Определение первичного тока обмотки трансформатора

В общем случае величина и форма кривой тока в первичной обмотке трансформатора определяется на осно­вании уравнений равновесия намагничивающих сил сердечника трансфор­матора.

Рассмотрим алгоритм определения первичного тока на примере трехфазно­го однотактного выпрямителя (рисунок 9) при общепринятых допущениях.

 

 

Рисунок 11. Схема магнитной цепи трехфазного трансформатора с выводом нулевой точки вторичной обмотки трансформатора (а) и временные диаграммы токов и намагничивающей силы одного стержня сердечника магнитопровода трансформатора (б)

На первом рассматриваемом такте работы схемы при ведении тока вентилем VS 1 уравнения равновесия намагничивающих сил в сердечнике трехфазного стержневого трансформатора в соответствия с его конст­руктивной схемой, представленной на рисунке 11,а, будут иметь следующий вид

(45)

Совместно с уравнениями

уравнения (45) составляют систему, которая может быть решена отно­сительно токов i_а, i_в, i_c. Принимая трансформатор приведенным (W₁=W₂), окончательно получим

(46)

На последующем такте, при работе вентиля VS 3, полная система уравнений имеет вид

(47)

Решение системы уравнений (47) при условии W₁=W₂ имеет вид:

(48)

На третьем такте при работе вентиля VS 5 имеем

(49)

На основания соотношений (46),(48) и (49) на рисунке 11,б построе­на временная диаграмма первичного фазного тока трансформатора. Действующее значение первичного тока трансформатора для трех­фазного однотактного выпрямителя при условии W₁=W₂

(50)

Намагничивание сердечника трансформатора. На рисунке 11,б нанесе­на мгновенная намагничивающая сила, действующая в стержне А сердеч­ника трансформатора

(51)

которая постоянна по величине во времени и направлению в сердечнике. Такие же значения будут получены для намагничивающих сил фаз В и С, F _в= F _c

F _А= F _в= F _c= const.. (52)

Величина этих намагничивающих сил значительно больше намагничиваю­щей силы трансформатора от тока холостого хода.

В контуре магнитопровода трехстержневого сердечника, полученные намагничивающие силы не могут создать магнитный поток. Поэтому каж­дая фаза образует постоянный поток рассеяния, силовые линии которого замыкаются по окружающему прост­ранству, через крепежную арматуру и кожух трансформатора. Такой по­ток не является большим, но заметно влияет на возрастании по­терь от вихревых токов и перемагничивания в конструктивных элементах, так как реально намагничивающие силы F _А, F _в и F _c являются пульсирующими.

При использовании в схеме трехфазного однотактного выпрямителя (рисунок 9) трехфазного группового транс­форматора работа схемы оказывается невозможной, так как каждая из намагничивающих сил будет создавать поток постоянного подмагничивания в сердечниках однофазных трансформаторов. В практических случа­ях применения трехфазного однотактного выпрямителя для устранения подмагничивания сердечника трансформатора следует вторичную обмотку соединять зигза­гом.

 

Заметим, что в трехфазном мостовом выпрямителе подобного вынужденного намаг­ничивания сердечника трансформатора не происходит.

 

Расчетная мощность трансформатора.

 

На основании соотношений между действующими значениями напряжений и токов в обмотках трансформатора и средними значениями выходных величин U _d, I _d, определим кажущиеся (расчетные) мощности обмоток S ₁, S ₂ и их связь с выход­ной мощностью выпрямителя P_d. Значения S ₁= m ₁ U ₁ I ₁ и S ₂= m ₂ U ₂ I ₂ характеризуют одновременно допустимую мощность нагрузки обмоток при работе трансформатора в сети с синусоидальными токами и напряжениями. Напомним, что отношения этих величин к выходной мощности выпрямителя P_d = U_{d max} I_dN, определенной при нулевом угле регулирования пре­образователя α=0, называются коэффициентами расчетной мощности обмоток.

 

Для трехфазного однотактного выпрямителя при условии W₁=W₂ на ос­новании соотношений (48), (50) имеем

Определение габаритов сердечника трансформатора принято проводить по среднему коэффициенту рас­четной мощности трансформатора

(53)

Напомним, что коэффициенты расчетной мощности трансформатора являются одним из основных энергетических характеристик выпрямительных схем, определяю­щих массогабаритные показатели преобразователя, и показывают во сколько раз должна быть увеличена мощность обмоток трансформатора, вследствие несинусоидальности их токов в выпрямительной схеме, по сравнению с линейной цепью для пе­редачи в нагрузку мощности при условии равенства потерь энер­гии в обмотках.

 

Вопросы для самоконтроля:

1 Cформулируйте принцип работы трехфазного однотактного управляемого выпрямителя.

2 Сформулируйте особенность работы трансформатора в этой схеме выпрямления.

3 Укажите во сколько раз максимальное напряжение на закрытом вентиле больше среднего значения напряжения на нагрузке.

4 Укажите среднее значение тока вентиля в масштабе тока нагрузки.

5 Чему равна частота пульсаций выпрямленного напряжения?

6 Во сколько раз расчетная мощность вторичной обмотки трансформатора больше мощности нагрузки?

7 Во сколько раз расчетная мощность первичной обмотки трансформатора больше мощности нагрузки?

8 Во сколько раз расчетная мощность трансформатора больше мощности нагрузки?