Какие причины вызывают изменение вторичного напряжения трансформатора при изменении тока нагрузки

Вопрос 6: Объяснить причины и характер изменения напряжения вторичной обмотки при изменении нагрузки.

Если напряжение U₁=U_1ном неизменно, то при изменении Z₂ будут изменяться напряжения и токи первичной и вторичной обмоток трансформатора. Чтобы определить изменение напряжения вторичной обмотки, его обычно приводят к числу витков первичной обмотки: U י ₂=(w₁/w₂)U₂. Изменением напряжения называют разность действующих значений приведенного вторичного напряжения U י ₂ в режиме холостого хода и при заданном комплексном сопротивлении Z₂. В режиме холостого хода U י ₂ = U_1ном . Поэтому :

Внешней характеристикой тр-ра называют зависимость U₂=f(I₂) при постоянном коэффициенте cos φ₂ и постоянном U_1ном .

Обычно его выражают в относительных единицах U₂/U_2ном = f(I₂). Эта зависимость дается уравнением:

где к_З = I₂/I_2ном — коэффициент загрузки трансформатора.

При изменении коэффициент загрузки трансформатора в пределах 0З2 изменяется всего на несколько процентов.

Уменьшение напряжения U₂ происходит из–за падения напряжения на внутренних сопротивлениях обеих обмоток трансформатора.

В трансформаторах малой мощности рассеяние незначительно и внутреннее сопротивление обмоток чисто активное. В этом случае изменение напряжения :

Вопрос 7: Как определяется кпд силовых трансформаторов?

Ответ7:Потери в трансформаторе по природе аналогичны потерям в катушке с сердечником.

Это тепловые потери за счет нагрева проводов обмотки, потери на гистерезис и на вихревые токи.

В нашем опыте сопротивление нагрузки чисто активное, поэтому cos φ₂=1.

Однако т.к. Р₁ и Р₂ близки при таком расчете допускается большая ошибка.

В номинальном режиме более точное измерение достигается путем измерения непосредственно потерь. Мощность Р₁ = Р₂ + Рм + Р_Э

где Рм и Р_Э магнитные и электрические потери соответственно .

При номинальных значениях первичных напряжения U_1ном и тока I_1ном магнитные потери в магнитопроводе и электрические потери в проводах равны практически активным мощностям трансформатора в опытах холостого хода и короткого замыкания соответственно:

Рм = Р₀ — измеряется в опыте холостого хода,

Р_Э – Р_КЗ — измеряется в опыте короткого замыкания.

В общем случае необходимо включить в цепь нагрузки ваттметр.

КПД трансформатора зависит от коэффициента мощности cosφ₂ и коэффициента загрузки Кз =I₂/I₂ном.

КПД силовых трансформаторов составляет обычно 70 — 99%.

опрос 8. Объяснить особенности конструкции и принципа действия автотрансформаторов.

Автотрансформатор представляет собой трансформатор, у которого обмотка низкого напряжения является частью обмотки высокого напряжения. На общий магнитопровод наматывают катушки с отводом от части витков. Принципиальная схема автотрансформатора представлена на рис 8-1.

В автотрансформаторе цепи первичной и вторичной обмоток имеют не только магнитную, но и электрическую связь.

Для автотрансформатора так же справедливо соотношение :

При включении нагрузки во вторичной цепи в цепи возникает ток I₂.Магнитный поток сердечника Фmтак же постоянен и равен потоку холостого хода.

Уравнение для МДС имеет вид:

I₁-ток первичной цепи(участок А-а) с числом витков =(w₁-w₂),

I₁₂ – ток через обмоткуw₂ (участок а-х)

слиw₁/w₂ ≈1, то ток в проводах обмотки на участке (а-х)I₁₂≈0.

Напряжение на нагрузке U₂=w₂/w₁ ·U₁, поэтому при постоянномU₁ изменяяw₂можно изменятьU₂.

Обычно автотрансформаторы изготавливают с несколькими отводами или с устройством плавного регулирования положения отвода(ЛАТР).

При одинаковых мощностях автотрансформатор имеет меньшие габариты и вес по сравнению с обычными трансформаторами.

Автотрансформаторы используют в качестве регуляторов напряжения при пуске мощных асинхронных и синхронных двигателей, в сварочных аппаратах.

Однако, исходя из требований ТБ ,наличие электрической связи является недостатком.

Тема № 6: ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ.

Цели работы: 1.Изучить устройство и принцип действия трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором;

2. Ознакомиться с методом непосредственного пуска двигателя и измерить пусковой ток;

3. Снять рабочие характеристики двигателя и на их основе дать оценку двигателя.

Работа выполняется на универсальном стенде, в котором смонтированы лабораторный автотрансформатор, выпрямитель, ламповая нагрузка, коммутационная аппаратура и необходимые приборы. Электрическая цепь стенда представлена на рис. 22.

Трехфазный асинхронный двигатель М расположен за стендом. В качестве нагрузки двигателя используется генератор постоянного тока независимого возбуждения G, соединенный с двигателем муфтой. Генератор нагружается ламповым реостатом EL1 – EL7. Регулирование тока возбуждения генератора осуществляется лабораторным автотрансформатором Т, во вторичную цепь которого включен мостовой выпрямитель.

На стенде установлены приборы переменного тока РА1, РА2, РW для измерения фазного тока , пускового тока, мощности, а также приборы постоянного токаРV2, РА4, РА3 для измерения напряжения , токаи тока возбуждениягенератора, причем показания амперметраРА3 не используются.

Частота вращения ротора двигателя измеряется дистанционным тахометром, не показанном на схеме. Тахометр имеет поправочный коэффициент 2/3, на который умножаются его показания. Цена наименьшего деления тахометра составляет 20 об/мин.

Изменение вторичного напряжения трансформатора Изменение вторичного напряжения

При изменении нагрузки трансформатора происходит и изменение его вторичного напряжения. Изменением вторичного напряжения называется алгебраическая разность значений вторичного напряжения при х.х. U₂₀ и нагрузке U₂ в процентах от напряжения при х.х. U₂₀: . (2.75) А так как при х.х. практически отсутствуют падения напряжения в обмотках, то и при номинальном значении: . (2.76) Рис. 2.23. Упрощённая векторная диаграмма На практике изменение вторичного напряжения выражают через составляющие напряжения короткого замыкания. Для определения изменения вторичного напряжения воспользуемся упрощённой векторной диаграммой (рис. 2.23), построенной согласно упрощённой схеме замещения (рис. 2.18). Из диаграммы следует, что ввиду малости угла можно приближённо за модуль векторапринять его проекцию на направление вектора, т.е. отрезокОА, тогда , (2.75) или через проекции падений напряжения получим: . (2.76) Изменение вторичного напряжения в относительных единицах: . (2.77) Изменение вторичного напряжения в процентах: . (2.78) Данное выражение позволяет определить изменение вторичного напряжения от режима холостого хода только до номинальной нагрузки, т.е. при . При необходимости расчётадля любой нагрузки введём коэффициент нагрузки: . (2.79) Тогда получим . (2.80) Из данного выражения следует, что, при заданном значении коэффициента нагрузки, величина зависит от величины угла,т.е. от типа нагрузки. При чисто активной нагрузке (= 0) величина > 0 невелика. При активно-индуктивной – возрастает (т.е. вторичное напряжение при увеличении нагрузки уменьшается, что говорит о размагничивающем действии нагрузки), а при активно-емкостной – даже может быть < 0 (т.е. вторичное напряжение при увеличении нагрузки увеличивается, что говорит о подмагничивающем действии нагрузки). Зависимость =f(cos) приведена на рис. 2.24. Рис. 2.24. Зависимость =f(cos)

Внешняя характеристика трансформатора

Внешней характеристикой трансформатора называется зависимость вторичного напряжения от коэффициента нагрузки, т.е. . Внешние характеристики для различного характера нагрузки приведены на рис. 2.26. Рис. 2.25. Внешние характеристики

2.8. 2.8. Потери и кпд трансформатора

В процессе трансформирования электрической энергии из первичной обмотки трансформатора во вторичную часть энергии теряется в самом трансформаторе на покрытие потерь. Потери в трансформаторе разделяют на электрические и магнитные: , (2.81) где –суммарные потери; –электрические и магнитные трансформатора соответственно. Электрические потери трансформатора обусловлены нагревом обмоток при прохождении по ним электрического тока и равны: . (2.82) Здесь –электрические потери в первичной и вторичной обмотках соответственно; m – число фаз трансформатора; m = 1 – для однофазного трансформатора, m = 3 – для трёхфазного трансформатора. Потери в обмотках можно определить из опыта короткого замыкания как , (2.83) где – мощность, подводимая к первичной обмотке в режиме короткого замыкания при номинальных токах в обмотках. При этом считается, что вся подводимая активная мощность расходуется только на покрытие электрических потерь в обмотках, а магнитными потерями пренебрегают, поскольку магнитный поток в режиме короткого замыкания мал и, следовательно, магнитные потери также малы, и ими можно пренебречь. Электрические потери зависят от величины нагрузки трансформатора и поэтому их называют переменными. Магнитные потери происходят главным образом в магнитопроводе трансформатора. Причина появления этих потерь – систематическое перемагничивание магнитопровода переменным магнитным полем. Магнитные потери: , (2.84) где – потери на гистерезис, т.е. потери, связанные с перемагничиванием магнитопровода переменным магнитным полем;– потери на вихревые токи. Потери в стали зависят от свойств материала, величины индукции, частоты перемагничивания. Потери на вихревые токи также зависят и от толщины стальных листов. Удельные потери на гистерезис можно определить как: , (2.85) где –постоянная, зависящая от марки стали; f – частота перемагничивания; В – величина магнитной индукции. Удельные потери на вихревые токи можно определить как , (2.86) где –постоянная, зависящая от марки стали. Так как магнитный поток пропорционален величине подведённого напряжения, то можно считать, что магнитные потери пропорциональны квадрату напряжения. Для снижения магнитных потерь применяют высоколегированные стали (с содержанием кремния 4 … 5%), холоднокатаные анизотропные стали, магнитные свойства которых резко улучшаются вдоль направления прокатки. Для снижения потерь на вихревые токи уменьшают толщину листов стали и изолируют их друг от друга. Магнитные потери определяют из опыта холостого хода (как подведённую активную мощность в режиме холостого хода при номинальном напряжении, при этом пренебрегается электрическими потерями в первичной обмотке, поскольку ток холостого хода мал): . (2.87) Магнитные потери не зависят от нагрузки, и поэтому называются постоянными. Таким образом, активная мощность Р₁, поступающая из сети в первичную обмотку, частично расходуется на электрические потери в первичной обмотке р_эл1. Изменяющийся во времени магнитный поток вызывает магнитные потери р_мг. Оставшаяся часть мощности – электромагнитная мощность Р_эм – передаётся электромагнитным путём во вторичную обмотку, где расходуется на электрические потери во вторичной обмотке р_эл2: . (2.88) В результате на выходе вторичной обмотки имеем активную мощность Р₂: . (2.89) Все виды потерь и процесс преобразования потерь показаны на энергетической диаграмме (рис. 2.26). Рис. 2.26. Энергетическая диаграмма Коэффициент полезного действия трансформатора – это отношение активной мощности на выходе вторичной обмотке к активной мощности на входе первичной обмотки: , (2.90) где – полная номинальная мощность. Найдём, при какой нагрузке КПД достигает максимального значения. Для этого нужно взять первую производную и приравнять к нулю: , (2.91) , (2.92) Откуда (2.93) Это условие получения максимума КПД. Другими словами, значение КПД максимально, если выполняется равенство: (2.94) или (2.95) или (2.96) Последние три утверждения равноценны и справедливы. Иначе, из выражения (2.95), КПД достигает максимума при такой нагрузке, что (2.97) Для серийных силовых трансформаторов, , при этом максимум КПД. В трансформаторах небольшой мощности (десятки ВА) максимальное КПД может снижаться до. Следует также отметить, что в трансформаторах максимум КПД выражен достаточно слабо, т.е. КПД сохраняет достаточно высокое значение в широком диапазоне нагрузки (). При больших нагрузках возрастают электрические потери в обмотках, вследствие чего КПД снижается. Зависимостьη=f (к_нг) приведена на рис. 2.27. Рис. 2.27. Зависимость КПД от нагрузки

Как избежать перегрузки трансформатора и падения напряжения у потребителей электроэнергии

Трансформатор является одним из ключевых элементов в электроснабжении, обеспечивающим перенос электрической энергии с одного уровня напряжения на другой. Он применяется для передачи электрической энергии на большие расстояния, а также для регулирования напряжения и снижения потерь энергии в сетях.

Однако, некорректная эксплуатация трансформаторов может привести к перегрузке, что может привести к понижению напряжения у потребителей электроэнергии и даже к поломке трансформатора.

В данной статье мы рассмотрим, как избежать перегрузки трансформатора и падения напряжения у потребителей электроэнергии.

Как работает трансформатор под нагрузкой?

Трансформатор под нагрузкой работает по принципу электромагнитной индукции. Когда переменный ток проходит через первичную обмотку трансформатора, в ней возникает переменное магнитное поле, которое распространяется через магнитный материал обмотки. Это магнитное поле, в свою очередь, индуцирует переменное электрическое поле во вторичной обмотке, которое вызывает появление переменного тока во вторичной цепи.

Под нагрузкой ток, проходящий через вторичную обмотку трансформатора, создает магнитное поле, которое воздействует на первичную обмотку трансформатора, вызывая изменение тока в ней.

Это изменение тока приводит к изменению магнитного поля в первичной обмотке, которое, в свою очередь, индуцирует измененное электрическое поле во вторичной обмотке, компенсируя падение напряжения на нагрузке и поддерживая выходное напряжение на постоянном уровне.

Таким образом, трансформатор под нагрузкой работает как автоматический регулятор напряжения, поддерживая постоянное выходное напряжение независимо от изменений во входном напряжении или нагрузке.

Причины перегрузки трансформатора

Наиболее распространенной причиной перегрузки трансформатора является потребление энергии потребителями, запитанными от трансформатора сверх его возможностей.

Это может произойти, если в электросеть подключаются новые потребители, либо если уже имеющиеся потребители начинают потреблять больше электроэнергии. Если потребляемая мощность превышает номинальную мощность трансформатора, то происходит его перегрузка.

Еще одной причиной перегрузки трансформатора может быть неправильная установка. Например, если трансформатор установлен в месте, где ему не хватает воздуха для охлаждения.

Повреждение трансформатора также может привести к его перегрузке. Это может произойти, если трансформатор был поврежден в результате аварии, пожара или других катастрофических событий.

Почему увеличивается ток в обмотках трансформатора при увеличении мощности нагрузки?

Увеличение тока в обмотках трансформатора при увеличении мощности нагрузки обусловлено законом Ома, который гласит, что ток, протекающий через проводник, пропорционален напряжению и обратно пропорционален его сопротивлению.

При увеличении мощности нагрузки увеличивается потребляемая ею электрическая энергия, что в свою очередь приводит к увеличению тока в обмотках трансформатора. Это происходит потому, что трансформатор поддерживает постоянное отношение между входным и выходным напряжением, но ток в обмотках трансформатора может изменяться в зависимости от мощности нагрузки.

Какие допустимые уровни перегрузки трансформаторов?

Допустимые уровни перегрузки трансформаторов зависят от типа и конструкции трансформатора, его мощности, класса изоляции и других параметров.

В общем случае, трансформаторы могут работать с перегрузкой в течение ограниченного времени, которое определяется производителем.

Например, некоторые трансформаторы могут работать с 20-процентной перегрузкой в течение 2 часов или с 10-процентной перегрузкой в течение 8 часов. Однако, постоянная работа трансформатора в условиях перегрузки может привести к его повреждению и сокращению срока службы.

Каким образом можно определить, что трансформатор перегружен?

Один из способов определить, что трансформатор перегружен — это измерение тока, проходящего через обмотки трансформатора. Если ток превышает номинальное значение тока, указанное на табличке трансформатора, то он, скорее всего, перегружен.

Также возможны следующие признаки перегрузки трансформатора:

• Повышенная температура обмоток трансформатора;
• Уменьшение напряжения на выходе трансформатора;
• Появление шума, вибрации или запаха от трансформатора.

Однако для более точной диагностики необходимо провести более сложные измерения.

Как избежать перегрузки трансформатора?

Для того чтобы избежать перегрузки трансформатора и падения напряжения у потребителей электроэнергии, необходимо правильно рассчитать нагрузку и выбрать соответствующий трансформатор.

Перед установкой трансформатора необходимо провести расчет потребляемой мощности устройств, которые будут подключены к трансформатору.

Расчет должен включать не только текущее потребление, но и возможный рост нагрузки в будущем. По результатам расчета можно выбрать трансформатор, который способен обеспечить необходимую мощность без перегрузки.

Также важно учитывать температурный режим работы трансформатора. При превышении определенных температурных режимов трансформатор может перегреться и выйти из строя. Для предотвращения этого необходимо установить трансформатор в хорошо проветриваемом помещении и следить за температурой его работы.

Дополнительно, следует следить за состоянием и качеством кабелей, используемых для подключения к трансформатору.

Почему понижается напряжение у потребителей электроэнергии при перегруженном трансформаторе?

Падение напряжения является распространенной проблемой в электроснабжении, которая может приводить к уменьшению производительности и даже к поломке оборудования.

Падение напряжения — это разница между начальным и конечным значением напряжения в электрической цепи. Это может произойти в результате сопротивления проводников, плохого контакта, перегрузки, низкого напряжения в сети и других факторов.

Одной из основных причин падения напряжения является электрическое сопротивление проводников. Чем длиннее проводник и чем меньше его площадь поперечного сечения, тем больше сопротивление. Это приводит к падению напряжения на этом участке сети.

Еще одной причиной падения напряжения является низкое напряжение в сети. Если напряжение в сети низкое, то падение напряжения может возникнуть даже при небольшой нагрузке.

Когда трансформатор перегружен, слишком большой ток протекает через обмотки трансформатора. Это вызывает падение напряжения на сопротивлении проводов обмоток, что приводит к снижению напряжения на выходе трансформатора. Чем больше нагрузка на трансформаторе, тем сильнее падает напряжение на его выходе.

Если нагрузка становится слишком большой, напряжение на выходе трансформатора может падать настолько, что потребители не будут получать достаточно энергии для своей работы, что может привести к сбоям в работе оборудования и прекращению работы электроприборов.

Как избежать падения напряжения у потребителей электроэнергии?

Когда трансформатор перегружен или его нагрузка превышает допустимые уровни, напряжение у потребителей электроэнергии может падать.

Это может привести к необходимости дополнительных затрат на электроэнергию, недостаточной мощности оборудования, ошибкам в работе электронных приборов и общей неэффективности системы электроснабжения.

Чтобы избежать падения напряжения у потребителей электроэнергии, следует принимать во внимание следующие рекомендации:

• Правильный расчет нагрузки: перед установкой трансформатора необходимо правильно рассчитать нагрузку. Необходимо учесть максимальное потребление энергии, которое может возникнуть в определенный момент времени, и выбрать трансформатор, способный справиться с этой нагрузкой.
• Распределение нагрузки: при подключении нескольких потребителей к трансформатору, нагрузка должна быть равномерно распределена между ними. Это снизит риск перегрузки трансформатора и падения напряжения у потребителей электроэнергии.
• Использование регуляторов напряжения: регуляторы напряжения могут быть использованы для поддержания постоянного напряжения на выходе трансформатора. Они автоматически регулируют выходное напряжение, чтобы компенсировать изменения в нагрузке.
• Установка силовых конденсаторов: силовые конденсаторы могут быть установлены для улучшения качества напряжения в системе электроснабжения. Они компенсируют реактивную мощность, что может привести к снижению потерь напряжения.
• Регулярное техническое обслуживание: регулярное обслуживание трансформатора может помочь обнаружить любые потенциальные проблемы, которые могут привести к перегрузке трансформатора или падению напряжения. Техническое обслуживание должно проводиться специалистами, которые могут осуществить диагностику трансформатора и выполнить необходимые ремонтные работы.

Чтобы избежать падения напряжения, необходимо правильно спроектировать электрическую сеть. Это может включать в себя выбор подходящего трансформатора, правильное размещение оборудования, использование кабелей с достаточным сечением и многие другие факторы.

Кроме того, для уменьшения падения напряжения могут использоваться компенсирующие устройства, такие как компенсаторы реактивной мощности. Они позволяют уменьшить падение напряжения за счет увеличения реактивной мощности.

В данной статье мы рассмотрели важную тему перегрузки трансформатора и падения напряжения у потребителей электроэнергии. Мы определили понятие перегрузки трансформатора и причины ее возникновения, а также узнали о том, как правильно выбирать трансформатор и рассчитывать нагрузку, чтобы избежать перегрузки. Мы также разобрались в понятии «падение напряжения» и причинах его возникновения, а также предоставили рекомендации по тому, как избежать падения напряжения.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Как изменяется вторичное напряжение трансформатора с увеличением тока нагрузки?Что является причиной этого изменения?

Уменьшится. Причина- сопротивление обмотки и соответственно падение напряжения на ней.

Остальные ответы

не совсем верно задан вопрос, какие изменения напряжения на вторичной обмотке трансформатора, она имеет определенное внутреннее сопротивление и при увеличении тока напряжение будет уменьшатся

так не бывает сначала увеличится нагрузка на вторичную обмотку то и на вторичной увиличится а причина индукция

Похожие вопросы