Chế độ vận hành máy biến áp

Tùy thuộc vào giá trị của tải, máy biến áp có thể hoạt động ở ba chế độ:

1. Hoạt động không tải ở điện trở tải zn = ∞.

2. Ngắn mạch ở zn=0.

3. Chế độ nạp điện ở 0 < zn < ∞.

Có thông số của mạch tương đương, bạn có thể phân tích bất kỳ chế độ vận hành nào của máy biến áp... Bản thân các thông số được xác định dựa trên thí nghiệm không tải và ngắn mạch. Ở chế độ không tải, cuộn dây thứ cấp của máy biến áp mở.

Thử nghiệm máy biến áp không tải được thực hiện để xác định tỷ số biến đổi, tổn thất điện năng trong thép và các thông số của nhánh từ hóa của mạch tương đương, thường được thực hiện ở điện áp định mức của cuộn sơ cấp.

Vì máy biến áp một pha dựa trên dữ liệu từ bài kiểm tra nhàn rỗi, có thể tính toán:

- yếu tố chuyển đổi

- tỷ lệ phần trăm của dòng điện không tải

Điện trở hoạt động của từ hóa nhánh r0 được xác định bởi điều kiện

- tổng điện trở của nhánh từ hóa

- điện trở cảm ứng của nhánh từ hóa

Hệ số công suất nhàn rỗi cũng thường được định nghĩa là:

Trong một số trường hợp, thử nghiệm không tải được thực hiện đối với một số giá trị của điện áp cuộn sơ cấp: từ U1 ≈ 0,3U1n đến U1 ≈ 1,1U1n. Dựa trên dữ liệu thu được, các đặc tính nhàn rỗi được rút ra, đó là sự phụ thuộc của P0, z0, r0 và cosφ như một hàm của điện áp U1. Sử dụng các đặc tính không tải, có thể đặt giá trị của các đại lượng được chỉ định ở bất kỳ giá trị nào của điện áp U1.

Để xác định điện áp ngắn mạch, tổn thất trong cuộn dây và điện trở rk và xk được thử nghiệm trong trường hợp ngắn mạch. Trong trường hợp này, điện áp giảm như vậy được đặt vào cuộn sơ cấp sao cho dòng điện của cuộn dây máy biến áp ngắn mạch bằng giá trị danh định của chúng, tức là I1k = I1n, I2k = I2n. Điện áp của cuộn sơ cấp thỏa mãn các điều kiện quy định được gọi là điện áp ngắn mạch danh định Ukn.

Cho rằng Ucn thường chỉ bằng 5-10% U1n, từ thông cảm ứng lẫn nhau của lõi máy biến áp trong quá trình thử nghiệm ngắn mạch nhỏ hơn hàng chục lần so với ở chế độ danh định và thép máy biến áp không bão hòa. Do đó, tổn thất trong thép được bỏ qua và coi như toàn bộ công suất Pcn cung cấp cho cuộn sơ cấp được dùng để đốt nóng cuộn dây và xác định giá trị của điện trở ngắn mạch chủ động rc.

Trong quá trình thí nghiệm, người ta đo hiệu điện thế Ukn, cường độ dòng điện I1k = I1n và công suất Pkn ở cuộn sơ cấp. Dựa trên dữ liệu này, bạn có thể xác định:

- phần trăm điện áp ngắn mạch

- điện trở ngắn mạch chủ động

- điện trở hoạt động của cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp giảm, xấp xỉ bằng một nửa điện trở ngắn mạch

- trở kháng ngắn mạch

- điện trở cảm ứng ngắn mạch

- điện trở cảm ứng của cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp giảm, xấp xỉ bằng một nửa điện trở cảm ứng ngắn mạch

- điện trở của cuộn thứ cấp của máy biến áp thực:

- điện áp ngắn mạch cảm ứng, tác dụng và tổng phần trăm điện áp ngắn mạch:

Chế độ tải V, điều rất quan trọng là phải biết các tham số tải ảnh hưởng như thế nào đến hiệu suất và sự thay đổi điện áp ở các đầu của cuộn thứ cấp.

Hiệu suất máy biến áp là tỷ số giữa công suất tác dụng cung cấp cho tải trên công suất tác dụng cung cấp cho máy biến áp.

Hiệu quả của máy biến áp có tầm quan trọng lớn. Đối với máy biến áp công suất thấp xấp xỉ 0,95, còn đối với máy biến áp công suất vài chục nghìn kilovolt-ampe thì đạt 0,995.

Xác định hiệu suất theo công thức sử dụng công suất đo trực tiếp P1 và P2 cho sai số lớn. Sẽ thuận tiện hơn khi trình bày công thức này dưới một hình thức khác:

đâu là tổng tổn thất trong máy biến áp.

Có hai loại tổn thất trong máy biến áp: tổn thất từ ​​tính do từ thông đi qua mạch từ và tổn thất điện do dòng điện chạy qua cuộn dây.

Do từ thông của máy biến áp tại U1 = const và sự thay đổi của dòng điện thứ cấp từ 0 đến danh nghĩa trên thực tế không đổi, nên tổn thất từ ​​tính trong phạm vi tải này cũng có thể được coi là không đổi và bằng với tổn thất không tải.

Tổn thất điện năng trên đồng của cuộn dây ∆Pm tỷ lệ với bình phương cường độ dòng điện. Thật thuận tiện khi biểu thị chúng dưới dạng tổn thất ngắn mạch Pcn thu được ở dòng điện danh định,

trong đó β là hệ số tải,

Các công thức tính xác định hiệu suất máy biến áp:

trong đó Sn là công suất biểu kiến ​​danh định của máy biến áp; φ2 là góc pha giữa điện áp và dòng điện trong tải.

Hiệu quả tối đa có thể được tìm thấy bằng cách đánh đồng đạo hàm đầu tiên bằng không. Trong trường hợp này, chúng tôi thấy rằng hiệu suất có giá trị cực đại ở mức tải như vậy khi tổn thất không đổi (không phụ thuộc vào dòng điện) P0 bằng với tổn thất xen kẽ (phụ thuộc vào dòng điện), do đó

Đối với máy biến áp dầu hiện đại βopt = 0,5 — 0,7. Với tải như vậy, máy biến áp thường hoạt động nhất trong quá trình vận hành.

Đồ thị của sự phụ thuộc η = f (β) được thể hiện trong Hình 1.

Hình 1. Đường cong thay đổi hiệu suất máy biến áp phụ thuộc vào hệ số tải

Để xác định phần trăm thay đổi điện áp thứ cấp của máy biến áp một pha, hãy sử dụng phương trình

trong đó uKA và uKR là thành phần tác dụng và phản kháng của điện áp ngắn mạch, được biểu thị bằng phần trăm.

Sự thay đổi điện áp máy biến áp phụ thuộc vào hệ số tải (β), bản chất của nó (góc φ2) và các thành phần của điện áp ngắn mạch (uKA và uKR).

Đặc tính bên ngoài của máy biến áp là sự phụ thuộc tại U1 = const và cosφ2 = const (Hình 2).

Hình 2. Đặc tính bên ngoài của máy biến áp công suất trung bình và cao áp cho các loại phụ tải