Что такое режим холостого хода

Источник тока работает в режиме холостого хода. Что это значит?

Режим холосто́го хо́да в электронике — состояние двухполюсника, при котором к его выводам не подключено никакой нагрузки (то есть, другими словами, сопротивление нагрузки бесконечно) . (Википедия)

Ещё есть режим короткого замыкания. Вместе с режимом холостого хода они дают крайние значения параметров, поэтому полезны всегда для анализа.

Режим холостого хода для источника тока означает, что ток через него не течёт, а напряжение на его концах бесконечно большое. Это идеальный случай, своего рода парадокс, невозможный на практике. Для источника тока такой режим невозможен.

Режимы работы трансформатора Режим холостого хода

Под холостым ходом трансформатора понимают такой режим его работы, при котором к зажимам первичной обмотки подводится напряжение, а вторичная обмотка разомкнута, при этом I₂=0. При выполнении опыта используется схема рис. 3.7. Синусоидальное напряжение источника питанияU₁=U_1Ни измеряютI_1X,P_1X (cosφ_1X),U_2X.

По данным этого опыта определяют коэффициент трансформации k; номинальный ток холостого ходаi_1X; мощность потерь холостого ходаP_1X, равную мощности потерь в магнитопроводеP_C. Кроме того, данные этого опыта используют для расчета характеристики трансформатора η=f(P₂).

.

При холостом ходе полезная мощность трансформатора P₂=0, поэтому мощность Р_1X, потребляемая из сети, полностью идет на возмещение потерь

,

где Р_C— мощность потерь в стали сердечника от гистерезиса и вихревых токов; Р_М1— мощность потерь в меди первичной обмотки; φ_1X— угол сдвига фаз междуU₁иI_1X.

Так как ток холостого хода I_1Xочень мал, то мощность Р_М1 =незначительна и ею можно пренебречь. У трансформаторов мощностью от нескольких десятков до нескольких сотен вольт-амперI_1X=(0,05 – 0,1)I_H, а мощностью от нескольких киловольт-ампер и вышеI_1Х=(0,1 – 0,2)I_Hи даже меньше. Следовательно, для трансформатора

.

По значениям I_1Xи Р_1Хсудят о качестве стали сердечника и качестве его сборки.

Режим короткого замыкания

Различают аварийное короткое замыкание трансформатора, происходящее в эксплуатационных условиях и короткое замыкание при его испытании.

Внезапное короткое замыкание происходит при коротком замыкании вторичной обмотки (Z_H=0, тогда иU₂=0), когда к первичной обмотке подведено номинальное напряжениеU_1H. Это сопровождается резким броском тока до значенияI_КЗ=(20÷40)I_1H.

Напряжение u_1Kназываютнапряжением короткого замыкания, его обычно выражают в процентах отU_1Hи обозначают

.

По данным опыта определяют напряжение короткого замыкания u_к, активную и реактивную составляющие напряжения короткого замыканияu_каиu_кр, мощность потерь короткого замыкания Р_кн(мощность потерь в меди обмоток приI₁=I_1HиI₂=I_2H). Кроме того, данные этого опыта используются для расчета характеристик трансформатораU₂=f(P₂).

Напряжение короткого замыкания и его составляющие определяются по формулам:

; ;

.

При коротком замыкании полезная мощность трансформатора Р₂=0. Следовательно, мощность, потребляемая им из сети в данном режиме, полностью идет на возмещение потерь

,

где Р_МН— мощность потерь в меди первичной и вторичной обмоток при номинальных токахI_1Н,I_2Н.

Так как напряжение u_K=(0,055÷0,12)U_1H— очень мало, то и мощность потерь в сталив данном опыте будет незначительна и ею можно пренебречь.

Следовательно, в этом случае

Мощность потерь в стали в опыте короткого замыкания может быть определена по формуле

,

где Р_КН— мощность потерь в стали сердечника приU₁=U_1H.

Что такое режим холостого хода трансформатора: таблица опыта и потерь

Режим холостого хода трансформатора возникает, когда одна из его обмоток запитана от источника переменного напряжения, а остальные обмотки разомкнуты. Фактический трансформатор может находиться в этом режиме работы, когда он подключен к сети, а нагрузка, питающаяся от его вторичной обмотки, еще не запитана.

Режим холостого хода для трансформаторов

Для определения фактического выходного тока и напряжения при работе трансформатора может потребоваться режим холостого хода для трансформаторов. Это осуществляется с помощью специальных устройств, которые позволяют увеличивать или уменьшать напряжение переменного тока. В режиме холостого хода определяются фактические технологические потери устройства.

При работе с разомкнутой вторичной цепью частота тока не изменяется. Значения мощности остаются неизменными. Таким образом, можно определить фактический ток, электрическое сопротивление. Независимо от типа трансформатора, они имеют схожие характеристики. Наблюдение за работой трансформатора в режиме холостого хода необходимо при его эксплуатации и проверке его параметров.

В этой статье будут описаны основные технические нюансы работы в режиме холостого хода и его применение. В качестве бонуса к этой статье добавлен видеоролик с информацией о работе трансформатора на холостом ходу и файл с пособием “Испытания трансформаторов” Кагановича Е.А.

Как правильно анализировать работу оборудования, работающего от сети? Для этого используется режим холостого хода трансформатора напряжения. С учетом специфики, КПД понижающих и повышающих трансформаторов составляет 85-90%. Холостой ход – это режим работы трансформатора, при котором его КПД остается равным нулю. Как этого можно достичь? Принцип работы прост: нагрузка подается на первичную обмотку, в то время как вторичная обмотка не запитана. Трансформатор работает в режиме холостого хода не только в реальных, но и в экспериментальных условиях.

Работа трансформатора без нагрузки: Зачем он нам нужен?

Принцип работы трансформатора в режиме холостого хода помогает понять основные свойства электроэнергетических аппаратов. Результаты используются для регулирования работы и позволяют подключать к сети дополнительные нагрузки.

Режим холостого хода трансформаторов позволяет определить

• эффективность преобразования энергии;
• характеристики потерь (учитываются характеристики ферромагнитного сердечника и металлических элементов)
• параметры рабочей цепи (характеристики и характеристики намагничивающей ветви).

Определение состояния холостого хода трансформатора позволяет определить фактические потери мощности при работе электроэнергетического оборудования. Он используется при оценке новых моделей и для технического обслуживания в процессе эксплуатации. Режим холостого хода трансформатора определяется как режим с постоянной частотой тока при условии, что вторичная обмотка разомкнута. Мощность оборудования также не изменилась. Учитывая эти характеристики, можно определить фактическое сопротивление и ток. В режиме холостого хода характеристики трансформатора не меняются, независимо от типа устройства, что позволяет правильно оценить его параметры.

Автотрансформаторы выделяются отдельно. У них подключена только одна катушка. Существуют также сварочные аппараты. Они имеют определенную область применения.

Методология тестирования

Потери холостого хода трансформатора определяются путем создания определенного режима работы. Для этого необходимо прервать подачу тока во все обмотки. Они остаются открытыми. Затем в цепи подается электричество. Это указывается только для первого контура. Аппарат должен эксплуатироваться при напряжении, определенном производителем на момент изготовления.

В первичной цепи электрического, сварочного или другого аппарата протекают токи, называемые ХХ. Их стоимость равна не более 3-9% от значения, указанного производителем. В этом случае ток во вторичной обмотке отсутствует. В первичной цепи ток создает магнитный поток. Он пересекается с витками обеих обмоток. В результате возникает ЭДС самоиндукции на первичной стороне и взаимной индукции на вторичной стороне.

Например, напряжение холостого хода сварочного трансформатора малого или среднего размера – это ЭДС взаимной индукции.

Подход к измерению

Потери холостого хода можно измерить двумя способами. Они называются потерями в стали и потерями в меди. Второе значение указывает на теплоотдачу от обмоток (они начинают нагреваться). Во время теста это значение очень мало. Поэтому ею пренебрегают.

Потери тока холостого хода трансформатора представлены в виде таблицы. Эти значения рассчитаны для конкретных марок стали и толщины. Ток холостого хода трансформатора рассматривается с точки зрения мощности, выделяемой в магнитном потоке, и называется потерями в стали. Используется для нагрева пластин из специальных сплавов. Они изолированы друг от друга с помощью лакокрасочного покрытия. В конструкции этих магнитных приводов не используется сварка.

Точка измерения

Если по какой-то причине изоляционный слой между пластинами магнитометра будет поврежден, то вихревые токи между ними увеличатся. Это приводит к нагреву системы. Лаковый слой постепенно разрушается. Операционные потери агрегата увеличиваются, а его производительность ухудшается.

В этом случае потери мощности в стали увеличиваются. Когда эти характеристики рассчитываются в режиме холостого хода, можно определить возникающие нарушения в работе оборудования. По этой причине должны быть проведены соответствующие расчеты.

Короткое замыкание при zn = 0.

Режимы работы трансформатора

Трансформатор может работать в трех различных режимах в зависимости от импеданса нагрузки:

1. холостой ход с сопротивлением нагрузки zn = ∞.

2. короткое замыкание, когда zn = 0.

3. работа с нагрузкой при 0.

Все режимы работы трансформатора могут быть проанализированы с помощью параметров принципиальной схемы. Сами параметры определяются путем испытаний на холостой ход и короткое замыкание. В режиме холостого хода вторичная обмотка трансформатора разомкнута.

Испытание трансформатора на холостом ходу проводится для определения коэффициента трансформации, потерь мощности в стали и параметров намагничивающей ветви эквивалентной электрической схемы и обычно выполняется при номинальном напряжении первичной обмотки.

Для однофазного трансформатора по кривой характеристики холостого хода можно рассчитать следующие значения

– процентный ток холостого хода

– активное сопротивление намагничивающей ветви r0, определяемое из условия

– полное сопротивление намагничивающей ветви

– индуктивное сопротивление намагничивающей ветви

Также часто определяется коэффициент мощности холостого хода:

В некоторых случаях испытание холостого хода проводится для нескольких напряжений первичной обмотки от U1 ≈ 0,3U1н до U1 ≈ 1,1U1н. На основе полученных данных построены характеристики холостого хода, которые показывают зависимость P0, z0, r0 и cosφ в зависимости от напряжения U1. Характеристика холостого хода может быть использована для определения значений, которые необходимо определить при любом напряжении U1.

Для определения напряжения короткого замыкания, потерь в обмотке и сопротивлений rk и xk проводится испытание на короткое замыкание. Для этого на первичную обмотку подается такое пониженное напряжение, чтобы токи короткого замыкания обмоток трансформатора были равны их номинальным значениям, т.е. I1к = I1н, I2к = I2н. Первичное напряжение, при котором выполняются вышеуказанные условия, называется номинальным напряжением короткого замыкания Ukn.

Учитывая, что Ukn обычно составляет всего 5-10% от U1n, поток индуктивности сердечника трансформатора во время эксперимента по короткому замыканию в десятки раз меньше, чем при номинальной работе, а трансформаторная сталь является ненасыщенной. Поэтому потери в стали игнорируются, и предполагается, что вся мощность Pkn, подводимая к первичной обмотке, расходуется на нагрев обмотки, и определяется величина активного сопротивления короткого замыкания rk.

В ходе эксперимента измеряется напряжение Ukn, ток I1k = I1n и мощность Pkn первичной обмотки. На основании этих данных можно определить:

– процентное напряжение короткого замыкания

– сопротивление короткого замыкания

– Активные сопротивления первичной обмотки и эксцентриковой вторичной обмотки, близкие к половине сопротивления короткого замыкания

– Сопротивление короткого замыкания

– Индуктивное сопротивление короткого замыкания

– Индуктивное сопротивление первичной обмотки и уменьшенной вторичной обмотки, приближается к половине индуктивного сопротивления короткого замыкания

– Сопротивление вторичной обмотки реального трансформатора:

– Процентные напряжения индуктивного, активного и полного короткого замыкания:

При работе с нагрузками очень важно знать, как параметры нагрузки влияют на КПД и изменения напряжения на вторичных клеммах.

КПД трансформатора – это отношение активной мощности, передаваемой в нагрузку, к активной мощности, подводимой к трансформатору.

КПД трансформатора имеет высокое значение. Для небольших силовых трансформаторов он составляет около 0,95, а для трансформаторов на десятки тысяч киловольт-ампер – до 0,995.

Определение КПД по формуле с использованием непосредственно измеренных мощностей P1 и P2 имеет большую погрешность. Удобнее представить формулу в другом виде:

где – сумма потерь в трансформаторе.

В трансформаторе существует два типа потерь: магнитные потери, вызванные прохождением магнитного потока через магнитопровод, и электрические потери, вызванные прохождением тока через обмотки.

Поскольку магнитный поток трансформатора при U1 = const и изменении вторичного тока от нуля до номинального значения остается практически постоянным, магнитные потери в этом диапазоне нагрузки также можно считать постоянными и равными потерям холостого хода.

Электрические потери в медных обмотках ∆Pm пропорциональны квадрату тока. Удобно выразить это в терминах потерь короткого замыкания Pkn, полученных при номинальном токе,

где β – коэффициент нагрузки,

Расчетная формула для определения КПД трансформатора:

Где Sn – номинальная полная мощность трансформатора; φ2 – фазовый угол между напряжением и током в нагрузке.

Максимальную эффективность можно найти, приравняв первую производную к нулю. Видно, что КПД максимален, когда постоянные потери (не зависящие от тока) P0 равны переменным потерям (зависящим от тока), так что

В современных маслонаполненных силовых трансформаторах βопт = 0,5 – 0,7. Это нагрузка, с которой трансформатор обычно работает во время эксплуатации.

График η = f(β) показан на рисунке 1.

Рисунок 1: Кривая КПД трансформатора в зависимости от коэффициента нагрузки

Для определения процентного изменения вторичного напряжения для однофазного трансформатора используется следующее уравнение

где tcA и tcR – активная и реактивная составляющие напряжения короткого замыкания, выраженные в процентах.

Изменение напряжения трансформатора зависит от коэффициента нагрузки (β), ее характера (угол φ2) и составляющих напряжения короткого замыкания (kVA и kCR).

Внешняя характеристика трансформатора представляет собой зависимость, когда U1 = const и cosφ2 = const (рис. 2).

Рисунок 2: Внешние характеристики трансформаторов средней и большой мощности при различных условиях нагрузки

Если вам понравилась эта статья, пожалуйста, поделитесь ею в социальных сетях. Это очень поможет в развитии нашего сайта!

Работа устройства в режиме холостого хода определяется его магнитной системой. Если устройство имеет тип, подобный однофазному трансформатору или системе с броневым сердечником, третья гармоника в каждой фазе будет замыкаться отдельно, с установленным значением до 20 процентов активного магнитного потока.

От чего зависит величина ЭДС в обмотке трансформатора?

Принцип работы и характеристики трансформаторов средней точки, подключение

В прошлой статье я указывал, что мгновенное значение ЭДС в обмотке трансформатора определяется количеством витков ω провода в трансформаторе и скоростью изменения магнитного потока dΦ/dt

где ω – число витков обмотки трансформатора,

dΦ/dt – скорость изменения магнитного потока.

Однако в большинстве случаев нас интересует не мгновенное значение ЭДС, а среднеквадратичное значение. Поэтому выведем выражение для определения среднеквадратичного значения ЭДС в обмотках трансформатора. Это можно сделать аналитически, интегрируя функцию изменения магнитного потока dΦ/dt, или найдя среднее значение ЭДС Ecp и коэффициент формы ЭДС kf. Я выведу это выражение вторым способом.

Магнитный поток утечки в сердечнике трансформатора изменяется в соответствии с периодической функцией с двумя амплитудными значениями максимальным +Fm и минимальным -Fm, тогда общее изменение магнитного потока за полупериод T/2 составит

Тогда среднее значение ЭДС в обмотке трансформатора составит

где ω – число витков обмотки трансформатора,

T/2 – полупериод изменения функции магнитного потока,

f – частота изменения магнитного потока,

Fm – амплитуда магнитного потока.

Среднее значение ЭДС и ее среднее значение связаны коэффициентом формы ЭДС kf, тогда среднеквадратичное значение ЭДС в обмотке трансформатора будет дано следующим выражением

где kf – коэффициент формы ЭМП,

f – частота изменения ЭМП,

ω – число витков обмотки трансформатора,

B – магнитная индукция в сердечнике,

Sc – площадь поперечного сечения сердечника трансформатора.

Приведем примеры реальных значений ЭДС для синуса, квадрата (меандра) и треугольника.

Из вышесказанного следует, что если электромагнитная индукция B постоянна, то ЭДС пропорциональна конструктивным параметрам трансформатора, площади поперечного сечения магнитопровода Sc и числу витков ω. Правильный выбор величины электромагнитной индукции B является одним из ключевых вопросов при проектировании трансформаторов. Кроме того, с увеличением частоты f увеличивается ЭДС, поэтому для того, чтобы реализовать ту же ЭДС при увеличении частоты, трансформатор должен быть меньше и легче. Этот фактор является основным преимуществом высокочастотных трансформаторов, которые наиболее часто используются в настоящее время.

Все параметры и их соотношение влияют на уровень и плавность регулирования. Это можно сделать двумя способами: изменить значение индуктивного сопротивления или напряжение холостого хода.

Каким должно быть напряжение холостого хода сварочного инвертора?

• 21 декабря
• 2782 мнения
• Комментарии
• 41 классификация

Напряжение холостого хода сварочного инвертора – это напряжение между положительной и отрицательной выходными клеммами устройства при отсутствии электрической дуги. Чтобы сварочный инвертор был исправен, его параметры должны находиться в пределах, указанных в инструкции производителя. Обычно этот показатель составляет от 40 до 90 В. Этот показатель обеспечивает легкое зажигание дуги при сварке металла. Это также создает безопасную рабочую среду для сварщика.

Для чего нужен режим холостого хода для трансформаторов

Электрическая энергия, вырабатываемая генераторами на силовых подстанциях, передается потребителям. Благодаря внедрению в цепь трансформаторов возможна ее транспортировка на большие расстояния. Но в этом случаем неизбежны потери, причиной которых выступает нагревание проводов. Как проанализировать работу оборудования, что помогает в правильном выборе и корректировке параметров? Поможет знакомство с принципами действия.

• рабочий (номинальные показатели распределения энергии);
• короткое замыкание (максимальный показатель тока приводит к перегреву системы, что может повлечь за собой повреждение оборудования);
• режим холостого хода трансформатора (нет подключения к сети вторичной обмотки).

Как правильно проанализировать функционирование оборудования, запитанного в общую сеть? Для этого служит режим холостого хода трансформатора напряжения. Учитывая особенности, эффективность работы трансформаторов как понижающих, так и повышающих находится на уровне 85-90%. Холостым ходом называют режим работы трансформатора при условии, что его эффективность остается на нулевой отметке. Как его добиться? Принцип прост: на начальную обмотку подается нагрузка, тогда как вторичная не замыкается в цепь. Трансформатор работает в режиме холостого хода не только в реальных, но и экспериментальных условиях.

Работа трансформатора в режиме холостого хода: зачем нужна

Принцип действия трансформатора в режиме холостого хода помогает разобраться с основными характеристиками работы силового оборудования. Полученные показатели отражаются на корректировке работы и возможности подключения дополнительных потребителей к общей сети.

Режим работы трансформаторов опыт холостого хода позволяет определить:

• коэффициент преобразования энергии;
• характеристики потерь (учитываются показатели ферромагнитного сердечника и металлических комплектующих);
• параметры рабочей схемы (характеристики и особенности работы намагничивающейся ветви).

Определение режима холостого хода трансформатора помогает выявить фактические потери мощности при эксплуатации силового оборудования. Используется при оценке новых моделей плюс их обслуживание в процессе эксплуатации. Режимом холостого хода трансформатора называют режим с неизменной частотой тока при условии, что вторичная обмотка разомкнута. Мощность оборудования также не меняется. Учитывая эти особенности, возможно определение фактического сопротивления и силы тока. Режим холостого хода трансформатора характеристики не меняются, независимо от того, какой тип оборудования, что помогает правильно оценить его работоспособность.

Профессиональная помощь

Нужна подробная консультация по вопросам выбора силового оборудования и грамотной проверки его эксплуатационных характеристик? Свяжитесь с нашими специалистами. Они детально расскажут, какой режим работы трансформатора называют холостым ходом, а также ответят на сопутствующие вопросы, связанные с обеспечением нормальной работы электрических сетей.

Интересует не только информационная поддержка, но и покупка силового оборудования? В нашем содержательном каталоге представлены трансформаторы проверенного производства. Детальное описание позиций помогает подобрать подходящую модель.

Мы предлагаем: оперативную обработку заявок покупателей, возможность выбрать способ оплаты заказа, быструю доставку и решение логистических вопросов (сотрудничаем с надежными транспортными компаниями). Детальную информацию можно узнать у наших операторов.