Параллельная работа трансформатаров.
Параллельная работа трансформатаров.
Параллельной работой называют работу двух или нескольких трансформаторов на общие шины, причем их первичные обмотки подключены к общей первичной сети, а вторичные к общей вторичной сети.
Трехфазные трансформаторы можно включать на параллельную работу, если соблюдены следующие условия:
а) первичные и вторичные напряжения трансформаторов соответственно равны
практически это сводится к требованию равенства коэффициентов трансформации:
б) напряжения короткого замыкания трансформаторов равны
в) трансформаторы принадлежат к одной группе соединения обмоток.
Отношение номинальных мощностей трансформаторов должно не превышать 3:1.
Это требование обусловливается тем, что параллельно работающие трансформаторы должны нести одинаковую в процентном отношении нагрузку. Трансформаторы разных мощностей даже при одинаковых значениях напряжений короткого замыкания имеют неодинаковые активные (Uа%) и реактивные (Uр%) составляющие, а это приводит к тому, что токи нагрузок трансформаторов будут сдвинуты на некоторый угол, вследствие чего в обмотках трансформаторов будут протекать уравнительные токи.
При отношении мощностей параллельно работающих трансформаторов более трех при их незначительной общей перегрузке перегружается трансформатор меньшей мощности.
Обмотки трансформатора
В современных силовых трансформаторах применяют следующие основные типы концентрических обмоток
а) цилиндрическую.
б) винтовую,
в) непрерывную.
Обмотки выполняют из медного провода с хлопчатобумажной изоляцией, круглого сечением до 10 мм2 и прямоугольного сечением от 6 до 60 мм2. В последнее время в трансформаторах типа ТСМА применяют для обмоток алюминиевые провода.
Обмотки пропитывают глифталевым лаком и запекают.
Плотность тока в обмотках трансформаторов с масляным охлаждением находится в пределах от 2 до 4,5 а/мм2, а в сухих трансформаторах от 1 до 2,5 а/мм2.
Простейшей формой концентрической обмотки является цилиндрическая, выполняемая в виде катушки из прямоугольной или круглой меди по винто-вой линии. Каждый виток слоя укладывают вплотную один к другому. Для обмоток низкого напряжения трансформаторов мощностью до 560 ква выполняют цилиндрическую двухслойную обмотку с вертикальным каналом между слоями (рис. 111, а). Для обмоток высокого напряжения трансформа-торов мощностью до 560 ква напряжением 6, 10 и 35 кв применяют цилин-дрическую многослойную обмотку, которую выполняют из круглого провода на жестком бумажно-бакелитовом цилиндре. Слои обмотки разделяются на две части вертикальным масляным каналом (рис. 111, б). Для обмоток высокого напряжения применяют также катушечную однослойную обмотку (рис. 111, в).
Винтовые обмотки применяют для обмоток низкого напряжения трансфор-маторов средней и большой мощности. Винтовую- обмотку наматывают на изоляционный цилиндр. Между цилиндром и витками обмотки устанавли-вают рейки, на которых закрепляют электрокартонные прокладки, образую-щие масляные каналы для охлаждения (рис. 112). Каждый виток винтовой обмотки состоит из ряда параллельных проводов прямоугольного сечения. Эти провода, составляющие виток, располагаются в плоскости, перпендику-лярной к оси катушки.
В трансформаторах мощностью 1000 ква и выше для обмоток высокого и низкого напряжения применяют непрерывную обмотку, которая отличается от винтовой тем, что состоит из ряда плоских катушек-дисков, отделенных друг от друга каналами.
Потери в трансформаторах
Потери энергии в стали сердечника трансформатора складываются из потерь на гистерезис и потерь на вихревые токи.
Потери на гистерезис можно сравнить с потерями на трение — под воздействием переменного магнитного поля магнитные домены, подобные миниатюрным магнитам, должны изменять свое направление, преодолевая силы внутреннего сцепления в ферромагнетике. Чем тверже ферромагнетик, тем больше потери на гистерезис. Эти потери за один цикл перемагничивания пропорциональны площади петли гистерезиса материала. В общем виде мощность этих потерь выражается формулой
P1 = Kг f BmnG
где Kг — гистерезисный коэффициент, значение которого зависит от сорта стали; f —частота переменного тока, Вт — амплитуда магнитной индукции; G — масса сердечника. Значение показателя степени можно считать п = 2 при Вт > 1 Т и п = 1,6 при Вт < 1 Т.
Потери на вихревые токи определяются ориентировочно на основании приближенного расчета мощности, развиваемой токами. Эдс, индуктируемую в стали переменным магнитным потоком, можно выразить через трансформаторную эдс, так как масса металла подобна некоторому короткозамкнутому витку, следовательно,
EB= 4,44 fФm =4,44 f SB Bm
здесь SB —площадь, охватываемая этим витком и пронизываемая потоком. Чем эти площадь больше, чем больше вихревые токи, создаваемые индуктируемой эдс. Мощность потерь в контуре подобного вихревого тока
PB. кон = EB2g
где g — активная проводимость этого контура. Расчет такой мощности представляет собой существенные трудности, но для качественной оценки потерь существенно лишь то, что проводимость g пропорциональна удельной проводимости у стали. Таким образом, мощность потерь на вихревые токи можно выразить следующим образом:
PB = KB f 2Bm2g G,
где KB — коэффициент вихревых токов, значение которого зависит от сорта стали и толщины листа стали.
Амплитуда магнитной индукции Вт в современных трансформаторах, как и в сердечниках большинства машин переменного тока, больше 1 Тл. Следовательно, как потери на вихревые токи, так и потери на гистерезис в них пропорциональны В2т и (SB Bm)2=Фm Таким образом, суммарные потери энергии в стали сердечника пропорциональны квадрату магнитного потока, а потери в проводниках обмотки — квадрату тока.
Практически при расчетах определяются суммарные потери в стали с помощью справочных таблиц. Например, потери в стали Э41 — 0,35 (при толщине листа 0,35 мм) при амплитуде индукции Вт = 1 Тл составляют 1,3 Вт/кг, а при Вт = 1,5 Тл они будут уже 3 Вт/кг.
Режим холостого хода
Холостым ходом называют такой режим, при котором к первичной обмотке трансформатора подведено номинальное напряжение при номинальной частоте, а вторичная обмотка разомкнута и ток в ней равен нулю.
При подключении к первичной обмотке трансформатора синусоидально изменяющегося напряжения в ней потечет переменный ток холостого хода I0. Этот ток создает м. д. с. I0w1 , где w1 — число витков первичной обмотки трансформатора, последовательно соединенных между собой.
М. д. с. I0w1 создает магнитный поток, большая часть которого замыкается по стальному сердечнику и сцепляется с обеими обмотками трансформатора. Эту часть магнитного потока называют основным и обозначают буквой Ф. Небольшая часть магнитного потока замыкается по воздуху и сцепляется только с первичной обмоткой, не принимая участия в индуктировании э. д. с. во вторичной обмотке. Эту часть потока называют потоком рассеяния и обозначают Фрc (рис. 88).
Основной магнитный поток Финдуктирует в первичной обмотке э. д. с. Е1 и во вторичной э. д. с. Е2.
Поток рассеяния Фрс1 индуктирует в первичной обмотке э. д. с. рассеяния E рс1. При протекании тока по активному сопротивлению обмотки возникает э. д. с. активного сопротивления Еа, направленная против тока.
Согласно уравнению равновесия э. д. с, напряжение U1, подведенное к первичной обмотке трансформатора, уравновешивается в любой момент времени совокупностью обратных э. д. с, возникающих в этой обмотке, т. е.
Ток холостого хода состоит из двух составляющих:
а) активной, соответствующей мощности холостого хода Р0 — I0а , и совпадающей с вектором напряжения U1 ;
б) реактивной, намагничивающей составляющей I0р , которая совпадает с вектором основного магнитного потока Ф. Действующее значение тока холостого хода:
(79)
Активная составляющая тока может быть определена из формулы:
(80)
Обычно соотношение между активной составляющей тока и током холостого хода следующее:
Потери мощности при холостом ходе трансформатора незначительны. Так как ток холостого хода трансформатора мал, то потерями в меди первичной обмотки пренебрегают и считают, что мощность холостого хода идет только на покрытие потерь в стали, т. е.
Потери в стали трансформатора не зависят от его нагрузки. Они пропорциональны квадрату магнитной индукции В2, так как частота в сети постоянна, т. е.
Намагничивающий ток Iη является главной составляющей тока холостого хода трансформатора I10. Этот ток является реактивным, т.е. Iη=I10p. Однако реальный трансформатор в режиме холостого хода потребляет от источника переменного тока некоторую активную мощность, так как при переменном магнитном потоке в стальном магнитопроводе возникают потери энергии от гистерезиса и вихревых токов (магнитные потери ΔPc). Поэтому ток холостого хода I10 должен иметь еще и активную составляющую 
, которая обеспечивает поступление в первичную обмотку мощности, компенсирующей магнитные потери (электрическими потерями в первичной обмотке в этом режиме можно пренебречь из-за малости тока холостого ход).
Параллельная работа трансформатаров.
Параллельной работой называют работу двух или нескольких трансформаторов на общие шины, причем их первичные обмотки подключены к общей первичной сети, а вторичные к общей вторичной сети.
Трехфазные трансформаторы можно включать на параллельную работу, если соблюдены следующие условия:
а) первичные и вторичные напряжения трансформаторов соответственно равны
практически это сводится к требованию равенства коэффициентов трансформации:
б) напряжения короткого замыкания трансформаторов равны
в) трансформаторы принадлежат к одной группе соединения обмоток.
Отношение номинальных мощностей трансформаторов должно не превышать 3:1.
Это требование обусловливается тем, что параллельно работающие трансформаторы должны нести одинаковую в процентном отношении нагрузку. Трансформаторы разных мощностей даже при одинаковых значениях напряжений короткого замыкания имеют неодинаковые активные (Uа%) и реактивные (Uр%) составляющие, а это приводит к тому, что токи нагрузок трансформаторов будут сдвинуты на некоторый угол, вследствие чего в обмотках трансформаторов будут протекать уравнительные токи.
При отношении мощностей параллельно работающих трансформаторов более трех при их незначительной общей перегрузке перегружается трансформатор меньшей мощности.