, независимо от того, нагружен трансформатор, или он работает вхолостую. Так как сило­ вые трансформаторы отключаются от сети только в редких случаях и трансформация электроэнергии обычно происходит в несколько

186

ступеней (например, от Волховской ГЭС к потребителю в Ленинграде в три — четыре ступени), то потери в стали, если не принять мер к их ограничению, могут существенно ухудшить работу энергоси­ стемы.

11-5. Опыт холостого хода

Опыт производится по схеме рис. 11-9. Обычно синусоидальное напряжение подводится к обмотке низшего напряжения. Посредством вольтметров Ѵх и Ѵ2 амперметра А и ваттметра W измеряется первич­ ное и вторичное напряжения Uх и С/20, ток холостого хода / 0 и мощ­ ность холостого хода Р 0; частотомер F служит для контроля частоты.

нальному напряжению U1H.

Из опыта холостого хода может быть определен также коэффи­ циент трансформации к трансформатора, равный отношению э. д. с. обмотки высшего напряжения к э. д. с. обмотки низшего напряже­ ния. Если обмотка высшего напряжения является первичной, а об­

187