Уравнение электрического состояния схема замещения

Принцип действия трансформатора

Принцип действия трансформатора. Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. Простейший трансформатор состоит из стального магнитопровода 2 (рис. 212) и двух расположенных на нем обмоток 1 и 3. Обмотки выполнены из изолированного провода и электрически не связаны. К одной из обмоток подается электрическая энергия от источника переменного тока. Эту обмотку называют первичной. К другой обмотке, называемой вторичной, подключают потребители (непосредственно или через выпрямитель).

При подключении трансформатора к источнику переменного тока (электрической сети) в витках его первичной обмотки протекает переменный ток i1, образуя переменный магнитный поток Ф. Этот поток проходит по магнитопроводу трансформатора и, пронизывая витки первичной и вторичной обмоток, индуцирует в них переменные э. д. с. е1 и е2. Если к вторичной обмотке присоединен какой-либо приемник, то под действием э. д. с. е2 по ее цепи проходит ток i2.

4. Холостой ход трансформатора: уравнение электрического состояния, схема замещения и векторная диаграмма

Режим холостого хода трансформатора имеет место, когда разомкнута цепь его вторичной обмотки, в обмотке нет тока и она не оказывает влияния на режим работы первичной обмотки. Уравнение электрического состояния первичной цепи трансформатора при холостом ходе

U1 = — E1 + I1r1 + jI1x1.

Напряжение на выводах вторичной обмотки при холостом ходе трансформатораU2 = E2.

Рис. 8.4. Схема замещения (а) и векторная диаграмма (б) холостого хода трансформатора

Опыт холостого хода. Для выяснения соответствия действи­тельных значений тока холостого хода, потерь мощности в магнитопроводе и коэффициента трансформации расчетным данным вновь спроектированного и изготовленного трансформатора проводят опыт холостого хода. Этот опыт иногда проводят для выяснения указанных выше параметров трансформаторов, паспортные данные которых отсутствуют. Схема опыта холостого хода изображена на рис. 8.5. В соответствии с паспортными данными трансформатора устанавливают напряжение на первичной обмотке, равное номинальному значению, после чего записывают показания приборов. Амперметр измеряет ток холостого хода I10, ваттметр — потери мощности в трансформаторе ΔР0 ≈ ΔРст . Отношение показаний вольтметров равно коэффициенту трансформации трансформатора n ≈ U1/U2. Поскольку ток холостого хода и активное сопротивление первичной обмотки малы, потери в ней незначительны и намного меньше потерь в магнитопроводе трансформатора. По этой причине можно считать, что ваттметр измеряет мощность потерь в магнитопроводе трансформатора. На основании опытных данных можно определить r0, x0, z0, а также значения тока Iр и Iа . Если пренебречь r1 и х1 (так как r1

Дата добавления: 2015-06-10 ; просмотров: 1647 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Режимы работы и схема замещения трансформатора

Схема замещения трансформатора позволяет отдельно расчитывать цепи первичной и вторичных обмоток. В схему замещения трансформатора входят поля рассеивания магнитного потока, а вторичные цепи пересчитываются в первичную через коэффициенты трансформации.

Для составления схемы замещения возьмём трансформатор с двумя обмотками: первичной с количеством витков W₁ для подключения к сети питания и вторичной с количеством витков W₂ для подключения нагрузки. Его упрощенное устройство показано на рисунке 1.

Рисунок 1 Упрощенное устройство трансформатора

Принципиальная схема подключения нагрузки к источнику питания через трансформатор приведена на рисунке 2.

Рисунок 2 Принципиальная схема подключения нагрузки через трансформатор

Для создания схемы замещения трансформатора нам потребуются три режима его работы: режим холостого хода (ХХ), рабочий режим (номинальный режим) и режим короткого замыкания (КЗ). Режимы холостого хода и короткого замыкания трансформатора позволяют определить значения элементов схемы замещения трасформатора. Рассмотрим работу трансформатора в этих режимах.

Режим холостого хода трансформатора (ХХ)

В этом режиме сопротивление нагрузки равно бесконечности, в результате чего можно не учитывать вторичную обмотку и трансформатор работает как обычная катушка индуктивности с ферромагнитным сердечником. Кроме того, в режиме холостого хода трансформатора определяют его коэффициент трансформации. Схема замещения трасформатора в режиме холостого хода приведена на рисунке 3.

Рисунок 3 Схемы замещения трансформатора для режима холостого хода:
а — последовательная схема замещения,
б — параллельная схема замещения

На эквивалентных схемах трансформатора, приведенных на рисунке 2, показаны:

Индуктивность первичной обмотки, которая вместе с потерями в сердечнике влияет на к.п.д. трансформатора, можно рассчитать по следующей формуле:

(1)

Параллельная эквивалентная схема трансформатора более удобна по сравнению с последовательной для построения векторной диаграммы напряжений и токов для реальной катушки индуктивности. Эта диаграмма приведена на рисунке 3.

Рисунок 3 Векторная диаграмма напряжений и токов трансформатора в режиме холостого хода

Здесь δ — угол потерь в магнитопроводе
X₁ — сопротивление индуктивности рассеяния L_S1.

Обратите внимание, что в этом режиме работы трансформатора вектор ЭДС индуцированный в обмотке W₂ (напряжение во вторичной обмотке) совпадает по фазе с e_L, а напряжение U₁, подаваемое на первичную обмотку трансформатора, является суммой э.д.с. на индуктивности первичной обмотки и падения напряжения на сопротивлениях индуктивности рассеивания и активного сопротивления первичной обмотки:

; (2)

Это выражение можно записать немного иначе:

При правильном проектировании трансформатора потери на омическом сопротивлении первичной обмотки малы, поскольку ток холостого хода много меньше номинального. Тогда угол сдвига фаз между током и напряжением (I₁₀ и U₁) определяется потерями в магнитопроводе. Это позволяет из опыта холостого хода и найти угол потерь δ и рассчитать потери в сердечнике.

Трансформатор является обращаемым устройством (первичную и вторичную обмотки можно поменять местами!), поэтому для каждой из обмоток записываем основную формулу трансформаторной ЭДС.

(3)
(4)

Разделив уравнение (3) на (4), получим выражение для коэффициента трансформации:

(5)

Подведем итоги Режим работы трансформатора на холостом ходе позволяет определить:

Коэффициент трансформации

Ток холостого хода I₁₀ (для определения к.п.д.)

Режим короткого замыкания (КЗ)

Этот режим в условиях эксплуатации является аварийным. Он применяется только для экспериментального определения индуктивности рассеивания трансформатора. Измерения проводят в следующей последовательности. Входное напряжение устанавливают равным нулю. Замыкают выходные клеммы (). Плавно поднимают входное напряжение (U₁) до тех пор, пока в обмотках не установятся номинальные токи. Величина называется напряжением короткого замыкания, является паспортной величиной трансформатора и обычно составляет 5. 10% от номинального напряжения U_1ном. При этом, ток холостого хода I₁₀ весьма мал по сравнению с номинальным и им можно пренебречь (считать равным нулю). Тогда эквивалентная схема трансформатора в режиме КЗ принимает вид, показанный на рисунке 5.

Рисунок 5 Эквивалентная схема трансформатора в режиме короткого замыкания

Ток холостого хода мы приняли равным нулю , поэтому в эквивалентной схеме трансформатора параллельная цепь L₀r₀ отсутствует. Входное сопротивление трансформатора полностью определяются индуктивностью рассеивания первичной и вторичной обмоток, а также их омическим сопротивлением:

(14)

Результирующее сопротивление — это сопротивление короткого замыкания трансформатора. Зная полное сопротивление короткого замыкания:

можно найти коэффициент передачи трансформатора, а в случае малой индуктивности рассеивания потери мощности в обмотках трансформатора.

Намагничивающая сила, создающая магнитный поток в сердечнике в режиме короткого замыкания (измерительный режим) практически равна нулю:

и если I₁₀ = 0, то откуда находим отношение токов, а значит и коэффициент трансформации по току:

(15)

Знак минус в формуле (15) говорит о том, что магнитные потоки Ф₁ и Ф₂ направлены навстречу друг другу и взаимно компенсируются.

Рабочий режим (нагруженный или номинальный). Если к вторичной обмотке W₂ подключить нагрузку R_н, то ее напряжение U₂ вызовет ток нагрузки I₂, как это показано на рисунке 1б. Токи I₁ и I₂ ориентированы различно относительно магнитного потока Ф₀. Ток I₁ создает поток Ф₁, а ток I₂ создаёт поток Ф₂ и стремится уменьшить поток Ф₁. Иначе говоря, в магнитопроводе появляются магнитные потоки Ф₁ и Ф₂, которые на основании закона Ленца направлены встречно и их алгебраическая сумма даёт: — магнитный поток холостого хода трансформатора.

Отсюда можно записать уравнение намагничивающих сил (закон полного тока):

(6)

Видно, что изменение тока I₂ обязательно приведёт к изменению тока I₁. Нагрузка образует второй контур, в котором ЭДС вторичной обмотки е₂ является источником энергии. При этом, справедливы уравнения:

(7)
(8)

где r₂ — омическое сопротивление вторичной обмотки
х₂ — сопротивление индуктивности рассеяния вторичной обмотки.

По закону Киргофа сумма токов (6) может быть обеспечена параллельным соединением электрических цепей, поэтому в рабочем режиме трансформатор можно представить эквивалентной схемой, приведенной на рисунке 4.

Рисунок 4 Схема замещения трансформатора в рабочем режиме

Эквивалентная схема трансформатора в рабочем режиме, приведенная на рисунке 4 называется Т-образной схемой замещения или приведённым трансформатором. Приведение вторичной обмотки к первичной выполняется при условии равенства полных мощностей вторичных обмоток , или . Из этого равенства можно получить формулы пересчета в первичную обмотку напряжений и токов вторичной обмотки и из них получить приведенные значения сопротивлений нагрузки, вторичной обмотки и индуктивности рассеивания.

(9)
(10)

(11)

(12)

(13)

Токи и напряжения приводятся через коэффициент трансформации, а сопротивления — через квадрат коэффициента трансформации. Можно пересчитать вторичную цепь в первичную или наоборот.

Представление трансформатора в виде эквивалентной схемы позволяет методами теории цепей рассчитать любую, сколь угодно сложную схему с трансформаторами.

Если у трансформатора есть несколько вторичных обмоток, как показано на условно-графическом изображении трансформатора, приведенном на рисунке 6а, то пересчитанные сопротивления нагрузки на эквивалентной схеме соединяются параллельно и его эквивалентная схема принимает вид, показанный на рисунке 6б.

Рисунок 6 Схема замещения трансформатора с двумя вторичными обмотками

При этом значение импеданса (полного сопротивления) вторичных обмоток Z₂ находится как сумма сопротивлений вторичных обмоток и сопротивления их индуктивностей рассеивания:

Понравился материал? Поделись с друзьями!

1. Алиев И.И. Электротехнический справочник. – 4-е изд. испр. – М.: ИП Радио Софт, 2006. – 384с.
2. Схема замещения трансформатора
3. Режимы работы трансформатора
4. Параметры схемы замещения трансформатора

Вместе со статьей «Режимы работы и схема замещения трансформатора» читают:

Электрическая Схема Замещения

В схеме на рис. Рассмотрим применение метода узловых напряжений для расчета электрических цепей более подробно на примере схемы, взятой из предыдущего раздела.

Участок, вдоль которого течет один и тот же ток, называется ветвью электрической цепи. Схемы параллельного соединения приемников лампы резисторами с сопротивлениями R1, R2, R3, получим схему, показанную на рис.

Зажимыab, к которым подключается внешняя часть цепи, называются выходными зажимами источника.
Как читать Элекрические схемы

Расчет сложных электрических цепей методом узловых напряжений производят в следующей последовательности: 1. При параллельном соединении ко всем резисторам приложено одинаковое напряжение U.

В цепи, где r, L, С соединены последовательно, может возникнуть резонанс напряжений, а в цепи, где r, L, С соединены параллельно,— резонанс токов.

Все эти параметры могут быть либо постоянными, либо зависящими от значений и направлений напряжений и токов или от времени.

Зная токи, нетрудно определить напряжение и мощности отдельных элементов.

По этим данным можно определить все параметры схемы замещения трансформатора сопротивления и проводимости , а также потери мощности в нем.

1 3 4 Комплексные схемы замещения идеализированных пассивных элементов

1.5. Режимы работы источника электрической энергии.

Если треугольник сопротивлений R1-R2-R3, включенных между узлами заменить трехлучевой звездой сопротивлений, лучи которой расходятся из точки 0 в те же узлы , эквивалентное сопротивление полученной схемы легко определяется. Удельные активные и реактивные сопротивления r0, х0 определяют по справочным таблицам, так же как и для ВЛ.

Индуктивным называют такой схемный элемент, в котором происходит только накопление магнитной энергии или только обмен магнитной энергией с цепью.

Рассмотрим явление резонанса напряжений на примере цепи рис. Как уже упоминалось выше, это значит, что реальное направление тока противоположно выбранному.

Для проведения расчетов электрических цепей сначала необходимо принципиальную электрическую схему преобразовать в схему замещения, в которой отсутствуют элементы, не влияющие на режим работы схемы.

Для упрощения исследования цепи ее заменяют схемой замещения, которая служит расчетной моделью реальной цепи.

Кабельные линии электропередачи представляют такой же П-образной схемой замещения, что и ВЛ рис. Принципиальная схема устройства и ее схема замещения В принципиальной схеме: Г — генератор электрической энергии, Пр — предохранители, Л — линия электропередачи, П1 — потребитель 1, П2 — потребитель 2, К — ключ, Р — рубильник, В — выключатель.

Если треугольник сопротивлений R1-R2-R3, включенных между узлами заменить трехлучевой звездой сопротивлений, лучи которой расходятся из точки 0 в те же узлы , эквивалентное сопротивление полученной схемы легко определяется.
Схема замещения сети

Как отмечалось, при резонансе ток и напряжение совпадают по фазе, т.

По закону сохранения энергии мощность Р, развиваемая источником, равна мощностиРН, отдаваемой во внешнюю цепь и мощности потерь в источнике Р, то есть. При параллельном соединении ко всем резисторам приложено одинаковое напряжение U.

На схеме выбирают и обозначают контурные токи, таким образом, чтобы по любой ветви проходил хотя бы один выбранный контурный ток исключая ветви с идеальними источниками тока.

В схеме замещения рисунок 4б генератор представлен источником ЭДС и внутренним сопротивлением , а потребители П1 и П2 представлены соответственно сопротивлениями и. Схема замещения эл. Для источника постоянного тока внешняя характеристика представляет собой прямую линию, параллельную оси напряжения рис.

Для проведения расчетов электрических цепей сначала необходимо принципиальную электрическую схему преобразовать в схему замещения, в которой отсутствуют элементы, не влияющие на режим работы схемы. Все эти параметры могут быть либо постоянными, либо зависящими от значений и направлений напряжений и токов или от времени. Для облегчения расчета составляется схема замещения электрической цепи или просто электрическая схема.

Поперечная ветвь схемы ветвь намагничивания состоит из активной и реактивной проводимостей gт и bт. Поэтому для упрощения задачи принимают ряд допущений, позволяющих создать простые математические модели при достаточной точности получаемых результатов.

Элементы цепи, в которых электрическая энергия преобразуется в тепло, характеризуются сопротивлением rили проводимостью g. Для нумерации реальных токов ветвей можно использовать одиночные арабские цифры. В противном случае контурный ток умножается на минус единицу. Приведенные формулы дают возможность определить эквивалентное сопротивление цепи для различных конкретных случаев. Дата добавления: ; просмотров: ;.

Расчет цепей посредством двух законов Кирхгофа 4. Из приведенных формул следует, что токи распределяются между параллельными ветвями обратно пропорционально их электрическим сопротивлениям или прямо пропорционально их проводимостям. I На схеме замещения изображают все элементы, влиянием которых на результат расчета нельзя пренебречь, и указывают также электрические соединения между ними, которые имеются в Цепи. Ветвь — это участок электрической схемы, на котором все элементы соединены последовательно и по которым течет один и тот же ток. Так как в лампах накаливания происходит только необратимое преобразование электроэнергии в тепло и свет, на схеме замещения они представлены эквивалентными идеальными элементамиR1 и R2.
RL ЦЕПЬ │Теория и задача │Переменный ток

Стрелка ЭДС указывает направление движения положительных зарядов внутри источника под действием сторонних сил. Ток в любой ветви можно рассчитать как алгебраическую сумму токов, вызываемых в ней каждым источником электрической энергии в отдельности.

Если управляющие воздействия таких зависимых источников равны нулю, то на их выходе будут равны нулю соответственно ЭДС или токи. Сложнее электрические цепи содержат азветвления 13 Идеальный источник ЭДС: Ид ист ЭДС — источник, напряжение на зажимах которого не зависит от тока 14 Идеальный источник тока: Источник энергии, ток через который не зависит от напряжения на его зажимах 15 Схемы замещения реальных источников энергии: Графическое изображение Эл. В общем случае под резонансом электрической цепи понимают такое состояние цепи, когда ток и напряжение совпадают по фазе, и, следовательно, эквивалентная схема цепи представляет собой активное сопротивление.

Обладает емкостью С, измеряемой в фарадах Ф. Зависимыми источниками ЭДС называют источники, электродвижущая сила которых зависит либо от тока, либо от напряжения на некотором участке цепи. Активная проводимость линии соответствует двум видам потерь активной мощности: от тока утечки через изоляторы и на корону.

Схемы замещения элементов электрических цепей В. Если все эти три процесса происходить при токах и напряжениях постоянных во времени, то такие цепи наз-ся цепями постоянного тока. Величины, которые определяют номинальный режим, заносятся в паспорт источника и называются номинальными, они берутся за основу при расчете электрических схем. Укажем произвольно направления токов.

Например: Если учесть сопротивление утечки реального конденсатора, сопротивление витков реальной индуктивной катушки и внутреннее сопротивление реального источника ЭДС, то можно составить соответствующие схемы замещения этих элементов: Отсюда следует, что все схемы по сути дела являются лишь более или менее точными схемами замещения реальных электрических цепей. Активное сопротивление проводов и кабелей при частоте 50 Гц обычно примерно равно омическому сопротивлению.

Для проведения расчетов электрических цепей сначала необходимо принципиальную электрическую схему преобразовать в схему замещения, в которой отсутствуют элементы, не влияющие на режим работы схемы. При этом следует иметь ввиду, что когда ведут расчет токов, вызванных одним из источников электрической энергии, то остальные источники ЭДС в схеме замещают короткозамкнутыми участками, а источники тока разомкнутыми участками. Преобразование звезды сопротивлений в эквивалентный треугольник Сопротивление стороны эквивалентного треугольника сопротивлений равно сумме сопротивлений двух прилегающих лучей звезды плюс произведение этих же сопротивлений, деленное на сопротивление оставшегося противолежащего луча. Этот метод позволяет уменьшить количество уравнений системы до величины: k-1 , где k — количество узлов сложной электрической цепи.

1. Схемы замещения и векторные диаграммы электрической цепи идеализированного дросселя

В схеме замещения рисунок 4б генератор представлен источником ЭДС и внутренним сопротивлением , а потребители П1 и П2 представлены соответственно сопротивлениями и. Схемы последовательного соединения приемников Последовательное соединение резисторов. Это означает, что действительное направление тока противоположно выбранному нами. Она состоит из совокупности различных идеализированных элементов, выбранных так, чтобы можно было с хорошим приближением описать процессы эл.

Пусть требуется определить токи в параллельных ветвях при известном суммарном токе рис. Цепи разветвленные; в по количеству источников электрической энергии — цепи с одним и несколькими источниками; г по виду вольтамперных характеристик элементов — цепи линейные, цепи нелинейные. ПОИСК Схема замещения электрической цепи Схема электрической цепи, которую составляют для расчета режима работы цепи, называют схемой замещения. Внешняя характеристика резистивного элемента, связывающая падение напряжения на нем с проходящим через него током, определяется законом Ома.
09 Расчёт токов короткого замыкания — Электроснабжение населённого пункта