Электр машиналары

Келтірілген трансформатордың трансформациялау коэффициентi К=1-ге, яғни Е₂= Е₂^/ -ке тең болғандықтан, А және а, X және x нүктелерінің потенциалдары бірдей болады, сол себептен бұл нүктелерді электрлік біріктiру арқылы орынбасу схемасын аламыз (3.1- сурет).

Бұл сұлба келтірілген  трансформатордың ЭҚК-тері токтарының теңдеулеріне (2.І8) сәйкес құрылады және мына үш тармақтың жиынтығы болып табылады: кедергісі  Z₁ = R₁+jX₁,  тоғы  İ₁ – бірінші реттiк тармак, кедергiсi Z₀=R₀+jX_0, тоғы  İ₀ – магниттеушi тармақ, кедергiсi Z₂^/ = R₂^/ +X₂^/_, тоғы  İ₂^/-екiншi реттiк тармақ.

Орынбасу сұлбасындағы кедергi Z_ж –тiң шамасын өзгерту арқылы трансформатордың бүкiл жұмыс тәртiптерiн қарастыруға болады.

Z₁, Z₂^/ және Z₀ параметрлерi тұрақты болады; оларды бос жүрiс және қысқа тұйықтау тәжiрибелерi арқылы табуға болады.

Векторлық диаграмма (3.2-сурет) орынбасу сұлбасына және теңдеулерге сүйенiп  тұрғызылады, ол арқылы токтардың, ЭҚК-тердiң және кернеулердiң ара қатысын көрнекі көруге болады

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.1 Орынбасу сұлбасының  параметрлерiн анықтау

Орынбасу сұлбасының параметрлерi бос жүрiс және қысқа тұйықталу тәжiрибелерiнен табылады.

3.1.1 Бос жүрiс тәжiрибесі

Екiншi реттiк орама ажыратылып тұрған кездегi (Z_ж=¥, І₂=0) трансформатордың жұмыс тәртiбi бос жүрiс деп аталады. Бұл жағдайда ЭҚК-тiң және токтардың тендеулерi мына түрде жазылады.

 
Бос жүрiс  тәртібiнде трансформатордың тұтынатын  қуаты Р₀ магниттiк өткiзгiштегi магниттiк шығындарға (Р_Қ+Р_Г) және бiрiншi реттiк орамадағы электрлiк шығындарға (І₀²R₁ ) жұмсалады.

Бос жүрiс тәжiрибесiнен  келесi шамаларды анықтауға болады

а) трансформациялау коэффициентiн

б) бос жүрiс шығындарын- Р₀;

с) магниттеушi тармақтың  параметрлерiн

д) қуат коэффициентiн 

 
Өлшеуiш приборлардың көрсетiмдерi бойынша бос жүрiстiң сипаттамалары  тұрғызылады. Бұл сипаттамалар токтың (І₀),  қуаттың (Р₀) және қуат коэффициентiн (cos j₀) бiрiншi реттiк кернеуге (U₀) тәуелдiлiгiн көрсетедi.

 

 

 

 3.1.2 Қысқа  тұйықталу тәжiрибесi

Екiншi реттік орама тұйықталған кездегi трансформатордың жұмыс тәртiбi қысқа тұйықталу деп аталады.

 
Бұл жағдайда ЭҚК-iң және токтардың теңдеулерi мына түрде жазылады

Қысқа тұйықталған трансформатордың орамасында номинал ток тудыратын  кернеуді қысқа тұйықталу кернеуi (U_Қ) деп аталады. Мұны, әдетте номинал кернеу U_1Н –нің пайызы түрінде көрсетеді u_Қ

                                    (3.4)

Магниттік өткізгіштегі магниттік ағын бірінші реттік кернеу U₁-ге пропорционал, ал қысқа тұйықталу тәртібiнің кернеуі  u_Қ  U_1Н  кернеуінiң 10% - ынан аспайтындығынан магниттік ағын да аз, осыған сәйкес оны тудыратын токтың да шамасы аз болады, сондықтан бұл токты елемеуге болады. Сол себептен қысқа тұйықталу тәртібіндегі трансформатордың салыстырма сұлбасында магниттеушi тармақ болмайды (2.8 Сурет).

 
Қысқа тұйықталу тәртібінің ЭҚК-терiнiң және теңдеулерін (3.4) пайдаланып қысқа тұйықталу тәртібіне сәйкес келетін векторлық диаграмманы саламыз (3.7-сурет).

 
ОАВ үшбұрышы қысқа тұйықталу үшбұрышы деп аталады.

 
Қысқа тұйықталу тәжірибесі арқылы келесі шамаларды анықтауға болады:

а) қысқа тұйықтаудың шығындарын  - Р_Қ;

б) қуат коэффициентін   

в) орынбасу сұлбасының параметрлерін   

 

Приборлардың көрсетiмдерi бойынша қысқа тұйықталудың сипаттамалары  тұрғызылады. Бұл сипаттамалар токтың (I_Қ), қуаттың (Р_Қ) және қуат коэффициентiнiң (cosj_Қ) қысқа тұйықталу кернеуіне (U_Қ) тәуелдiлiгiн көрсетедi.

 

 

 

 

  

4 Дәріс №4. Энергетикалық диаграмма және орамаларды қосу сұлбалары Дәрістің мазмұны:

-         қуат шығындарын анықтау;

-         ПӘК-тің жүктемеге тәуелділігі;

-         орамаларды қосу сұлбалары;         

 Дәрістің мақсаты:

Студенттерді энергетикалық диаграмма және орамаларды қосу       сұлбаларымен таныстыру.

4.1 Энергетикалық диаграмма

Трансформатор жүктемемен жұмыс iстеген кезiнде оның қуат (энергия) шығындары пайда болады. Трансформатор  пайдалы әрекет коэффициентi (ПӘК) дегеніміз жүктемеге берілген қуат Р₂ бірінші  реттік тізбекке келіп түскен қуат Р₁–ге қатынасы

                         (4.1)

мұндағы DР- трансформатордың қосынды шығындары.

Бірінші реттік орамадан екінші реттік орамаға энергияны берген кезде  бірінші реттік және екінші реттік орамалардың активтік кедергілерінде DР_ЭЛ1 және DР_ЭЛ2 шығындары пайда болады; сонымен қатар магнитөткізгіштің болатында магниттік шығындар DР_М пайда болады (гистерезис пен құйынды токтардан).

Р₂=Р₁ -DР_ЭЛ1 - DР_ЭЛ2 -DР_М   болғандықтан

                               (4.2)

Р_ЭМ=Р₁-DР_ЭЛ1-DР_М – электр магниттік қуат. Оның мөлшері трансформатордың салмағы мен көлемін анықтайды. 

 

4.1.2 Қуат шығындарын  анықтау

Қуат шығындарын бос жүріс және қысқа тұйықталу тәжірибелері арқылы табады. Ток азғантай болғандықтан, магниттік шығындары трансформатордың бос жүріс тәжірибесінде тұтынатын қуатқа тең деп алуға болады, яғни

DР_М=Р₀                                                                                           (4.3)

Қосынды электрлік шығындар

DР_ЭЛ=DР_ЭЛ1+DР_ЭЛ2=I₁²R₁+ (I₂^/)²R₂^/= (I₂^/)² (R₁+ R₂^/)^/= (I₂^/)² R_Қ                (4.4) 

 

 
немесе                   DР_ЭЛ=b² I₂^/ R_Қ =b² DР_{ЭЛ НОМ.} DР_ЭЛ=b² I₂^/ R_Қ=b²DР_ЭЛ                   (4.5) 

 

(I_2Н^/)²R_Қ=I_1Н²R_Қ шамасын жеткілікті дәрежеде дәлдікпен трансформатордың қысқа тұйықталу тәжірибесі кезінде тұтынатын қуат Р_Қ-ға теңістеруге болады, яғни

DР_ЭЛ=b²Р_Қ.                                                    (4.6)

Толық шығындар

åDР=Р₀+ b²Р_Қ.                                               (4.7)

åDР-ның мәнін (4.1) теңдеуіне қойып, Р₂ =U₂ I₂ Cosj₂=b S_НОМ Cosj₂  екенін еске алып, табатымыз

                                  (4.8)

4.1.3 ПӘК-тің  жүктемеге тәуелділігі

Бұл тәуелділік (4.8) теңдеу бойынша салынады.

Жүктеме өскен сайын  ПӘК-те өседі, өйткені энергетикалық  баланстағы тұрақты магниттік шығындардың  салыстырма мөлшері азаяды; b=b_ОПТ кезінде ПӘК максимумға жетеді да, содан кейін кеми бастайды (орамалардағы электрлік шығындар токтың квадратына немесе b²-қа пропорционал байланысты).

 

         Қазіргі  уақытта қуаты жоғары трансформатордың ПӘК-тері 0,98-0,99-ға дейін жетеді.

 
b_ОПТ табу үшін (4.8) теңдеуден туындыны алып, оны нөлге теңдеу керек. Бұл жағдайда b²_ОПТР_Қ=Р₀ болады, яғни ПӘК электрлік шығындары магниттік шығындарға тең болатын жүктеме кезінде мәніне жетеді

                                             (4.9) 

 

Трансформатор ПӘК –інің максимумы біршама нашар білінеді, яғни ол жоғары мәнін едәуір аралықта сақтайды (0,4<b>1,5). Қуат коэффициенті Cosj₂ төмендеген кезде ПӘК-те азаяды (4.1б сурет), өйткені трансформатордың берілген қуаты тұрақты болған кезде токтар I₁ мен I₂ өседі.  

 

 

 

4.1.4 Орамаларды  қосу сұлбалары

Үш фазалы трансформатордың бірінші  және екінші реттік орамалары  “жұлдызша”, “нөлдік нүктесі шығарылған жұлдызша” және “үшбұрыштап” қосу сұлбалары бойынша жалғанады. “Жұлдызша” қосу сұлбасын Y әрпімен, “үшбұрыштап” қосу сұлбасын D-мен белгілейді. Егер де нөлдік нүктесі шығарылған болса, онда –Y₀ болады. Жоғары кернеулі ораманың бас және аяқ ұштары A, B, C, X, Y, Z әріптерімен белгіленеді, ал төменгі кернеулі ораманың ұштары сәйкес a, b, c, x, y, z әріптерімен белгіленеді.  

 

4.1  К е с т е

Орамалардың қосу сұлбалары		ЭҚК векторларының диаграммалары		Шартты түрде белгіленуі
ЖК	ТК	ЖК	ТК
				Y/YH-0
				Y/D-11
				YH/D-11
				D/YH-11

 

 

4.1.5 Бос жүріс тәртібінің ерекшеліктері

Трансформатордың магниттік  сипаттамасы дегеніміз магниттік  ағынның МҚК–ке тәуелдігі. Оны графикалық түрде салуға болады.

Бір фазалы трансформатордың магниттік тізбегінде бекіген контуры  үшін МҚК-тер теңдеуін жазуға болады

F=F_Ө+F_Ж+F_d=2H_ӨL_Ө+2H_ЖL_Ж+2H_dd                                    (4.10)

Өзектегі H_Ө және жармадағы H_Ж магниттік кернеуліктер магнит индукция В арқылы анықталады.

4.1.6 Орамалары U/U сұлбасы бойынша қосылған үш

фазалы трансформаторлар

U/U қосылуының негізгі ерекшелігі: магниттік өткізгіштің барлық анықтамаларында магниттік ағынның фазалары бірдей үшінші гармоникаларының (Ф₃) болуы.

Осының салдарынан фазалық ЭҚК-тер синусоидасыз болады, олардың құрамында үшінші гармоникалар Е₃ бар. Бұл гармоникалардың шамасы біршама болуы мүмкін. Мысалы, Ф₃-тің мәні Ф₁-дің 10% -ына тең болса, онда Е₃ ЭҚК-тің мәні Е₁-дің 30% -ына жетеді, өйткені Ф₃-дің өзгеру жиілігі Ф₁-дің жиілігінен үш есе артық болады.

Бірак та, желілік ЭҚК-тер және кернеулер синусоидалы болып келеді, өйткені фазалар аралық ЭҚК-тердің айырымында үшінші гармоника Е₃ болмайды. Үш оқтамалы трансформатордағы ағынның үшінші гармоникалары Ф₃  тұйықталған магнит өткізгіш бойымен жүре алмайды, себебі олар әрбір уақыт кезінде барлық оқтамаларда бірдей бағытталған. Сол себептен Ф₃-ағындар бір жармадан екінші жармаға трансформатордың майы немесе ауа арқылы және де бактың қабырғасы арқылы тұйықталады (4.3-сурет). Бұл жағдай трансформатордың металл құрылымдық бөліктерінде (бакта, бекітуші болаттарда т.б.) құйынды токтарды туғызады.

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

 

 

Қорытынды: жалғану сұлбасы U/U үш фазалы трансформаторларда зиянды құбылыстар пайда болады, фазалық кернеулердің қисықтары бұрмаланады (жоғары гармоникалар туады) және құйынды токтардан қосымша шығын пайда болады.

Көрсетілген себептерге байланысты жоғары вольтті қуаты үлкен трансформаторлар орамалары U/U сұлбасы бойынша қосылған болып жасалмайды.

4.1.7 Трансформатордың  жалғану топтары

Трансформатор электр жүйелерінде  эксплуатацияда болған кезде жоғары және төменгі кернеу орамаларының ЭҚК-тердің фаза бойынша ығысу бұрыштарын білу қажет. Мысалы, трансформаторларды параллель жұмысқа қосқан кезде бұл жағдайды білу өте қажет.

Үш фазалы трансформатордың  ЖК  және ТК орамаларының желілік ЭҚК-терінің ығысу бұрыштары 30⁰ еселі болып келеді. Осы себептен, бұл бұрышты градус немесе радиан арқылы емес, сағат циферблатының бөліктері арқылы көрсету ыңғайлы (4.4 –сурет). Желілік ЭҚК-терінің арасындағы бұрыштары бірдей болған трансформаторлар бір жалғану тобына жатады. Олар өзінің нөмерімен белгіленеді. Егер де ЖК ЭҚК-тің векторына сағаттың минуттық тілін сәйкестендіріп ол векторды 12(0) цифрымен беттестірсек, онда циферблатта ТК ЭҚК-тің векторына сәйкестірілген сағаттың тілі трансформатордың жалғану тобының нөмерін көрсетеді. Жалғану тобы орамалардың жалғану сұлбасына, олардың оралу бағыттарына және қысқыштарының тақ болуына тәуелді болады.