Что такое режим холостого хода сварочного трансформатора?

Ток холостого хода трансформатора Когда вторичная обмотка разомкнута и значение ее тока равно нулю, то работа начинает проходить в предельном режиме,
Содержание

Что такое режим холостого хода сварочного трансформатора?

Ток холостого хода трансформатора в процентах от номинального

Каким должно быть напряжение холостого хода сварочного инвертора?

  • 21 декабря
  • 2700 просмотров
  • комментариев
  • 40 рейтинг

Напряжение холостого хода сварочного инвертора – это напряжение между положительным и отрицательным выходными контактами устройства при отсутствии дуги. У сварочного инвертора в исправном состоянии оно должно находиться в пределах, указанных в инструкции производителя. Обычно это напряжение от 40 В до 90 В. Такой номинал обеспечивает легкое зажигание дуги при сварке металла. Это создает и безопасность работы сварщика.

Схема сварочного инверторного полуавтомата.



Передача и использование электрической энергии

Электрическая энергия, которая вырабатывается генераторами на электростанциях, передается к потребителям на большие расстояния. Трансформаторы в случае широко используются Линии, по которым электрическая энергия передается от электростанций к потребителям, называют линии электропередачи (ЛЭП).

При передаче электроэнергии на большие расстояния неизбежны ее потери, связанные с нагреванием проводов. Потери при нагревании электрических проводов прямо пропорционально I2 через проводник (согласно закону Джоуля — Ленца). Работа любого трансформатора состоит из трех основных режимов:

  • Режим холостого хода трансформатора называется режим с разомкнутой вторичной обмоткой;
  • рабочим режимом (ходом) трансформатора называется режим, при котором в цепь его вторичной обмотки включена нагрузка с сопротивлением R = 0;
  • режимом короткого замыкания называется режим, при котором вторичная обмотка трансформатора замкнута без нагрузки. Данный режим опасен для трансформатора, т.к. в этом случае ток во вторичной обмотке максимален и происходит электрическая и тепловая перегрузка системы.

Один из самых основных режимов – это холостой ход. На основании характеристик холостого хода происходит анализ всех режимов работы трансформатора.


Чтобы уменьшить потери энергии, необходимо уменьшить силу тока в линии передачи. При данной мощности уменьшение силы тока возможно лишь при увеличении напряжения (P=UI).

Для этого между генератором и линией электропередачи включают повышающий трансформатор, а понижающий трансформатор — между ЛЭП и потребителем электроэнергии. В бытовых электроприборах (по технике безопасности) используются небольшие напряжения 220 и 380 В. У современных трансформаторов высокий КПД — свыше 99%.

Напряжение холостого хода: как возникает и на что влияет

Напряжение холостого хода получается путем преобразования напряжения питающей сети (220 В или 380 В, 50 Гц) в двух последовательных преобразователях, сначала в напряжение постоянного тока, а затем в переменное частотой 20-50 кГц. Затем высокочастотное напряжение подается на регулятор, поддерживающий необходимую величину напряжения на выходных клеммах и заданную силу тока при зажигании дуги.

Преобразование тока в сварочном инверторе.

Многие считают, что этот параметр влияет только на легкость зажигания дуги, чем выше напряжение, тем легче зажигается дуга. Условия работы сварщиков при монтаже конструкций далеки от идеальных. Случайное касание токоведущих частей с завышенным напряжением может привести к несчастному случаю.

У многих моделей инверторов напряжение холостого тока и сила рабочего тока находятся в прямой зависимости. При сварке металла, покрытого толстым слоем ржавчины или краски, дуга зажигается с трудом.

Если в этой ситуации увеличить напряжение холостого хода, то рабочий ток окажется избыточным, и вместо качественного соединения металла могут образоваться шлак и поры.

Понятие холостого хода

Приведенные выше рассуждения справедливы для идеального трансформатора. Реальные конструкции обладают следующими потерями (недостатками) на:

  • намагничивание сердечника;
  • магнитное поле рассеивания сердечника;
  • электромагнитное рассеивание обмотки;
  • междувитковую емкость проводов обмотки.

В результате, в реальных конструкциях трансформатора наводимая ЭДС индукции отличается от номинального напряжения первичной обмотки и не в состоянии его полностью скомпенсировать. В обмотке возникает некоторый ток холостого хода. При подключении нагрузки данное значение суммируется с номинальным током и характеризует общие потери в электрической цепи.

Потери снижают общий КПД трансформатора, в результате чего растет потребление мощности.

На чем отражается правильность подбора режима

Правильно установленный режим холостого хода обеспечивает качественное сгорание электрода и четко выраженный капельный перенос металла в сварную ванночку, образование надежного соединения с проваром корня шва. Образование брызг при поджоге и разрыве дуги минимальное, поверхность свариваемых деталей в зоне шва почти не требует дополнительной очистки. Одним из основных признаков правильно подобранного режима является характерный шипящий звук при горении дуги.

Трехфазный сварочный выпрямитель с регулировкой напряжения холостого хода секционированием витков обмоток трансформатора.

В некоторых моделях сварочного инвертора реализована дополнительная защитная функция от поражения сварщика электрическим током при повышенном напряжении холостого хода. Аппарат автоматически снижает напряжение до безопасной величины при возникновении нештатной ситуации и восстанавливает при исчезновении. Аппараты с увеличенным напряжением холостого хода используются при сварке электродами с тугоплавкой обмазкой, применяемыми для работы со специфическими сплавами.

Определенные модели инверторов для лучшего зажигания дуги оснащены схемой сварочного осциллятора. Такие устройства использовались на трансформаторных сварочных аппаратах с переменным и постоянным током. Осциллятор преобразует питающее напряжение сети в напряжение 2,5-3 кВ с частотой 150-300 кГц и выдает его на выходные клеммы импульсами длительностью в несколько десятков миллисекунд. Осциллятор состоит из повышающего низкочастотного трансформатора, подключенного к колебательному контуру, и разрядника с вольфрамовыми контактами. На выходе стоят конденсаторы, пропускающие токи высокой частоты и ограничивающие ток низкой частоты от сварочного аппарата.

В таких устройствах еще предусмотрена защита от поражения электрическим током. Потребляемая мощность осцилляторов составляет 250-300 Вт, что незначительно увеличивает общую потребляемую мощность сварочного инвертора. Осцилляторы можно приобрести в виде отдельного блока или изготовить самостоятельно.

Измерение тока и потерь холостого хода

В соответствии с требованиями ПУЭ производится одно из измерений: а) при номинальном напряжении. Измеряется ток холостого хода. Значение тока не нормируется;

Рис. 2.7. Схема проверки группы соединения обмоток силового трансформатора методом фазометра.

Рис. 2.8. Схемы проверки группы соединения обмоток силовых трансформаторов методом двух вольтметров.

б) при малом напряжении. Измерение производится с приведением потерь к номинальному напряжению или без приведения (метод сравнения). Опытом холостого хода трансформатора называется включение одной из его обмоток (обычно низкого напряжения) под номинальное напряжение. Потребляемый при этом ток называют током холостого хода Iхх (обычно выражают в % от Iном).

Таблица 2.10. Векторные диаграммы и расчетные формулы для определения группы соединения силовых трансформаторов

Примечание: Формулы табл. 2.10

где U2 > и Кл соответственно линейное напряжение на зажимах обмотки низшего напряжения и линейный коэффициент трансформации.

Потребляемую при этом активную мощность называют потерями холостого хода Рхх (кВт). Эта мощность расходуется, в основном, на перемагничивание электротехнической стали (потери на гистерезисе) и на вихревые токи. Ток и потери холостого хода являются паспортными данными силовых трансформаторов.

Потери холостого хода трансформаторов Рхх, измеренные при нормальной частоте и весьма малом возбуждении (порядка нескольких процентов от номинального напряжения трансформатора), можно пересчитать к потерям холостого хода при номинальном напряжении по формуле

где Р’хх= Ризм – Рпр потери, измеренные при подводимом при измерении напряжении (возбуждении) U; Рпр и Ризм — соответственно мощность, потребляемая приборами и суммарные потери в трансформаторе и приборах. n — показатель степени, равный для горячекатаной стали 1,8; для холоднокатаной стали — 1,9.

Поднимаем неисправный сварочный инвертор

Пришел ко мне на ремонт очередной трупик, Blueweld prestige 164. Новенький такой, даже запах еще не выветрился. На форумах по ней идет плохая репутация, повальный брак ТГР. И так. Приступим к ремонту. Пока что посмотрите на него снаружи и то что у него внутри. Фотки взяты с инета. Не фоткал особо сам аппарат.

Для начала надо бы разобраться с симптомами. Подключаем сварку к проверочному стенду. У меня это лампочка, развязывающий трансформатор, кнопка ножная для безопасности и розетка. Все это добро развязывает гальванически сварочник от сети, предотвращает ток КЗ в случае если сварка ушла в короткое замыкание. Подцепили, нажимаем кнопку. И видим что наш сварочник полностью коротит все сетевое напряжение. Ладно, вскрываем, смотрим. Первым делом надо ликвидировать КЗ. И поэтому мы отпаиваем IGBT. Отпаяли, проверили транзисторы, и их оказывается тоже пробило. Вывода звонятся накоротко. Чтож. Надеемся что КЗ ушло и подцепляем к розетке. И опять, лампочка горит в полный накал. КЗ не ушло. Снова вызваниваем всю силовую цепь. И находим пробитый диодный МОСТ. Отпаиваем. И вуаля, КЗ ушла. Проверка сопротивления силовых линии после моста не выявила КЗ. И так. Банальное КЗ устранили. Теперь же нужно запитать дежурку и глянуть на импульсы затворов с IGBT транзисторов осциллографом. Тут дежурка сделана по хитрому. Она запитывается не как у обычных сварочников, отдельный импульсный блок питания на плату управления, а запитывается от силового трансформатора. Хитрое решение конечно. И удобное в плане диагностики. Щас просто подаду на линию питания дежурки напряжения и сниму осцилограммы. Подаем, щуп кидаем на затвор а землю на крайний вывод IGBT. Осцилограмму взял с форума ну суть ясна.

Сигнал искажен, и у сварочника полетели IGBT. А сигнал искажен по причине неисправности ТГР. Мотаем новый Трансформатор Гальванической Развязки. Я мотал на кольце из фильтра синфазных помех. Мотал витков 20. И смотрим что стало с сигналом.

Вот он. Нормальный меандр. Насчет всплесков не волнуйтесь. Емкостная нагрузка на затворах нету. IGBT то неисправные, впаял было резисторы на 220ом вот и всплески не поглощаются. Запаиваем IGBT транзисторы, меняем сгоревший мост на новый. И подаем сетевое напряжение. Так, сварка запустилась, лампочка еле еле накаляется, ток потребления холостого хода значит минимальный, отлично, смотрим появилась ли напряжение на выходе, смотрим. а там 60в, ВООБЩЕ НИШТЯК. Законно крепим новоиспеченный ТГР на плату. Так как кольцо вместе с его выводами невозможно крепко установить на плату решено было его залить в эпоксидку. Бодяжим смесь. Игла как оказалось была не нужна. Что эпоксидка что отвердитель оказались жутко вязкими.

Читайте также  Переделка сварочного инвертора в блок питания

Ждем сутки и начинаем очищать плату от клея и формочки.

Дальше уже сборка в корпус и тест на электроде. IGBT были если честно сомнительного качества. Брал с али. Но как оказалось сварка и на таких IGBT транзисторах работает исправно. Спалили пару электродов при 100А. Все нормально работает. P.S. У этих сварочных инверторов как я уже говорил идет повальный брак ТГР. У некоторых со временем портится сердечник ТГР у других из-за жестких условий эксплуатации(тупо перегрели). А все почему? Потому то материал сердечника дерьмо. Чуть что не так так сразу падает индуктивность и сварка испускает белый дым. Поэтому если у вас имеется такой аппарат то ОБЯЗАТЕЛЬНО ПОМЕНЯЙТЕ В НЕМ ЭТОТ ТГР(розовый квадратик)

На что рассчитывать

Основная масса инверторов рассчитывается на работу от сети, допускающей колебания до 15%. Это значит, что инверторы устойчиво работают до напряжения 187 В. Если ваша сеть не обеспечивает такой уровень напряжения, вам придется поискать инвертор, который допускает колебания до 25%. В случае провалов сетевого напряжения ниже допустимой нормы, инвертор работает неустойчиво, теряет мощность или отключается.

При Uх.х. менее 80 В приходится тщательнее выбирать марку применяемых электродов. Есть группа профессиональных электродов (УОНИИ, ЦЛ, ТМУ), которые для поджига дуги требуют не менее 80 В.

Что такое режим холостого хода сварочного трансформатора?

При изготовлении преобразователей стремятся к максимально возможному снижению потерь холостого хода с целью повышения КПД, снижения нагрева, а также уменьшения паразитного поля магнитного рассеивания.

Общая конструкция и принцип работы трансформатора

Конструктивно трансформатор состоит из следующих основных частей:

  1. Замкнутый сердечник из ферромагнитного материала.
  2. Обмотки.

Обмотки могут быть намотаны на жестком каркасе или иметь бескаркасное исполнение. В качестве сердечников трансформаторов напряжения промышленной частоты используется специальным образом обработанная сталь. В некоторых случаях встречаются устройства без сердечника, но они используются только в области высокочастотной схемотехники и в рамках данной темы рассматриваться не будут.

Принцип действия рассматриваемой конструкции заключается в следующем:

  1. При подключении первичной обмотки к источнику переменного напряжения она формирует переменное электромагнитное поле.
  2. Под воздействием данного поля в сердечнике формируется магнитное поля.
  3. Магнитное поле сердечника, в силу электромагнитной индукции, создает во всех обмотках ЭДС индукции.

ЭДС индукции создается, в том числе, в первичной обмотке. Ее направление противоположно подключенному напряжению, поэтому они взаимно компенсируются и ток через обмотку при отсутствии нагрузки равен нулю. Соответственно, потребляемая мощность при отсутствии нагрузки равна нулю.

Расчет КПД трансформатора

Трансформатор имеет два вида главных потерь: в стальном сердечнике и в меди. Они выделяются в виде тепла. Из-за потерянной энергии выходная мощность устройства не равна мощности потребления.

Эффективность трансформатора, или КПД, вычисляется по формуле:

η = выходная мощность в кВт/потребляемая мощность в кВт =

выходная мощность/(выходная мощность + потери в сердечнике + потери в меди),

или η = Pвых/(Рвых + Рхх + Ркз), где Рхх и Ркз определяются из опытов х.х. и к.з.

Напряжение к.з. – важный показатель в технических характеристиках трансформатора. По нему определяют, можно ли аппараты включать на параллельную работу, рассчитывают вторичное U при разной нагрузке.

Понятие холостого хода

Приведенные выше рассуждения справедливы для идеального трансформатора. Реальные конструкции обладают следующими потерями (недостатками) на:

  • намагничивание сердечника;
  • магнитное поле рассеивания сердечника;
  • электромагнитное рассеивание обмотки;
  • междувитковую емкость проводов обмотки.

В результате, в реальных конструкциях трансформатора наводимая ЭДС индукции отличается от номинального напряжения первичной обмотки и не в состоянии его полностью скомпенсировать. В обмотке возникает некоторый ток холостого хода. При подключении нагрузки данное значение суммируется с номинальным током и характеризует общие потери в электрической цепи.

Потери снижают общий КПД трансформатора, в результате чего растет потребление мощности.

На чем отражается правильность подбора режима

Правильно установленный режим холостого хода обеспечивает качественное сгорание электрода и четко выраженный капельный перенос металла в сварную ванночку, образование надежного соединения с проваром корня шва. Образование брызг при поджоге и разрыве дуги минимальное, поверхность свариваемых деталей в зоне шва почти не требует дополнительной очистки. Одним из основных признаков правильно подобранного режима является характерный шипящий звук при горении дуги.

Трехфазный сварочный выпрямитель с регулировкой напряжения холостого хода секционированием витков обмоток трансформатора.

В некоторых моделях сварочного инвертора реализована дополнительная защитная функция от поражения сварщика электрическим током при повышенном напряжении холостого хода. Аппарат автоматически снижает напряжение до безопасной величины при возникновении нештатной ситуации и восстанавливает при исчезновении. Аппараты с увеличенным напряжением холостого хода используются при сварке электродами с тугоплавкой обмазкой, применяемыми для работы со специфическими сплавами.

Определенные модели инверторов для лучшего зажигания дуги оснащены схемой сварочного осциллятора. Такие устройства использовались на трансформаторных сварочных аппаратах с переменным и постоянным током. Осциллятор преобразует питающее напряжение сети в напряжение 2,5-3 кВ с частотой 150-300 кГц и выдает его на выходные клеммы импульсами длительностью в несколько десятков миллисекунд. Осциллятор состоит из повышающего низкочастотного трансформатора, подключенного к колебательному контуру, и разрядника с вольфрамовыми контактами. На выходе стоят конденсаторы, пропускающие токи высокой частоты и ограничивающие ток низкой частоты от сварочного аппарата.

В таких устройствах еще предусмотрена защита от поражения электрическим током. Потребляемая мощность осцилляторов составляет 250-300 Вт, что незначительно увеличивает общую потребляемую мощность сварочного инвертора. Осцилляторы можно приобрести в виде отдельного блока или изготовить самостоятельно.

Как проводится опыт холостого хода

Опыт холостого хода подразумевает подачу напряжения на первичную обмотку при отсутствии нагрузки. При помощи подключенных измерительных приборов измеряются электрические параметры конструкции.

Для проведения опыта холостого хода первичную обмотку включают в сеть последовательно с прибором для измерения тока- амперметром. Параллельно зажимам подключается вольтметр.

Следует иметь в виду, что предел измерения вольтметра должен соответствовать подаваемому напряжению, а при выборе амперметра нужно учитывать ориентировочные значения измеряемой величины, которые зависят от мощности трансформатора.

Коэффициент трансформации

Наиболее просто определяется коэффициент трансформации. Для этого сравнивается входное и выходное напряжение. Расчет производится по следующей формуле:

Данное отношение справедливо для всех обмоток трансформатора.

Однофазные трансформаторы

В однофазных трансформаторах показания амперметра характеризуют потребляемый ток при отсутствии нагрузки. Данные показания являются конечными и нет необходимости в дальнейших вычислениях.

Трехфазные

Чтобы проверить трехфазный трансформатор, требуется усложнение схемы подключения. Необходимо наличие следующих приборов:

  • амперметры для измерения тока в каждой фазе;
  • вольтметры для измерения междуфазных напряжений первичной обмотки;
  • вольтметры для измерения междуфазных напряжений вторичной обмотки.

Порядок и схема измерения

Перед проведением опыта проводят процесс размагничивания магнитопровода испытуемого трансформатора. Для этого используется постоянный ток, пропускаемый через одну из обмоток стороны низкого напряжения. Подключение тока производится многократно, каждое последующее подключение происходит с изменением полярности и уменьшением величины.

Начальное значение не должно быть меньше двойного значения ожидаемого тока холостого хода. При каждом последующем включении величина уменьшается на 30-40 %. Процесс заканчивается при токе, меньшим значения тока холостого хода.

Для проведения измерений потребуется три лабораторных прибора, с классом точности не менее 0,5. Это амперметры, вольтметры и ваттметры. амперметры подключаются в каждую фазу последовательно. вольтметры включаются на линейное напряжение всех трех фаз. Токовые обмотки ваттметров подключаются последовательно с амперметрами.

Обмотки напряжения ваттметров подключаются согласно приведенным схемам. Подается напряжение, с приборов снимаются показания.

Строго говоря, измерение производится по тем же схемам, которые использовались на заводе изготовителе для проведения опыта. Ведь полученные данные нужно будет сравнить с заводскими. Но, если источник трехфазного напряжения недоступен, можно выполнить три измерения, подавая напряжение на две фазы обмотки трансформатора, закорачивая третью, остающуюся свободной.

При этом используется только линейное напряжение, так как искажение формы кривой из-за нелинейных нагрузок в сети на него имеет минимальное влияние. По этим же схемам проводится опыт холостого хода при пониженном (малом) напряжении.

Схема замещения в режиме трансформатора

Прямой электрический расчет трансформатора сложен по той причине, что он представляет собой две электрических цепи, связанных между собой магнитной цепью.

Для упрощения расчетов удобнее пользоваться упрощенной эквивалентной схемой. В схеме замещения вместо обмоток используются комплексные сопротивления:

  • для первичной обмотки комплексное сопротивление включается последовательно в цепь;
  • для вторичной обмотки параллельно нагрузке.

Каждое комплексное сопротивление состоит из последовательно соединенного активного сопротивления и индуктивности.

Активное сопротивление – это сопротивление проводов обмотки.

Режимы работы трансформаторных устройств

На данный момент насчитывается порядка десяти типов различных трансформаторных устройств. Все их объединяет единый принцип изменения переменного напряжения и конструктивная схожесть. Соответственно, каждый из трансформаторов способен работать в трех основных режимах: холостого хода, короткого замыкания и нагрузки. Режим холостого хода позволяет производить рад замеров, данные которых необходимы для комплексного анализа эффективности работы устройств. Первые испытания проводятся для определения и проверки соответствия паспортным значениям технических данных трансформатора в целом и каждого из его узлов в частности перед сдачей прибора в эксплуатацию. Пусконаладочные работы выявляют скрытые неисправности и позволяют исправить их до начала интенсивного использования устройства. Какие-то из них проводятся еще на этапе сборки, а какие-то уже после того, как залито масло.

От чего зависит магнитный поток взаимоиндукции в режиме ХХ

Магнитный поток взаимоиндукции в трансформаторе зависит от способа размещения обмоток на сердечнике и их конструктивного исполнения.

Важную роль играет коэффициент заполнения окна магнитопровода, который показывает отношение общего пространства, к месту, занятому обмоткой.

Чем ближе данный коэффициент к единице, тем выше будет взаимоиндукция обмоток и меньше потери в трансформаторе.

Проверка работы

Главное назначение данного опыта в сочетании с экспериментом короткозамкнутого состояния – нахождение коэффициента полезного действия трансформирующего устройства. После постановки трансформатора в надлежащий режим проводятся следующие измерения:

Что такое режим холостого хода сварочного трансформатора

Режим холостого хода трансформатора

Определение режима. Холостым ходом трансформатора называется такой режим его работы, при котором к первичной обмотке подведено синусоидальное напряжение u1, а вторичная обмотка разомкнута и ток в ней равен нулю. Принципиальная схема однофазного трансформатора при холостом ходе изображена на рис.7.6. В этом режиме трансформатор подобен дросселю с замкнутым ферромагнитным магнитопроводом.

Необходимость изучения данного режима заключается в том, что одновременно с определением основных параметров трансформатора (коэффициента трансформации, тока холостого хода, потерь в стали магнитопровода) возможно в сочетании с параметрами, полученными при другом крайнем режиме — коротком замыкании, охарактеризовать работу трансформатора под нагрузкой и наиболее точно определить коэффициент полезного действия.

Рисунок 7.6 — Схема трансформатора при холостом ходе

Принцип действия в режиме холостого хода. Под действием приложенного напряжения u1 в первичной обмотке трансформатора имеет место небольшой ток холостого хода i10 = i0, обычно не превышающий (3-10%) от номинального тока в первичной обмотке, т.е. его действующее значение I0£(0,03…0,1)I1н. Этот ток создает МДС первичной обмотки i0×w1, которая обусловливает в замкнутом магнитопроводе переменный основной магнитный поток трансформатора Ф и небольшой переменный поток рассеяния первичной обмотки ФS1, замыкающийся вокруг первичной обмотки по воздуху.

Основной поток Ф наводит в первичной обмотке трансформатора ЭДС самоиндукции e1, а во вторичной обмотке — ЭДС взаимоиндукции e2. Поток рассеяния создает в первичной обмотке ЭДС eS1, называемую электродвижущей силой рассеяния. Так как основной поток Ф замыкается по магнитопроводу, а поток рассеяния ФS1 в основном по воздуху, то основной поток будет во много раз больше потока рассеяния (Ф>>ФS1), следовательно, и ЭДС, наводимые этими потоками в первичной обмотке, будут тоже существенно различаться по величине (E1>>ES1).

Читайте также  Сварочный аппарат инвертор - какой лучше?

При синусоидальном напряжении u1 ЭДС e1 и e2 тоже синусоидальны, а следовательно, и поток Ф, создающий их, синусоидален. Однако вследствии магнитного насыщения магнитный поток трансформатора непропорционален намагничивающему току. Поэтому при синусоидальном потоке Ф намагничивающий ток i0 является несинусоидальным. При исследовании процессов в трансформаторе действительную кривую намагничивающего тока заменяют либо эквивалентной синусоидой с тем же, что и у действительной кривой, действующим значением, либо его первой гармоникой.

Действующие значения индуктированных ЭДС в обмотках трансформатора при холостом ходе определяются по формулам, известным из электротехники:

Е1 = 4,44 × f × w1 × Фm; Е2 = 4,44 f × w2 × Фm; ЕS1 = 4,44 f × w1 × ФS1m, (7.6)

где w1 и w2 — числа витков первичной и вторичной обмоток;

f — частота ЭДС и тока, Гц;

Фm, ФS1m — амплитуды магнитных потоков (основного и рассеяния), Вб.

Разделив E1 на E2, получим коэффициент трансформации трансформатора:

В двухобмоточных трансформаторах согласно ГОСТ 16110-80 при определении коэффициента трансформации берется отношение высшего напряжения к низшему и поэтому значение «n» всегда больше единицы.

Коэффициент трансформации n, как уже отмечено, приближенно определяется из опыта холостого хода трансформатора по отношению напряжений на зажимах обмоток

Контур намагничивания. Трансформатор фактически представляет собой две электрические цепи (первичная и вторичная обмотки), связанные магнитным полем, что усложняет расчет самого трансформатора и анализ его работы. По этой причине в теории и инженерной практике исходную схему трансформатора (рис. 7.6) заменяют схемой электрической цепи без взаимоиндукции (рис. 7.7).

В такой эквивалентной схеме электрической цепи математическое описание процессов чаще всего ведут с использованием алгебраических уравнений, записываемых для комплексных действующих напряжений и токов.

Рисунок 7.7 — Эквивалентная электрическая схема замещения трансформатора в режиме холостого хода.

Действие противо-ЭДС E1 можно представить в виде падения напряжения от тока I10 = I0 на некотором полном сопротивлении Zm:

-E1 = I0 × Zm = I0 × rm + j × I0 × xm, (7.8)

где — параметр, характеризующий магнитную цепь трансформатора и называемый полным сопротивлением контура намагничивания;

rm- активное сопротивление контура намагничивания, определяемое потерями в стали трансформатора;

хm — индуктивное сопротивление контура намагничивания, определяемое потокосцеплением основного потока с первичной и вторичной обмотками при токе в первичной обмотке, равном I0 (при отсутствии тока во вторичной обмотке).

Таким образом, сопротивление Zm обусловлено потерями в стали магнитопровода и намагничивающей МДС холостого хода (I0×w1) первичной обмотки трансформатора.

Поток рассеяния ФS1 замыкается в основном по воздуху и, следовательно, практически не создает никаких потерь в стали. Значит, ЭДС рассеяния ES1 можно заменить падением напряжения только на индуктивном сопротивлении первичной обмотки x1, обусловленном потокосцеплением рассеяния YS1 первичной обмотки с её витками при соответствующем токе в обмотке

Величину x1 называют индуктивным сопротивлением рассеяния первичной обмотки.

Замена ЭДС рассеяния ES1 падением напряжения US1 от тока I0 на сопротивлении x1 делает более наглядной роль потока рассеяния: он создает индуктивное падение напряжения в первичной обмотке трансформатора, не участвуя в передаче энергии из одной обмотки в другую.

Уравнения равновесия напряжений. Эти уравнения удобно записать для комплексной схемы замещения трансформатора, работающего в режиме холостого хода (рис. 7.8)

Рисунок 7.8 — Комплексная схема замещения трансформатора в режиме холостого хода

При синусоидальном напряжении U1 и эквивалентном синусоидальном токе I0 уравнения равновесия напряжений для первичной и вторичной цепей трансформатора при холостом ходе записываются в следующем виде:

где — полное комплексное сопротивление первичной обмотки трансформатора;

r1 – активное сопротивление первичной обмотки (обычно r

Общие сведения

Сварочный трансформатор предназначен для питания дуги переменным током. Простые в устройстве и обслуживании, надежные в эксплуатации, экономичные в работе сварочные трансформаторы широко применяют при ручной дуговой сварке покрытыми электродами, механизированной и автоматической сварке под флюсом, при электрошлаковой сварке.

Трансформатор разделяет силовую сеть и сварочную цепь, понижает напряжение сети до напряжения, необходимого для сварки, обеспечивает самостоятельно или в комплекте с дополнительными устройствами начальное и повторное возбуждение и стабильное горение дуги, формирование требуемых внешних характеристик и регулирование силы сварочного тока или напряжения на дуге.

Силовые трансформаторы входят в состав всех сварочных выпрямителей и установок и имеют то же назначение, что и собственно сварочные трансформаторы.

Конструкции сварочных трансформаторов разнообразны. В зависимости от способа формирования внешних характеристик и регулирования режима сварки трансформаторы бывают с механическим и электрическим регулированием.

Трансформаторы для ручной сварки относятся ко второй категории размещения источника тока, то есть предназначены для работы на объектах, где колебания температуры и влажности несущественно отличаются от колебаний на открытом воздухе. Трансформаторы могут работать при температуре окружающего воздуха —45° … +40°С и относительной влажности воздуха не более 80% при +20 °С на высоте не более 1000 м над уровнем моря.

Трансформаторы для автоматической сварки климатического исполнения У имеют 3-ю и 4-ю категории размещения источников и могут работать при температуре воздуха —10° … +40°С.

Коэффициент трансформации

При определении работы установки применяется такое понятие, как коэффициент трансформации. Его формула представлена далее:

Отсюда следует, что напряжение на вторичном контуре будет определяться соотношением количества витков. Чтобы иметь возможность регулировать выходное электричество, в конструкцию установки вмонтирован специальный прибор. Он переключает число витков на первичном контуре. Это анцапфа.

Для проведения опыта на холостом ходу регулятор ставится в среднее положение. При этом измеряется коэффициент.

Однофазные приборы

Для проведения представленного опыта, при использовании понижающего или повышающего бытового агрегата, в расчет берется представленный коэффициент. При этом используют два вольтметра. Первый прибор подключается к первичной обмотке. Соответственно второй вольтметр подсоединяется к вторичному контуру.

Входное сопротивление измерительных приборов должно соответствовать номинальным характеристикам установки. Она может работать в понижающем или повышающем режиме. Поэтому при необходимости провести ремонтные работы, на нем измеряют не только подачу низкого, но и высокого напряжения.

Трехфазные приборы

Для трехфазных агрегатов в ходе проведения опыта исследуются показатели на всех контурах. При этом потребуется применять сразу 6 вольтметров. Можно использовать один прибор, который будет подключаться поочередно ко всем точкам измерения.

Если установленное производителем значение на первичной обмотке превышает 6 кВ, на нее подают ток 380 В. При измерении в высоковольтном режиме нельзя определить показатели с требуемым классом точности. Поэтому замер производят в режиме низкого напряжения. Это безопасно.

Применение коэффициента

В процессе проведения измерения анцапфу перемещают во все установленные производителем положения. При этом замеряют коэффициент трансформации. Это позволяет определить наличие в витках замыкания.

Если показания по фазам будут иметь разброс при замерах больше, чем 2%, а также их снижение в сравнении с предыдущими данными, это говорит об отклонениях в работе агрегата. В первом случае в системе определяется короткое замыкание, а во втором – нарушение изоляции обмоток. Агрегат не может при этом работать правильно.

Такие факты требуют подтверждения. Например, это может быть измерение сопротивления. Влиять на увеличение разброса показателей коэффициента могут возрастание сопротивления между контактами анцапфы. При частом переключении возникает такая ситуация.

Измерение потерь

Потери в магнитоприводе замеряют исключительно при использовании мощной установки. При этом можно брать для расчетов пониженное напряжение, которое подключено к первичному контуру через ваттметр. Это прямой метод измерения.

При учете показателей вольтметра или амперметра потребуется умножить их мощности друг на друга. Это косвенный метод. При этом результат имеет определенную погрешность. Искажение происходит из-за невозможности учесть при таком расчете коэффициент мощности. Это конус угла, который образуется в векторной схеме между напряжением и током. В режиме холостого хода между ними появляется угол 90º.

Определение холостого хода трансформатора

Трансформаторы представляют собой сложное оборудование, которое предназначено для изменения параметров тока в цепи. Они могут повышать или понижать напряжение электричества в соответствии с требованиями потребителей.

В оборудовании при работе определяются некоторые потери мощности. Поэтому не вся электроэнергия, которая поступила на первичную обмотку, доходит к потребителю. При этом греется трансформатор (магнитопривод, обмотки и прочие детали). В различных конструкциях этот показатель неодинаков.

Холостой ход трансформатора позволяет определить токовые потери. Эта методика применяется в сочетании с определением напряжения в режиме короткого замыкания трансформатора. Этот процесс называется опытом агрегата. Он выполняется по определенной схеме.

  • 1 Общее устройство и виды
    • 1.1 Основные типы
    • 1.2 Особенности установок
  • 2 Методология проведения опыта
    • 2.1 Подход к проведению измерений
    • 2.2 Суть измерения
  • 3 Коэффициент трансформации
    • 3.1 Однофазные приборы
    • 3.2 Трехфазные приборы
    • 3.3 Применение коэффициента
  • 4 Измерение тока
  • 5 Измерение потерь
    • 5.1 Применение ваттметра

Общее устройство и виды

Чтобы понять, что такое опыт холостого хода различных трансформаторов, необходимо рассмотреть, что собой представляет подобное оборудование.

Основные типы

Трансформаторами называются машины неподвижного типа, которые работают благодаря электрическому току. Они меняют входное напряжение. Существует несколько видов подобных аппаратов:

  1. Силовые.
  2. Измерительные.
  3. Разделительные.
  4. Согласующие.

Чаще всего в энергетическую цепь требуется подключение силового трансформатора. Они могут иметь две или более обмоток. Аппарат может быть однофазный (бытовая сеть) или многофазный (промышленная сеть).

Особенности установок

Отдельно выделяются автотрансформаторы. В них есть только одна совмещенная обмотка. Также бывает сварочный аппарат. Они имеют определенную сферу применения.

В однофазном и многофазном оборудовании может устанавливаться различная номинальная мощность. Она может определяться в диапазоне от 10 до 1000 кВА и более. Маломощные однофазные и многофазные приборы могут быть в диапазоне до 10 кВА. Средние разновидности будут иметь мощность 20 кВА, 250 кВА, 400 кВА, 630 кВА и т. д. Если же этот показатель больше 1000 кВА, это установка высокой мощности.

Методология проведения опыта

Потери холостого хода трансформатора определяются при создании определенного режима. Для этого прекращается снабжение током всех обмоток. Они остаются разомкнутыми. После этого производится снабжение цепей электричеством. Оно определяется только на первом контуре. Аппаратура должна работать под напряжением, которое устанавливается при его производстве производителем.

Через первичный контур силовой, сварочной или прочей установки протекают токи, которые носят название ХХ. Их величина равняется не более 3-9% от заданного производителем показателя. При этом на обмотке вторичного контура электричество отсутствует. На первичном контуре ток производит магнитный поток. Он пересекает витки обеих обмоток. При этом возникает ЭДС самоиндукции на контуре первичном и взаимоиндукции – на обмотке вторичного типа.

Например, напряжение холостого хода сварочного трансформатора небольшой и средней мощности представляет собой ЭДС взаимоиндукции.

Подход к проведению измерений

Замер потерь холостого хода может производиться в двух аспектах. Их называют потерями в стали и меди. Второй показатель говорит о рассеивании тепла в обмотках (они начинают греться). В процессе проведения опыта этот показатель очень мал. Поэтому им пренебрегают.

Данные о потере тока холостого хода трансформатора представляются в виде таблицы. В ней рассчитаны параметры для стали определенных сортов и толщины. Ток холостого хода трансформатора рассматривается в аспекте мощности, которая создается в магнитом потоке и именуется потерей в стали. Она затрачивается на нагрев листов из специального сплава. Они изолируются друг от друга лаковым покрытием. При создании таких магнитоприводов не используется метод сварки.

Суть измерения

Если по какой-то причине нарушается изоляционный слой между пластинами магнитопривода, между ними возрастают вихревые токи. При этом система начинает нагреваться. Лаковый слой постепенно разрушается. Потери при работе установки возрастают, его эксплуатационные характеристики ухудшаются.

Читайте также  Сварочные электроды маркировка и назначение

В таком случае потери мощности в стали увеличиваются. При проведении расчетов этих характеристик в режиме холостого хода можно выявить возникшие нарушения в работе агрегата. Именно по этой причине производится соответствующий расчет.

Коэффициент трансформации

При определении работы установки применяется такое понятие, как коэффициент трансформации. Его формула представлена далее:

Отсюда следует, что напряжение на вторичном контуре будет определяться соотношением количества витков. Чтобы иметь возможность регулировать выходное электричество, в конструкцию установки вмонтирован специальный прибор. Он переключает число витков на первичном контуре. Это анцапфа.

Для проведения опыта на холостом ходу регулятор ставится в среднее положение. При этом измеряется коэффициент.

Однофазные приборы

Для проведения представленного опыта, при использовании понижающего или повышающего бытового агрегата, в расчет берется представленный коэффициент. При этом используют два вольтметра. Первый прибор подключается к первичной обмотке. Соответственно второй вольтметр подсоединяется к вторичному контуру.

Входное сопротивление измерительных приборов должно соответствовать номинальным характеристикам установки. Она может работать в понижающем или повышающем режиме. Поэтому при необходимости провести ремонтные работы, на нем измеряют не только подачу низкого, но и высокого напряжения.

Трехфазные приборы

Для трехфазных агрегатов в ходе проведения опыта исследуются показатели на всех контурах. При этом потребуется применять сразу 6 вольтметров. Можно использовать один прибор, который будет подключаться поочередно ко всем точкам измерения.

Если установленное производителем значение на первичной обмотке превышает 6 кВ, на нее подают ток 380 В. При измерении в высоковольтном режиме нельзя определить показатели с требуемым классом точности. Поэтому замер производят в режиме низкого напряжения. Это безопасно.

Применение коэффициента

В процессе проведения измерения анцапфу перемещают во все установленные производителем положения. При этом замеряют коэффициент трансформации. Это позволяет определить наличие в витках замыкания.

Если показания по фазам будут иметь разброс при замерах больше, чем 2%, а также их снижение в сравнении с предыдущими данными, это говорит об отклонениях в работе агрегата. В первом случае в системе определяется короткое замыкание, а во втором – нарушение изоляции обмоток. Агрегат не может при этом работать правильно.

Такие факты требуют подтверждения. Например, это может быть измерение сопротивления. Влиять на увеличение разброса показателей коэффициента могут возрастание сопротивления между контактами анцапфы. При частом переключении возникает такая ситуация.

Измерение тока

При опытном измерении тока холостого хода мастер применяет амперметры. Их необходимо подсоединять к первичной обмотке последовательно. Напряжение в контуре должно равняться номинальному значению.

Если проводится исследование работы трехфазного промышленного агрегата, замер выполняет для всех фаз одновременно или последовательно. При этом испытания производятся только для установок от 1000 кВА.

Измерение потерь

Потери в магнитоприводе замеряют исключительно при использовании мощной установки. При этом можно брать для расчетов пониженное напряжение, которое подключено к первичному контуру через ваттметр. Это прямой метод измерения.

При учете показателей вольтметра или амперметра потребуется умножить их мощности друг на друга. Это косвенный метод. При этом результат имеет определенную погрешность. Искажение происходит из-за невозможности учесть при таком расчете коэффициент мощности. Это конус угла, который образуется в векторной схеме между напряжением и током. В режиме холостого хода между ними появляется угол 90º.

Применение ваттметра

Ваттметр позволяет произвести замер с учетом коэффициента мощности. Это дает возможность получить более точный результат. Расчет выполняется по следующей формуле:

Далее необходимо создать на основе полученного результата векторную диаграмму. По каждой фазе учитываются установленные потери. Для этого чаще всего строится таблица. При этом используется схема, которая изначально применялась производителем при создании оборудования.

Полученный результат не подлежит сравнению с нормативами. Показатели сравнивают только с характеристиками предыдущих проверок. Если потери с течением времени только возрастают, это говорит о нарушении изоляции пластин магнитопривода или появлении иных нарушений. Обратить этот процесс невозможно.

Проведение замеров холостого хода позволяет оценить состояние аппаратуры, а также определить потребность в необходимости планового или аварийного ремонта. Поэтому регулярные испытания позволяют правильно спланировать работу установки, предотвратить ее непредвиденное отключение.

Интересное видео: Описание основ работы трансформатора.

Что такое холостой ход трансформаторов, формулы и схемы

Трансформатор электрического тока является устройством преобразования энергии. Ток холостого хода трансформатора характеризует потери при отсутствии подключенной нагрузки. Величина данного параметра зависит от нескольких факторов:

  1. Конструктивного исполнения.
  2. Материала сердечника.
  3. Качества намотки.

При изготовлении преобразователей стремятся к максимально возможному снижению потерь холостого хода с целью повышения КПД, снижения нагрева, а также уменьшения паразитного поля магнитного рассеивания.

  1. Общая конструкция и принцип работы трансформатора
  2. Понятие холостого хода
  3. Меры по снижению тока холостого хода
  4. Как проводится опыт холостого хода
  5. Коэффициент трансформации
  6. Однофазные трансформаторы
  7. Трехфазные
  8. Измерение тока
  9. Применение ваттметра
  10. Измерение потерь
  11. Схема замещения в режиме трансформатора
  12. От чего зависит магнитный поток взаимоиндукции в режиме ХХ
  13. Примеры расчетов и измерений в режиме ХХ

Общая конструкция и принцип работы трансформатора

Конструктивно трансформатор состоит из следующих основных частей:

  1. Замкнутый сердечник из ферромагнитного материала.
  2. Обмотки.

Обмотки могут быть намотаны на жестком каркасе или иметь бескаркасное исполнение. В качестве сердечников трансформаторов напряжения промышленной частоты используется специальным образом обработанная сталь. В некоторых случаях встречаются устройства без сердечника, но они используются только в области высокочастотной схемотехники и в рамках данной темы рассматриваться не будут.

Принцип действия рассматриваемой конструкции заключается в следующем:

  1. При подключении первичной обмотки к источнику переменного напряжения она формирует переменное электромагнитное поле.
  2. Под воздействием данного поля в сердечнике формируется магнитное поля.
  3. Магнитное поле сердечника, в силу электромагнитной индукции, создает во всех обмотках ЭДС индукции.

ЭДС индукции создается, в том числе, в первичной обмотке. Ее направление противоположно подключенному напряжению, поэтому они взаимно компенсируются и ток через обмотку при отсутствии нагрузки равен нулю. Соответственно, потребляемая мощность при отсутствии нагрузки равна нулю.

Понятие холостого хода

Приведенные выше рассуждения справедливы для идеального трансформатора. Реальные конструкции обладают следующими потерями (недостатками) на:

  • намагничивание сердечника;
  • магнитное поле рассеивания сердечника;
  • электромагнитное рассеивание обмотки;
  • междувитковую емкость проводов обмотки.

В результате, в реальных конструкциях трансформатора наводимая ЭДС индукции отличается от номинального напряжения первичной обмотки и не в состоянии его полностью скомпенсировать. В обмотке возникает некоторый ток холостого хода. При подключении нагрузки данное значение суммируется с номинальным током и характеризует общие потери в электрической цепи.

Потери снижают общий КПД трансформатора, в результате чего растет потребление мощности.

Меры по снижению тока холостого хода

Основным источником возникновения тока холостого хода является конструкция магнитопровода. В ферромагнитном материале, помещенном в переменное электрическое поле, наводятся вихревые токи электромагнитной индукции – токи Фуко, которые нагревают материал сердечника.

Для снижения вихревых потерь материал сердечника изготавливают из тонких пластин, отделенных друг от друга изолирующим слоем, которую выполняет оксидная пленка на поверхности. Сам материал производится по специальной технологии, с целью улучшения магнитных свойств (увеличения значения магнитного насыщения, магнитной проницаемости, снижения потерь на гистерезис).

Обратная сторона использования большого количества пластин состоит в том, что в местах стыков происходит разрыв магнитного потока, в результате чего возникает поле рассеивания. Поэтому для наборных сердечников важна тщательная подгонка отдельных пластин друг к другу. В ленточных разрезных магнитопроводах отдельные части подгоняются друг к другу при помощи шлифовки, поэтому при сборке конструкции нельзя менять местами части сердечника.

От указанных недостатков свободны О-образные магнитопроводы. Магнитное поле рассеивания у них стремится к нулю.

Поле рассеивания обмотки и междувитковую емкость снижают путем изменения конструкции обмоток и пространственного размещения их частей относительно друг друга.

Снижение потерь также достигается при возможно более полном заполнении свободного окна сердечника. При этом масса и габариты устройства стремятся к оптимальным показателям.

Как проводится опыт холостого хода

Опыт холостого хода подразумевает подачу напряжения на первичную обмотку при отсутствии нагрузки. При помощи подключенных измерительных приборов измеряются электрические параметры конструкции.

Для проведения опыта холостого хода первичную обмотку включают в сеть последовательно с прибором для измерения тока- амперметром. Параллельно зажимам подключается вольтметр.

Следует иметь в виду, что предел измерения вольтметра должен соответствовать подаваемому напряжению, а при выборе амперметра нужно учитывать ориентировочные значения измеряемой величины, которые зависят от мощности трансформатора.

Коэффициент трансформации

Наиболее просто определяется коэффициент трансформации. Для этого сравнивается входное и выходное напряжение. Расчет производится по следующей формуле:

Данное отношение справедливо для всех обмоток трансформатора.

Однофазные трансформаторы

В однофазных трансформаторах показания амперметра характеризуют потребляемый ток при отсутствии нагрузки. Данные показания являются конечными и нет необходимости в дальнейших вычислениях.

Трехфазные

Чтобы проверить трехфазный трансформатор, требуется усложнение схемы подключения. Необходимо наличие следующих приборов:

  • амперметры для измерения тока в каждой фазе;
  • вольтметры для измерения междуфазных напряжений первичной обмотки;
  • вольтметры для измерения междуфазных напряжений вторичной обмотки.

При проведении опыта холостого хода производятся следующие вычисления:

  • рассчитывается среднее значение тока по показаниям амперметра;
  • среднее значение напряжения первичной и вторичной обмоток.

Коэффициент трансформации вычисляется по полученным значениям напряжения аналогично однофазной системе.

Измерение тока

При измерении тока можно определить только величину электрических потерь. Более полно определить параметры конструкции позволяет более сложная схема измерений.

Применение ваттметра

Подключив в первичную цепь ваттметр, можно определить мощность потерь трансформатора в режиме холостого хода. Суммируясь с мощностью нагрузки, найденная величина определяет габаритную мощность трансформатора.

Измерение потерь

При измерениях тока холостого хода и мощности потребления, можно сделать выводы о общих потерях холостого хода, которые приводят к следующему:

  1. Нагрев проводов обмоток.
  2. Нагрев сердечника.
  3. Снижение КПД.
  4. Появление магнитного поля рассеивания.

Схема замещения в режиме трансформатора

Прямой электрический расчет трансформатора сложен по той причине, что он представляет собой две электрических цепи, связанных между собой магнитной цепью.

Для упрощения расчетов удобнее пользоваться упрощенной эквивалентной схемой. В схеме замещения вместо обмоток используются комплексные сопротивления:

  • для первичной обмотки комплексное сопротивление включается последовательно в цепь;
  • для вторичной обмотки параллельно нагрузке.

Каждое комплексное сопротивление состоит из последовательно соединенного активного сопротивления и индуктивности.

Активное сопротивление – это сопротивление проводов обмотки.

От чего зависит магнитный поток взаимоиндукции в режиме ХХ

Магнитный поток взаимоиндукции в трансформаторе зависит от способа размещения обмоток на сердечнике и их конструктивного исполнения.

Важную роль играет коэффициент заполнения окна магнитопровода, который показывает отношение общего пространства, к месту, занятому обмоткой.

Чем ближе данный коэффициент к единице, тем выше будет взаимоиндукция обмоток и меньше потери в трансформаторе.

Примеры расчетов и измерений в режиме ХХ

Измеряя ток, напряжение и мощность трансформатора в опыте холостого хода, можно рассчитать следующие дополнительные данные:

  • активное сопротивление первичной цепи r1=Pхх/U 2 ;
  • полное сопротивление первичной цепи z1=U/Iхх;
  • индуктивное сопротивлении е x1=√(z 2 -r 2 ).

Найти ток холостого хода без применения амперметра можно по показаниям вольтметра и ваттметра:

Оцените статью
Добавить комментарий