Цель работы:
- изучить схемы замещения силового трансформатора;
- изучить математические модели различных схем замещения силового трансформатора;
- научиться определять основные параметры силового трансформатора;
Основные теоретические положения:
Трансформатором называют статическое электромагнитное устройство, имеющее две (или более) индуктивно связанные обмотки и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной системы переменного тока в другую систему переменного тока. При этом число фаз, форма кривой напряжения (тока) и частота остаются неизменными.
Принцип действия трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции. При подключении первичной обмотки к источнику переменного тока c напряжением u1 в витках этой обмотки протекает переменный ток i1, который создает в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф. Замыкаясь на магнитопроводе, этот поток сцепляется с обеими обмотками (первичной и вторичной) и индуктирует в них ЭДС:
(1)
где w 1 и w 2 – число витков в первичной и вторичной обмотках трансформатора.
При подключении нагрузки к выводам вторичной обмотки трансформатора под действием ЭДС е 2 в цепи этой обмотки создается ток i 2, а на выводах вторичной обмотки устанавливается напряжение u 2.
Если взять за основу математической модели трансформатора так называемый идеальный трансформатор с коэффициентом трансформации 
, для которого относительная магнитная проницаемость равна бесконечности и ток намагничивания равен нулю, то добавлением к нему элементов, учитывающих основные паразитные эффекты, можно получить полную схему замещения трансформатора (рис 1).
Рис. 1. Полная Т-образная схема замещения трансформатора
Во многих случаях пользуются приведенной Т-образной схемой замещения трансформатора (рис. 2). Получается она приведениям сопротивлений вторичной обмотки к напряжению первичной обмотки по соотношениям:
Рис. 2. Приведенная Т-образная схема замещения трансформатора
где 
Обычно для силовых трансформаторов более целесообразна так называемая Г-образная схема замещения, элементы которой имеют простой физический смысл и могут быть вычислены или измерены.
Рис. 3. Г-образная схема замещения трансформатора
Сопротивления и проводимости Г-образной схемы замещения трансформатора, приведенные к напряжению обмотки первичного напряжения, определяются по формулам:
Моделирование элементов схем электрических сетей при использовании специальных программ для расчета их режимов работы удобно выполнять по П-образным схемам замещения.
Из уравнения четырехполюсника
имеем:
Из полученных соотношений можно найти параметры П-образной схемы замещения трансформатора:
Г-образная схема замещения трансформатора в отличие от П-образной схемы замещения ЛЭП является несимметричной, т. е. Y 1 ≠ Y 2.
Практическое задание:
Построить внешнюю характеристику силового трансформатора по его Г-образной полной и упращенной математическим моделям при неизменном коэффициенте мощности. Сравнить полученные характеристики. Исходные данные приведены в таблицах 2.1 и 2.2.
Таблица 2.1 – Исходные данные
| Вариант № | Тип трансформатора | Коэффициент мощности |
| ТМН-6300/110 | 0,7 | |
| ТРДН-25000/110 | 0,75 | |
| ТМН-2500/110 | 0,8 | |
| ТМН-6300/110 | 0,85 | |
| ТДН-16000/110 | 0,9 | |
| ТРДН-40000/110 | 0,65 | |
| ТДН-10000/110 | 0,7 | |
| ТДЦ-80000/110 | 0,75 | |
| ТДН 25000/110 | 0,8 | |
| ТДН 63000/110 | 0,85 | |
| ТДН-16000/110 | 0,9 | |
| ТДН-10000/110 | 0,65 | |
| ТДЦ-80000/110 | 0,75 | |
| ТМН-2500/110 | 0,8 | |
| ТРДН-25000/110 | 0,85 | |
| ТДН 80000/110 | 0,9 | |
| ТМН-6300/110 | 0,65 | |
| ТРДН-40000/110 | 0,75 | |
| ТДЦ-80000/110 | 0,8 | |
| ТДН 25000/110 | 0,85 | |
| ТДН-10000/110 | 0,9 | |
| ТДН 80000/110 | 0,65 | |
| ТДН 63000/110 | 0,75 | |
| ТРДН-25000/110 | 0,8 | |
| ТДН 80000/110 | 0,85 | |
| ТРДН-40000/110 | 0,9 | |
| ТДН-16000/110 | 0,65 | |
| ТДН 63000/110 | 0,75 | |
| ТМН-2500/110 | 0,8 | |
| ТДН 25000/110 | 0,85 |
Таблица 2.2 – Параметры силовых трансформаторов
| Тип | ТМН-6300/110 | ТДН-10000/110 | ТДН-16000/110 | ТРДН-25000/110 | ТРДН-40000/110 | ТДЦ-80000/110 | ТМН-2500/110 | ТДН 25000/110 | ТДН 63000/110 | ТДН 80000/110 |
| Sном, МВА | 6,3 | 2,5 | ||||||||
| UK, % | 10,5 | 10,5 | 10,5 | 10,5 | 10,5 | 10,5 | 10,5 | 10,5 | 10,5 | |
| Iх, % | 0,8 | 0,9 | 0,7 | 0,65 | 0,55 | 0,6 | 1,5 | 0,65 | 0,5 | 0,45 |
| ∆PK, МВт | 0,047 | 0,058 | 0,085 | 0,12 | 0,17 | 0,31 | 0,022 | 0,12 | 0,245 | 0,310 |
| ∆Pх, МВт | 0,008 | 0,014 | 0,018 | 0,025 | 0,034 | 0,085 | 0,0055 | 0,025 | 0,05 | 0,058 |
| UBH | ||||||||||
| UHH | 6,6; 11 | 6,6; 11 | 6,6; 11 | 6,3; 10,5 | 6,3; 10,5 | 6,3;10,5 | 6,6; 11 | 38,5 | 38,5 | 38,5 |
Методика решения задачи:
1) Определим параметры силового трансформатора
Математическая модель Г-образной схемы замещения имеет вид
, (ХХ)
где n – коэффициент трансформации трансформатора;
- сопротивление трансформатора;
- проводимость трансформатора.
Примем ток I2 фазным, тогда первое уравнение системы (ХХ)
Следовательно,
Разделим уравнение на действительную и мнимую часть и получим систему уравнений
Примем cosφ = 0,7, тогда sinφ = 0,7. Изменяя значения тока вторичной цепи I2=0..I2ном построим внешнюю характеристику силового трансформатора.
2) Упрощенная математическая модель имеет вид
, (ХХ)
где n – коэффициент трансформации трансформатора;
- сопротивление трансформатора.
Разделим уравнение на действительную и мнимую часть и получим систему уравнений
Примем cosφ = 0,7, тогда sinφ = 0,7. Изменяя значения тока вторичной цепи I2=0..I2ном построим внешнюю характеристику силового трансформатора.
Сравним внешние характеристики различных математических моделей силовых трансформаторов.
Расчётная работа 3.
