Электрические машины. Часть 1: Трансформаторы (стр. 3 )

В трансформаторах с масляным охлаждением магнитопровод с обмотками помещен в бак, наполненный трансформаторным маслом (рис. 13). Трансформаторное масло, омывая обмотки 2 и 3 и магнитопровод 1, отбирает от них теплоту и, обладая более высокой теплопроводностью, чем воздух, через стенки бака 4 и трубы радиатора 5 отдает ее в окружающую среду. Наличие трансформаторного масла обеспечивает более надежную работу высоковольтных трансформаторов, так как электрическая прочность масла намного выше, чем воздуха. Масляное охлаждение интенсивнее воздушного, поэтому габариты и вес масляных трансформаторов меньше, чем у сухих трансформаторов такой же мощности.

Рис. 13 Устройство трансформатора с масляным охлаждением

В трансформаторах мощностью до 20—30 кВ·А применяют баки с гладкими стенками. У более мощных трансформаторов для увеличения охлаждаемой поверхности стенки бака делают ребристыми или же применяют трубчатые баки. Масло, нагреваясь, поднимается вверх, а, охлаждаясь, опускается вниз. При этом масло циркулирует в трубах, что способствует более быстрому его охлаждению.

Для компенсации объема масла при изменении температуры, а также для защиты масла от окисления и увлажнения при контакте с воздухом в трансформаторах применяют расширитель 9, представляющий собой цилиндрический сосуд, установленный на крышке бака и сообщающийся с ним. Колебания уровня масла с изменением его температуры происходят не в баке, который всегда заполнен маслом, а в расширителе, сообщающемся с атмосферой.

В процессе работы трансформаторов не исключена возможность возникновения в них явлений, сопровождающихся бурным выделением газов, что ведет к значительному увеличению давления внутри бака, поэтому во избежание повреждения баков трансформаторы мощностью 1000 кВ·А и выше снабжают выхлопной трубой, которую устанавливают на крышке бака. Нижним концом труба сообщается с баком, а ее верхний конец заканчивается фланцем, на котором укреплен стеклянный диск. При давлении, превышающем безопасное для бака, стеклянный диск лопается и газы выходят наружу.

В трубопровод, соединяющий бак масляного трансформатора с расширителем, помещено газовое реле. При возникновении в трансформаторе значительных повреждений, сопровождаемых обильным выделением газов (например, при коротком замыкании между витками обмоток), газовое реле срабатывает и замыкает контакты цепи управления выключателя, который отключает трансформатор от сети. Обмотки трансформатора с внешней цепью соединяют вводами 7 и 8. В масляных трансформаторах для вводов обычно используют проходные фарфоровые изоляторы.

Такой ввод снабжен металлическим фланцем, посредством которого он крепится к крышке или стенке бака. К дну бака прикреплена тележка, позволяющая перемещать трансформатор в пределах подстанции. На крышке бака расположена рукоятка переключателя напряжений 6 .

Свойства трансформатора определяются его номинальными параметрами: 1)номинальное первичное линейное напряжение U1ном, В или кВ; 2) номинальное вторичное линейное напряжение U2ном(напряжение на выводах вторичной обмотки при отключенной нагрузке и номинальном первичном напряжении), В или кВ; 3) номинальные линейные токи в первичной I1ном и вторичной I2ном обмотках, А; 4) номинальная полная мощность Sном, кВ·А (для однофазного трансформатора Sном =U1ном I1ном, для трехфазного – ).

Номинальные линейные токи вычисляют по номинальной мощности трансформатора: для трехфазного трансформатора

,        (3)

где — номинальная мощность трехфазного трансформатора, кВ·А.

Каждый трансформатор рассчитан для включения в сеть переменного тока определенной частоты. В России трансформаторы общего назначения рассчитаны на частоту f = 50 Гц (в некоторых других странах f = 60 Гц), в устройствах автоматики и связи применяют трансформаторы на частоты 50, 400 или 1000 Гц.

Лабораторная работа № 1.

Испытание однофазного трансформатора по методу холостого хода и короткого замыкания.

Цель работы: исследовать характеристики трансформатора при работе его в режимах холостого хода и короткого замыкания.

Определение коэффициента трансформации
однофазного трансформатора.

Электрическая схема соединений.

Описание электрической схемы соединений.

Автотрансформатор А1 используется в качестве регулируемого источника синусоидального напряжения промышленной частоты.

Один из однофазных трансформаторов трехфазной трансформаторной группы  А2 является испытуемым.

С помощью мультиметров блока Р1 контролируются напряжения первичной и вторичной обмоток испытуемого трансформатора.

Перечень аппаратуры.

Обозначение	Наименование	Тип	Параметры
А1	Регулируемый автотрансформатор	318.1	~ 0…240 В  / 2 А
А2	Трёхфазная трансформаторная группа	347.1	3×80 В⋅А; 230 В/242,235, 230, 226, 220, 133, 127 В
Р1	Блок мультиметров	508.2	3 мультиметра 0...1000 В  / 0...10 А  / 0…20 МОм

Указания по проведению эксперимента.

Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания. Соедините гнезда защитного заземления "" устройств, используемых в эксперименте, с гнездом "РЕ" автотрансформатора А1. Соедините электрическим шнуром приборную вилку электропитания «220 В» автотрансформатора А1 с розеткой однофазной трехпроводной электрической сети питания напряжением 220 В. Соедините аппаратуру в соответствии с электрической схемой соединений. Поверните регулировочную рукоятку автотрансформатора А1 в крайнее против часовой стрелки положение. В трехфазной трансформаторной группе А2 переключателем установите желаемое номинальное вторичное напряжение трансформатора, например, 127 В. Включите выключатели «СЕТЬ» блока мультиметров Р1 и автотрансформатора А1. Активизируйте мультиметры блока Р1, задействованные в эксперименте. Вращая регулировочную рукоятку автотрансформатора А1, выставьте напряжение U1 на его выходе (выводах первичной обмотки испытуемого однофазного трансформатора) равным, например 220 В. Измерьте с помощью мультиметра блока  Р1 напряжение U2  на выводах вторичной обмотки испытуемого однофазного трансформатора. Отключите выключатели «СЕТЬ» блока мультиметров Р1 и автотрансформатора А1. Вычислите искомый коэффициент трансформации однофазного трансформатора по формуле:  KТР = U1 / U2.

Снятие и определение характеристик холостого хода I0=f(U), Р0=f(U), cosц0=f(U) однофазного трансформатора.

Общие теоретические положения.

Холостым ходом трансформатора называют такой режим его работы, когда его первичная обмотка присоединена к сети переменного тока, а вторичная разомкнута. По первичной обмотке протекает ток холостого хода I0, который создает магнитный поток, имеющий две составляющие. Первая составляющая Ф представляет собой поток, замыкающийся по сердечнику и сцепленный как с первичной, так и со вторичной обмотками. Этот переменный поток индуктирует в обмотках ЭДС Е1 и Е2 . Вторая составляющая магнитного потока проходит частично по воздуху. Она называется потоком рассеяния. Поток рассеяния  сцеплен только с первичной обмоткой и вызывает в ней дополнительную ЭДС, которую обычно учитывают посредством ведения понятия индуктивного сопротивления рассеяния первичной обмотки.

Магнитное сопротивление для потока рассеяния в основном определяется сопротивлением пути потока по воздуху, поэтому поток рассеяния пропорционален току I0 и совпадает с ним по фазе.

Ток холостого хода имеет две составляющих – реактивную намагничивающую IР и активную . Составляющая IР является намагничивающим током, который совпадает по фазе с потоком. Величина намагничивающего тока по закону магнитной цепи связана с амплитудой потока соотношением

  ,  (1.1)

где RM – магнитное сопротивление стального сердечника.

Полный ток холостого хода

    (1.2)

Ток холостого хода силовых трансформаторов мал и обычно не превышает нескольких процентов от номинального значения первичного тока I1Н.

Падение напряжения в первичной обмотке вследствие небольшого тока холостого хода невелико. Поэтому с большой степенью точности можно записать: и . На векторной диаграмме откладывается вектор , равный и противоположный вектору  Е1.

Составляющая тока холостого тока определяется потерями в стальном сердечнике: Сдвиг фаз ц0 близок к .

Так как напряжение сети обычно поддерживается неизменным, то, учитывая равенство , приходим к выводу, что амплитуда основного магнитного потока  при холостом ходе есть тоже величина неизменная. Амплитуда магнитного потока