Векторна диаграма на трансформатор: Есенциален инструмент за анализ на дефекти
Трансформатор е устройство, което прехвърля електрическа енергия от един контур в друг чрез електромагнитна индукция. Трансформаторите се използват широко в електроенергийни системи за повишаване или понижаване на напреженията, изолация на контури и балансиране на натоварвания. Трансформаторите могат да се класифицират в различни типове в зависимост от тяхната конструкция, конфигурация на обмотките и векторна група.
Векторната диаграма на трансформатора е графично представяне на фазорните отношения между напреженията и токовете на трансформатора. Това е основен инструмент за разбиране на производителността и поведението на трансформатора при различни условия на работа и аварийни ситуации.
В тази статия ще обясним какво е векторна диаграма на трансформатор, как да я начертаем и как да я използваме за анализ на аварии. Ще обсъдим също различните видове връзки на трансформаторите и векторни групи, както и техните последствия за защитата и координацията на электроенергийните системи.
Какво е векторна диаграма?
Векторна диаграма е диаграма, на която може да бъдат представени един или повече вектори. Векторът е величина, която има както големина, така и посока. В електротехниката, променливите величини като напреженията и токовете често се представят като вектори, тъй като те се изменят по големина и посока с времето.
На векторната диаграма, променливите величини се представят чрез стрели. Дължината на стрелата представлява rms стойност на променливата величина. Угловото положение представлява фазовия ъгъл на величината спрямо референтна ос или друга величина. Опашката на стрелата представлява посоката, в която действа величината.
Когато електрическа величина действа от източника към нагрузката, векторът, представляващ величината, се счита за положителен. Когато действа от нагрузката към източника, се счита за отрицателен.
Какво е векторна диаграма на трансформатор?
Векторната диаграма на трансформатора е векторна диаграма, която показва фазорните отношения между напреженията и токовете на первичната и вторичната обмотка на трансформатора. Тя също показва фазовия сдвиг и полярността на обмотките на трансформатора.
Векторната диаграма на трансформатора може да бъде начертана за всеки вид трансформатор, като еднофазен или трифазен, звезден или триъгълен свързан, или с различни конфигурации на обмотките и векторни групи.
Векторната диаграма на трансформатора ни помага да:
Определим параметрите на еквивалентната схема на трансформатора, като импеданса, съпротивлението, реактивното съпротивление и загубите.
Анализираме производителността и ефективността на трансформатора при различни условия на натоварване, като без натоварване, при пълно натоварване, при прекомерно натоварване или при късо замыкание.
Идентифицираме и диагностицираме аварии в трансформатора или в неговите свързани контури, като разтворен контур, късо замыкание, земно замыкание или междумотово замыкание.
Избираме и координираме защитни устройства за трансформатора, като предохранители, автомати, реле или диференциални защитни схеми.
Проверяваме правилната връзка и полярност на трансформатора при монтаж или въвеждане в експлоатация.
Как да начертаем векторна диаграма на трансформатор?
За да начертаем векторна диаграма на трансформатор, трябва да знаем следната информация:
Номиналното напрежение и ток на первичната и вторичната обмотка на трансформатора.
Конфигурацията и връзката на трансформатора, като звезда или триъгълник.
Векторната група на трансформатора, която показва фазовия сдвиг и полярността на обмотките.
Импеданса на натоварването и коэффициента на мощност на трансформатора.
Стъпките за начертаване на векторна диаграма на трансформатора са:
Изберете референтна ос за диаграмата. Обикновено хоризонталната ос се избира като референтна ос.
Начертайте вектора на первичното напрежение върху референтната ос с положителна посока, сочеща надясно. Означете го като V1.
Начертайте вектора на вторичното напрежение с дължина, пропорционална на неговата rms стойност, и ъгъл, според векторната група. Означете го като V2.
Начертайте вектора на первичния ток с дължина, пропорционална на неговата rms стойност, и ъгъл, според коэффициента на мощност. Означете го като I1. Посоката на I1 трябва да е обратна на V1, ако первичната обмотка подава мощност към вторичната обмотка.
Начертайте вектора на вторичния ток с дължина, пропорционална на неговата rms стойност, и ъгъл, според коэффициента на мощност. Означете го като I2. Посоката на I2 трябва да е обратна на V2, ако вторичната обмотка приема мощност от первичната обмотка.
Начертайте вектора на импеданса на натоварването с дължина, пропорционална на неговата стойност, и ъгъл, според коэффициента на мощност. Означете го като ZL. Посоката на ZL трябва да е обратна на I2, ако натоварването е пасивно (резистивно или индуктивно).
Начертайте всички останали вектори, които са релевантни за анализа, като импеданс, съпротивление, реактивно съпротивление, загуби и т.н.
Пример: Векторна диаграма на еднофазен трансформатор
Разглеждаме еднофазен трансформатор със следните спецификации:
Номинално напрежение на первичната обмотка: 240 В
Номинално напрежение на вторичната обмотка: 120 В
Номинален ток на первичната обмотка: 10 А
