Как рассчитать ток холостого хода трансформатора?

Содержание

Форма тока холостого хода тороидальных трансформаторов

Как рассчитать ток холостого хода трансформатора?

Данное исследование проводилось с целью экспериментального определения формы тока холостого хода тороидальных трансформаторов, применяемых в блоках питания аудиоаппаратуры Hi-End.

Было исследовано 2 тороидальных магнитопровода. Размеры магнитопроводов приведены в таблице.

Схема измерения представлена на рис 1.

  Рис. 1. Схема измерения.   Использованы: 1.  ЛАТР 2А. 2.  Изолирующий  трансформатор 4:1.  Габаритная  мощность 200W,  первичная  обмотка 880 витков.  При  проведении  измерений  в  наихудшем  случае  на  его  первичную  обмотку приходилось не менее 8 витков/Вольт 3.  Осциллограф С1-114/1. 4.  Милливольтметр переменного напряжения В3-56.   На испытуемые магнитопроводы намотано по 100 витков пробной обмотки проводом, штатно используемым для первичной обмотки.

Напряжение  на  испытуемой  обмотке  поднималось  с  шагом 2  Вольта,  делался  снимок. Чувствительность осциллографа в ходе измерений не менялась и составляла 5 mV/деление. На  осциллограммах  показана форма  тока  в  цепи  испытуемой  обмотки.

Напряжение  на  ней измерено милливольтметром среднеквадратичных значений и пересчитано в отношение витков к вольтам (Витки/Вольт):  

Yвитк/вольт = 100 витков/Uвольт

  Форма  напряжения  на  пробной  обмотке  при  измерении  даже  в  наихудшем  измеряемом случае  повторяет форму  сетевого  напряжения:  синус  с  уплощенной  верхушкой.  При  выходе  за пределы проведенных измерений форма напряжения синуса искажается, примерно как ступенька в  усилителе класса В без ОООС. Железо при этом начинает зудеть.    

Результаты исследования сведены в две таблицы.

ФОРМА ТОКА ПРИ ДАННОМ ОТНОШЕНИИ ВИТКОВ/ВОЛЬТ.
Магнитопровод 140W: 60х100-32, сечение 6,4 см2
рекомендовано первичной 1000 витков (4,55 витков/Вольт)

10 витк/Вольт, 0,71 Тл 8,33 витк/Вольт, 0,85 Тл 7,14 витк/Вольт, 1 Тл
6,25 витк/Вольт, 1,14 Тл 5,56 витк/Вольт, 1,28 Тл 5 витк/Вольт, 1,42 Тл
4,55 витк/Вольт, 1,56 Тлрекомендовано. 4,17 витк/Вольт, 1,7 Тл 3,85 витк/Вольт, 1,98 Тл

ФОРМА ТОКА ПРИ ДАННОМ ОТНОШЕНИИ ВИТКОВ/ВОЛЬТ.
Магнитопровод 200W: 60х100-40, сечение 8 см2
рекомендовано первичной 850 витков (3,86 витков/Вольт)

8,33 витк/Вольт, 0,68 Тл 7,14 витк/Вольт, 0,8 Тл 6,25 витк/Вольт, 0,91 Тл
5,56 витк/Вольт, 1 Тл 5 витк/Вольт, 1,14 Тл 4,55 витк/Вольт, 1,25 Тл
4,17 витк/Вольт, 1,36 Тл 3,85 витк/Вольт, 1,48 Тлрекомендовано. 3,57 витк/Вольт, 1,6 Тл

  Очевидно,  что  рекомендованное  производителем  отношение  витков/Вольт  близко  к критическому и при 10% превышении сетевого напряжения железо будет насыщаться.   Индукцию в магнитопроводе можно вычислить для каждого случая по формуле

Bmax=Urms/(1,41*pi*ω*F*Q), где

U — напряжение на обмотке, среднеквадратичное, Вольт
ω — количество витков
Q — сечение сердечника, м2 (с учетом заполнения железом)
pi — 3,14
F — частота (50 Гц)

  При питании первичной обмотки от сети 220V  50Гц, удобно пользоваться формулой

Bmax=10000/ω*Q, где

ω — количество витков
Q — сечение сердечника, см2 (с учетом заполнения железом).    

В случае применения измеренных сердечников в блоке питания Hi-End усилителя, исходя из результатов измерений, можно рекомендовать для тороида 140 W (6,4 см2) отношение не менее 6  витков/Вольт (1320  витков  для  данного  образца),  т.е. 1,18  Тл.  Для  тороида 200 W (8 см2)  не менее 5 витков/Вольт (1100 витков для данного образца), т.е 1,14 Тл.

  Для Hi-End  изделия  индукцию  в  сердечнике  для  данного  образца  железа  лучше  не выбирать более 1,0 Тл. В таком случае будет получена низкая магнитная наводка и минимальный акустический шум. 

И. Виноградский aka ИГВИН 

Основы компоновки и трассировки плат импульсных источников питания
В статье приводятся советы и рекомендации по созданию проводящего рисунка цепей питания и заземления при проектировании печатных плат, рассматриваются особенности соединения «звездой» для силовых линий питания и земли, а также многочастотной развязки этих цепей. Кроме того, в статье демонстрируется, как, меняя расположение компонентов, можно уменьшить петлю протекания мощных высокочастотных токов.

Page 3

Источник: http://radio-hobby.org/modules/news/article.php?storyid=577

Режим холостого хода трансформатора: нормальный ток, схемы опыта и таблица потерь

Как рассчитать ток холостого хода трансформатора?

Холостой ход трансформатора — особый режим работы, позволяющий определить некоторые характеристики устройства.

Так проверяют преобразователи не только новые, но и находящиеся в эксплуатации, ведь со временем в них из-за износа магнитопровода возрастает доля потерь.

Далее будут рассмотрены суть режима холостого хода и методика замеров параметров.

Режим холостого хода трансформатора

Холостым ходом (ХХ) называют такое подключение устройства, когда на первичную обмотку подается номинальное переменное напряжение, а цепи всех вторичных – разомкнуты (нагрузки не подключены).

В преобразователе напряжения, деление обмоток (катушек) на первичную и вторичные условно. Любая из них становится первичной, когда на нее поступает исходное переменное напряжение. Прочие, в них наводится ЭДС — становятся, соответственно, вторичными.

Опыт холостого хода проводится по схеме показанной на рисунке

Следовательно, любой трансформатор, соответственно способу подключения, может быть как понижающим, так и повышающим (кроме разделительного – с коэффициентом трансформации, равным единице).

Поскольку цепь вторичной катушки разъединена, тока в ней нет (I2 = 0). В первичной протекает I1, формирующий в магнитопроводе поток вектора магнитной индукции Ф1. Последний меняется по синусоидальному закону, но из-за перемагничивания стали отстает по фазе от I1 на угол B (угол потерь).

Применяют следующую терминологию:

  • I1: ток ХХ трансформатора;
  • Ф1: рабочий магнитный поток.

Под действием Ф1 во всех катушках возникает ЭДС:

  • в первичной – самоиндукции (Е1);
  • во вторичных – взаимоиндукции (Е2).

Зависимость ЭДС от различных параметров определяется формулами:

Е1 = 4,44 * f * W1 * Ф1max *10-8 ,

Е2 = 4,44 * f * W2 * Ф1max * 10-8, где

F — частота, Гц;

W1 и W2 — число витков в обмотках;

Ф1max — величина магнитного потока в точке максимума.

Следовательно, числовое значение ЭДС находится в прямой зависимости от числа витков катушки. Из соотношения ЭДС в первичной и вторичной обмотках, определяют главный параметр аппарата— коэффициент трансформации (К): К = Е1 / Е2 = W1 / W2.

Вторичная катушка по сравнению с первичной содержит витков:

  • в повышающем трансформаторе – больше (К меньше единицы);
  • в понижающем – меньше (К больше единицы).

Помимо рабочего (основного), в установке образуется магнитный поток рассеяния Фр1. Это силовые линии, ответвляющиеся от рабочего магнитного потока Ф1 в сердечнике и замыкающиеся по воздуху вокруг витков катушек. Как и Ф1, Фр1 является переменным, а значит, он, согласно закону электромагнитной индукции, наводит в первичной обмотке ЭДС самоиндукции Ер1.

Е1 и Ер1  всегда направлены против приложенного к первичной обмотке напряжения U1. По характеру действия на ток, они подобны резистору, потому и обозначаются термином «индуктивное сопротивление» (Х).

Емкостное и индуктивное сопротивление

Следовательно, создавая I1, напряжение U1 преодолевает активное сопротивление R1 первичной катушки и обе ЭДС самоиндукции. Математически это выглядит так: U1 = I1 * R1 + (-Е1) + (-Ер1).

Запись выполнена в векторной форме, поэтому перед обозначениями ЭДС самоиндукции проставлены значки «-»: они говорят о противоположном направлении этих векторов относительно напряжения U1. Ток холостого хода I1 не является строго синусоидальным.

Он искажается, поскольку имеет в своем составе так называемую третью гармоническую составляющую (ТГС), обусловленную вихревыми токами, гистерезисом и магнитным насыщением магнитопровода. Но с определенной долей приближения, годной для практических расчетов, его можно заменить эквивалентным синусоидальным током с равноценным действующим значением.

Таблица потерь

Будучи разомкнутой, цепь вторичной катушки не потребляет активной мощности. Но в потребляемой первичной обмоткой доля активной имеется. Хотя основную часть составляет реактивная (намагничивающая) мощность, возвращаемая генератору.

Потребляемая активная мощность — это потери ХХ трансформатора. Часть ее тратится на нагрев провода обмотки (I12 * R1). Она незначительна, поскольку сопротивление R1 провода мизерно и ток ХХ также мал – 3-10% от номинального.

Основная доля расходуется на вихревые токи в магнитопроводе и его перемагничивание. Эти явления приводят к нагреву магнитопровода. Ф1, обуславливающий основную часть потерь холостого хода, не зависит от тока нагрузки. Следовательно, потери имеются постоянно и в любом режиме работы устройства, в том числе и в активном (нагрузочном).

Таблица потерь ХХ:

Номинальная мощность, кВА Номинальное напряжение ВН/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 10/0,4 3200
2500 10/0,4 4200

Со временем, потери увеличиваются из-за следующих изменений в магнитопроводе:

  • меняется структура стали;
  • падает сопротивление изоляции между пластинами;
  • нарушается изоляция стяжек, что приводит к короткому замыканию между пластинами.

Доля потерь у давно эксплуатируемого трансформатора вместо положенных 5%, может составлять 50%.

Проверка работы

С целью проверки устройства его включают в режиме ХХ и выполняют следующие измерения:

  1. вольтметром замеряют напряжение, подаваемое на первичную катушку (U1);
  2. другим вольтметром — напряжение U2 на выводах вторичной обмотки. Применяют прибор с сопротивлением, довольно высоким для того, чтобы ток во вторичной обмотке оставался равным нулю;
  3. в цепь первичной навивки включают амперметр для определения силы тока холостого хода
  4. сюда же включают ваттметр, измеряющий потребляемую мощность.
Читайте также  Как рассчитать щуп осциллографа?

Сняв показания с приборов, производят вычисления:

  1. определяют коэффициент трансформации: К = U1 / U2;
  2. по специальным формулам рассчитывают потери ХХ.

Используя данные опыта ХХ в сочетании с данными опыта короткозамкнутого режима, определяют КПД устройства.

Холостой ход трехфазного трансформатора

Характер работы 3-фазного устройства в режиме ХХ зависит от магнитной системы и схемы подключения обмоток:

  1. первичная катушка — «треугольником», вторичная — «звездой» (D/Y): имеет место свободное замыкание ТГС тока I1 по обмоткам устройства. Поэтому магнитный поток и ЭДС являются синусоидальными и нежелательные процессы, описанные выше, не происходят;
  2. схема Y/D: ТГС магнитного потока появляется, но ток от наведенной им дополнительной ЭДС свободно течет по замкнутым в «треугольник» вторичным катушкам. Этот ток создает свой поток вектора магнитной индукции, который гасит вызывающую его третью ГС основного МП. В результате магнитный поток и ЭДС, имеют почти синусоидальную форму;
  3. соединение первичной и вторичной катушек «звездой» (Y/Y).

В последней схеме ТГС тока I1 отсутствует, поскольку для нее нет пути: третьи гармонии каждой из фаз в любой момент времени направлены к нулевой точке или от нее. Из-за этого искажается магнитный поток.

Дальнейшее определяется магнитной системой:

  1. 3-фазный трансформатор в виде группы 1-фазных: ТГС магнитного потока замыкается в каждой фазе по собственному сердечнику и из-за малого магнитного сопротивления последнего, достигает амплитуды в 15% – 20% рабочего магнитного потока. Она создает дополнительную ЭДС, амплитуда которой может достигать уже 45% – 60% от основной ЭДС. Такой рост напряжения может привести к пробою изоляции с последующей поломкой электроустановок;
  2. трансформаторы с бронестержневой магнитной системой: имеют место те же явления (третьи гармонические магнитного потока замыкаются по боковым ярмам магнитопровода);
  3. трехстержневая магнитная система: ТГС пути по магнитопроводу не имеет и замыкается по среде с малой магнитной проницаемостью — воздух, масло, стенки бака. Поэтому она имеет малую величину и значительной дополнительной ЭДС не наводит.

Схема опыта холостого хода трехфазного двухобмоточного трансформатора

Присутствие в схеме 3-фазного трансформатора соединения «треугольник» в значительной степени нейтрализует негативное влияние ТГС магнитного потока и улучшает кривую ЭДС.

В мощных установках для больших напряжений, где требуется соединение обмоток на обеих сторонах «звездой», устанавливают дополнительную нерабочую обмотку (не несет электрической нагрузки), соединенную по схеме «треугольник».

по теме

О работе трансформатора на холостом ходу в видео:

Режим холостого хода используется для определения параметров как только что изготовленных трансформаторов, так и уже эксплуатируемых. Эти параметры — потери холостого хода, ток холостого хода и пр. — должны лежать в пределах, оговоренных ГОСТами.

Нижний предел в нормативах не обозначен, но нужно понимать, что слишком низкие потери говорят о перерасходе материалов в трансформаторе и, соответственно, о его неоправданно высокой стоимости.

Источник: https://proprovoda.ru/elektrooborudovanie/transformatory/xolostoj-xod.html

Ток холостого хода трансформатора

Как рассчитать ток холостого хода трансформатора?

Ни один трансформатор не может работать без потерь мощности. Мощность, поступающая на первичную обмотку из сети, не вся доходит до потребителя. Часть ее расходуется на бесполезный нагрев деталей агрегата: обмоток, магнитопровода. Для того, чтобы оценить потери мощности, оценивают ток холостого хода трансформатора (ХХ) и напряжение в режиме короткого замыкания.

Для измерения этих величин проводят опыт холостого хода и короткого замыкания для трансформатора. Рассмотрим подробнее, как это делается.

Методика и теоретические основы проведения опыта

Режим холостого хода трансформатора достигается сравнительно просто. Для этого достаточно отключить нагрузку от всех его обмоток, оставив их разомкнутыми, а затем – включить его в сеть. Для точности эксперимента желательно, чтобы напряжение в сети было равно номинальному для данного агрегата.

Через первичную обмотку протекает ток Io, называемый током ХХ. Его величина не превышает 3-10 % от номинального. Напомним, никакой нагрузки на вторичной обмотке нет, поэтому стоит пояснить процессы, проходящие внутри, чтобы понять: откуда берется этот ток.

Ток ХХ создает магнитный поток Фо в магнитопроводе, пересекающий витки первичной и вторичной обмоток. За счет него на первичной обмотке возникает эдс самоиндукции Е1, во вторичной появляется эдс взаимоиндукции Е2.

Эдс самоиндукции Е1 на первичное напряжение U1 влияет незначительно. Если подключить к ней вольтметр, то он измерит величину U1. А эдс Е2 можно практически считать напряжением U2, поскольку ток ее нагрузки отсутствует. К примеру, напряжение холостого хода сварочного трансформатора порядка 60В, это – эдс Е2. При возникновении дуги Е2 резко снижается до десятка вольт – это величина под нагрузкой U2.

Потери полезной мощности в трансформаторе при его эксплуатации делятся на две составляющие: потери в меди и потери в стали. Под потерями в меди подразумевают мощность, рассеиваемую в качестве тепла в обмотках. При проведении опыта ХХ ток через первичную обмотку достаточно мал, и потерями в меди можно пренебречь.

Работа трансформатора в режиме холостого хода сопровождается расходом мощности на создание замкнутого магнитного потока в его магнитопроводе. Ее и называют мощностью потерь в стали. Она уходит на нагревание пластин магнитопровода. Он собран из отдельных тонких листов специального сплава, изолированных друг от друга лаком. При сборке не используется сварка, только болтовые соединения. Это сделано для минимизации вихревых токов, возникающих из-за того, что магнитный поток переменный.

Если изоляция между пластинами нарушается, то возникающие между ними вихревые токи нагревают магнитопровод. Это приводит к дальнейшему разрушению лакового слоя. Мощность потерь в стали при этом увеличивается, что увеличит потери холостого хода трансформатора.

Коэффициент трансформации

Для трансформатора существует понятие коэффициента трансформации, формула которого:

Ктр = Е1/Е2 = W1/W2

В итоге напряжение, которое будет на выводах вторичной обмотки, определяется соотношением количества витков обмоток. Это свойство используется для корректировки его величины на выходе.

Для этого в конструкцию входит регулирующее устройство, ступенчато переключающее число витков первичной обмотки. Положений для регулировки у него бывает от 3 до 5, при этом выходное напряжение с каждым шагом регулирования изменяется на 5% выше или ниже номинального. Переключающее устройство называют анцапфой.

Опыт ХХ проводят на среднем положении анцапфы, соответствующем номинальному значению.

При проведении опыта ХХ коэффициент трансформации измеряется. Для этого используются два вольтметра. Один из них подключается к первичной обмотке и измеряет U1. Второй подключается к вторичной обмотке, он измеряет эдс ХХ. Входное сопротивление вольтметра при этом должно быть достаточно большим, чтобы не влиять на измеряемую величину. Деление показаний вольтметров дает величину коэффициента трансформации.

Трансформатор – может работать как повышающий, так и понижающий. Поэтому при проведении ремонтных работ на нем используется подача не только высокого напряжения на обмотку ВН, но и низкого на НН. Даже, если это измерительный трансформатор, имеющий небольшое вторичное напряжение, составляющее 100 В.

Мы рассмотрели холостой ход однофазного трансформатора. Для трехфазных устройств измеряется коэффициент трансформации на всех трех фазах, для чего используются либо одновременно 6 вольтметров, включенных на линейные напряжения трехфазной системы, либо один, подключаемый к точкам измерений поочередно.

Если номинальное напряжение питания первичной обмотки велико (6 кВ и выше), то на первичную обмотку подают 380 В. Для высоковольтных измерений невозможно применить приборы, обладающие соответствующим классом точности. К тому же процесс измерений на низком напряжении питания безопаснее.

Коэффициент должен измеряться на всех позициях анцапфы.

Коэффициент трансформации – показатель, свидетельствующий о том, есть ли в обмотках витковое замыкание. Разброс показаний по фазам более 2% или снижение их по сравнению с предыдущими данными дает основания полагать, что изоляция проводников обмоток где-то нарушена.

Подозрение потребует подтверждения другими методами испытаний, например, измерением сопротивления. Также причиной увеличения разброса коэффициента трансформации может быть и повышенное сопротивление между контактами переключающего устройства – анцапфы.

Что чаще всего и происходит, особенно если ею часто пользуются.

Измерение тока холостого хода

Для проверки тока холостого хода применяются амперметры прямого включения, присоединяемые последовательно с первичной обмоткой. Такое измерение тока производят при напряжении обмотки, равном номинальному.

У эксплуатируемых или вводимых в эксплуатацию трехфазных силовых трансформаторов замеры производятся для трех фаз одновременно или поочередно. Испытанию подлежат агрегаты, мощность которых 1000 кВА и выше.

Измерение мощности потерь в стали

Измерение потерь в магнитопроводе производят также только у мощных агрегатов. Для этого измеряют мощность, которая потребляется первичной обмоткой на холостом ходу. Можно использовать пониженное напряжение, подключаемое к обмотке через ваттметр. Это прибор, способный напрямую измерять мощность.

Использование амперметра и вольтметра (косвенный метод измерения) подразумевает затем вычисление мощности путем умножения их показаний друг на друга. Рассчитанный результат получается искаженным, так как не учитывается коэффициент мощности – косинус угла между током и напряжением.

Холостой ход трансформатора приводит к появлению угла порядка 90 градусов, что весьма существенно.

Ваттметр производит измерение уже с учетом коэффициента мощности, поэтому дорабатывать его показания нет необходимости. Измерение параметров напрямую всегда точнее, чем использование косвенного метода измерений. При наличии амперметра, вольтметра и ваттметра можно рассчитать по их показаниям коэффициент мощности трансформатора:

Cos ϕ = P1/U1∙Io

Производится вычисление из косинуса угла между напряжением и током. Теперь может быть построена векторная диаграмма. Расчет потерь производится по каждой фазе отдельно, для чего используется таблица.

Для измерений обязательно использование именно той схемы, которая применялась на заводе изготовителе (если о ней что-нибудь известно). Полученные значения не нормируются, но обязательно сравниваются с данными предыдущей проверки.

Эта характеристика важна: если потери год за годом повышаются, это означает, что качество изоляции стальных пластин магнитопровода трансформатора ухудшается. Процесс этот необратим, повреждение будет развиваться в процессе эксплуатации, и скоро потребуется ремонт.

Лучше выполнить его в плановом порядке.

Источник: https://voltland.ru/other/tok-kholostogo-khoda-transformatora.html

Определение холостого хода трансформатора

Как рассчитать ток холостого хода трансформатора?

Трансформаторы представляют собой сложное оборудование, которое предназначено для изменения параметров тока в цепи. Они могут повышать или понижать мощность, напряжение электричества в соответствии с требованиями потребителей.

Читайте также  Как рассчитать повышающий трансформатор?

В оборудовании при работе определяются некоторые потери мощности. Поэтому не вся электроэнергия, которая поступила на первичную обмотку, доходит к потребителю. При этом греется трансформатор (магнитопривод, обмотки и прочие детали). В различных конструкциях этот показатель неодинаков.

Холостой ход трансформатора позволяет определить токовые потери. Эта методика применяется в сочетании с определением напряжения в режиме короткого замыкания трансформатора. Этот процесс называется опытом агрегата. Он выполняется по определенной схеме.

Общее устройство и виды

Чтобы понять, что такое опыт холостого хода различных трансформаторов, необходимо рассмотреть, что собой представляет подобное оборудование.

Основные типы

Трансформаторами называются машины неподвижного типа, которые работают благодаря  электрическому току. Они меняют входное напряжение. Существует несколько видов подобных аппаратов:

  1. Силовые.
  2. Измерительные.
  3. Разделительные.
  4. Согласующие.

Чаще всего в энергетическую цепь требуется подключение силового трансформатора. Они могут иметь две или более обмоток. Аппарат может быть однофазный (бытовая сеть) или многофазный (промышленная сеть).

Особенности установок

Отдельно выделяются автотрансформаторы. В них есть только одна совмещенная обмотка. Также бывает сварочный аппарат. Они имеют определенную сферу применения.

В однофазном и многофазном оборудовании может устанавливаться различная номинальная мощность. Она может определяться в диапазоне от 10 до 1000 кВА и более. Маломощные однофазные и многофазные приборы могут быть в диапазоне до 10 кВА. Средние разновидности будут иметь мощность 20 кВА, 250 кВА, 400 кВА, 630 кВА и т. д. Если же этот показатель больше 1000 кВА, это установка высокой мощности.

Методология проведения опыта

Потери холостого хода трансформатора определяются при создании определенного режима. Для этого прекращается снабжение током всех обмоток. Они остаются разомкнутыми. После этого производится снабжение цепей электричеством. Оно определяется только на первом контуре. Аппаратура должна работать под напряжением, которое устанавливается при его производстве производителем.

Через первичный контур силовой, сварочной или прочей установки протекают токи, которые носят название ХХ. Их величина равняется не более 3-9% от заданного производителем показателя. При этом на обмотке вторичного контура электричество отсутствует. На первичном контуре ток производит магнитный поток. Он пересекает витки обеих обмоток. При этом возникает ЭДС самоиндукции на контуре первичном и взаимоиндукции – на обмотке вторичного типа.

Например, напряжение холостого хода сварочного трансформатора небольшой и средней мощности представляет собой ЭДС взаимоиндукции.

Подход к проведению измерений

Замер потерь холостого хода может производиться в двух аспектах. Их называют потерями в стали и меди. Второй показатель говорит о рассеивании тепла в обмотках (они начинают греться). В процессе проведения опыта этот показатель очень мал. Поэтому им пренебрегают.

Данные о потере тока холостого хода трансформатора представляются в виде таблицы. В ней рассчитаны параметры для стали определенных сортов и толщины. Ток холостого хода трансформатора рассматривается в аспекте мощности, которая создается в магнитом потоке и именуется потерей в стали. Она затрачивается на нагрев листов из специального сплава. Они изолируются друг от друга лаковым покрытием. При создании таких магнитоприводов не используется метод сварки.

Суть измерения

Если по какой-то причине нарушается изоляционный слой между пластинами магнитопривода, между ними возрастают вихревые токи. При этом система начинает нагреваться. Лаковый слой постепенно разрушается. Потери при работе установки возрастают, его эксплуатационные характеристики ухудшаются.

В таком случае потери мощности в стали увеличиваются. При проведении расчетов этих характеристик в режиме холостого хода можно выявить возникшие нарушения в работе агрегата. Именно по этой причине производится соответствующий расчет.

Однофазные приборы

Для проведения представленного опыта, при использовании понижающего или повышающего бытового агрегата, в расчет берется представленный коэффициент. При этом используют два вольтметра. Первый прибор подключается к первичной обмотке. Соответственно второй вольтметр подсоединяется к вторичному контуру.

Входное сопротивление измерительных приборов должно соответствовать номинальным характеристикам установки. Она может работать в понижающем или повышающем режиме. Поэтому при необходимости провести ремонтные работы, на нем измеряют не только подачу низкого, но и высокого напряжения.

Трехфазные приборы

Для трехфазных агрегатов в ходе проведения опыта исследуются показатели на всех контурах. При этом потребуется применять сразу 6 вольтметров. Можно использовать один прибор, который будет подключаться поочередно ко всем точкам измерения.

Если установленное производителем значение на первичной обмотке превышает 6 кВ, на нее подают ток 380 В. При измерении в высоковольтном режиме нельзя определить показатели с требуемым  классом точности. Поэтому замер производят в режиме низкого напряжения. Это безопасно.

Применение коэффициента

В процессе проведения измерения анцапфу перемещают во все установленные производителем положения. При этом замеряют коэффициент трансформации. Это позволяет определить наличие в витках замыкания.

Если показания по фазам будут иметь разброс при замерах больше, чем 2%, а также их снижение в сравнении с предыдущими данными, это говорит об отклонениях в работе агрегата. В первом случае в системе определяется короткое замыкание, а во втором – нарушение изоляции обмоток. Агрегат не может при этом работать правильно.

Такие факты требуют подтверждения. Например, это может быть измерение сопротивления. Влиять на увеличение разброса показателей коэффициента могут возрастание сопротивления между контактами анцапфы. При частом переключении возникает такая ситуация.

Измерение тока

При опытном измерении тока холостого хода мастер применяет амперметры. Их необходимо подсоединять к первичной обмотке последовательно. Напряжение в контуре должно равняться номинальному значению.

Если проводится исследование работы трехфазного промышленного агрегата, замер выполняет для всех фаз одновременно или последовательно. При этом испытания производятся только для установок от 1000 кВА.

Измерение потерь

Потери в магнитоприводе замеряют исключительно при использовании мощной установки. При этом можно брать для расчетов пониженное напряжение, которое подключено к первичному контуру через ваттметр. Это прямой метод измерения.

При учете показателей вольтметра или амперметра потребуется умножить их мощности друг на друга. Это косвенный метод. При этом результат имеет определенную погрешность. Искажение происходит из-за невозможности учесть при таком расчете коэффициент мощности. Это конус угла, который образуется в векторной схеме между напряжением и током. В режиме холостого хода между ними появляется угол 90º.

Применение ваттметра

Ваттметр позволяет произвести замер с учетом коэффициента мощности. Это дает возможность получить более точный результат. Расчет выполняется по следующей формуле:

Cos φ = P1/U1*L0

Далее необходимо создать на основе полученного результата векторную диаграмму. По каждой фазе учитываются установленные потери. Для этого чаще всего строится таблица. При этом используется схема, которая изначально применялась производителем при создании оборудования.

Полученный результат не подлежит сравнению с нормативами. Показатели сравнивают только с характеристиками предыдущих проверок. Если потери с течением времени только возрастают, это говорит о нарушении изоляции пластин магнитопривода или появлении иных нарушений. Обратить этот процесс невозможно.

Проведение замеров холостого хода позволяет оценить состояние аппаратуры, а также определить потребность в необходимости планового или аварийного ремонта. Поэтому регулярные испытания позволяют правильно спланировать работу установки, предотвратить ее непредвиденное отключение.

Интересное видео: Описание основ работы трансформатора.

Источник: https://ProTransformatory.ru/raschety/holostoj-hod-transformatora

Как измерить ток холостого хода трансформатора

Как рассчитать ток холостого хода трансформатора?

Трансформаторные системы являются важной составляющей энергоснабжения на любом уровне. От их исправности и эффективности зависит количество энергопотерь, стоимость и рентабельность энергоснабжения как отдельных точек, так и крупных муниципальных образований. Для того, чтобы снизить убыточность, необходимо регулярно производить расчеты, измерения и снижение холостого хода устройств.

Режимы работы трансформаторных устройств

На данный момент насчитывается порядка десяти типов различных трансформаторных устройств. Все их объединяет единый принцип изменения переменного напряжения и конструктивная схожесть. Соответственно, каждый из трансформаторов способен работать в трех основных режимах: холостого хода, короткого замыкания и нагрузки.

Режим холостого хода позволяет производить рад замеров, данные которых необходимы для комплексного анализа эффективности работы устройств. Первые испытания проводятся для определения и проверки соответствия паспортным значениям технических данных трансформатора в целом и каждого из его узлов в частности перед сдачей прибора в эксплуатацию.

Пусконаладочные работы выявляют скрытые неисправности и позволяют исправить их до начала интенсивного использования устройства. Какие-то из них проводятся еще на этапе сборки, а какие-то уже после того, как залито масло.

Этапы пусконаладочных испытаний ↑

Первичные тестирования на работоспособность проводятся сразу по нескольким направлениям. К обязательным относятся:

  • Замеры данных по потерям холостого хода.
  • Замеры омического сопротивления всех имеющихся обмоток.
  • Определение коэффициента трансформации.
  • Тестирование группы соединения обмоток.
  • Проверка изоляции.

В данном случае важную роль играет последовательность произведения всех видов вышеназванных испытаний.

Инженерный центр «ПрофЭнергия» имеет все необходимые инструменты для качественного проведения диагностики трансформаторов, слаженный коллектив профессионалов и лицензии, которые дают право осуществлять все необходимые испытания и замеры. Оставив выбор на электролаборатории «ПрофЭнергия» вы выбираете надежную и качествунную работу своего оборудования!

Если хотите заказать диагностику трансформаторов или задать вопрос, звоните по телефону: +7 (495) 181-50-34.

Измерения тока холостого хода ↑

Измерение тока холостого хода трансформатора напряжения производится только специалистами с уровнем квалификации — не меньше 3 группы безопасности и при наличии соответствующих средств защиты. Поэтому информация о том, как измерить ток холостого хода трансформатора является скорее ознакомительной нежели практикоприменимой для людей, не имеющих соответствующего уровня подготовки. Для измерений используется опыт холостого хода.

Основные рекомендации:

  • Все замеры необходимо производить при напряжении в 220 — 380 В, подавая его только на одну обмотку и оставляя остальные полностью свободными. Контролируйте напряжение с помощью вольтметра.
  • До начала проведения измерений эксплуатируемых трансформаторов обязательно размагнитьте его магнитопровод, так как в нем все еще имеется остаточное намагничивание, возникшее из-за резкого сброса напряжения. Сделать это можно, пропустив постоянный ток с противоположной полярностью по одной обмотке для каждого стержня.
  • Источником постоянного тока могут быть аккумуляторы переносного типа или выпрямительные устройства.
  • Если вы производите замеры для трехфазного трансформатора, делать это следует с пофазно измеряя ток и потери. Так вы сможете не только обозначить отклонения от заводских параметров, но и выявить неисправную фазу.
Читайте также  Как рассчитать коэффициент усиления транзистора?

Всего используют три способа измерить ток холостого хода трансформатора и его потери, поочередно коротко замыкая одну из фаз и возбуждая оставшиеся две.

Уменьшение холостого хода трансформатора ↑

Во многом ответ на вопрос «как уменьшить ток холостого хода трансформатора», следует искать еще на этапе сборки устройства. Довольно большой процент всех дефектов возникает именно по вине сборщиков, допускающих существенные ошибки и не учитывающих специфику и условия использования трансформаторных приборов и систем в реальных эксплуатационных условиях.

Внимание важно на каждом этапе сборки трансформатора, так как потери холостого хода напрямую влияют на КПД.

На самом деле есть несколько распространенных путей снижения потерь, но далеко не все из них эффективны и рентабельны. Например, можно снизить величину магнитного потока за счет увеличения числа витков в обмотке, но это приведет к перерасходу провода и общему удорожанию. В данном случае об экономии речи идти не может.

Можно применить другой тип электротехнической стали с высокими показателями сопротивления, но это также приведет к общему удорожанию самого устройства.
Если использовать тонкие пластины, изолированные друг от друга, то число потерь от вихревых токов значительно снизится, так же, как и применение сплошных пластин с косыми стыками.

Что нужно учитывать при сборке трансформатора? ↑

Специалисту прежде всего следует знать, что от его аккуратности и профессионализма зависит столько же, сколько и от качества материалов. На что именно стоит обратить внимание при сборке трансформатора?

Современные трансформаторы используют сталь с низким сопротивлением механическому воздействию. А это значит, что даже резкая штамповка пластины может значительно снизить магнитные свойства материала в зоне среза. Изгибы, вмятины и царапины способны легко нарушить ориентацию кристаллической решетки, увеличив удельные потери.

Поэтом, чтобы восстановить магнитные характеристики стали до исходных, все пластины в обязательном порядке проходят высокотемпературный отжиг еще до начала сборки магнитопровода.
В дальнейшем специалисту следует быть особенно осторожным во время проведения комплектации магнитопровода,а также расшихтовке.

Ведь именно в этот момент вероятность повторного повреждения стали наиболее высока.

Как снизить потери в обмотках? ↑

Большие объемы энергопотерь происходят именно в обмотках и именно от токов нагрузки. Снизить их можно увеличением диаметра обмоточных проводов. Метод этот эффективен, но не рентабелен, увеличив одно, возникнет необходимость увеличить другое, а это неизбежно приведет к росту массы активных материалов и…  потерь холостого хода в трансформаторе.

Есть и другой способ — тщательно следить за симметрией обмоток, так как даже незначительное отклонение способно спровоцировать увеличение рассеяния и потери. Мало того, добавочные потери способны привести к перегреву отдельных элементов, что тоже не желательно. Сборщику необходимо пристально следить за тем.

Чтобы обмотки не смещались относительно друг друга, каналы между ними были равномерны, а расположение на сердечнике — концентрическим.

Таким образом, помимо правильной эксплуатации, регулярных проверок и соблюдения всех рекомендаций, залогом бесперебойной работы трансформатора с минимальными потерями является профессионализм его сборщиков. Уменьшить холостой ход трансформатора довольно сложно в процессе его использования, поэтому к заводским параметрам предъявляются такие высокие требования.

Источник: https://energiatrend.ru/news/izmerenie-i-raschet-holostogo-hoda-transformatora

Измерение токов холостого хода трансформатора

Как рассчитать ток холостого хода трансформатора?

Измерение токов холостого хода трансформатора

Трансформаторы выступают важными элементами систем электроснабжения. Они используются в разных сетях и от их функциональности могут напрямую зависеть потери электрической энергии при транспортировке, стоимость электроснабжения различных объектов. Одним из основных параметров функциональности трансформатора являются параметры холостого хода.

Чтобы не допустить высоких энергетических потерь, чтобы использование электрической системы не перестало быть рентабельным, собственникам обязательно требуется периодически проводить электроизмерительные работы на трансформаторах. Измерение токов холостого хода трансформатора – сложная задача, решить которую смогут лишь самые современные электролаборатории.

Рабочие режимы эксплуатации транформаторов

Сегодня существуют различные виды и типы трансформаторов, но все они работают по одному и тому же принципу изменения напряжения. Таким образом, все существующие трансформаторы способны работать в одном из трех режимов: в режиме короткого замыкания, расчетной нагрузки и холостого хода. Для подключения любой электросистемы и электрооборудования требуется согласование подключения к электросетям.

В режиме работы короткого замыкания трансформатор функционирует в условиях, когда вторичная обмотка замкнута проводником с нулевым сопротивлением. Короткое замыкание на трансформаторном оборудовании может вызывать различные аварийные ситуации, угрожающие подключенным к прибору элементам электросети, чтобы аварии не приводили к повреждениям, на трансформаторах принято устанавливать специальную защиту, отключающую устройство при замыканиях.

В режиме расчетной нагрузки на вторичную обмотку трансформаторного устройства, оборудование начинает передавать нагрузке часто мощности. Из-за такого режима первичная обмотка будет получать большую мощность из электросистемы. Следует учитывать, что при возрастании тока на трансформаторе в режиме нагрузки, ток на первичной обмотке также будет увеличиваться.

Режимом холостого хода работы трансформаторного устройства называют функционирование оборудования в условиях разомкнутой вторичной обмотки. В этом случае по первичной обмотке будет проходить ток холостого хода, имеющий параметры активной и реактивной мощности, которые должны быть учтены специалистами, проводящими электроизмерения.

За счет исследования режима холостого хода, специалисты могут получать различную важную информацию, на основе которой можно будет сделать вывод о функциональности, безопасности и надежности работы устройства.

Согласно современным законодательным нормам, первые электроизмерительные работы на трансформаторе проводятся после его установки и перед сдачей электросистемы в эксплуатацию собственникам.

Эти замеры предназначены для определения соответствия параметров работы устройства заводским характеристикам, для выявления неисправностей в приборе и устранения обнаруженных ошибок до передачи электросети заказчику.

Что включает в себя проверка трансформатора

Первые профессиональные электрические измерения включают в себя несколько отдельных проверок и исследований, каждое из которых позволяет получить точную информацию о функциональности трансформаторного устройства.

Помимо измерения потерь в режиме холостого хода, специалистам электролаборатории нужно будет также определить коэффициент трансформации прибора, проверить качество изоляции, качество соединения обмоток и параметры сопротивления на обмотках трансформатора.

Проводя исследование трансформатора, следует не только грамотно выполнить все этапы электроизмерительных работ, но еще и провести их в правильной последовательности.

Любые ошибки в проектах электроснабжения могут становится причиной выхода из строя трансформаторного оборудования.

На первом этапе измерительных работ специалистам нужно будет измерить характеристики тока при холостой работе устройства. В соответствии с современными законами, к проведению замеров холостого хода трансформаторного устройства допускаются только квалифицированные специалисты с уровнем по электрической безопасности не ниже 3. Каждый сотрудник электролаборатории обязан использовать средства индивидуальной защиты и работать в соответствии со всеми нормами безопасности.

Чтобы получить точную информацию о силе тока в холостом ходу, работы должны проводиться при напряжении от 220 В до 380 В. Напряжение может быть подано исключительно на обмотку трансформаторного оборудования, а уровень напряжения постоянно должен контролироваться сотрудниками бригады с помощью профессиональных измерительных приборов.

Так как после отключения устройства на магнитопроводе может оставаться остаточное намагничивание, специалистам электролаборатории нужно будет его размагнитить. Чтобы это сделать, мастерам нужно пропустить ток с противоположной полярностью по обмотке.

Для этих работ обычно используются современные переносные аккумуляторы.

Если производится исследование трехфазного устройства, то замеры нужно проводить пофазно, за счет чего можно будет выявить неисправный проводник и сравнить характеристики эксплуатации устройства с заводскими параметрами.

Для получения актуальных характеристик тока, специалистам нужно будет поочередно замыкать одну из фаз устройства, проверяя оставшиеся проводники.

Как уменьшить ток холостого хода

Уменьшение характеристик холостого хода трансформаторного устройства может потребоваться в различных электрических системах. Слишком высокие параметры тока негативно сказываются на функциональности и экономичности использования оборудования.

Важно отметить, что большая часть проблем, возникающих с холостым ходом трансформаторов, возникает из-за ошибок сборщиков устройств. Очень легко допустить ошибку при выполнении такой работы, если не учесть особенности эксплуатации приборов.

Любая ошибка в ходе сборки может негативно сказаться на КПД трансформатора.

В настоящее время используется несколько методик снижения потерь электроэнергии и повышения рентабельности эксплуатации трансформаторной техники. Опытные мастера могут снизить параметры магнитного потока путем монтажа большего числа витков обмотки.

Естественно, у такого решения есть и отрицательные качества, оно приводит к перерасходу дорогостоящей проводки, что сказывается на конечной стоимости монтажа и эксплуатации оборудования.

Все существующие методики снижения токов холостого хода требуют дополнительного финансирования.

Правила сборки трансформаторов и способы снижения потерь на обмотках

Так как от правильности сборки оборудования зависят его параметры работы и особенности эксплуатации, выполняющим монтаж сотрудникам обязательно нужно помнить о своей ответственности. От профессионализма сборщиков зависит даже число используемых при установке трансформатора материалов.

Современное трансформаторное оборудование изготавливается из элементов, не имеющих надежной защиты от механических повреждений. Из-за этой особенности даже одно неправильное действие монтажника может привести к снижению магнитных свойств металла. Любые механические повреждения трансформатора будут приводить к снижению функциональности устройства, его экономичности и надежности.

Основные потери электрической энергии происходят на обмотках трансформаторного оборудования, причем, в большинстве случаев, из-за тока нагрузки. Снизить нагрузку, а значит и потери, можно за счет увеличения диаметра сечения используемого в обмотке кабеля. Эта методика считается самой эффективной, но не совсем рентабельной, так как увеличение диаметра кабеля обмотки может привести к необходимости увеличения других характеристик устройства, что потребует значительного финансирования.

Более правильный и дешевый вариант снижения потерь и увеличения рентабельности оборудования состоит в контроле над симметрией установленных обмоток. Специалистам должно быть известно, что даже незначительная разница в параметрах обмоток может приводить к увеличению потерь электроэнергии. Потерь из-за разницы обмоток могут приводить также к сильному нагреву отдельных элементов установки.

Ниже вы можете воспользоваться онлайн-калькулятором для расчёта стоимости услуг электролаборатории.

25.08.2015

Источник: https://energy-systems.ru/main-articles/electrolaboratoriy/4691-izmerenie-tokov-kholostogo-khoda-transformatora