Эксплуатационные ограничения трансформатора
Существует несколько ограничений, которые делают трансформатор далеко не идеальным. Как правило, некоторые операционные ограничения трансформатора могут быть сведены к минимуму, но не в целом, а не в целом. Давайте поговорим об этих ограничениях.
6, что делает его далеко не идеальным (на фото: Трансформаторное ядро, кредит: texanstone.com)
- Потери трансформатора (тепло)
- Медные (или обмотки) потери
- Железные (или основные) потери
- Ограничения температуры трансформатора
- Текущие ограничения
- Пределы напряжения и частоты
1. Потери трансформатора (тепло)
Тепловые характеристики трансформатора определяются следующими тремя факторами:
- Количество тепла, производимого в обмотках и соединениях
- Количество тепла, производимого в железном сердечнике
-
Как эффективно тепло может быть удалено из трансформатора при достижении тепловой мощности трансформатора.
На этом этапе выделяемое тепло должно равняться удалению или рассеиванию тепла - тепловому равновесию.
Эффективность силовых трансформаторов высока, особенно для больших трансформаторов при полной нагрузке. Однако потери присутствуют во всех трансформаторах. Эти потери могут быть классифицированы как потери меди или I 2 R и потери ядра или железа.
Вернитесь к рабочим ограничениям трансформатора ↑
2. Потери меди (или обмотки)
Потери меди являются резистивными и пропорциональными току нагрузки и иногда называются « потерями нагрузки » или « I 2 R потерь ». При загрузке трансформатора в первичных и вторичных обмотках и соединениях, связанных с I 2 R., вырабатывается тепло. При низких нагрузках количество выделяемого тепла будет небольшим, но при увеличении нагрузки количество выделяемого тепла становится значительным.
При полной нагрузке обмотки будут работать при или около их расчетной температуры.
На рисунке 1 показана зависимость между током нагрузки и теплотой, создаваемой обмотками трансформаторов и соединениями.
Рисунок 1 - Связь между нагрузкой и теплом, производимым в обмотках трансформатора
Вернитесь к рабочим ограничениям трансформатора ↑
3. Утечка (или ядро)
Потери железа связаны с блуждающими вихревыми токами, образованными в сердечнике трансформатора. Как вы, вероятно, знаете, линии потоков создаются вокруг токопроводящих проводников. Большая часть потока, как показано на следующем рисунке 2, протекает вокруг ядра.
Однако некоторые из потоков будут пытаться проходить под углами к сердечнику и будут создавать вихревые токи в самом ядре. Термин вихрь используется, потому что он находится в стороне от основного потока. Для борьбы с этим эффектом сердечник ламинируется, как показано на рисунке 2.
Слои обеспечивают небольшие зазоры между пластинами. Поскольку магнитный поток легче проникать через железо, чем воздух или масло, минимизируется рассеянный поток, который может вызвать потери сердечника.
Рисунок 2 - Циркуляционный поток сердечника
Однако некоторые из потоков будут пытаться проходить под углами к сердечнику и будут создавать вихревые токи в самом ядре. Термин вихрь используется, потому что он находится в стороне от основного потока. Для борьбы с этим эффектом сердцевина ламинируется, как показано на фиг. 3. Слои обеспечивают небольшие промежутки между пластинами.
Поскольку магнитный поток легче проникать через железо, чем воздух или масло, минимизируется рассеянный поток, который может вызвать потери сердечника.
Рисунок 3 - Слои трансформаторного сердечника
Вернитесь к рабочим ограничениям трансформатора ↑
4. Ограничения температуры трансформатора
Для сухих (с воздушным охлаждением) трансформаторов (которые обычно имеют свои обмотки, изолированные силиконовой смолой), обычно применяется температурный предел 155 ° C. Обеспечение циркуляции воздуха через обмотки и над сердечником охлаждает эти трансформаторы. Предполагая максимальную температуру окружающей среды 40 ° C, тогда повышение температуры ограничивается 155 ° - 40 ° = 115 ° C.
Для трансформаторов с масляной изоляцией обычно измеряется температура масла и температура намотки. Симулированная температура обмотки называется горячей точкой. Он выводится путем пропускания репрезентативного количества тока нагрузки через резистор, расположенный в масле, и измерение полученной температуры (см. Рисунок 4).
Рисунок 4 - Горячая точка трансформатора
Примечание. Температура масла и горячей точки очень важна для контроля. Если достаточное охлаждение недоступно, необходимо уменьшить нагрузку на трансформатор.
Вернитесь к рабочим ограничениям трансформатора ↑
5. Текущие ограничения
Ток имеет два прямого воздействия на трансформатор:
- Он производит тепло в обмотках трансформатора, как мы уже говорили выше.
- Он производит падение напряжения на выходной обмотке пропорционально току нагрузки. По мере того, как трансформатор загружается, вторичное напряжение падает из-за влияния сопротивления обмотки и реактивности.
Пример: трансформатор с импедансом 5% будет иметь вторичное падение напряжения на 5% между нагрузкой и полной нагрузкой. При половинной нагрузке падение напряжения будет наполовину, т. Е. 2, 5%. При любых обстоятельствах загрузка трансформатора должна быть ниже номинала ВА.
Вернитесь к рабочим ограничениям трансформатора ↑
6. Пределы напряжения и частоты
Ранее мы обсуждали, как рабочее напряжение и частота должны поддерживаться в пределах номинальных значений из-за физического дизайна (изоляция обмотки и конструкция сердечника). Тонкий эффект этих параметров при перегреве сердечника иногда упускается из виду.
Когда любой трансформатор работает от номинального напряжения и частоты, он будет работать с номинальным значением потока в сердечнике.
Если напряжение возрастает, пока частота остается постоянной, или частота падает, пока напряжение остается постоянным, поток сердечника будет увеличиваться. Ядро будет нагреваться из-за эффектов гистерезиса и вихревых токов в ядре.
Рисунок 5 (слева) - Типичная кривая намагничивания для сердечника трансформатора; Рисунок 6 (справа). Связь между потоком сердечника и нагревом сердечника
Повышение напряжения на 10% выше номинального значения даст уровень потока на 10% выше его номинального значения. Из рисунка 5 видно, что если уровень потока на 10% выше нормы, железо начинает насыщаться.
Как только железо начинает насыщаться, нагрев из-за вихревых токов и гистерезиса резко возрастает (см. Рис. 6 выше). По этой причине напряжение, подаваемое на трансформатор, никогда не должно превышать номинальное значение более чем на 10%.
Несоблюдение этой меры предосторожности вызовет перегрев сердечника.
Этот перегрев может привести к сбою изоляции, которая покрывает каждое из ламинатов, при этом будут течь большие вихревые токи и последует экстремальный нагрев. Это может привести к отказу ядра, где в крайних случаях. Там будет расплавление железных слоев.
Вернитесь к рабочим ограничениям трансформатора ↑
Ссылка // Основы науки и реактора - Электрическая группа технического обучения CNSC