Трансформатордың қысқа тұйықталу кезеңіндегі энергияның жоғалуын зерттеу

           Бос жүріс тогы транформатордың магниттік өткізгішінде магниттік ағынын қоздырады. Магниттік ағын коздыру үшін трансформатор желіден реактивтік қуат тұтынады. Трансформаторлардың бос жүріс кезіндегі тұтынатын активтік қуатына келеск, ол магниттік өткізгіштегі гистерезис пен кұйынды ток туғызатын куат шығындарына жұмсалады.

          Бос жүрістегі реактивтік қуат транформатордың активтік қуатынан алдекайда кен болғандыктан, оның куат коэффициенті cos ф өте аз, әдетте ол 0,2—0,3 шамасында болады.

         Екінші реттік орама қыска тұйықталган кезде трансформатордың кедергісі өте аз, ал қыска түйыкталу тоғы нактылы (номинал) токтан көптеген есе үлкен болады, Мұндай үлкен ток трансформатор орамдарын қатты қыздырып оны істен шығарады. Сондыктан трапсформаторларды кыска тұйықталу кезінде ажыратып тастайтын қорғаныс құрамдарымен жабдықтайды, Қыска тұйыкталу тәжірибссінде трансформатордың екіншіреттік орамы кысқа тұйықталған (79, б-сурет), яғни екінші реттік орам кыскыштарындағы кернеу нольге тең. Трансформатордың бірінші реттік орамына желіден төмендетілген кернеу беру арқылы оның орамаларында нақтылы (номинал) тоқтар алады. Мұндай төмендетілген кернеу қыска тұйықталу ксрнеуі деп аталады және нақтылы (номинал) кернеу мөлшерінің процентімен   анықталады.

Трансформатордың кыска тұйыкталу кедергілері: аткивтік, реактивтік, және толық кедергісі мынадай формулалармен анықталады. Трансформатордың бірнші реттік орамасының тізбегіне косылған өлшеуіш аспаптарымен көрсетілетін кернеу, тоқ және куат.

             Үш фазалы  трансформаторды  сынағанда  жоғарыдағы  көрсетілген формулаларға  кернеудің, тоқтың, куаттың  фазалық мәндерін қою керек.

Қысқа тұйықталу кернсуі  және оның активтік және реактивтік құрушылары.

      Трансформаторлардың жұмысының қасиеттерін анықтау.

Жүктелген  трансформаторлар қасиеттерін  оларды тікелей сынау аркылы анықтауға  болады. Ол үшін трансформаторлар  қосылған  жүктемені өзгерте отырып өлшсуіш аспаптар аркылы трансформатордың екінші реттік орама қысқыштарыпдағы  кернеумен трансформатордың пайдалы әсер коэффициенті  қалай өзгеретінін бақылауға болады, Бірақ трансформаторларды жүктеу арқылы сынаганда  өте үлкен энергия шыгындалады (бұл  энергия саналатын  трансформатор куатына байланысты өседі) және активтік индуктивтік, сыйымдылықты  жүктемелерді  жасау үшін абайсыз  жабдыктарды  (реостаттар, индуктивтік  орауыштар мен конден-саторлар) керек  етеді. Онын үстіне трансформаторды тікелсй сынау  ең төмсн  дәлдікті  нәтиже берді.

            Трансформаторлардың  жұмыстық касисттерін  бос жүріс және кысқа тұйықталу  тәжірибелерінің мәліметтері арқылы анықтауға  болады, Мұндай тәжірибеге өте аз  энергия жұмсалады, абайсыз  жабдықтардың қажеті болмайды, сонымен  бірге тікелей сынауға  қарағанда  өлшеу дәлдігі жоғарылайды.

            Бос  жүріс тәжірибесінің  мәліметтері  бойынша бірінші және екіншіреттік  орамалардагы  t/i  және  U₂ кернеулер, бос жүріс тогы  және бос жүріс кезіндегі  тұтынылатын қуат  Р₀  анықталады. Бұл куат магниттік өткізгіштегі  шыгындарды  өтеуге жұмсалады.

            Қысқа  тұйықталу тәжірибесінің  мәліметтері бойынша  қысқа  тұйықталу кернеуі  нақтылы (номинал) токқа тек бірінші реттік  орама тогы және  трансформатор қысқа тұйықталуда  пайдаланатын  қуаты Р_қт , трансформатордың  қысқа  тұйықталу  кезіндегі  активті rkt, реактивтік . және  толық  кедергілері, қысқа тұйықталу  кернеуінің салыстырмалы мөлшері U_KT, оның  активті и _а және реактивті и_х  құраушылары  анықталады. Қысқа  тұйықталу кезінде трансформатор тутынатын куат Р,₀. орамаларда нақтылы (номинал) жүктеме кезінде болатын  шығынды  өтеуге жұмсалады,.

           Бос жүріс және қысқа түйықталу  тәжірибслері  арқылы кез келген  жүктемедегі  трансформатордың  екінші реттік орама қысқыштарындағы  кернеуді және пайдалы жұмыс коэффициенті табуға болады.

           Жүктелген екінші реттік ораманың  кернеуі U₂= U_w(l — Дм/100), мұндагы  t/₂₀ — бос жүріс кернеуі.

           Сонымен  екінші реттік ораманың  кернеуі жүктеменін, шамасы  мен  қатар  оның сипатына  да тәуелді.

Жүктеме индуктивтік сипатты болса, онда таза активтік жүктемеге қарағанда, кернеу жүктеме өскен сайын үлкен дәрежемен  төмсндейді.       Сыйымдылықтық  сипатты  жүктемеде  жүктеменің  арткан сайын  ксрнеу жоғарылайды. Ол үшін  трансформаторды  жүктеу  арқылы  сынақтан  өткізу керек  емес.

          Трансформа тордың  пайдалы  жұмыс  коэффициенті ПӘК- деп трансформатордың  пайдалы  куатының  Р₂ оның элсктр энергиясы көзінің желісінен тутынған  қуатына қатынасын  айтады.

          Тұтынылатын қуат  әрқашан  пайдалы  қуаттан  Р₂ артык болады, өйткені трансформатор  жұмысы  кезінде  ол  түрлендірген  энергиянын, бір бөлігі  шығындалады. Трансформатордағы  шығын  магниттік өткізгіштің болатында  және  орамаларда болатын қуат  шығындардан тұрады.

          Трансформаторлардың ең үлкен пайдалы жұмыс  коэффициент) болаттағы  шығындар мен орамалардағы  шығындар тең болуын камтамасыз ететін жүктеме  кезінде болады. Қазіргі трансформаторлардың  пайдалы жұмыс  коэффициенті  өте  жоғары  және  олар толық  жүктеме кезінде 95—99,5%-ке дейін жетеді.

          Трансформатордың  пайдалы қуатын  Р² бере отырып, мысалы, оны нақтылы (номинал) куаттың 6; 25; 50; 75; 100; 125%-іне тең деп алып, таңдалынып алынған әрбір куатқа  сай трансформатордағы  шығындар анықталады.

          Магниттік  өткізгіштің  болатындағы  шығындар  Р_6оя өзекше  жа-салынған болаттың  маркасына, тоқтың  жиілігіне және магниттік өткізгіштегі магниттік индукцяга  тәуелді болады. Трансформатор жұмысы кезінде желідегі ток жиілігі және магниттік индукция өзгермейді, сондықтан болаттағы шығындар жүктемеге байланысты болмай, тұрақты күйінде калады.

           Орамалардағы шығындар орамалар өткізгіштері аркылы өтетін тоқтардың осы өткізгіштерді кыздыруына жұмсалады және екінші дәрежелі токқа пропорционал болады. Сонымен, жүктеме нақтылы (номинал) мәнінін 0,5 бөлігі болғанда орамдағы ток екі есе, ал орамадағы шығындар нақтылы жүктемсдегіден төрт есе аз болады, cos р_и мәндерін  бере отырып, трансформатордың кез келген жүктемесіне сай келетін пайдалы жұмыс коэффициентін анықтауға болады.

 

Трансформатордың   пайдалы   әсер  коэффициенті (ПӘК) және   энергияның    жоғалуы

Трансформатордағы энергияның жоғалуы  екі түрлі болады. Электрлік және магниттік болады.

     Электрлік  жоғалу трансформатордың орамдарының  қызу нәтижесінде болады. Осы электрлік жоғалудың қуаты ол тізбектегі тоқ күшінің квадратына және бірінші, екінші  обмоткадағы электрлік жоғалудың қосындысына тең болады.

                                Pэ=Pэ1+Pэ2=mI1²r1+mI2²r¹2   ( 1)

1. формуладағы m – бұл трансформаторлар орамындағы фаза саны. Бір

фазалыда бір фаза ал , үшфазалыда үш фаза болады.

Бұл жазылған (1) формула трансформаторды  жобалаған кездегі қолданылатын формула. Ал егерде дайын трансформатордың электрлік жоғалуын анықтау үшін тәжірибе жүзінде, қысқа тұйықталудың қуатын өлшей отырып анықтаймыз.

                                 Pэ=β²ρ   (2)

екінші формуладағы β дегеніміз жүктеме коэффициенті трансформатордағы электрлік энергияның жоғалуы айнымалы болады. Себебі ол айнымалы токтан пайда болады.

Жүктеме өскен сайын  электро трансформатор коэффициенті артып жатыр

Трансформатордағы энергияның жоғалуы трансформатордың магниттік  өзегінде жүреді. Бұл жоғалудың себебі: жүйелі түрде магниттелу және магнитсіздену  процесі нәтижесінде бұл процесс айнымалы ток әсерінен жүретін өзара индукция құбылысына негізделген. Трансформатордағы мұндай магнит энергияның жоғалуы 2түрлі себепті болады.

 

 

Трансформатордa магниттік энергияның жоғалуы 

Трансформатордa магниттік энергияның жоғалуы трансформатордың магниттік өзегінде жүреді. Бұл жоғалудың себебі: магниттелу және магнитсіздену процесі нәтижесінде бұл процесс айнымалы тоқ әсерінен жүретін өзара индукция құбылысына негізделген.

        Трансформатордағы мұндай магниттік  энергияның жоғалуы екі түрлі себептен болады. Гистерезис құбылысы нәтижесінде екіншісі осы трансформаторлар өзегіндегі құйынды тоқтың әсерінің жойылуынан. Осы магниттік энергияның жоғалуының қуат коэфициенті.

                       PM=Pr+Pвт   (3)

PM- магниттік энергияның жоғалу қуаты.

Pвт- құйынды тоқ

Pr- ферромагниттің қалдықты  аймағы 

Осындай жоғалуды кеміту үшін трансформатордың магниттік бөлімін жұмсақ ферромагнетиктерден  яғни өте жұқа электротехникалық  стальдан жасалады. Осы магниттік  жоғалу P=B² тең болады. Магниттік энергияның жоғалуы мынадай шамаларға тең болады. Магниттік индукцияға және айнымалы тоқ жиілігіне сол себептен де бірінші орамдағы  кернеу тұрақты болғанда магниттік энергияның жоғалуы да тұрақты болады. Трансформаторды жобалау барысындағы магниттік энергияның жоғалуы жұқа жапырақша электротехникалық 1кг стальда оның магниттік индукциясы 1,5 және 1,7 Тл  тең болғандағы меншіктік магниттік жоғалумен есептеледі 

                        PM=Pуд ( B/Bх )²  ( f/50 ) 1,3ξ  (4)

Формуладағы B-дегеніміз  магниттік индукцияның нақты мәні Bх   магнит индукциясы. Егер   Bх 1,5 , 1 Тл –ға тең болса онда ξ ( ку ) стерженнің килограмм алынған массасы деп аталынады. Госстандарт бойынша жұқа электротехникалық стальдың мысалы: маркасы 1,5 болса, қалыңдығы 0,5мм. Магнит индукциясы 1,5 Тл. Ал меншікті магнит энергиясының жоғалуы

                       

                                     P1,5/50=3,5Вт/ кг

Дайындалған трансформатордың магниттік энергиясының жоғалуы  тәжірбме жүзінде анықталады. Яғни  1-ші обмоткадағы номинал  кернеу  кезінде бос жүріс тоғының қуатын есептеу. Трансформатор пайдалы әсер коэфициенті 2 шығыстағы  2-ші орамның активтік қуат коэфициентінің кірістегі яғни 1-ші ормдағы активтік қуат коэфициент қатынасымен өлшенеді.

Көп жағдайларда трансформатордың ПӘК-і   β' = 0,45-0,55 арасында байқалады. β орнына  β'  мәнін қойып трансформатордың ПӘК-нің максимал мәнін табамыз.   ηmαχ= ( 1-Pном)/( 0,5 β' Sном соsφ+Pном)

        Бұл жазылған формула трансформатордың  ПӘК—ін  энергия бойынша есептеуге  де болады.

η=w2/w1   

 бұл формуладағы  w2- трансформатордың тұтынушыға берген энергия мөлшері. W1 трансформатордың сырттан алған энергия мөлшері.Трансформатордың энергия бойынша алынған коэфициенті трансформациялау эксфлотациясын көрсетеді.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Үшфазалы трансформатордың пайдалы әсер коэффициентін (ПӘК) анықтап және осы ПӘК-тің үшфазалы трансформатор жүктемесіне 100кВ*А, 6,5/0,22кВ мәндері үшін бір-біріне байланыстылық  графигін сызу. Үшфазалы трансформатордың номинал параметрлері мынаған тең ( =605Вт; =2160Вт). Мына мәндер үшін (соsφ=0,8 және соsφ =1) есептеулер жасау қажет

η = f(β) , байланыстылығын салу үшін трансформатордың жүктеме санына β= ;   ;   ;  ПӘК-ін есептеу қажет. Шыққан мәндерін 1-інші кестеге толтырамыз. График η = f(β)  соsφ=0,8 және соsφ =1 4-інші суретте көрсетілген. Сонымен қатар шығын шамалары және мәндер

берілген. соsφ=0,8 және соsφ =1 мәндері графикте көрсетілген. ПӘК-і mαχ мәні η=w2/w1   формуламен анықталынады. Шыққан мәндерін кестеге толтырамыз

β=	Вm	Вm	∑Р Вm	K П ЕА%
				соsφ=0,8	соsφ =1
1/4	605	134	739	96.5	97.0
2/4	605	540	1145	97.3	97.8
3/4	605	1210	1815	97.1	97.6
7	605	2150	2755	96.6	97.3

 

 

 

 

 

 

 

Қорытынды

     Электр энергетикасында күш трансформаторлары елеулі орын алады. Олардың көмегінсіз электр энергиясын беру, тарату мен қолдану мүмкін емес. Электр энергиясын шығаратын көздердің кернеуі 20-30 мың Вольттан артпайды. Мұндай кернеумен электр энергиясын жүздеген километр қашықтыққа жеткізу мүмкін емес, себебі оның барлығы электр тасымалдау ,желісінде (ЭТЖ), тоқ күшінің квадратына тура пропорционал электр шығындары ретінде жоғалады.

Трансформатордың жұмыс тәртібі, жалпы алғанда, оның орамаларының бірін  қалыпты  кернеулі (немесе соган  жуық) тоқ  көзіне қосып, ал екінші ораманың  қысқышына  электр кедергісінің  шамасы орамадағы тоқ күші қалыпты  деңгейден  асып  кетпейтіндей  етіп тұтынушылармен жалғастырылған жағдай.