Визначення ккд трансформатора. Коефіцієнт полезног дії трансформатора
коефіцієнт корисної дії трансформатора (к.п.д), як і в інших потужних пристроях, є одним з найважливіших параметрів. ККД трансформатора визначається як відношення активної потужності змінного струму, Споживаної навантаженням до активної потужності, споживаної від електромережі. Формула визначення ккд записується в такий спосіб:
Втрати вихрових струмів відбуваються незалежно від гістерезисних втрат і викликані вихровими струмами в осерді трансформатора. Створення вихрових струмів: в металевій масі в пакеті з листового металу. Явище вихрових струмів можна пояснити на прикладі металу в магнітному полі. Ці струми створюють вихори - звідси і назва вихрових струмів. З точки зору явища вихрових струмів, є інертною речовиною, якщо рухається маса знаходиться в постійному магнітному полі, або ж магнітне поле проходить через нерухому масу металу в часі.
У трансформаторах є, наприклад, фіксований феромагнітний сердечник, розташований в змінному магнітному полі. Вихрові струми в більшості електричних пристроїв небажані, тому що вони викликають втрату енергії, що перетворюється в тепло. Щоб обмежити вихрові струми, сердечники електричних машин і пристроїв виготовлені з листового металу або спеціальних феромагнітних матеріалів з високим питомим опором. Ці листи ізольовані від тонкого паперу і іноді лакуються.
(1) де Pc - втрати в осерді трансформатора (динамічні і статичні); - втрати в його обмотках; - активний опір всіх обмоток трансформатора, наведене до вторинної ланцюга.
В реальних умовах трансформатор може працювати не тільки в номінальному режимі. Для оцінки ступеня його завантаження по струму використовується коефіцієнт завантаження, де I 2Н - номінальний вихідний струм трансформатора. Тоді струм вторинної обмотки можна записати в такий спосіб:
Вихрові струми близькі до кожного листу, стикаючись з більш високим опором на своїх доріжках через набагато меншого поперечного перерізу. Втрати вихрових струмів пропорційні квадрату товщини листа, квадрату квадрата і квадрату амплітуди магнітної індукції і обернено пропорційні питомим опором листа. Стан холостого ходу Трансформатор знаходиться в режимі очікування, коли одна обмотка підключена до джерела живлення, а інша відкрита. Цей стан часто згадується на практиці як «незайняте стан трансформатора».
Після підстановки цього виразу в формулу (1), вираз для обчислення ккд трансформатрои приймає наступний вигляд:
(5)
Втрати в осерді трансформатора Pc не залежить від вихідного струму I 2, а значить і від коефіцієнта завантаження β . Їх можна назвати втратами холостого ходу. Якщо досліджувати вираз (5) на екстремум по β , То ККД трансформатора матиме максимум η \u003d η max при Pc ≈ Pобм. При цьому коефіцієнт завантаження β ГУРТ \u003d 0,5 ... 0,6. Залежність втрат в осерді трансформатора, його обмотках і ККД від β приведена на малюнку 1.
Струм, який тече в первинної обмотці, Може бути виражений як. У силових трансформаторах струм холостого ходу складає 1% від номінального струму силових трансформаторів і 10% від номінального струму трансформаторів малої потужності. Згенерована теплова енергія є результатом втрат потужності в осерді, втрат в первинній обмотці і втрат в ізоляції.
Втрати ізоляції і первинні обмотки незначні в порівнянні з втратами в ядрі. Втрати потужності в ядрі визначаються. Втрати в ядрі складають 0, 15% від номінальної потужності великих трансформаторів і близько 1, 5% малих трансформаторів. Амплітуда магнітного потоку, створюваного цим напругою, дорівнює. Значення струму, споживаного трансформатором в незайнятому стані, так само. Ця залежність визначає незайняте стан трансформатора. Стан навантаження Трансформатор знаходиться в стані навантаження, коли одна обмотка підключена до джерела живлення.
Малюнок 1 Залежність ККД трансформатора від коефіцієнта завантаження β
Втрати в обмотках відповідно до закону Ома пропорційні квадрату струму і коефіцієнта завантаження. При постійному споживаної струмі, що зазвичай виконується в малопотужних силових трансформаторах задаємося номінальним струмом навантаження ( β \u003d 1). У потужних трансформаторах, де струм навантаження зазвичай змінюється в часі значення коефіцієнта завантаження вибирається β ≈ β ГУРТ, що відповідає найменшим втрат. Крутизна цієї залежності невисока, максимум виражений слабо і, тому, умова Pc ≈ Pобм не є строгим. Для ілюстрації наведемо типові значення ККД і коефіцієнта потужності χ на частоті 50 Гц для малопотужних трансформаторів. Ця залежність показана на малюнку 2.
Приймач підключений до другого терміналу. Вторинна напруга досягає максимального значення, навіть перевищує номінальне значення, коли трансформатор завантажений ємнісним приймачем. Якщо трансформатор завантажений індуктивним приймачем, вторинна напруга зменшується в міру збільшення навантаження. З іншого боку, ємнісний приймач - зростає.
На малюнку показано вплив природи навантаження на величину вторинного напруги при номінальній первинній напрузі і постійне значення коефіцієнта потужності приймача. Щоб підтримувати постійний рівень напруги для забезпечення належного функціонування питомих приймачів, необхідно відрегулювати напругу. Це регулювання може бути досягнута шляхом підтримки постійного магнітного потоку шляхом зміни кількості витків первинної обмотки. Величина втрат в стані навантаження трансформатора.
При передачі енергії з первинної обмотки у вториннийву виникають електричні втрати потужності в активнихопорах первинної і вторинної обмоток? Р ел1іΔР ел2, а також магнітні втрати в сталі магнітопроводаΔ Р м (Від вихрових струмів і гістерезису).
Енергетична діаграма. Процес перетворення енергии в трансформаторі характеризує енергетична диаграм ма (рис. 2.26). Відповідно до цієї діаграмою потужність,віддається трансформатором навантаженні,
Ефективність трансформатора може визначатися рівнянням. Трансформатор найбільш ефективний, коли втрати міді дорівнюють втратам в залозі. Стан короткого замикання трансформатора стан короткого замикання трансформатора називається станом, в якому одна з обмоток подається від джерела живлення, а клеми другий обмотки закорочені. Потім напруга на клемах обмотки дорівнює нулю, і навіть не дивлячись на те, що струм тече, в приймач відсутній харчування.
Схема заміни трансформатора в стані короткого замикання показана на малюнку. Трансформатор для заміни ланцюга в короткому замиканні. Коли вторинна напруга дорівнює нулю, первинна напруга розкладається тільки при імпедансі обмоток трансформатора. З цього випливає, що розрив відбувається через поперечну гілку в ланцюзі заміни трансформатора в стані короткого замикання. Таким чином, імпеданс короткого замикання. Напруга короткого замикання можна розрахувати за залежністю. Напруга короткого замикання можна виразити в процентах від номінальної напруги відповідної сторони трансформатора.
де Р 1 -потужність, яка надходить з мережі в первинну обмотку.
потужність Р ем \u003d Р 1 - Δ Р ел1 - Δ Р м,що надходить у друрічно обмотку, називають внутрішньої електромагнітної потужністю трансформатора. Вона визначає габаритнірозміри і масу трансформатора.
Коефіцієнт корисної дії. коефіцієнтом полізного дії трансформатора називають відношення отдаваемой потужності Р 2 до потужності Р 1:
У силових трансформаторах необхідну напругу короткого замикання. Після аварійної обмотки вторинної обмотки трансформатора стан перехідного процесу триває кілька або кілька секунд. Цей стан потім переходить у стійкий стан, що характеризується фіксованим струмом короткого замикання, що визначаються співвідношенням.
Напруга короткого замикання визначає наступне: діапазон напруги вторинної сторони при зміні навантаження, струм короткого замикання, паралельна робота з іншими трансформаторами. Певний струм короткого замикання для будь-якого боку трансформатора.
де Δ Р-сумарні втрати в трансформаторі.
Високі значення ККД трансформаторів не дозволяютьвизначати його з достатнім ступенем точності шляхомбезпосереднього вимірювання потужностей Р 1 і Р 2, тому йогообчислюють непрямим методомза значенням втрат потужності.
З урахуванням енергетичної діаграми формулу (2.50) можна представити у вигляді
З цієї залежності випливає, що фіксований струм короткого замикання може бути приблизно в 8-25 разів вище, ніж номінальний струм. Потужність, споживана під час несправності, дорівнює сумі втрат. Можна припустити, що потужність, що поглинається трансформатором в стані короткого замикання, приблизно дорівнює втратам в її обмотках.
Характеристики короткого замикання трансформатора. Силові трансформатори великої потужності є основною групою усіх використовуваних трансформаторів. Як найбільші і потужні трансформатори, вони широко використовуються в енергосистемі - в підсистемах передачі і розподілу.
|
Ріс.2.26.енергетична диаграм ма трансформатора |
Згідно з вимогами ГОСТу втрати потужності в транс форматори визначають поданими дослідів холостого хота й короткого замикання. Одержуваний при цьому резуль тат має високу точність,так як при зазначених дослідахтрансформатор не віддає мощность навантаженні. слідчийале, вся потужність, поступующая в первинну обмотку,витрачається на компенсаціюнаявних в ньому втрат.
При передачі та розподілі електроенергії в системі основною функцією системи є трифазні струми і струми. Важливість трифазних систем обумовлена \u200b\u200bекономічним виробництвом, обробкою і передачею електроенергії і легкістю, з якою прядильні поля можуть бути легко виготовлені в трифазних електричних машинах змінного струму. Трифазні трансформатори використовуються для обробки напруг і струмів трифазних систем.
Найбільш важливі функції, пов'язані з роботою всієї енергосистеми, є трансформаторами енергії. Завдяки їм електрику стало більш доступним, оскільки воно дозволило їм відправляти великі обсяги енергії на великі відстані з невеликими втратами.
При досвіді холостого ходу струм I 0 невеликий і електричними втратами потужності в первинній обмотці можна знехтувати. У той же час магнітний потік практично дорівнює потоку при навантаженні, так як його значення визначається прикладеним до трансформатора напругою. Магнітні втрати в сталі пропорційні квадрату значення магнітного потоку. Отже, з достатньою точністю можна вважати, що магнітні втрати в сталі магнітопровода рівні потужності, споживаної трансформатором при холостому ході і номінальному первинному напрузі,т. е.
Електростанції енергосистеми виробляють електрику до 25 кВ при струмі тисяч ампер. Передача електроенергії такими параметрами може привести до величезних втрат. Трансформатори використовуються не тільки в електроенергетиці, а й скрізь, де необхідно змінити напругу або струм в ланцюгах змінного струму.
Система трифазного перетворення може бути сформована шляхом об'єднання і узгодження трьох монофазних трансформаторів разом з використанням еквівалентної трехколоночной системи. ядра трифазних трансформаторів можуть бути виконані як симетричні, в яких магнітні потоки кожної фази мають однакові шляхи в шпальтах або зроблені асиметричними після розміщення всіх трьох стовпців сердечника в одній площині. Магнітні потоки кожної фази в асиметричній системі мають різні шляхи в шпальтах.
Для визначення сумарних електричних втрат згідно зі спрощеною схемою заміщення (див. Рис. 2.23, а)вважають, що I " 2 = I 1 . При цьому
де? Р ел.ном - сумарні електричні втрати при номінальному навантаженні.
За розрахункову температуру обмоток - умовну температуру, до якої повинні бути віднесені втрати потужності? Р ел і напруги u до, приймають: для масляних і сухих трансформаторів з ізоляцією класів нагрівостійкості А, Е, В (див. § 12.1) температуру 75 ° С; для трансформаторів з ізоляцією класів нагрівостійкості F, Н - температуру 115 ° С.
Трансформаторні сердечники виготовлені з трансформаторних листів товщиною 0, 3-0, 5 мм, покритих тонким шаром ізоляційного матеріалу, упакованого. Ізоляція окремих листів обмежує потік вихрових струмів і запобігає надмірне нагрівання сердечника. Первинна і вторинна обмотка поміщаються на кожен стовпець.
Базові і вторинні обмотки трансформатора розміщені на шпальтах сердечника, виконаних в основному з ізольованих мідних проводів або стрічкових волокон. Обмотка верхнього напруги ділиться на кілька котушок, між якими щілини забезпечують краще охолодження. Обмотка нижнього напруги повинна бути точно ізольована від обмотки верхнього напруги.
Величину можна з достатнім ступенем точності прийняти рівною потужності Р до , Споживаної трансформатором при досвіді короткого замикання, який проводиться при номінальному струмі навантаженні. При цьому магнітні втрати в сталі АР М дуже малі в порівнянні з втратами? Р ел через сильний зменшення напруги U 1 а отже, і магнітного потоку трансформатора і ними можна знехтувати. Таким чином,
Щоб зменшити втрати через нерівномірний розподіл струму в провіднику великого перерізу, кабелі розділені на кілька паралельних гілок. Кожна гілка повинна мати однакові опору і рівні реактивні опору. Використання відповідного методу намотування обмотки значно покращує умови охолодження обмотки.
Для полегшення охолодження сердечник між листовими упаковками залишає вільні простори, які утворюють вентиляційні канали, що забезпечують циркуляцію хладагента. Через типу холодоагенту силові трансформатори можна розділити на наступні групи: - повітряні трансформатори, - масляні трансформатори, - сухі трансформатори.
повні втрати
Підставляючи отримані значення Р в (2.51) і враховуючи, що знаходимо
Залежність ККД від навантаження.По (2.57) можна побудувати залежність ККД від навантаження (рис. 2.27, а).При β \u003d 0 корисна потужність і ККД дорівнюють нулю. Зі збільшенням потужності, що ККД збільшується, так як в енергетичному балансі зменшується питоме значення магнітних втрат в сталі, що мають постійне значення. Прінекотором значенні (β опт крива ККД досягає максимуму, після чого починає зменшуватися зі збільшенням навантаження. Причиною цього є сильне збільшення електричних втрат в обмотках, зростаючих пропорційно квадрату струму, т. Е.
Ці трансформатори використовуються переважно в приміщеннях з небезпекою пожежі. Лоток для трансформатора виконаний з листового металу, а нижня частина і кришка армовані. Нагрівається під час роботи трансформаторного масла має більш низьку щільність і піднімається за рахунок конвекції, щоб потім течуть уздовж стінок резервуара або всередині охолоджуючих труб виходять і падати до нижньої частини в міру зниження температури. Масло надає тепло навколишньому середовищу через стінки ванни. Він заповнює канали охолодження в осерді і між обмотками, одночасно діючи як охолоджуюча рідина і ізолюючий агент.