Векторна діаграма трансформатора: Незамінний інструмент для аналізу аварійних ситуацій
Трансформатор - це пристрій, який передає електричну енергію від одного контуру до іншого за допомогою електромагнітної індукції. Трансформатори широко використовуються в електроенергетичних системах для підвищення або зниження напруги, ізоляції контурів та балансування навантажень. Трансформатори можна розподілити на різні типи залежно від їх конструкції, конфігурації обмоток та векторної групи.
Векторна діаграма трансформатора - це графічне представлення фазорівих зв'язків між первинною та вторинною напругами та струмами трансформатора. Це важливий інструмент для розуміння продуктивності та поведінки трансформатора при різних умовах роботи та аварійних ситуаціях.
У цій статті ми пояснимо, що таке векторна діаграма трансформатора, як її малювати та як використовувати для аналізу аварій. Ми також обговоримо різні типи з'єднань трансформаторів та векторних груп та їх наслідки для захисту та координації електроенергетичної системи.
Що таке векторна діаграма?
Векторна діаграма - це діаграма, на якій можна представити один або кілька векторів. Вектор - це величина, яка має як величину, так і напрямок. У електротехніці перемінні величини, такі як напруги та струми, часто представляються векторами, оскільки вони змінюються за величиною та напрямком з часом.
На векторній діаграмі перемінні величини представляються стрілками. Довжина стрілки представляє rms значення перемінної величини. Кутова позиція представляє фазовий кут величини відносно опорної осі або іншої величини. Головка стрілки представляє напрямок, в якому діє величина.
Коли електрична величина діє від джерела до навантаження, вектор, що представляє цю величину, вважається позитивним. Коли вона діє від навантаження до джерела, вона вважається негативною.
Що таке векторна діаграма трансформатора?
Векторна діаграма трансформатора — це векторна діаграма, яка показує фазорні зв'язки між первинними та вторинними напругами та струмами трансформатора. Вона також показує фазовий зсув та полярність обмоток трансформатора.
Векторну діаграму трансформатора можна побудувати для будь-якого типу трансформатора, такого як однофазний або трифазний, зі зірковим або трикутним з'єднанням, або з різними конфігураціями обмоток та групами векторів.
Векторна діаграма трансформатора може допомогти нам:
Визначити параметри еквівалентної схеми трансформатора, такі як імпеданс, опір, реактивне опір, та втрати.
Аналізувати продуктивність і ефективність трансформатора при різних умовах навантаження, таких як безнавантажений режим, повній навантаження, перевантаження або коротке замикання.
Виявити та діагностувати несправності в трансформаторі або його асоційованих колах, таких як відкрите коло, коротке замикання, заземлення або міжвиткове замикання.
Обрати та координувати захисні пристрої для трансформатора, такі як паличні запобіжники, автоматичні вимикачі, реле або системи диференційного захисту.
Перевірити правильність з'єднання та полярності трансформатора під час встановлення або комісіонування.
Як намалювати векторну діаграму трансформатора?
Для того щоб намалювати векторну діаграму трансформатора, потрібно знати наступну інформацію:
Номінальне напруга та струм первинної та вторинної обмоток трансформатора.
Конфігурація та підключення обмоток трансформатора, такі як зірка або трикутник.
Векторна група трансформатора, яка вказує на фазовий зсув та полярність обмоток.
Імпеданс навантаження та коефіцієнт ефективності трансформатора.
Кроки для малювання векторної діаграми трансформатора:
Оберіть вісь початкового положення для діаграми. Зазвичай горизонтальна вісь вибирається як вісь початкового положення.
Намалюйте вектор первинного напруги вздовж осі початкового положення з його додатним напрямком, спрямованим праворуч. Позначте його як V1.
Намалюйте вектор вторинного напруги з довжиною, пропорційною його значенню RMS, та кутом за його векторною групою. Позначте його як V2.
Намалюйте вектор первинного струму з довжиною, пропорційною його значенню RMS, та кутом за його коефіцієнтом ефективності. Позначте його як I1. Напрямок I1 повинен бути протилежним до V1, якщо первинна обмотка надає енергію вторинній обмотці.
Намалюйте вектор вторинного струму з довжиною, пропорційною його значенню RMS, та кутом за його коефіцієнтом ефективності. Позначте його як I2. Напрямок I2 повинен бути протилежним до V2, якщо вторинна обмотка отримує енергію від первинної обмотки.
Намалюйте вектор імпедансу навантаження з довжиною, пропорційною його значенню, та кутом за його коефіцієнтом ефективності. Позначте його як ZL. Напрямок ZL повинен бути протилежним до I2, якщо навантаження пасивне (резистивне або індуктивне).
Намалюйте будь-які інші вектори, які є релевантними для аналізу, такі як імпеданс, опір, реактивний опір, втрати тощо.
Приклад: Векторна діаграма однофазного трансформатора
Розглянемо однофазний трансформатор з наступними характеристиками:
Номінальне первинне напруга: 240 В
Номінальне вторинне напруга: 120 В
Номінальний первинний струм: 10 А
Номінальний вторинний струм: 20 А
Конфігурація обмоток: зірка-зірка
Векторна група: Yy0
Імпеданс навантаження: 6 ом резистивний
Векторна діаграма цього трансформатора показана нижче:
Векторна діаграма показує наступні фазорові зв'язки:
Первинне і вторинне напруги в фазі, як вказано групою векторів Yy0. Це означає, що немає фазового зсуву між обмотками.
Первинне і вторинне струми також в фазі, як вказано коефіцієнтом ефективності 1 (реактивна навантаження).
Первинне і вторинне напруги обернено пропорційні своїм струмам, як вказано співвідношенням трансформатора 2:1.
Опір навантаження дорівнює вторинній напрузі, поділеній на вторинний струм, як вказано законом Ома.
Векторну діаграму можна використовувати для розрахунку наступних величин:
Приблизна потужність трансформатора: S = V1I1 = V2I2 = 2400 ВА
Дійсна потужність трансформатора: P = VIcosφ = S = 2400 Вт
Реактивна потужність трансформатора: Q = VIsinφ = 0 ВАР
Коефіцієнт ефективності трансформатора: cosφ = P/S = 1
Опір трансформатора: Z = V/I = 24 ом на первинній стороні і 6 ом на вторинній стороні
Спротив трансформатора: R = Zcosφ = Z = 24 ом на первинній стороні і 6 ом на вторинній стороні
Реактивний опір трансформатора: X = Zsinφ = 0 ом на обох сторонах
Втрати трансформатора: Ploss = I2R = 2400 Вт на обох сторонах
Векторну діаграму також можна використовувати для аналізу аварійних станів трансформатора, таких як:
Завада відкритого контуру: Якщо одна з обмоток відкрита, відповідний вектор напруги зникне, а вектор струму стане нульовим. Інша обмотка все ще матиме свій нормальний вектор напруги і струму, але вони не будуть передані до відкритої обмотки. Це призведе до втрати потужності і ефективності.
Завада короткого замкнення: Якщо одна з обмоток коротко замкнена, відповідний вектор напруги стане нульовим, а вектор струму значно зросте. Інша обмотка все ще матиме свій нормальний вектор напруги, але вектор струму також зросте через збільшене навантаження. Це призведе до високого струму і низької напруги, що може пошкодити трансформатор і його пов'язані схеми.
Завада заземлення: Якщо одна з обмоток заземлена, відповідний вектор напруги зменшиться і зміститься на 90 градусів. Вектор струму також зменшиться і зміститься на 90 градусів. Інша обмотка все ще матиме свій нормальний вектор напруги і струму, але вони не будуть уравноважені з заземленою обмоткою. Це призведе до деформованого сигналу і струму утечки до землі, що може вплинути на ізоляцію і безпеку трансформатора.
Як намалювати трифазну векторну діаграму трансформатора?
Для побудови векторної діаграми трьохфазного трансформатора нам потрібна наступна інформація:
Номінальні напруга та струм первинних та вторинних обмоток трансформатора.
Конфігурація та підключення обмоток трансформатора, наприклад, зірка або трикутник.
Векторна група трансформатора, яка вказує на фазовий зсув та полярність обмоток.
Імпеданс навантаження та коефіцієнт ефективності трансформатора.
Кроки для побудови векторної діаграми трьохфазного трансформатора такі:
Оберіть вісь початку для діаграми. Зазвичай використовується горизонтальна вісь як вісь початку.
Намалюйте вектори первинної напруги вздовж осі початку, їхні позитивні напрямки повинні бути спрямовані праворуч. Позначте їх як V1R, V1Y, V1B для червоної, жовтої та синьої фаз відповідно. Послідовність фаз повинна бути R-Y-B або 1U-IV-1W для системи з позитивною послідовністю.
Намалюйте вектори вторинної напруги з довжиною пропорційною їхнім значенням RMS та кутами відповідно до їхньої векторної групи. Позначте їх як V2R, V2Y, V2B для червоної, жовтої та синьої фаз відповідно. Векторна група вказує годину, на якій знаходиться стрілка вторинної напруги, коли стрілка первинної напруги знаходиться на 12 годині. Наприклад, якщо векторна група - Dyn11, це означає, що V2R знаходиться на 11 годині, коли V1R знаходиться на 12 годині. Це означає фазовий зсув 30 градусів між первинною та вторинною напругами.
Намалюйте вектори первинного струму з довжиною пропорційною їхнім значенням RMS та кутами відповідно до їхнього коефіцієнту ефективності. Позначте їх як I1R, I1Y, I1B для червоної, жовтої та синьої фаз відповідно. Напрямок I1 повинен бути протилежним до V1, якщо первинна обмотка надає енергію вторинній обмотці.
Намалюйте вектори вторинного струму з довжиною пропорційною їхнім значенням RMS та кутами відповідно до їхнього коефіцієнту ефективності. Позначте їх як I2R, I2Y, I2B для червоної, жовтої та синьої фаз відповідно. Напрямок I2 повинен бути протилежним до V2, якщо вторинна обмотка отримує енергію від первинної обмотки.
Намалюйте вектори імпедансу навантаження з довжиною пропорційною їхнім значенням та кутами відповідно до їхнього коефіцієнту ефективності. Позначте їх як ZLR, ZLY, ZLB для червоної, жовтої та синьої фаз відповідно. Напрямок ZL повинен бути протилежним до I2, якщо навантаження пасивне (резистивне або індуктивне).
Намалюйте будь-які інші вектори, які важливі для аналізу, такі як імпеданс, опір, реактивний опір, втрати тощо.
Висновок
Векторна діаграма трансформатора є корисним інструментом для розуміння та аналізу фазорівних зв'язків між первинною та вторинною напругами та струмами трансформатора. Вона може допомогти нам визначити еквівалентні параметри електричної схеми, продуктивність, ефективність та умови виникнення аварій у трансформаторі. Вона також може допомогти нам вибирати та координувати захисні пристрої для трансформатора.
Векторну діаграму трансформатора можна побудувати для будь-якого типу трансформатора, такого як однофазний або трьохфазний, зірково або трикутно підключений, або з різними конфігураціями обмоток та векторними групами. Векторна група трансформатора вказує на фазовий зсув та полярність обмоток, що впливає на передачу енергії та аналіз аварій.
Для побудови векторної діаграми трансформатора нам потрібно знати номінальні напругу та струм, конфігурацію та підключення обмоток, векторну групу та імпеданс та коефіцієнт ефективності навантаження трансформатора. Ми можемо використовувати наступні кроки:
Оберіть вісь початку для діаграми.
Намалюйте вектор первинної напруги вздовж осі початку.
Намалюйте вектор вторинного напруги згідно з його векторною групою.
Намалюйте вектор первинного струму згідно з його коефіцієнтом ефективності.
Намалюйте вектор вторинного струму згідно з його коефіцієнтом ефективності.
Намалюйте вектор опору навантаження згідно з його коефіцієнтом ефективності.
Намалюйте будь-які інші вектори, які є релевантними для аналізу.
Джерело: Electrical4u.
Заява: Поважайте оригінал, добрий матеріал вартій поширення, якщо є порушення авторських прав зверніться для видалення.
