Магнитопроводе трансформатора

В однородном замкнутом неразветвленном магнитопроводе идеализированной катушки ( 8.2) с площадью поперечного сечения S можно считать магнитное поле однородным, т. е. Ф = BS, где В — индукция на средней линии магнитопровода, определяется по напряженности магнитного поля на средней линии Н= iw/lc .

Магнитное сопротивление стали магнитопровода определяется по формуле

В однородном замкнутом неразветвленном магнитопроводе идеализированной катушки ( 8.2) с площадью поперечного сечения S можно считать магнитное поле однородным, т. е. Ф =BS, где В — индукция на средней линии магнитопровода, определяется по напряженности магнитного поля на средней линии Н= iwjl .

В однородном замкнутом неразветвленном магнитопроводе идеализированной катушки ( 8.2) с площадью поперечного сечения 5 можно считать магнитное поле однородным, т. е. Ф = BS, где В — индукция на средней линии магнитопровода, определяется по напряженности магнитного поля на средней линии Н = iw/l .

Решение. Напряженность магнитного поля в сердечнике магнитопровода определяется по кривой намагничивания В(Н) для литой стали. Пренебрегая потоками рассеяния, принимаем, что магнитная индукция в воздушном зазоре и в стали одина-

В математическом обеспечении II уровня предусматривается уточненный расчет параметров намагничивающих контуров и взаимных индуктивностей. Так как магнитное состояние элементов магнитопровода определяется совокупностью МДС всех токов машины, указанные выше параметры определяются в итерационном процессе, включающем в себя расчет магнитной цепи, расчет токов (в некоторой задаваемой точке механической характеристики) и пересчет магнитных сопротивлений по уточненным значениям магнитной проницаемости. Укрупненный алгоритм итерационного процесса содержит следующие шаги:

Можно представить себе, что реактивная катушка по- Д°м и воздуш-лучается в результате удаления из трансформатора вто- ными зазорами о ричной обмотки. При этом реактивная катушка работает как трансформатор на холостом ходу. Однако такая катушка будет иметь относительно малую мощность S = mUI, так как ток холостого хода трансформатора мал. При этом материалы катушки будут в значительной степени недоиспользованы, а, кроме того, индуктивность катушки будет непостоянна и при синусоидальном напряжении ток не будет синусоидальным. Лучшие результаты получаются, если в магнитной цепи выполнить немагнитные зазоры б в виде прокладок из изоляционного материала ( 18-16). Тогда ток и мощность катушки увеличатся, а нелинейность магнитной характеристики магнитопровода теряет значение, так как магнитное сопротивление такого магнитопровода определяется главным образом сопротивлением зазоров. Вместо одного зазора обычно выполняют ряд зазоров меньшей величины, чтобы не допустить сильного «выпучивания» магнитного поля из области магнитопровода в окружающее пространство.

Можно представить себе, что реактивная катушка получается в результате удаления из трансформатора вторичной обмотки. При этом реактивная катушка работает как трансформатор на холостом ходу. Однако такая катушка будет иметь относительно малую мощность S = mUI, так как ток холостого хода трансформатора мал. При этом материалы катушки будут в значительной степени недоиспользованы, а, кроме того, индуктивность катушки будет непостоянна и при синусоидальном напряжении ток не будет синусоидальным. Лучшие результаты получаются, если в магнитной цепи выполнить немагнитные зазоры б в виде прокладок из изоляционного материала ( 18-16). Тогда ток и мощность катушки увеличатся, а нелинейность магнитной характеристики магнитопровода теряет значение, так как магнитное сопротивление такого магнитопровода определяется главным образом сопротивлением зазоров. Вместо одного зазора обычно выполняют ряд зазоров меньшей величины, чтобы не допустить сильного «выпучивания» магнитного поля из области магнитопровода в окружающее пространство.

Средняя линия кольцевого магнитопровода определяется обычным образом:

Для диагностики высоковольтных масляных трансформаторов разработано специальное приложение спектрального виброанализа «Веста» («Виброцентр», г. Пермь). Техническое состояние опрессовки обмотки и магнитопровода определяется по замерам вибрации в 12 точках на баке трансформатора. Программа достаточно корректно моделирует физические процессы в трехфазном трансформаторе, учитывает влияние насыщения активной стали на распре-

кону, близкому к синусоидальному. В дальнейшем будем считать, что ток холостого хода изменяется по синусоидальному закону. На 8.4 изображены схема замещения (а) и векторная диаграмма (б) трансформатора при холостом ходе (?2 на рисунке не показана). В схеме замещения г0 — активное сопротивление, потери мощности в котором равны потерям мощности в магнитопроводе трансформатора, х0 — индуктивное сопротивление первичной обмотки, обусловленное основным магнитным потоком, rt — активное сопротивление первичной обмотки, *i — индуктивное сопротивление первичной обмотки, обусловленное потоками рассеяния. Уравнение электрического состояния первичной цепи трансформатора при холостом ходе

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 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 /10, ваттметр — потери мощности в трансформаторе АР0 х АРСТ. Отношение показаний вольтметров равно коэффициенту трансформации трансформатора п ft Ui/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 г0, х0, z0, а также значения тока 1р и 7а. Если пренебречь г, и xt (так как г, « г0 и х, « х0),

Пример 8.1. Как изменятся амплитуда магнитной индукции, ток холостого хода, напряжение на вторичной обмотке, токи во вторичной и первичной обмотках трансформатора, а также мощность, потребляемая трансформатором, и потери мощности в магнитопроводе трансформатора, если уменьшить число витков первичной обмотки на 5—10% (выключатель В переключить из положения а в положение б, 8.11)?

при уменьшении числа вшков первичной обмотки iv, увеличится амплитуда магнитной индукции Вт в магнитопроводе трансформатора, так как остальные величины, входящие в уравнение, не изменятся.

7. Потери мощности в магнитопроводе трансформатора возрастут. поскольку они пропорциональны примерно квадрату амплитуды магнитной индукции, а она увеличилась.

Пример 8.2. Как изменятся напряжение вторичной обмотки, ток холостого хода и потери мощности в магнитопроводе трансформатора, рассчитанного для работы в сети с частотой /= 50 Гц, если его включить в сеть с частотой /== 100 Гц того же значения первичного напряжения?

3. Потери мощности в магнитопроводе трансформатора

Следует отметить, что при синусоидальном напряжении на первичной обмотке к, магнитный поток Ф('0), напряжение н: и ток i, изменяются также по синусоидальному закону независимо от того, насыщен или нет магнитопровод трансформатора, в то время как ток в первичной обмотке i, и ток холостого хода i0 будут иметь синусоидальный характер только при ненасыщенном магнитопроводе трансформатора.

Опытом холостого хода называется испытание трансформатора при разомкнутой цепи вторичной обмотки и номинальном первичном напряжении С/,х = ^1ном- На основании этого опыта по показаниям измерительных приборов определяют коэффициент трансформации и мощность потерь в магнитопроводе трансформатора. Опыт холостого хода является одним из двух обязательных контрольных опытов при заводском испытании готового трансформатора.

При холостом ходе ток /]х ^Лном и мощность потерь в проводах ничтожна по сравнению с мощностью потерь в магнитопроводе (исключение составляют лишь трансформаторы, номинальная полная мощность которых меньше 1000 В • А). Поэтому опыт холостого хода служит также для определения мощности потерь в магнитопроводе трансформатора.

Таким образом, вращающиеся поля статора и ротора по отношению друг к другу остаются неподвижными, что является характерным условием полной передачи энергии от статора к ротору. Складываясь, вращающиеся магнитные поля статора и ротора образуют рабочее вращающееся магнитное поле асинхронного двигателя. Рабочее вращающее поле в асинхронном двигателе служит таким же связующим звеном между обмотками статора и ротора, как и переменное магнитное ноле в магнитопроводе трансформатора, передающее энергию от первичной ко вторичной обмотке.