Холостой ход трансформатора: опыты и методы снижения тока ХХ

Определение токов трансформатора

При определении тока первичной обмотки следует учитывать потери, а также ток намагничивания трансформатора, относительное значение которого очень велико в трансформаторах малой мощности.

Токи можно определить по формулам:

а) однофазный трансформатор:

б) трехфазный трансформатор:

где U1 и U2 – напряжения обмоток по назначению; П2 – мощность вторичной обмотки по назначению; cos φ2 – коэффициент мощности нагрузки согласно заданию; – коэффициент полезного действия (КПД) трансформатора, предварительно выбранный в соответствии с кривой на Рисунке 1.

Рисунок 1. Кривые зависимости КПД и падения напряжения трансформаторов малой мощности от мощности

Поскольку в большинстве случаев нагрузка трансформаторов малой мощности обычно активна (cos φ2 = 1), коэффициент мощности первичной цепи практически можно определить по формуле:

Как показывают расчеты и опыт, для трансформаторов малой мощности с активной нагрузкой величина отношения между током намагничивания Iμ и активной составляющей первичного тока I1a в среднем составляет около

= 0,4 – 0,6, следовательно, коэффициент мощности первичной цепи этих трансформаторов обычно находится в диапазоне cos φ1 = 0,86 – 0,92.

Общее устройство и виды

Чтобы понять, каков опыт работы различных трансформаторов без нагрузки, необходимо рассмотреть, что такое оборудование.

Основные типы

Трансформаторы – это стационарные машины, работающие за счет электрического тока. Они меняют входное напряжение. Есть несколько видов таких устройств:

1. Власть.
2. Измерять.
3. Разделение.
4. Координаторы.

Чаще всего необходимо подключить к силовой цепи силовой трансформатор. Они могут иметь две и более обмоток. Устройство может быть однофазным (домашняя сеть) или многофазным (промышленная сеть).

Особенности установок

Автотрансформаторы выделяются отдельно. У них всего одна комбинированная обмотка. Также есть сварочный аппарат. У них есть определенный размах.

Однофазное и многофазное оборудование можно настроить на разные номинальные мощности. Его можно определить в диапазоне от 10 до 1000 кВА и более. Однофазные и маломощные многофазные устройства могут быть в диапазоне до 10 кВА. Средние варианты будут иметь мощность 20 кВА, 250 кВА, 400 кВА, 630 кВА и т.д. Если этот показатель превышает 1000 кВА, это установка большой мощности.

Порядок и схема измерения

Перед экспериментом проводится процесс размагничивания магнитопровода испытуемого трансформатора. Для этого используется постоянный ток, который пропускают через одну из обмоток со стороны низкого напряжения. Ток подключается повторно, каждое последующее подключение происходит с изменением полярности и уменьшением значения.

Начальное значение не должно быть меньше двойного ожидаемого тока холостого хода. При каждом последующем запуске значение уменьшается на 30-40%. Процесс заканчивается при токе ниже значения тока холостого хода.

Для проведения прямого эксперимента по разомкнутой цепи на вторичную обмотку трансформатора подается номинальное напряжение с отклонением ± 5% от нормы. Нейтральный вывод, если он есть, не используется. В этом случае напряжение строго синусоидальное, с номинальной частотой сети.

Для проведения измерений необходимы три лабораторных прибора с классом точности не менее 0,5. Это амперметры, вольтметры и ваттметры, амперметры подключаются последовательно в каждой фазе, вольтметры подключаются к линейному напряжению всех трех фаз. Токовые обмотки ваттметров подключены последовательно к амперметрам.

Обмотки напряжения ваттметров подключаются по показанным схемам. Подается напряжение, снимаются показания с приборов.

Абрамян Евгений Павлович

Строго говоря, измерения проводятся по тем же схемам, что и на заводе-изготовителе для эксперимента. Ведь полученные данные придется сравнивать с заводскими. Но, если трехфазный источник напряжения недоступен, можно провести три измерения, приложив напряжение к двум фазам обмотки трансформатора, замкнув накоротко третью, которая остается свободной.

В этом случае используется только линейное напряжение, поскольку искажение формы сигнала из-за нелинейных нагрузок в сети оказывает на него минимальное влияние. По этим же схемам проводится проверка обрыва цепи на пониженном (low.

Методология проведения опыта

Потери холостого хода трансформатора определяются при создании определенного режима. Для этого отключают питание всех обмоток. Они остаются открытыми. Впоследствии в контуры подается электричество. Определяется только на первом цикле. Оборудование должно работать под напряжением, которое устанавливается производителем при его изготовлении.

Токи протекают через первичный контур силовой, сварочной или другой системы, которые называются XX. Их значение равно не более 3-9% от указанного производителем показателя. В этом случае на обмотке вторичной цепи отсутствует электричество. На первичной стороне ток создает магнитный поток. Он пересекает витки обеих обмоток. В этом случае на первичной цепи возникает ЭДС самоиндукции, а на вторичной обмотке – взаимная индукция.

Например, напряжение холостого хода сварочного трансформатора малой и средней мощности представляет собой ЭДС взаимной индукции.

Подход к проведению измерений

Потери холостого хода можно измерить в двух аспектах. Их называют потерями в стали и меди. Второй показатель говорит о тепловыделении в обмотках (они начинают нагреваться). В ходе эксперимента эта цифра очень мала. Поэтому им пренебрегают.

Потери тока холостого хода трансформатора представлены в виде таблицы. Рассчитать параметры для стали определенных марок и толщин. Ток холостого хода трансформатора рассматривается как мощность, генерируемая магнитным потоком, и называется потерями в стали. Расходуется на нагрев листов из специального сплава. Они изолированы друг от друга лакокрасочным покрытием. При создании таких магнитных агрегатов метод сварки не используется.

Суть измерения

Если по какой-либо причине нарушается изоляционный слой между пластинами магнитного привода, между ними усиливаются вихревые токи. В этом случае система начинает нагреваться. Слой лака постепенно разрушается. Увеличиваются потери при эксплуатации установки, ухудшаются ее эксплуатационные характеристики.

В этом случае потери мощности в стали увеличиваются. При расчете этих характеристик в режиме ожидания можно выявить возникающие нарушения в работе агрегата. Именно по этой причине производится соответствующий расчет.

Как проводится опыт холостого хода

Работа без нагрузки подразумевает подачу напряжения на первичную обмотку без нагрузки. Подключенные измерительные приборы используются для измерения электрических параметров конструкции.

Для проведения эксперимента без нагрузки первичная обмотка подключается к сети последовательно с устройством для измерения тока – амперметром. Параллельно клеммам подключается вольтметр.

При этом следует учитывать, что предел измерения вольтметра должен соответствовать подаваемому напряжению, а при выборе амперметра необходимо учитывать приблизительные значения измеряемой величины, которые зависят от мощности источника питания трансформатор.

Коэффициент трансформации

Коэффициент трансформации определяется очень просто. Для этого сравниваются входное и выходное напряжения. Расчет производится по следующей формуле:

Это соотношение действительно для всех обмоток трансформатора.

Однофазные трансформаторы

В однофазных трансформаторах показания амперметра характеризуют потребление тока без нагрузки. Эти показания являются окончательными и дальнейших расчетов не требуется.

Трехфазные

Для управления трехфазным трансформатором требуется усложнение схемы подключения. Требуются следующие устройства:

• амперметры для измерения тока в каждой фазе;
• вольтметры для измерения межфазных напряжений первичной обмотки;
• вольтметры для измерения межфазных напряжений вторичной обмотки.

При выполнении свободного пробега производятся следующие расчеты:

• среднее значение тока рассчитывается исходя из показаний амперметра;
• среднее значение напряжения первичной и вторичной обмоток.

Коэффициент трансформации рассчитывается по значениям напряжения, полученным аналогично однофазной системе.

Коэффициент трансформации

При определении режима работы установки используется такое понятие, как коэффициент трансформации. Его формула представлена ​​ниже:

К = E1 / E2 = W1 / W2

Отсюда следует, что напряжение на вторичной цепи будет определяться соотношением количества витков. Чтобы иметь возможность регулировать исходящую электроэнергию, в структуру системы встроено специальное устройство. Переключает количество витков первичной цепи. Это анзапфа.

Для проведения эксперимента на холостом ходу регулятор ставят в центральное положение. В этом случае измеряется коэффициент.

Однофазные приборы

Для реализации представленного опыта при использовании сокращенной или увеличенной семьи учитывается представленный коэффициент. В этом случае используются два вольтметра. Первое устройство подключено к первичной обмотке. В результате второй вольтметр подключается ко вторичной цепи.

Входное сопротивление измерительных устройств должно соответствовать номинальным характеристикам установки. Он может работать в понижающем или ускоренном режимах. Поэтому при необходимости проведения ремонтных работ на нем замеряют подачу не только низкого, но и высокого напряжения.

Трехфазные приборы

Для трехфазных агрегатов в ходе эксперимента проверяются показатели на всех цепях. В этом случае вам нужно будет использовать одновременно 6 вольтметров. Можно использовать устройство, которое будет подключаться поочередно ко всем точкам измерения.

Если установленное производителем значение на первичной обмотке превышает 6 кВ, подается ток 380 В. При измерении в высоковольтном режиме невозможно определить показатели с требуемым классом точности. Поэтому измерение выполняется в режиме низкого напряжения. Это безопасно.

Применение коэффициента

Во время измерения анапфу перемещается во все положения, указанные производителем. В этом случае измеряется коэффициент трансформации. Это позволяет определить наличие короткого замыкания на кривых.

Если показания фаз имеют разброс в измерениях более 2%, а также их уменьшение по сравнению с предыдущими данными, это свидетельствует об отклонениях в работе агрегата. В первом случае в системе выявляется короткое замыкание, а во втором – нарушение изоляции обмоток. В этом случае установка не может работать должным образом.

Эти факты требуют подтверждения. Например, это может быть измерение сопротивления. Увеличение сопротивления между контактами анапф может сказаться на увеличении разброса показателей коэффициента. При частой смене такая ситуация возникает.

Как проводится опыт холостого хода

При проведении неактивного эксперимента становится возможным определить следующие характеристики агрегата:

• трансформационные отношения;
• потери мощности в стали;
• параметры намагничивающей ветви схемы замещения.

Для эксперимента к устройству прилагается номинальная нагрузка.

При проведении неактивного эксперимента и вычислении характеристик по этой методике необходимо учитывать тип устройства.

В этом состоянии трансформатор имеет нулевую полезную мощность из-за отсутствия электрического тока на выходной катушке. Приложенная нагрузка преобразуется в тепловые потери на входной катушке I02 × r1 и потери в магнитном сердечнике Pm. Из-за неактуальности величины тепловых потерь на входе в большинстве случаев они не учитываются. Следовательно, общие потери холостого хода определяются магнитной составляющей.

Ниже приведены характеристики расчета характеристик для различных типов трансформаторов.

Для однофазного трансформатора

Испытание на обрыв цепи проводится для однофазного трансформатора с подключением:

• вольтметры на первичной и вторичной катушках;
• ваттметр на первичной обмотке;
• амперметр на входе.

Подключение устройств осуществляется по следующей схеме:

Для определения тока покоя я использую показания амперметра. Его сравнивают со значением номинального тока по следующей формуле, получая общий процент:

I% = I0 × 100 / I10.

Для определения коэффициента трансформации k определите значение номинального напряжения U1n по показаниям вольтметра V1, подключенного к входу. Затем с помощью выходного вольтметра V2 снимается значение номинального напряжения U2O.

Коэффициент рассчитывается по формуле:

К = w1 / w2 = U1n / U2O.

Сумма потерь складывается из электрической и магнитной составляющих:

P0 = I02 × r1 + I02 × r0.

Но, если пренебречь электрическими потерями, первую часть суммы можно исключить из формулы. Однако незначительное количество электрических потерь характерно только для маломощного оборудования. Поэтому при расчете характеристик мощных агрегатов следует учитывать эту часть формулы.

Потери холостого хода для трансформаторов мощностью 30-2500 кВА

Для трёхфазного трансформатора

Аналогичным образом испытываются трехфазные блоки. Но напряжение подается отдельно на каждую фазу, при соответствующей установке вольтметров. Их потребуется 6 единиц. Вы можете провести эксперимент с устройством, поочередно подключая его к нужным точкам.

При номинальном напряжении электрического тока обмотки более 6 кВ на испытание предусматривается 380 В. Высоковольтный режим проведения эксперимента не позволит получить необходимую точность определения показателей. Помимо точности, режим низкого напряжения обеспечивает безопасность.

Действует следующая схема:

Работа устройства в режиме ожидания определяется его магнитной системой. Если говорить о типе устройства, аналогичного однофазному трансформатору или бронированной системе, то замыкание третьей гармонической составляющей в каждой из фаз будет происходить отдельно, с усилением до 20 процентов от активного магнитного потока.

В результате появляется дополнительная ЭДС с довольно высокой скоростью, до 60 процентов от основной. Есть риск повреждения изоляционного слоя покрытия с вероятностью выхода устройства из строя.

предпочтительно использовать трехстержневую систему, когда один из компонентов не проходит через сердечник, при коротком замыкании в воздухе или другой среде (например, масле), с низкой магнитной проницаемостью. В такой ситуации не произойдет развития дополнительного сильного электромагнитного поля, которое приведет к сильным искажениям.

Для сварочного трансформатора

Для сварочных трансформаторов холостой ход – один из режимов их постоянного использования в работе. В процессе сварки в рабочем режиме вторая обмотка замыкается между электродом и металлом детали. В результате края сливаются и образуется прочное соединение.

После окончания работы электрическая цепь разрывается и агрегат переходит в режим холостого хода. Если вторичная цепь разомкнута, значение напряжения в ней соответствует значению ЭДС. Эта составляющая энергетического потока отделена от основной и замкнута в воздушной среде.

Во избежание опасности для людей при работе аппарата на холостом ходу значение напряжения не должно превышать 46 В. Учитывая, что для некоторых моделей значение этих характеристик превышает указанное значение, достигая 70 В, сварочный агрегат выполняется с ограничителем возможностей для минимум.

Блок срабатывает в течение времени, не превышающего 1 секунду с момента прерывания рабочего режима. Дополнительной защитной мерой является заземляющее устройство корпуса сварочного аппарата.

Видео: измерение тока холостого хода

Инструменты

В поисках подходящего сварочного трансформатора многие отказываются от заводских моделей в пользу самодельных. Причины такого решения могут быть самыми разными, начиная от неприемлемых цен и заканчивая желанием сделать сварочный трансформатор своими руками. Действительно, особых сложностей в том, как сделать сварочный трансформатор, нет, более того, самодельный сварочный трансформатор по праву может считаться гордостью любого хозяина. Но при его создании невозможно обойтись без знания устройства и схемы трансформатора, его характеристик и расчетов под них.

Рабочие характеристики сварочного трансформатора

Любой электроинструмент имеет определенные рабочие характеристики, и сварочный трансформатор не исключение. Но помимо обычных, таких как мощность, количество фаз и необходимое для работы в сети напряжение, сварочный трансформатор обладает целым набором уникальных характеристик, каждая из которых позволит вам точно подобрать устройство в магазин на определенный вид работ. Тем, кто будет делать сварочный трансформатор своими руками, потребуется знание этих характеристик для выполнения расчетов.

Но прежде чем переходить к подробному описанию каждой характеристики, необходимо понять, в чем заключается основной принцип работы сварочного трансформатора. Он довольно простой и заключается в преобразовании входного напряжения, то есть в его понижении. Вольт-амперная характеристика сварочного трансформатора имеет следующую зависимость: когда напряжение (Вольт) уменьшается, сварочный ток (Ампер) увеличивается, что позволяет плавить и сваривать металл. На этом принципе построена вся работа сварочного трансформатора, а также другие связанные с ним рабочие характеристики.

Напряжение сети и количество фаз

С этой функцией все довольно просто. Указывает напряжение, необходимое для работы сварочного трансформатора. Это может быть 220 В или 380 В. На практике напряжение в сети может незначительно колебаться в пределах +/- 10 В, что может повлиять на стабильную работу трансформатора. При расчетах для сварочного трансформатора напряжение сети является ключевой характеристикой для расчетов. Также количество фаз зависит от напряжения в сети. Для 220В это две фазы, для 380В – три. Это не учитывается в расчетах, но это важный момент для подключения сварочного аппарата и его работы. Также есть отдельная категория трансформаторов, которые могут работать как на 220В, так и на 380В.

Номинальный сварочный ток трансформатора

Это основная характеристика любого сварочного трансформатора. Возможность резать и сваривать металл зависит от величины сварочного тока. Во всех сварочных трансформаторах это значение указано как максимальное, так как это именно то, сколько трансформатор может дать на пределе возможностей. Конечно, номинальный сварочный ток можно регулировать для работы с электродами разного диаметра, а для этого в трансформаторах предусмотрен специальный регулятор. Следует отметить, что у бытовых, самодельных сварочных трансформаторов сварочный ток не превышает 160 – 200 А. В основном это связано с массой самого трансформатора. Ведь чем больше сила сварочного тока, тем больше нужно витков медной проволоки, а это лишние килограммы. Помимо сварочного трансформатора, цена зависит от металла для обмоточных проводов, и чем больше было потрачено проволоки, тем дороже будет сам аппарат.

Диаметр электрода

При работе со сварочным трансформатором для сварки металлов используются свариваемые электроды различного диаметра. В этом случае возможность использования электрода определенного диаметра зависит от двух факторов. Первый – это номинальный сварочный ток трансформатора. Второй – это толщина металла. В таблице ниже показаны диаметры электродов в зависимости от толщины металла и сварочного тока самого трансформатора.

Как видно из этой таблицы, использование электрода 2 мм будет просто бессмысленным при токе 200 А. Или, наоборот, электрод 4 мм бесполезен при токе 100 А. Эти трансформаторы сварки оснащены текущие контроллеры.

Пределы регулирования сварочного тока

Для сварки металлов разной толщины используются электроды разного диаметра. Но если сила сварочного тока будет слишком велика, металл при сварке будет гореть, а если слишком мала, то расплавить его не удастся. Поэтому для этих целей в сварочные трансформаторы встроен специальный регулятор, позволяющий снизить номинальный сварочный ток до определенного значения. Обычно в самодельных сварочных трансформаторах создается несколько ступеней регулировки, в пределах от 50 А до 200 А.

Номинальное рабочее напряжение

Как уже отмечалось, сварочный трансформатор преобразует входное напряжение в более низкое значение 30-60 В. Это номинальное рабочее напряжение, необходимое для поддержания стабильной дуги. Кроме того, от этого параметра зависит возможность сваривать металл определенной толщины. Следовательно, для сварки тонких листов требуется низкое напряжение, а для более толстых металлов – высокое напряжение. При расчете этот показатель очень важен.

Номинальный режим работы

Одной из ключевых характеристик сварочного трансформатора является его номинальный ресурс. Обозначает период непрерывной работы. Для заводских сварочных трансформаторов этот показатель обычно составляет около 40%, а для самодельных трансформаторов не может превышать 20-30%. Это означает, что за 10 минут работы вы можете готовить непрерывно 3 минуты и дать ему отдохнуть 7 минут.

Мощность потребления и выходная

Как и любой другой электроинструмент, сварочный трансформатор потребляет электричество. При расчете и создании трансформатора важную роль играет показатель энергопотребления. Что касается выходной мощности, то ее тоже стоит учитывать, так как КПД сварочного трансформатора напрямую зависит от разницы этих двух показателей. И чем меньше разница, тем лучше.

Напряжение холостого хода

Одной из важных характеристик производительности является напряжение холостого хода сварочного трансформатора. Эта характеристика отвечает за легкость возникновения сварочной дуги, и чем выше напряжение, тем легче возникнет дуга. Но есть важный момент. Для обеспечения безопасности человека, работающего с прибором, напряжение ограничено до 80 В.

Схема сварочного трансформатора

Как уже отмечалось, принцип работы сварочного трансформатора заключается в понижении напряжения и повышении силы тока. В большинстве случаев конструкция сварочного трансформатора довольно проста. Он состоит из металлического сердечника, двух обмоток: первичной и вторичной. На фото ниже показано устройство сварочного трансформатора.

С развитием электротехники принципиальная схема сварочного трансформатора была усовершенствована, и сегодня выпускаются сварочные аппараты, в цепи которых используются индуктивности, диодный мост и регуляторы тока. На схеме показано, как диодный мост встроен в сварочный трансформатор (фото ниже).

Одним из самых популярных самодельных сварочных трансформаторов является трансформатор с тороидальным сердечником из-за его небольшого веса и отличных характеристик. Схема такого трансформатора представлена ​​ниже.

Сегодня существует множество различных схем сварочных трансформаторов, от классических до инверторных и выпрямительных. Но чтобы сделать сварочный трансформатор своими руками, лучше выбрать более простую и надежную схему, не требующую использования дорогостоящих электронных устройств. В качестве сварочного тороидального трансформатора или трансформатора с индуктивностью и диодным мостом. В любом случае для создания сварочного трансформатора помимо схемы необходимо будет провести некоторые расчеты, чтобы получить требуемые рабочие характеристики.

Расчет сварочного трансформатора

Создавая сварочный трансформатор для конкретных целей, необходимо заранее определиться с его характеристиками. Кроме того, расчет сварочного трансформатора выполняется для определения количества витков первичной и вторичной обмоток, площади сечения сердечника и его окна, мощности трансформатора, напряжения дуги и других.

Для проведения расчетов вам потребуются следующие исходные данные:

• входное напряжение первичной обмотки (В) U1;
• номинальное напряжение вторичной обмотки (В) U2;
• номинальный ток вторичной обмотки (А) I;
• центральная площадь (см2) Sñ;
• площадь окна (см2) Так;
• плотность тока в обмотке (А / мм2).

Рассмотрим на примере расчета тороидальный трансформатор со следующими параметрами: входное напряжение U1 = 220 В, номинальное вторичное напряжение U2 = 70 В, номинальный вторичный ток 200 А, площадь сердечника Sc = 45 см2, площадь окна So = 80 см2, Плотность тока в обмотке 3 А / мм2.

Сначала рассчитаем мощность тороидального трансформатора по формуле:

Размерность P = 1.9 * Sc * Итак. В итоге получаем 6840 Вт или упрощенно 6,8 кВт.

Важно! Эта формула применима только к тороидальным трансформаторам. Для трансформаторов с сердечником типа ПЛ, ШЛ используется коэффициент 1,7. Для трансформаторов с сердечником типа П, Ш – 1,5.

Следующим шагом является расчет количества витков первичной и вторичной обмоток. Для этого сначала нужно рассчитать необходимое количество витков на 1 В. Для этого воспользуемся следующей формулой: K = 35 / S. В итоге получаем 0,77 витков на 1 В потребляемого напряжения.

Важно! Как и в первой формуле, коэффициент 35 применим только к тороидальным трансформаторам. Для трансформаторов с сердечником типа ПЛ, ШЛ используется коэффициент 40. Для трансформаторов с сердечником типа П, Ш – 50.

Далее рассчитываем максимальный ток первичной обмотки по формуле: Imax = P / U. В результате получаем ток первичной обмотки 6480/220 = 31 А. Для вторичной обмотки берем ток как постоянная 200 А, так как может потребоваться сварка металлов различной толщины электродами диаметром от 2 до 3 мм. Конечно, на практике предельной силой тока является 200 А, но запас в пару десятков ампер позволит устройству работать более надежно.

Теперь на основании полученных данных рассчитаем количество витков первичной и вторичной обмоток ступенчатого трансформатора в первичной обмотке. Расчет вторичной обмотки ведется по следующей формуле W2 = U2 * K, в итоге получаем 54 витка. Далее перейдем к расчету ступеней первичной обмотки. Для этого воспользуйтесь формулой W1st = (220 * W2) / Ust.

Ust – необходимое выходное напряжение вторичной обмотки.

W2 – количество витков вторичной обмотки.

W1st – количество витков первичной обмотки определенной ступени.

Но прежде чем приступить к расчету витков ступеней первичной обмотки, необходимо определить напряжение для каждой. Это можно сделать по формуле U = P / I, где:

U – напряжение (В).

Например, нам нужно сделать четыре ступени со следующими показателями номинального тока на вторичной обмотке: 160 А, 130 А, 100 А и 90 А. Такая диффузия потребуется для использования электродов разного диаметра и для сварки металла толщиной разной толщины. В результате получаем Ust = 40,5В для первой ступени, 50В для второй ступени, 65В для третьей ступени и 72В для четвертой. Подставляя полученные данные в формулу W1st = (220 * W2) / Ust, вычисляем количество витков для каждой фазы. W1st1 = 293 раунда, W1st2 = 238 раундов, W1st3 = 182 раунда, W1st4 = 165 раундов. В процессе наматывания нити на каждом из этих витков делают метчик для регулятора.

Осталось рассчитать сечение провода для первичной и вторичной обмоток. Для этого воспользуемся показателем плотности тока в проводе, который составляет 3 А / мм2. Формула довольно проста: нужно максимальный ток каждой из обмоток разделить на плотность тока в проводке. Следовательно, для первичной обмотки получается сечение провода Сперв = 10 мм2. Для вторичной обмотки сечение провода Свтор = 66 мм2.

При изготовлении сварочного трансформатора своими руками нужно выполнить все вышеперечисленные расчеты. Это поможет вам правильно выбрать все необходимые детали, а затем собрать из них устройство. Для новичка выполнение расчетов может показаться очень запутанным занятием, но если разобраться в сути выполняемых действий, все будет не так сложно.

Методика и теоретические основы проведения опыта

Режим холостого хода трансформатора достичь относительно легко. Для этого достаточно отключить нагрузку от всех ее обмоток, оставив их открытыми, после чего подключить к сети. Для точности эксперимента желательно, чтобы напряжение в сети было равно номинальному напряжению для данного блока.

Ток Io, называемый током XX, протекает через первичную обмотку. Его значение не превышает 3-10% от номинала. Напомним, что на вторичную обмотку нет нагрузки, поэтому стоит объяснить процессы, которые происходят внутри, чтобы понять, откуда этот ток.

Ток XX создает магнитный поток Фо в магнитной цепи, проходящий через витки первичной и вторичной обмоток. Благодаря этому на первичной обмотке появляется ЭДС самоиндукции E1, а во вторичной – ЭДС взаимной индукции E2.

ЭДС самоиндукции E1 незначительно влияет на первичное напряжение U1. Если к нему подключить вольтметр, он будет измерять значение U1. А ЭДС Е2 практически можно считать напряжением U2, так как тока нагрузки нет. Например, напряжение холостого хода сварочного трансформатора около 60В, это ЭДС Е2. При возникновении дуги E2 резко падает до десяти вольт – это значение под нагрузкой U2.

Потери полезной мощности в трансформаторе во время его работы делятся на две составляющие: потери в меди и потери в стали. Потери в меди относятся к мощности, рассеиваемой в виде тепла в обмотках. При проведении эксперимента ХХ ток через первичную обмотку довольно мал и потерями в меди можно пренебречь.

Работа трансформатора в режиме холостого хода сопровождается затратами энергии на создание замкнутого магнитного потока в его магнитопроводе. Это называется потерей мощности в стали. Он нагревает пластины магнитопровода. Он собран из отдельных тонких листов специального сплава, раскрашенных друг от друга. При сборке не используется сварка, только болтовые соединения. Это сделано для минимизации вихревых токов из-за переменного магнитного потока.

Если изоляция между пластинами нарушена, возникающие между ними вихревые токи нагревают магнитопровод. Это приводит к дальнейшему разрушению красочного слоя. В то же время потери мощности в стали увеличиваются, что увеличивает потери холостого хода трансформатора.

Коэффициент трансформации

Для трансформатора существует понятие коэффициента трансформации, формула которого такова:

CTr = E1 / E2 = W1 / W2

Соответственно, напряжение, которое будет на выводах вторичной обмотки, определяется соотношением количества витков обмоток. Это свойство используется для настройки его выходного значения.

Для этого в конструкцию входит регулировочное устройство, которое постепенно переключает количество витков первичной обмотки. Имеет регулировочные позиции от 3 до 5, при этом выходное напряжение на каждом шаге регулировки изменяется на 5% больше или меньше номинального. Коммутационное устройство называется анзапфой.

Эксперимент ХХ проводится на центральном положении унапфа, соответствующем номиналу.

Во время эксперимента XX измеряется коэффициент трансформации. Для этого используются два вольтметра. Один из них подключается к первичной обмотке и измеряет U1. Второй подключен к вторичной обмотке, измеряет ЭДС ХХ. В этом случае входное сопротивление вольтметра должно быть достаточно большим, чтобы не влиять на измеряемое значение. Разделив показания вольтметра, получается значение коэффициента трансформации.

Трансформатор: может работать как повышающий, так и понижающий. Поэтому при проведении на нем ремонтных работ его используют для подачи не только высокого напряжения на обмотку ВН, но и низкого напряжения на НН. Даже если это приборный трансформатор с низким вторичным напряжением 100 В.

Мы посмотрели минимум однофазного трансформатора. Для трехфазных устройств коэффициент трансформации измеряется на всех трех фазах, для чего одновременно используются 6 вольтметров, подключенных к линейным напряжениям трехфазной системы, или один, подключенный поочередно к точкам измерения.

При высоком номинальном напряжении питания первичной обмотки (6 кВ и выше) на первичную обмотку подается 380 В. Для измерения высокого напряжения невозможно использовать приборы с соответствующим классом точности. Кроме того, безопаснее проводить измерения при низких напряжениях питания.

Коэффициент необходимо измерять во всех позициях унапфа.

Коэффициент трансформации – это показатель, указывающий, есть ли в обмотках контурная цепь. Разброс показаний по фазам более 2% или их уменьшение от предыдущих данных говорит о том, что где-то нарушена изоляция проводов обмотки. Подозрение потребует подтверждения с помощью других методов тестирования, таких как измерение сопротивления. Кроме того, причиной повышенного разброса коэффициента трансформации может быть увеличение сопротивления между контактами коммутирующего устройства – анзапф. Что бывает чаще, особенно если его часто применяют.

Измерение тока холостого хода

Прямые амперметры используются для контроля тока холостого хода, подключенного последовательно к первичной обмотке. Это измерение тока производится при напряжении на обмотке, равном номинальному.

Для трехфазных силовых трансформаторов, которые эксплуатируются или вводятся в эксплуатацию, измерения проводятся для трех фаз одновременно или поочередно. Испытаниям подлежат агрегаты мощностью от 1000 кВА и выше.

Измерение мощности потерь в стали

Измерение потерь в магнитопроводе также проводится только для мощных агрегатов. Для этого измеряют мощность, потребляемую первичной обмоткой на холостом ходу. Возможно использование пониженного напряжения, подключенного к обмотке через ваттметр. Это устройство, способное напрямую измерять мощность. Поэтому использование амперметра и вольтметра (метод косвенного измерения) предполагает вычисление мощности путем умножения их показаний друг на друга. Расчетный результат искажен, так как не учитывается коэффициент мощности – косинус угла между током и напряжением. Минимум трансформатора приводит к появлению угла порядка 90 градусов, что очень существенно.

Ваттметр уже измеряет с учетом коэффициента мощности, поэтому нет необходимости изменять его показания. Прямое измерение параметров всегда более точное, чем использование косвенного метода измерения. Если у вас есть амперметр, вольтметр и ваттметр, вы можете рассчитать коэффициент мощности трансформатора по их показаниям:

Cos = P1 / U1 ∙ Io

Расчет производится по косинусу угла между напряжением и током. Теперь вы можете нарисовать векторную диаграмму. Расчет потерь ведется отдельно для каждой фазы, для которой используется таблица.

Для измерений обязательно использовать именно ту схему, которая используется в системе производителя (если вы что-то о ней знаете). Полученные значения не нормируются, но обязательно сравниваются с данными предыдущей проверки. Эта особенность важна: если потери растут из года в год, это означает, что качество изоляции стальных пластин магнитопровода трансформатора ухудшается. Этот процесс необратим, в процессе эксплуатации разовьются повреждения, и вскоре потребуется ремонт. Лучше делать это планомерно.

Определение поперечного сечения стержня и ярма сердечника трансформатора

Отношение потерь в меди обмоток трансформатора к потерям в стальном сердечнике в силовых трансформаторах малой мощности, работающих примерно при номинальных нагрузках, исходя из условий максимального КПД, желательно иметь в пределах:

Соотношение между массой стали сердечника и массой меди обмотки составляет:

где Bc и j взяты из позиции 2.

Удельные потери в стали сердечника kc при B = 1 Тл и f = 50 Гц по ГОСТ 802-581 в зависимости от марки стали и толщины листа δс составляют:

– сталь марки Э41:

при δñ = 0,5 мм – kñ = 1,6 Вт / кг при δñ = 0,35 мм – kñ = 1,35 Вт / кг

– сталь марки Е11:

a с = 0,5 мм – kñ = 3,3 Вт / кг

– стали марок Э310 и Э320:

a с = 0,5 мм – kс = 1,25 Вт / кг; ks = 1,15 Вт / кг при δs = 0,35 мм – ks = 1,00 Вт / кг; kc = 0,9 Вт / кг

Сечение стержня сердечника трансформатора определяется по следующей формуле:

где P1 = U1 × I1 – потребляемая мощность однофазного трансформатора, ВА; P1 = √3 × U1 × I1 – потребляемая мощность трехфазного трансформатора, ВА; α = Gc / Gm – отношение веса стали к весу меди обмотки, определяемое по предыдущей формуле; U1 и f – взяты из задания; I1 – из позиции 1, Bñ ej – из позиции 2.

Постоянный коэффициент C в среднем можно приблизительно принять:

для однофазных шинных трансформаторов…….. для однофазных бронированных трансформаторов……….. для трехфазных шинных трансформаторов ………

С = 0,6 С = 0,7 С = 0,4

Сечение ярма стержневого трансформатора можно принять:

Sя = (1,0 ÷ 1,2) × Sñ см2 .

Сечение ярма бронированного трансформатора:

Размер сторон квадратного сечения планки (рисунки 2, 3 и 4):

Рисунок 2. Штыревые трансформаторы: а – с двумя катушками; б – с катушкой	Рисунок 3. Бронированный трансформатор
Рисунок 4. Трансформаторы трехфазные с разной формовкой пластин: а – с W-образными пластинами; б – с прямоугольными пластинами

возможно отклонение от квадратной формы сечения стержня, при этом bc = (1,2 ÷ 2,0) × ac.

Высота ярма (рисунки 2, 3 и 4):

где kz – коэффициент заполнения сечения активной зоны сталью, выбранный из таблицы 1, в зависимости от принятой толщины листа с. По размерам ac, bc и hя наиболее близкая центральная пластина U- или W-образного трансформатора может быть выбрана из таблицы 2.

Таблица 1

Толщина листа, мм	Коэффициент заполнения секции стержня сталью	Утеплитель между листами
0,5 0,35 0,2 0,1	0,92 0,86 0,76 0,65	покрасить – – –

Таблица 2

Тип сердечника	Размеры сердечника, мм
дО Н.Э	до н.э	привет	ЧАС	б
L-10 × 10 L-10 × 15 L-10 × 20 L-12 × 12 L-12 × 18 L-12 × 24 L-14 × 14 L-14 × 21 L-14 × 28 L-16 × 16 L-16 × 24 L-16 × 32 L-18 × 18 L-18 × 27 L-18 × 36 L-20 × 20 L-20 × 30 L-20 × 40 L-24 × 24 L-24 × 36 W-24 × 48 W-30 × 30 W-30 × 45 W-30 × 60 W-40 × 40 W-40 × 60 W-40 × 80	10 10 10 12 12 12 14 14 14 16 16 16 18 18 18 20 20 20 24 24 24 30 30 30 40 40 40	10 15 20 12 18 24 14 21 28 16 24 32 18 27 36 20 30 40 24 36 48 30 45 60 40 60 80	5 5 5 6 6 6 7 7 7 8 8 8 9 9 9 10 10 10 12 12 12 15 15 15 20 20 20	15 15 15 18 18 18 21 21 21 24 24 24 27 27 27 30 30 30 36 36 36 45 45 45 60 60 60	5 5 5 6 6 6 7 7 7 8 8 8 9 9 9 10 10 10 12 12 12 15 15 15 20 20 20	bс – толщина упаковки

В этом случае можно отклониться от квадратной формы поперечного сечения стержня, чтобы получить заданное значение поперечного сечения Sñ; в этом случае обычно bc ≥ ac.

Специальные типы трансформаторов

В электроустановках чаще всего используются следующие специальные типы трансформаторов: автотрансформаторы, многообмоточные и трехфазные трансформаторы.

Автотрансформатор

Называется такой трансформатор, у которого всего одна обмотка, часть которой одновременно принадлежит вторичной и первичной цепям. Схема однофазного трансформатора представлена ​​на рис.9.

Режим покоя автотрансформатора, когда I2 = 0, ничем не отличается от режима покоя обычного трансформатора. Подаваемое на трансформатор напряжение U1 = UAB равномерно распределяется между витками первичной обмотки. Рис. 9 Вторичное напряжение

Выбор размеров окна сердечника и укладка обмоток на стержнях трансформатора

Форма окна сердечника трансформатора существенно влияет на величину тока намагничивания, расход стали для сердечника и меди для обмоток трансформатора. Чрезмерная высота окна сердечника H увеличивает ток намагничивания Iμ и увеличивает расход стали и вес трансформатора. Заниженная высота окон увеличивает нагрев обмоток и увеличивает расход меди на них.

Опыт показывает, что наиболее выгодная форма окна сердечника трансформатора получается, когда соотношение между высотой окна H и его шириной b составляет от 2,5 до 3 (рисунки 2, 3 и 4).

Если при расчете сердечника трансформатора принята стандартная форма U- или W-образных пластин из таблицы 2, размеры H и b берутся из той же таблицы.

При размещении обмоток на стержнях сердечника трансформатора следует учитывать следующее: чем меньше диаметр обмоточного провода, тем выше его стоимость. Поэтому, чтобы снизить общую стоимость трансформатора, желательно на первом стержне разместить обмотку с более тонкой проволокой.

Чтобы уточнить ширину центрального окна b, необходимо рассчитать радиальную толщину обмоток трансформатора.

Количество витков первичной обмотки в одном слое:

где d1н – взято из позиции 5; ε1 – расстояние от обмотки до ярма, обычно ε1 = 2 – 5 мм.

Количество слоев первичной обмотки однофазного однообмоточного или трехфазного трансформатора (рисунок 5, б и в):

Результирующее значение m1 округляется до ближайшего большего целого числа.

В случае однофазного двухобмоточного трансформатора стержневого типа количество витков на стержне будет (рисунок 5, а):

Толщина первичной обмотки:

где γ1 – толщина изоляционной полосы между слоями. Изоляционные прокладки следует использовать только при напряжении между слоями более 50 В. Толщина изоляционных прокладок обычно не превышает 0,03 – 0,10 мм; d1н – взят из позиции 5.

Рисунок 5. Катушечные формы маломощных двухобмоточных трансформаторов: а – двухстержневые катушки; б – одностержневой змеевик; в – бронированный

Количество витков вторичной обмотки в одном слое:

Количество слоев вторичной обмотки однофазного однообмоточного или трехфазного трансформатора (рисунок 5, б и в):

Полученное значение m2 также округляется до ближайшего большего числа.

В однофазном двухкатушечном трансформаторе число витков на стержне W2 / 2 (рисунок 5, а):

Вторичная толщина:

где d2н берется из позиции 5.

Ширина главного окна однофазного трансформатора с круглой катушкой (рисунок 5, б):

б = 0 + ε2 + δ1 + δ12 + δ2 + 3 ,

где это находится

– люфт от стержня к катушке (рисунок 5, б); ε0 = 1,0 – 2,0 – толщина изоляции между катушкой и стержнем, обычно в электрокартоне; δ12 – толщина изоляции между обмотками, обычно выполняемой в трансформаторах малой мощности из электрокартона и крашеного полотна толщиной 0,10 – 1,0 мм; ε3 – расстояние от катушки до второго стержня, обычно принимаемое в пределах ε3 = 3-5 мм; δ1 и δ2 – толщина соответствующих обмоток, мм.

Ширина окна однофазного трансформатора с двумя круглыми катушками, а также трехфазного трансформатора с аналогичными катушками (рисунок 5, а):

б = 2 × (ε0 + ε2 + δ1 + δ12 + δ2) + ε3 .

Ширина окна однофазного трансформатора с прямоугольной катушкой (рисунок 5, в):

b = k2 × (ε0 + δ1 + δ12 + δ2) + ε3 ,

где k2 = 1,2 – 1,3 – коэффициент увеличения толщины катушки за счет потерь на сцепление слоев, так что катушка принимает овальную форму.

Ширина окна однофазного трансформатора с двумя прямоугольными катушками, а также трехфазного трансформатора с аналогичными катушками:

б = 2 × k2 × (ε0 + δ1 + δ12 + δ2) + ε3.

Проверка трансформатора на нагревание

Превышение температуры обмоток и сердечника трансформатора относительно температуры окружающей среды можно приблизительно определить по формуле:

где Pm – общие потери в меди обмоток с позиции 7; Pс – потери в сердечнике из позиции 8; aо = (10 – 12) × 10-4 – средний коэффициент теплоотдачи открытой поверхности обмоток и сердечника, Вт / см2 × градусы; Scer и Srev – открытые поверхности обмоток сердечника и трансформатора, см2; ΔΘ ° – перепады температуры от внутренних слоев обмоток к внешним, которые для окрашенных обмоток могут составлять порядка 10-15.

1 Чтобы не нарушать хронологию изложения материала из представленного ниже источника, в тексте указан стандарт ГОСТ 802-58, который на сегодняшний день не действует. Действующий аналог – ГОСТ 21427.1-83. В результате стали марок E11, E41, E310, E320, E34, E340, E44, E47 и E48 являются устаревшими и не производятся. При выборе стали при расчете сердечника используйте ГОСТ 21427.1-83.

Источник: Ермолин Н.П. «Как рассчитать трансформатор малой мощности» – Л .: Госэнергоиздат, 1961 – 52с.

Анализ результатов измерения

В ходе приемо-сдаточных испытаний и проверок полученные данные сравниваются с соответствующими испытаниями, проведенными на заводе после изготовления трансформатора. Расхождение больше 5 не допускается.

Для однофазных трансформаторов в этих же случаях потери мощности не должны отличаться от начального значения более чем на 10%.

Во время работы измеряется только ток холостого хода, основываясь на опыте работы с номинальным напряжением или потерями мощности при пониженном напряжении. При этом ПТЭЭП не нормализует отклонения от нормы.

Однако, если есть подозрение на повреждение трансформатора, метод измерения потерь с использованием трех последовательных экспериментов дает очень ценный результат. Поскольку обмотки фаз трансформатора находятся в неравном состоянии, можно не только рассчитать наличие дефекта, но и определить дефектную фазу.

Путь магнитного потока при возбуждении клемм AB и BC одинаков. Поэтому потери мощности для экспериментов на этих этапах не будут отличаться. Когда фазы переменного тока возбуждены, путь, проходимый магнитным потоком, длиннее, поэтому потери мощности будут на 25-50% выше, чем предыдущие. Сравнивая эти показатели, можно определить, на какой стадии возникает дефект.

Режим холостого хода трансформатора

Минимальным (ХХ) называется такое подключение устройства, когда номинальное переменное напряжение приложено к первичной обмотке и цепи всех вторичных обмоток разомкнуты (нагрузки не подключены).

В преобразователе напряжения разделение обмоток (катушек) на первичную и вторичную является обычным. Каждый из них становится первичным при приложении начального переменного напряжения. Остальные, в них наводится ЭДС – они становятся, соответственно, вторичными.

Опыт на холостом ходу выполняется по схеме, представленной на рисунке

Соответственно, любой трансформатор по способу подключения может быть как понижающим, так и повышающим (за исключением развязывающего трансформатора – с коэффициентом трансформации, равным единице).

Поскольку цепь вторичной обмотки отключена, в ней нет тока (I2 = 0). В первичной обмотке течет I1, который формирует поток вектора магнитной индукции F1 в магнитопроводе. Последняя изменяется по синусоидальному закону, но из-за инверсии намагниченности стали отстает по фазе от I1 на угол B (угол потерь).

Используется следующая терминология:

• I1: ток трансформатора ХХ;
• F1: магнитный рабочий поток.

Под действием F1 во всех катушках возникает ЭДС:

• в первичной – самоиндукция (E1);
• во вторичной – взаимная индукция (E2).

Зависимость ЭДС от различных параметров определяется по формулам:

E1 = 4,44 * f * W1 * Ф1max * 10-8 ,

E2 = 4,44 * f * W2 * Ф1max * 10-8, где

W1 и W2: количество витков в обмотках;

Ф1max – величина магнитного потока в точке максимума.

Следовательно, численное значение ЭДС прямо пропорционально количеству витков катушки. По соотношению ЭДС в первичной и вторичной обмотках определяется основной параметр аппарата – коэффициент трансформации (K): K = E1 / E2 = W1 / W2.

Вторичная обмотка, по сравнению с первичной, содержит витки:

Читайте также: FBTest v1.1 – тестер трансформаторов: обзор и тестирование

• в повышающем трансформаторе – больше (К меньше единицы);
• в нисходящем направлении – минус (K больше единицы).

Помимо рабочего (основного) в установке формируется магнитный дисперсионный поток Фр1. Это силовые линии, которые отходят от рабочего магнитного потока F1 в сердечнике и замыкаются в воздухе вокруг катушек катушек. Как и F1, Фр1 переменный, а это значит, что по закону электромагнитной индукции он индуцирует в первичной обмотке самоиндуктивную ЭДС Ер1.

E1 и Ep1 всегда направлены против напряжения U1, приложенного к первичной обмотке. По характеру воздействия на ток они похожи на резистор и поэтому обозначаются термином «индуктивное сопротивление» (X).

Емкостное и индуктивное реактивное сопротивление

Следовательно, создавая I1, напряжение U1 превышает активное сопротивление R1 первичной катушки и обе ЭДС самоиндукции. Математически это выглядит так: U1 = I1 * R1 + (-E1) + (-Ep1).

Запись ведется в векторном виде, тогда перед обозначениями ЭДС самоиндукции ставятся знаки «-»: они указывают противоположное направление этих векторов по отношению к напряжению U1. Ток холостого хода I1 не является строго синусоидальным.

он искажен, потому что содержит так называемую составляющую третьей гармоники (TGC), которая вызвана вихревыми токами, гистерезисом и магнитным насыщением магнитной цепи. Но с некоторой степенью приближения, подходящей для практических расчетов, его можно заменить эквивалентным синусоидальным током с эквивалентным действующим значением.

Почему важно использовать ваттметр

Такой измерительный прибор, как ваттметр, позволяет точно измерять коэффициенты мощности. Благодаря его использованию можно получить максимально точный конечный результат. Далее вам нужно будет создать точную векторную диаграмму на основе полученного результата. Установленные потери необходимо учитывать для каждой фазы. Полученный результат нельзя сравнивать с установленными стандартами представленного оборудования и полученными показателями, которые были получены после проведения исследования тока холостого хода трансформатора. Сравнение возможно только с теми показателями, которые были получены в ходе предыдущих проверок. В том случае, если потери начинают расти после определенного периода эксплуатации, это свидетельствует о наличии различных нарушений в изоляции магнитопроводящих пластин. Невозможно вернуться к начальной точке уже запущенного процесса. Поэтому для проведения ремонтных работ необходимо обращаться к квалифицированным специалистам.

Таблица потерь

Потребляемая активная мощность соответствует потерям ХХ трансформатора. Одна часть уходит на нагрев провода обмотки (I1 2 * R1). Это несущественно, так как сопротивление R1 провода оставляет желать лучшего, да и ток ХХ тоже невелик – 3-10% от номинала.

Основная часть расходуется на вихревые токи в магнитопроводе и его перемагничивание. Эти явления приводят к нагреву магнитопровода. F1, который представляет собой большую часть потерь холостого хода, не зависит от тока нагрузки. В результате потери возникают постоянно и в любом режиме работы устройства, даже в активном (нагрузочном) режиме).

Таблица потерь XX:

Номинальная мощность, кВА	Номинальное напряжение В / НН, кВ	Потери холостого хода, Вт
250	10 / 0,4	730
315	10 / 0,4	360
400	10 / 0,4	1000
500	10 / 0,4	1150
630	10 / 0,4	1400
800	10 / 0,4	1800
1000	10 / 0,4	1950
1250	10 / 0,4	2300
1600	10 / 0,4	2750
2000 г	10 / 0,4	3200
2500	10 / 0,4	4200

Со временем потери увеличиваются из-за следующих изменений магнитопровода:

• меняется структура стали;
• снижается сопротивление изоляции между пластинами;
• нарушена изоляция стяжек, что приводит к короткому замыканию между плитами.

Проверка работы

Для проверки прибора его включают в режим ХХ и производят следующие измерения:

1. вольтметр используется для измерения напряжения, подаваемого на первичную обмотку (U1);
2. другим вольтметром напряжение U2 на выводах вторичной обмотки. Используется устройство с достаточно высоким сопротивлением, чтобы ток во вторичной обмотке оставался нулевым;
3. в цепь первичной обмотки включен амперметр для определения тока холостого хода
4. сюда также входит ваттметр, который измеряет потребляемую мощность.

После снятия показаний с приборов производят расчеты:

1. определить коэффициент трансформации: K = U1 / U2;
2. потери ХХ рассчитываются по специальным формулам.

Используя данные эксперимента ХХ в сочетании с данными эксперимента по режиму короткого замыкания, определяется КПД устройства.

Порядок и схема измерения

Перед экспериментом проводится процесс размагничивания магнитопровода испытуемого трансформатора. Для этого используется постоянный ток, который пропускают через одну из обмоток со стороны низкого напряжения. Ток подключается повторно, каждое последующее подключение происходит с изменением полярности и уменьшением значения. Начальное значение не должно быть меньше двойного ожидаемого тока холостого хода. При каждом последующем запуске значение уменьшается на 30-40%. Процесс заканчивается при токе ниже значения тока холостого хода.

Для проведения прямого эксперимента по разомкнутой цепи на вторичную обмотку трансформатора подается номинальное напряжение с отклонением ± 5% от нормы. Нейтральный вывод, если он есть, не используется. В этом случае напряжение строго синусоидальное, с номинальной частотой сети.

Для проведения измерений необходимы три лабораторных прибора с классом точности не менее 0,5. Это амперметры, вольтметры и ваттметры, амперметры подключаются последовательно в каждой фазе, вольтметры подключаются к линейному напряжению всех трех фаз. Токовые обмотки ваттметров подключены последовательно к амперметрам. Обмотки напряжения ваттметров подключаются по показанным схемам. Подается напряжение, снимаются показания с приборов.

Строго говоря, измерения проводятся по тем же схемам, что и на заводе-изготовителе для эксперимента. Ведь полученные данные придется сравнивать с заводскими. Но, если трехфазный источник напряжения недоступен, можно провести три измерения, приложив напряжение к двум фазам обмотки трансформатора, замкнув накоротко третью, которая остается свободной.

В этом случае используется только линейное напряжение, поскольку искажение формы сигнала из-за нелинейных нагрузок в сети оказывает на него минимальное влияние. По этим же схемам проводится проверка обрыва цепи на пониженном (low.

Холостой ход трехфазного трансформатора

Характер работы трехфазного устройства в режиме ХХ зависит от магнитной системы и схемы подключения обмоток:

1. первичная обмотка – «треугольник», вторичная – «звезда» (D / Y): на обмотках прибора присутствует ток холостого хода TGS I1. Следовательно, магнитный поток и ЭДС синусоидальны и нежелательные процессы, описанные выше, не возникают;
2. схема Y / D: возникает ТГС магнитного потока, но ток от наведенной им дополнительной ЭДС беспрепятственно протекает через замкнутые в «треугольник» вторичные катушки. Этот ток создает собственный поток вектора магнитной индукции, который гасит третью HM основного МП, вызывающего его. Следовательно, магнитный поток и ЭДС почти синусоидальны;
3. соединение первичной и вторичной обмоток звездой (Y / Y).

В последней схеме TGS ток I1 отсутствует, так как для него нет пути: третьи гармонии каждой из фаз направлены в сторону или от нулевой точки в любой момент времени. Это искажает магнитный поток.

Остальное определяется магнитной системой:

1. трехфазный трансформатор в виде группы из 1 фазы: ТГС магнитного потока замыкается в каждой фазе по собственному сердечнику и, за счет низкого магнитного сопротивления последнего, достигает амплитуды 15% – 20% потока рабочего магнитного. Создайте дополнительную ЭДС, амплитуда которой уже может достигать 45% – 60% от основной ЭДС. Такое повышение напряжения может привести к пробою изоляции с последующим выходом из строя электрических систем;
2. трансформаторы с бронированной магнитной системой: происходят те же явления (магнитный поток третьей гармоники замыкается по боковым ярмам магнитопровода);
3. трехстержневая магнитная система: ТГС не имеет пути вдоль магнитопровода и замкнут в среде с низкой магнитной проницаемостью – воздух, масло, стенки резервуара. Следовательно, он имеет небольшое значение и не вызывает значительного дополнительного электромагнитного поля.

Схема вакуумного эксперимента трехфазного двухобмоточного трансформатора

Наличие «треугольника» в цепи трехфазного трансформатора в значительной степени нейтрализует негативное влияние магнитного потока ТГС и улучшает кривую ЭДС.

Описание процесса

Намагничивание трансформатора из-за воспламенения под напряжением считается наиболее неблагоприятным случаем, вызывая BNT наибольшей амплитуды. Когда трансформатор выключен, напряжение намагничивания равно нулю, ток намагничивания уменьшается до нуля, а плотность потока изменяется в соответствии с характеристикой намагничивания сердечника. Указанное обуславливает наличие остаточной индукции в сердечнике. Когда через некоторое время трансформатор снова включается под напряжением, которое изменяется по синусоидальному закону, магнитная индукция начинает изменяться по тому же закону, но со сдвигом значения остаточной индукции. Остаточная индукция может составлять 80-90% от номинальной индукции и, следовательно, точка может выходить за пределы перегиба характеристики намагничивания, что, в свою очередь, вызывает большую амплитуду и искажение формы волны тока.

На рисунке показана характерная форма БНТ. Эта осциллограмма показывает наличие длительной затухающей апериодической составляющей, ее можно характеризовать содержанием различных гармоник и большой амплитудой тока в начальный момент (до 30 раз превышающей номинальный ток трансформатора). Кривая значительно затухает через десятые доли секунды, но полное затухание типично через несколько секунд. При определенных обстоятельствах BNT распадается всего через несколько минут после включения трансформатора.

Сварочный трансформатор: устройство и принцип действия

Сварочный трансформатор, пожалуй, самый распространенный вид промышленного оборудования. Он основан на нескольких ключевых узлах, которые взаимодействуют для создания сварочной дуги. Его мощности достаточно, чтобы соединить две металлические заготовки или вырезать цельный кусок металла. В зависимости от конструкции, функциональности и мощности генерируемого напряжения оборудование делится на несколько типов. Каков принцип работы сварочного трансформатора, какие процессы происходят при этом, отличительные особенности моделей – это неполный перечень проблем, обсуждаемых ниже.

Устройство сварочного трансформатора

Чтобы расплавить металл, необходимо настроить параметры потребляемого сетевого тока на требуемые значения. В сварочном оборудовании меняются его основные значения: уменьшается напряжение и увеличивается сила тока. Сварка металлических заготовок была бы невозможна без основных компонентов, включенных даже в простейший сварочный трансформатор:

• первичная обмотка (в изолированном проводе);
• вторичная обмотка (очень толстая, для лучшей теплоотдачи выполняется неизолированной);
• магнитопровод;
• вертикальный фиксирующий винт;
• крепление намотки и винтовая гайка;
• зажимы для крепления проводов;
• ручка винтового зажима;
• металлический корпус.

Помимо основного, в сварочных трансформаторах используется дополнительное оборудование, что улучшает их работу и расширяет функциональные возможности.

Магнитопровод требуется для любого сварочного аппарата. На параметры тока он никак не влияет, но без сердечника невозможно сформировать магнитное поле. Он состоит из набора металлических пластин определенной формы. Поверхность плит покрыта оксидом и в некоторых случаях защищена краской. Изоляция необходима по техническим причинам. Если бы ядра были сделаны из металла и не изолированы, из-за действия магнитного поля генерировались бы вихревые токи. Они уменьшают индукцию поля.

Чтобы снизить шум, возникающий при работе трансформатора, важно максимально подтянуть пластины. При ослаблении соединения усиливается вибрация, причиной которой является проходящий ток. Следует отметить, что полностью устранить шум не удастся. И его наличие в умеренной степени даже в новом оборудовании – это норма.

Принцип работы сварочного трансформатора

Итак, пора подробнее разобраться, что такое сварочный трансформатор и как он работает. Алгоритм работы оборудования включает несколько основных этапов:

1. От электросети ток поступает на первичную обмотку. В результате создается магнитный поток, который замыкается на сердечнике устройства;
2. Также напряжение подается на вторичную обмотку.
3. Сердечник из ферромагнитных материалов, на котором расположены как первичная, так и вторичная обмотки, создает магнитное поле.
4. В зависимости от количества витков катушки, а точнее их разницы, изменяется напряжение и сила тока. На основании этих параметров рассчитывается трансформатор.

Между количеством витков вторичной обмотки и выходным напряжением существует прямая зависимость. Если необходимо увеличить выходное напряжение, необходимо добавить количество витков вторичной катушки и наоборот. Сварочный трансформатор – это понижающее устройство. По этой причине количество витков вторичной обмотки меньше, чем у первичной.

Кроме того, устройство и комплектующие сварочного аппарата позволяют регулировать силу тока. Для этого необходимо изменить расстояние между вторичной и первичной обмотками. Здесь наблюдается обратная зависимость: чем меньше расстояние, тем сильнее ток и наоборот: чем больше расстояние, тем меньше значение. Эти настройки позволяют сварщику работать с материалами, которые различаются по составу и толщине.

Режим холостого хода трансформатора

Минимальным (ХХ) называется такое подключение устройства, когда номинальное переменное напряжение приложено к первичной обмотке и цепи всех вторичных обмоток разомкнуты (нагрузки не подключены).

В преобразователе напряжения разделение обмоток (катушек) на первичную и вторичную является обычным. Каждый из них становится первичным при приложении начального переменного напряжения. Остальные, в них наводится ЭДС – они становятся, соответственно, вторичными.

Опыт на холостом ходу выполняется по схеме, представленной на рисунке

Соответственно, любой трансформатор по способу подключения может быть как понижающим, так и повышающим (за исключением развязывающего трансформатора – с коэффициентом трансформации, равным единице).

Поскольку цепь вторичной обмотки отключена, в ней нет тока (I2 = 0). В первичной обмотке течет I1, который формирует поток вектора магнитной индукции F1 в магнитопроводе. Последняя изменяется по синусоидальному закону, но из-за инверсии намагниченности стали отстает по фазе от I1 на угол B (угол потерь).

Используется следующая терминология:

• I1: ток трансформатора ХХ;
• F1: магнитный рабочий поток.

Под действием F1 во всех катушках возникает ЭДС:

• в первичной – самоиндукция (E1);
• во вторичной – взаимная индукция (E2).

Зависимость ЭДС от различных параметров определяется по формулам:

E1 = 4,44 * f * W1 * Ф1max * 10-8 ,

E2 = 4,44 * f * W2 * Ф1max * 10-8, где

F – частота, Гц;

W1 и W2: количество витков в обмотках;

Ф1max – величина магнитного потока в точке максимума.

Следовательно, численное значение ЭДС прямо пропорционально количеству витков катушки. По соотношению ЭДС в первичной и вторичной обмотках определяется основной параметр аппарата – коэффициент трансформации (K): K = E1 / E2 = W1 / W2.

Вторичная обмотка, по сравнению с первичной, содержит витки:

• в повышающем трансформаторе – больше (К меньше единицы);
• в нисходящем направлении – минус (K больше единицы).

Помимо рабочего (основного) в установке формируется магнитный дисперсионный поток Фр1. Это силовые линии, которые отходят от рабочего магнитного потока F1 в сердечнике и замыкаются в воздухе вокруг катушек катушек. Как и F1, Фр1 переменный, а это значит, что по закону электромагнитной индукции он индуцирует в первичной обмотке самоиндуктивную ЭДС Ер1.

E1 и Ep1 всегда направлены против напряжения U1, приложенного к первичной обмотке. По характеру воздействия на ток они похожи на резистор и поэтому обозначаются термином «индуктивное сопротивление» (X).

Емкостное и индуктивное реактивное сопротивление

Следовательно, создавая I1, напряжение U1 превышает активное сопротивление R1 первичной катушки и обе ЭДС самоиндукции. Математически это выглядит так: U1 = I1 * R1 + (-E1) + (-Ep1).

Запись ведется в векторном виде, тогда перед обозначениями ЭДС самоиндукции ставятся знаки «-»: они указывают противоположное направление этих векторов по отношению к напряжению U1. Ток холостого хода I1 не является строго синусоидальным.

Он искажен, потому что содержит так называемую составляющую третьей гармоники (TGC), которая вызвана вихревыми токами, гистерезисом и магнитным насыщением магнитной цепи. Но с некоторой степенью приближения, подходящей для практических расчетов, его можно заменить эквивалентным синусоидальным током с эквивалентным действующим значением.

Таблица потерь

В разомкнутом состоянии цепь вторичной обмотки не потребляет активной энергии. Но есть активная доля в потребляемой первичной обмотке. Хотя основная часть является реактивной (намагничивающей), мощность возвращается в генератор.

Потребляемая активная мощность соответствует потерям ХХ трансформатора. Одна часть уходит на нагрев обмоточного провода (I12 * R1). Это несущественно, так как сопротивление R1 провода оставляет желать лучшего, да и ток ХХ тоже невелик – 3-10% от номинала.

Основная часть расходуется на вихревые токи в магнитопроводе и его перемагничивание. Эти явления приводят к нагреву магнитопровода. F1, который представляет собой большую часть потерь холостого хода, не зависит от тока нагрузки. В результате потери возникают постоянно и в любом режиме работы устройства, даже в активном (нагрузочном) режиме).

Таблица потерь XX:

Номинальная мощность, кВА	Номинальное напряжение В / НН, кВ	Потери холостого хода, Вт
250	10 / 0,4	730
315	10 / 0,4	360
400	10 / 0,4	1000
500	10 / 0,4	1150
630	10 / 0,4	1400
800	10 / 0,4	1800
1000	10 / 0,4	1950
1250	10 / 0,4	2300
1600	10 / 0,4	2750
2000 г	10 / 0,4	3200
2500	10 / 0,4	4200

Со временем потери увеличиваются из-за следующих изменений магнитопровода:

• меняется структура стали;
• снижается сопротивление изоляции между пластинами;
• нарушена изоляция стяжек, что приводит к короткому замыканию между плитами.

Доля потерь в долговечном трансформаторе вместо предписанных 5% может составлять 50%.

Проверка работы

Для проверки прибора его включают в режим ХХ и производят следующие измерения:

1. вольтметр используется для измерения напряжения, подаваемого на первичную обмотку (U1);
2. другим вольтметром напряжение U2 на выводах вторичной обмотки. Используется устройство с достаточно высоким сопротивлением, чтобы ток во вторичной обмотке оставался нулевым;
3. в цепь первичной обмотки включен амперметр для определения тока холостого хода
4. сюда также входит ваттметр, который измеряет потребляемую мощность.

После снятия показаний с приборов производят расчеты:

1. определить коэффициент трансформации: K = U1 / U2;
2. потери ХХ рассчитываются по специальным формулам.

Используя данные эксперимента ХХ в сочетании с данными эксперимента по режиму короткого замыкания, определяется КПД устройства.

Холостой ход трехфазного трансформатора

Характер работы трехфазного устройства в режиме ХХ зависит от магнитной системы и схемы подключения обмоток:

1. первичная обмотка – «треугольник», вторичная – «звезда» (D / Y): на обмотках прибора присутствует ток холостого хода TGS I1. Следовательно, магнитный поток и ЭДС синусоидальны и нежелательные процессы, описанные выше, не возникают;
2. схема Y / D: возникает ТГС магнитного потока, но ток от наведенной им дополнительной ЭДС беспрепятственно протекает через замкнутые в «треугольник» вторичные катушки. Этот ток создает собственный поток вектора магнитной индукции, который гасит третью HM основного МП, вызывающего его. Следовательно, магнитный поток и ЭДС почти синусоидальны;
3. соединение первичной и вторичной обмоток звездой (Y / Y).

В последней схеме TGS ток I1 отсутствует, так как для него нет пути: третьи гармонии каждой из фаз направлены в сторону или от нулевой точки в любой момент времени. Это искажает магнитный поток.

Остальное определяется магнитной системой:

1. трехфазный трансформатор в виде группы из 1 фазы: ТГС магнитного потока замыкается в каждой фазе по собственному сердечнику и, за счет низкого магнитного сопротивления последнего, достигает амплитуды 15% – 20% потока рабочего магнитного. Создайте дополнительную ЭДС, амплитуда которой уже может достигать 45% – 60% от основной ЭДС. Такое повышение напряжения может привести к пробою изоляции с последующим выходом из строя электрических систем;
2. трансформаторы с бронированной магнитной системой: происходят те же явления (магнитный поток третьей гармоники замыкается по боковым ярмам магнитопровода);
3. трехстержневая магнитная система: ТГС не имеет пути вдоль магнитопровода и замкнут в среде с низкой магнитной проницаемостью – воздух, масло, стенки резервуара. Следовательно, он имеет небольшое значение и не вызывает значительного дополнительного электромагнитного поля.

Схема вакуумного эксперимента трехфазного двухобмоточного трансформатора

Наличие «треугольника» в цепи трехфазного трансформатора в значительной степени нейтрализует негативное влияние магнитного потока ТГС и улучшает кривую ЭДС.

В мощных установках на высокие напряжения, где необходимо соединить обмотки с двух сторон «звездой», устанавливают дополнительную нерабочую обмотку (не несет электрической нагрузки), подключенную по схеме «треугольник».