8. Потери и коэффициент полезного действия трансформатора. Потери трансформатора

10. Потери в трансформаторе и их физическая природа.

Преобразование электрической энергии в трансформаторе сопровождается потерями. В отличие от электрических машин трансформатор не имеет движущихся частей, поэтому механические потери при работе отсутствуют. Имеющиеся потери обусловлены явлением гистерезиса, вихревыми токами, потоками рассеяния магнитного поля и активным сопротивлением обмоток.

Как известно, ферромагнитные материалы состоят из небольших областей самопроизвольного намагничивания, которые называются доменами.

Магнитные моменты всех доменов по всему объему ферромагнетика ориентированы беспорядочно, поэтому резуль-

тирующий магнитный момент всего ферромагнетика в отсутствие внешнего магнитного поля равен нулю. Если ферромагнетик поместить в магнитное поле, то магнитные моменты отдельных доменов получат преимущественную ориентацию в направлении поля. Чем больше индукция внешнего поля В , тем сильнее эта ориентация, тем сильнее намагничивается ферромагнетик. При некоторой достаточной величине внешнего поля все магнитные моменты доменов оказываются ориентированными вдоль поля.

Если ферромагнетик поместить в переменное магнитное поле, создаваемое переменным током, то ферромагнетик будет циклически перемагничиваться с частотой переменного тока. При этом домены будут менять свою ориентацию с такой же частотой. При переориентациях доменов совершается работа из-за внутреннего трения доменов друг о друга.

Как известно, в ферромагнетике, подвергаемом циклическому перемагничиванию, магнитный поток связан с током зависимостью, выражаемой петлей гистерезиса. При этом при каждом перемагничивании сердечника затрачивается работа, пропорциональная площади петли гистерезиса. Эта работа вследствие внутреннего трения идет на нагревание сердечника.

Для уменьшения потерь на гистерезис сердечники трансформаторов изготавливают из специальной трансформаторной стали.

Вихревые токи, или токи Фуко, возникающие в проводниках, находящихся в переменных магнитных полях, создаются и в сердечнике трансформатора. Замыкаясь в толще сердечника, эти токи нагревают его и приводят к потерям энергии. Поскольку вихревые токи возникают в плоскостях, перпендикулярных магнитному потоку, то для их уменьшения сердечники трансформаторов набирают из отдельных изолированных друг от друга стальных пластин.

Потоки рассеяния в сердечнике трансформатора создаются той частью магнитного потока, которая замыкается не через магнитопровод, а через воздух в непосредственной близости от витков. Потоки рассеяния составляют около одного процента от основного магнитного потока трансформатора.

Активное сопротивление обмоток создает потери за счет активных токов, нагревающих обмотки. Для их уменьшения обмотки трансформаторов выполняют, как правило, из меди.

11. Коэффициент трансформации и режимы работы трансформатора. Саморегулирование и к.П.Д. Трансформатора.

Режим работы трансформатора, при котором его вторичная обмотка разомкнута, называют режимом холостого хода (трансформатор работает без нагрузки). Режим работы трансформатора, при котором во вторичную обмотку включена нагрузка, называют рабочим.

В режиме холостого хода основной магнитный поток в сердечнике Ф0 создает в первичной обмотке ЭДС самоиндукции, которая уравновешивает большую часть приложенного напряжения. Так будет до тех пор, пока вторичная обмотка разомкнута. Если во вторичную обмотку включить нагрузку, то в ней появится ток I2, возбуждающий в том же сердечнике свой магнитный поток Ф2, знак которого в соответствии с правилом Ленца противоположен знаку магнитного потока Ф1, создаваемому первичной обмоткой (рис. 7.3).

В результате суммарный магнитный поток в сердечнике уменьшится, а это приведет к уменьшению ЭДС Е1 в первичной обмотке. Вследствие этого часть приложенного напряжения U1 окажется неуравновешенной, что приведет к увеличению тока в первичной обмотке. Очевидно, что ток в первичной обмотке будет возрастать до тех пор, пока не прекратится размагничивающее действие тока нагрузки. После этого суммарный магнитный поток восстановится приблизительно до прежнего значения Ф0.

При увеличении сопротивления вторичной обмотки уменьшаются ток I2 и магнитный поток Ф2, что приводит к возрастанию суммарного магнитного потока и, следовательно, к возрастанию Е1. В результате нарушится равновесие между приложенным напряжением U1 и ЭДС Е2: их разность уменьшится, а следовательно, уменьшится и ток I2 до такого значения, при котором суммарный магнитный поток вернется к прежнему значению.

Таким образом, магнитный поток в трансформаторе остается практически постоянным как в режиме холостого хода, так и режиме переменной нагрузки. Это свойство трансформатора называют способностью саморегулирования, т. е. способностью автоматически регулировать значение первичного тока I1 при изменении тока нагрузки I2.

Как уже говорилось, преобразование электрической энергии в трансформаторе сопровождается потерями. Коэффициент полезного действия трансформатора (к.п.д.) — это отношение отдаваемой активной мощности к потребляемой:

(7.6)

где Р1 — мощность, потребляемая из сети, Р2 — мощность, отдаваемая нагрузке. Таким образом, для практического определения к.п.д. трансформатора при номинальной нагрузке необходимо измерить мощности в первичной и вторичной обмотках. Это измерение можно значительно упростить, включив во вторичную обмотку активную нагрузку. Тогда соs fi ~ 1 (поток рассеяния невелик), и мощность Р2 может быть вычислена по показаниям амперметра и вольтметра, включенных во вторичную цепь. Такой метод определения к.п.д. называется методом непосредственных измерений. Он весьма прост, но имеет два существенных недостатка: малую точность и неэкономичность. Первый из них обусловлен тем, что к.п.д. промышленных трансформаторов очень высок (до 99%), поэтому мощности Р2 и Р1 иногда мало отличаются по величине. В этом случае незначительные ошибки в показаниях приборов приведут к большим ошибкам в значении к.п.д. Неэкономичность этого способа связана с большим расходом электроэнергии за время испытания, так как трансформатор приходится нагружать до номинальной мощности. Поэтому метод непосредственных измерений не нашел промышленного применения, но может быть использован для трансформаторов малой мощности с небольшим к.п.д. (например, в учебной практике).

На практике к.п.д. трансформаторов определяют косвенным методом, т. е. путем раздельного определения потерь. При этом исходят из того, что к.п.д. трансформатора(Кю) может быть представлен в следующем виде и равен:

____Р2____

Р2+Рст+Рм

где Рст — потери в стали (в сердечнике), а Рм — потери в меди (в обмотках). Потери в стали и потери в меди измеряют в опытах холостого хода и короткого замыкания соответственно.

В опыте холостого хода, в котором на первичную обмотку подают номинальное напряжение, а вторичную обмотку оставляют разомкнутой, определяют потери в стали,т.е. потери на гистерезис и вихревые токи. Так как при номинальном напряжении на первичной обмотке магнитный поток практически постоянен, то независимо от того, нагружен трансформатор или нет, потери в стали для него являются постоянной величиной. Таким образом, можно считать, что в режиме холостого хода энергия, потребляемая трансформатором из сети, расходуется только на потери в стали, поэтому мощность этих потерь измеряют ваттметром, включенным в цепь первичной обмотки. При этом, правда, не учитываются потери на нагревание провода первичной обмотки током холостого хода. Но этот ток невелик, и потери от него также невелики. В этом опыте определяется также коэффициент трансформации к и ток холостого хода I01.

Если вторичную обмотку трансформатора замкнуть накоротко, а на первичную обмотку подать такое пониженное напряжение, при котором токи в обмотках не превышают номинальных значений, то энергия, потребляемая трансформатором из сети, расходуется в основном на тепловые потери в проводах обмоток трансформатора. В самом деле, при короткозамкнутой вторичной обмотке к первичной подводится пониженное напряжение, поэтому магнитный поток очень мал и потери в стали, зависящие от значения магнитного потока, также малы. Этот опыт называют опытом короткого замыкания. Следовательно, ваттметр, включенный в цепь первичной обмотки трансформатора в этом опыте, покажет мощность, соответствующую потерям в меди (Рм).

studfiles.net

§ 1.14. Потери и кпд трансформатора

В процессе трансформирования электрической энергии часть энергии теряется в трансформаторе на покрытие потерь. Потери в трансформаторе разделяются на электрические и магнитные.

Электрические потери. Обусловлены нагревом обмоток трансформаторов при прохождении по этим обмоткам электрического тока. Мощность электрических потерь РЭ пропорциональна квадрату тока и определяется суммой электрических потерь в первичной РЭ1 и во вторичной РЭ2 обмотках:

Рэ = Рз1 + Рэ2 = mI12r1+ mI’22r’2, (1.73)

где т — число фаз трансформатора (для однофазного трансформатора т = 1, для трехфазного т = 3).

При проектировании трансформатора величину электрических потерь определяют по (1.73), а для изготовленного трансформатора эти потери определяют опытным путем, измерив мощность к.з. (см. § 1.11) при номинальных токах в обмотках Рк.ном-

Pэ=β2Pk.ном, (1.74)

где Р — коэффициент нагрузки (см. § 1.13).

Электрические потери называют переменными, так как их величина зависит от нагрузки трансформатора (рис. 1.40).

Магнитные потери. Происходят главным образом в магнитопроводе трансформатора. Причина этих потерь — систематическое перемагничивание магнитопровода переменным магнитным полем. Это перемагничивание вызывает в магнитопроводе два вида магнитных потерь: потери от гистерезиса РГ, связанные с затратой энергии на уничтожение остаточного магнетизма в ферромагнитном материале магнитопровода, и потери от вихревых токов РВТ, наводимых переменным магнитным полем в пластинах магнитопровода:

PМ=PГ+PВ.Т

С целью уменьшения магнитных потерь магнитопровод трансформатора выполняют из магнитно-мягкого ферромагнитного материала — тонколистовой электротехнической стали. При этом магнитопровод делают шихтованным в виде пакетов из тонких пластин (полос), изолированных с двух сторон тонкой пленкой лака.

Коэффициент полезного действия трансформатора определяется как отношение активной мощности на выходе вторичной обмотки Р2 (полезная мощность) к активной мощности на входе первичной обмотки Р1 (подводимая мощность):

η= P2/Р1=(Р1-∑P)/Р1 = l-∑P/Р1. (1.76)

Сумма потерь ∑P=P0ном+β2Pк.ном.

Активная мощность на выходе вторичной обмотки трехфазного трансформатора (Вт)

Р2 = √3U2I2cosφ2=βSномcosφ2 , (1.78)

где Sном= √3U2HOM I2HOM — номинальная мощность трансформатора, В-А; I2 и U2 — линейные значения тока, А, и напряжения В.

Учитывая, что Р1 = Р2 + ∑Р, получаем выражение для расчета КПД трансформатора:

(1.79)

Рис.1.41. График зависимости КПД трансформатора от нагрузки

Анализ выражения (1.79) показывает, что КПД трансформатора зависит как от величины (β), так и от характера (cosφ2) нагрузки. Эта зависимость иллюстрируется графиками (рис. 1.41). Максимальное значение КПД соответствует нагрузке, при которой магнитные потери равны электрическим: Р0ном =β'2/РК.НОМ, отсюда значение коэффициента нагрузки, соответствующее максимальному КПД,

(1.80)

Обычно КПД трансформатора имеет максимальное значение при β'=0,45÷0,65. Подставив в (1.79) вместо Р значение Р' по (1.80), получим выражение максимального КПД трансформатора:

(1.81)

Помимо рассмотренного КПД по мощности иногда пользуются понятием КПД по энергии, который представляет собой отношение количества энергии, отданной трансформатором потребителю W2 (кВт-ч) в течение года, к энергии W1, полученной им от питающей электросети за это же время: η=W2/W1.

КПД трансформатора по энергии характеризует эффективность эксплуатации трансформации.

5. Регулирование напряжения трансформатора. Перенапряжения в трансформаторах и защита их от перенапряжений.

studfiles.net

5.1. Определение потерь в трансформаторе.

Трансформаторы, имеющие значительное сопротивление, влияют на потери энергии в сети, на отключения напряжения у потребителей и потому должны учитываться при расчётах и анализах работы сетей.

Потери мощности в трансформаторах можно разделить на две части: не зависящие и зависящие от их нагрузки.

Потери в стили трансформаторов принимаются при расчётах сетей зависящих только от их мощности и напряжения. Потери активной мощности в стали трансформатора ΔРст., приравниваются потерям холостого хода ΔРхх, а потери реактивной мощности в стали ΔQст. принимаются равными намагничивающей мощности холостого хода трансформатора.

Потери активной мощности в обмотках трансформатора ΔРм при номинальной нагрузке приравниваются потерям короткого замыкания ΔРкз, а потери реактивной мощности в обмотках ΔQм при той же нагрузке – потерям рассеяния магнитного потока.

При расчётах электрических сетей, обычно, проводимость и сопротивления заменяются нагрузкой:

; (3.4)

где ΔРтр. – потери активной мощности в трансформаторе(кВт), ΔQтр. - потери реактивной мощности в трансформаторе (кВАр), которые находятся по следующим формулам:

; (3.5)

; (3.6)

где Sн – мощность передаваемая через трансформаторы (кВА), Sнтр – номинальная мощность одного трансформатора (кВА), ΔРхх, ΔРкз. – потери холостого хода и короткого замыкания (кВт),iхх – ток холостого хода трансформатора (%), Uкз. – напряжение короткого замыкания (%), n – число трансформаторов на подстанции.

Тогда потери полной мощности в трансформаторе будут определятся:

; (3.7)

По формулам (3.5), (3.6) и (3.7) определяем потери активной, реактивной и полной мощности в трансформаторе:

кВт

кВАр

кВА

5.2. Определить кпд трансформатора.

Коэффициент загрузки трансформатора:

; (3.8)

КПД трансформатора:

; (3.9)

где cosφ – коэффициент мощности, принимаемый равным 0,95, т.к. будет произведена компенсация реактивной мощности, расчёт которой будет рассмотрен в следующем пункте.

Коэффициент загрузки трансформатора:

КПД трансформатора:

6. Выбор компенсирующих устройств.

Для электроприёмников, технологических линий и цехов первичной обработки и переработки заготовленного леса даже в периоды максимально загруженных смен, характерно существенное превышение реактивных нагрузок над активными.

Значительные реактивные нагрузки приводят к уменьшению пропускной способности, потерям напряжения и энергии во всех элементах систем электроснабжения. Поэтому требуется, чтобы устройства компенсации реактивной мощности, устанавливаемые у потребителя, должны обеспечивать (в период максимума её нагрузок) коэффициент мощности не менее 0,95.

Повышение коэффициента мощности при помощи компенсирующих устройств может быть осуществлено применением статических конденсаторов и синхронных компенсаторов. Конденсаторы обладают незначительной потерей активной мощности, примерно 2,5 – 5 кВт на 1 кВАр реактивной мощности конденсатора, или в 5 – 6 раз меньше, чем в синхронных компенсаторах. Мощность установленных конденсаторов (их число) можно легко увеличить или уменьшить в зависимости от потребности.

Величина реактивной мощности конденсаторов вычисляется по формуле:

; (4.0)

где Рр – расчётная активная мощность цеха (кВт), tgφест. – тангенс угла сдвига фаз до компенсации реактивной мощности, tgφкб. – тангенс угла сдвига фаз после компенсации реактивной мощности, которые находятся по формулам:

; (4.1)

; (4.2)

где Qр – расчётная реактивная мощность цеха (кВАр), cosφ= 0,95

Решение:

;

кВАр

В качестве компенсирующего устройства выбираем автоматическую конденсаторную установку компенсации реактивной мощности КРМ-0,4-27-1,8 У3.

studfiles.net

8. Потери и коэффициент полезного действия трансформатора.

Потери энергии в трансформаторе складываются из двух основных составляю-

щих, соответственно двум основным составляющим его конструкции: электри-

ческие потери в электрических обмотках трансформатора и магнитные потери в

магнитопроводе.

Энергетическая диаграмма трансформатора

Здесь P1 – активная мощность, потребляемая трансформатором от источника;

P2 – активная мощность, отдаваемая трансформатором приемнику; ΔPЭл – элек-

трические потери в обмотках трансформатора; ΔРм – магнитные потери в маг-

нитопроводе трансформатора; ΔРдоп – дополнительные потери в остальных эле-

ментах конструкции, которые составляют до 10% всех потерь.

Электрические потери:

ΔPэл = ΔPэл.ном β2

Магнитные потери в трансформаторе ΔРм складываются из двух

составляющих – потерь на гистерезис ΔРГ и потерь от вихревых токов ΔРВТ:

ΔРм = ΔРГ + ΔРВТ .

Коэффициент полезного действия трансформатора определяется соотношением

потерь и полезной мощности:

В режиме холостого хода КПД трансформатора η = 0. Мощность холостого хо-

да P0 , потребляемая трансформатором в этом режиме, расходуется на компен-

сацию магнитных потерь. С увеличением нагрузки в достаточно небольшом

диапазоне (приблизительно β = 0,2) КПД достигает больших значений. В ос-

тальной части рабочего диапазона КПД трансформатора держится на высоком

уровне. В режимах, близких к номинальному, КПД трансформатора ηном = 0,9 – 0,98.

Трансформаторы(9-16)

9. Группы соединения обмоток трансформатора.

Трансформаторы делят на группы в зависимости от сдвига по фазе между линейными напряжениями, измеренными на одноименных зажимах.

На рис. 12-23 а, показаны обмотки однофазного трансформатора, намотанные по левой винтовой линии и называемые поэтому левыми, причем у обоих обмоток начала А, а находятся сверху, а концы Х, х – снизу. Будем считать э.д.с. положительной, если она действует от конца обмотки к ее началу, а обмотки сцепляются с одним и тем же потоком. Вследствие этого э.д.с. этих обмоток в каждый момент времени действует в одинаковых направлениях. Поэтому э.д.с. ЕА и Еа совпадают по фазе. встречное соединение согласное соединение 8 . Если же у одной из обмоток переменить начало и конец (рис. 12.23, б), то направление э.д.с., изменится на обратное, и э.д.с. ЕА и Еа будут иметь сдвиг на 180 . Такой же результат получится, если одну из обмоток выполнить «правой». Для обозначения сдвига фаз обмоток трансформатора векторы их линейных э.д.с. уподобляют стрелкам часового циферблата, причем вектор обмотки ВН принимают за минутную стрелку, направленную на цифру 12, а вектор э.д.с., обмотки НН принимают за часовую стрелку. Тогда на рис. 12.23,а часы будут показывать 0 или 12 часов, и такое соединение обмоток называют группой 0. На рис. 12.23, б часы будут показывать 6 ч, и такое соединение обмоток называют группой 6. В этих случаях соединения обозначаются I/I-0 и I/I-6. В России (СССР) стандартизованы и изготавливаются однофазные трансформаторы только с соединением I/I-0. В трехфазном трансформаторе при соединениях обмоток и э.д.с. как показано на рис. 12.24, а звезды фазных э.д.с. и треугольники линейных э.д.с., будут иметь вид на рис. 12.24 б. При этом одноименные векторы линейных э.д.с. (ЕАВ, Еаb) направлены одинаково, т.е. совпадают по фазе. Поэтому схема соединений обозначается Y/Y-0. Если на рис. 12.24 а, произвести перестановку фаз обмотки НН и разместить фазу «а» на среднем стержне, фазу «b» - на правом, а фазу «с» - на левом, то на векторной диаграмме НН (рис. 12-24, г) произойдет круговая перестановка фаз a, b, c по часовой стрелке. При этом получится группа соединений 4, а при обратной перестановке будет группа 8.Если переменить местами начала и концы обмоток, то получатся еще группы соединений 6, 10, 2. Таким образом, при соединении по схеме Y/Y возможно шесть групп соединений (0, 2, 4, 6, 8, 10), причем все они четные. Такие же группы соединений можно получить по схеме / . При соединении обмоток по схеме Y/ (рис. 12-25,а) векторные диаграммы э.д.с. обмоток ВН и НН будут иметь вид на рис. 12-25,б. При этом одноименные линейные э.д.с., например, ЕАВ и Еab будут сдвинуты на 30 и расположатся на циферблате по рис. 12-25, в, это соединение обмоток обозначается Y/ -11. При круговых перестановках фаз и при перемаркировке начал и концов одной из обмоток можно получить также другие нечетные группы 1, 3, 5, 7, 9. Большой разнобой в схемах и группах соединений трансформаторов нежелателен.Поэтому ГОСТ 11677-75 предусматривает изготовление трехфазных силовых трансформаторов со следующими группами: Y/Y0 – 0; /Y0 – 11; Y/ - 11; Y0/ - 11, а также Y – зигзаг – 11. При этом первым обозначено соединение обмотки ВН, вторым – НН, а индекс «0» указывает на то, что наружу выводится нулевая точка обмотки. Обозначения начал и концов обмоток трансформаторов приводится в таблице 12-1. Зажимы нулевой точки при соединении в звезду обозначаются 0, 0m, 0.

studfiles.net

11 Потери холостого хода трансформатора

Режим работы трансформатора при питании одной из его обмоток от источника переменного напряжения при разомкнутой второй обмотке называется режимом холостого хода. Потери, возникающие в трансформаторе в режиме холостого хода при номинальном напряжении на первичной обмотке и номинальной частоте, называются потерями холостого хода. Основную часть потерь холостого хода составляют магнитные потери - потери в активной стали магнитной системы, которые могут бить разделены на потери от гистерезиса и вихревых токов.

В трансформаторах трехстержневой конструкции с взаимным расположением стержней и ярм плоская трехфазная шихтованная магнитная система собирается (шихтуется) из пластин холоднокатаной анизотропной стали с прессовкой стержней расклиниванием с внутренней обмоткой или бандажами, а ярм - ярмовыми балками или балками с полубандажами. Варианты плана шихтовки магнитной системы приведены на рисунке 10.

Рисунок 15- План шихтовки магнитной системы косые стыки в шести углах.

Выбираем сталь 3404 отожженую 0,3мм.

где и- удельные потери в 1 кг стали стержня и ярма, зависящие от

индукции и, марки и толщины стали,=1,074=1,038;

- удельные потери в зоне шихтованного стыка;

и - коэффициенты, учитывающие влияние технологических факторов на

потери холостого хода, =1,05,=1;

- коэффициент увеличения потерь в углах магнитопровода, =1,35;

- коэффициент увеличения потерь, зависящий от формы ярма, =1;

, - коэффициенты, учитывающие влияние прессовки стержня и

перешихтовку верхнего ярма на увеличение потерь, =1,03,

- число стыков различной формы;

- площади зазора для прямых и косых стыков,

Удельные по6тери ,идля значений индукции от 1,3 до 1,8 Тл приведены в таблице 5 [2]. Для определения величиныинеобходимо рассчитать реальные значения индукции в стержнеи ярме:

Тл

Тл,

где - напряжение одного нитка после уточнения числа витков обмотки НН

и - активные сечения стержня и ярма.

Общее увеличение удельных потерь по всему объему заштрихованных частей во всех углах магнитной системы определяется коэффициентом

Для диапазона индукции 0,9 - 1,9 Тл коэффициент , для прямых и косых стыков может быть принят по таблице 6 [2].

Величина удельных потерь Рз для холоднокатаной стали приведена в таблице 5 [2]. Индукция для определения Рз при прямых стыках принимается равной индукции в стержне для стыков, перпендикулярных оси стержня, и индукции в ярме для стыков, перпендикулярных оси ярма для косых стыков следует принимать:

Тл,

где - индукция в стержне.

Площадь зазора (стыка) принимается для прямых стыков равной активному сечению стержняили ярма для косых стыков:

Форма сечения ярма может влиять на распределение индукции по сечению ярма и стержня. Если число ступеней в сечении ярма равно или отличается на одну- две ступени от числа ступеней в сечении, то распределение индукции в ярме и стержне можно считать равномерным и принять коэффициент увеличения потерь, зависящий от формы ярма, = 1,0.

Для прессовки стержней и ярм при сборке остова трансформатора используются различные конструктивные детали. Способ прессовки может быть выбран в соответствии с рекомендациями таблицы 7 [2] в зависимости от мощности трансформатора.

Некоторые технологические факторы также оказывают влияние на потери холостого хода. Продольная резка полосы рулона стали на ленты и поперечная резка ленты на пластины приводят к возникновению внутренних механических напряжений в пластинах и увеличению удельных потерь в стали.

Это увеличение может быть учтено введением коэффициента который для отожженной стали марки 3404 принимаем равной 1,05.

При нарезке пластин из полосы рулона на линии среза образуются заусенцы. Удаление этих заусенцев при помощи ножей приводит к повышению удельных потерь, которое может быть учтено коэффициентом для отожженных пластин.

Перешихтовка верхнего ярма остова при установке обмоток приводит к увеличению потерь, учитываемому коэффициентом .При мощности трансформатора до 250 Ква= 1,01.

Погрешность: -49%

Согласно ГОСТу о сумме потерь короткого замыкания и холостого хода , их сумма не должна превышать 5 % от суммарной номинальной мощности короткого замыкания и холостого хода.

+= 600+130=730 Вт

+=+77,6=719,51 Вт

Погрешность: 1,5%

Поэтому принимаем мощность короткого замыкания =Вт

studfiles.net

Потери в силовых трансформаторах. Виды потерь и что влияние на КПД

Главные параметры трансформатора – это напряжение на первичной и вторичной обмотках, и также мощность трансформатора. Мощность подается от первичной обмотки на вторичную при помощи явления электромагнитной индукции. При этом до потребителей часть мощности так и не доходит. Эта часть энергии относится к потерям трансформатора.

Какие бывают потери в силовых трансформаторах

Сам по себе трансформатор – это статичное устройство. Он работает за счет физического явления электромагнитной индукции. Соответственно, двигателя в нем нет, как и механических потерь. Потери в трансформаторе являются издержками активной мощности. Не доходит до сети потребителя энергия, которая тратится на вихревые токи в обмотках и в металлическом сердечнике. Трансформатор работает в разных режимах. И его полезная мощность меняется в зависимости от режима.

Что такое потери холостого хода

В режиме холостого хода трансформатор не подключен к потребительской сети. вся полезная мощность от первичной обмотки тратится на то, чтобы намагнитить сердечник. Поэтому про это явление говорят – трансформатор испытывает магнитные потери или Рм. Среднюю величину потерь холостого хода принято рассчитывать при номинальных значениях силы тока и напряжения.

Ро = Рм+I2о * r1,

Iо – величина силы тока первичной обмотки,

r1 – величина сопротивления первичной обмотки.

Потери на холостом ходу имеют неизменное значение, которое определяется суммой намагничивающей и активной части. А они не являются переменными, так как находятся под влиянием характеристик обмоток и магнитного стержня. По уровню потерь холостого хода обычно судят о работе трансформатора.

Потери в обмотках силового трансформатора

При подключении трансформатора к нагрузке энергия поступает на первичную обмотку, а от нее через магнитопровод передается на вторичную. По проводнику вторичной обмотки течет ток I2, а первичной – ток I1. Обе величины взаимосвязаны.

Частично мощность растрачивается в обмотках. Такие потери называют общие потере мощности под нагрузкой или Рнагр. Они находятся в пропорциональной зависимости от величин вторичного и первичного токов, возведенных в квадрат. Также наблюдается зависимость Рнагр от величины сопротивления обмоток.

Рнагр = I21r1 + I22r2,

где I1 и I2 — ток первичной и вторичной обмотки,

r1 и r2 — величины сопротивлений первичной и вторичной обмоток.

Получается, величина потерь под нагрузкой целиком зависит от мощности, которая подается к оборудованию. А в сети нередки колебания, отсюда и непостоянный характер потерь.

Побочные потери обмоток трансформатора

Через обмотки трансформатора и магнитопровод идет не только ток от нагрузки. Честь токов имеет замкнутые линии: они либо проходят внутри проводников, либо замыкаются в пределах магнитопровода. Такие токи носят название вихревых. Возникает электрический ток и между разными витками обмотки или пластинами сердечника, расположенными параллельно. Это уже циркулирующие токи. Их направление не совпадает с основным электрическим потоком. Поэтому появление таких токов снижает полезную мощность трансформатора.

Вообще добавочные потери возникают во всех металлических частях трансформатора. И стенки бака, прессующие кольца, ярмовые балки – не исключение.

Производители электромагнитных устройств постоянно стремятся сделать свою продукции эффективнее. Так, сердечник состоит из отдельных пластинок. Это делается для уменьшения сопротивления. Витки обмоток изолируются один от одного по той же причине. Развитие сферы производства электромагнитного оборудования привел к тому, что современный силовой трансформатор имеет КПД от 90% и больше.

optima-metz.ru

16. Способы обеспечения надежности сельского электроснабжения

17. Назначение и типы замкнутых сетей

Замкнутые электрические сети. В сельском хозяйстве наибольшее применение получили радиальные электрические сети. Они являются разомкнутыми. Линии от подстанции расходятся по радиусу, в каждый потребитель получает питание с одной стороны с одного источника. При повреждении такой линии прекращается электроснабжение всех присоединенных к ней потребителей.

Потребители первой категории надежности электроснабжения не допускают перерывов в электроснабжении. Для повышения надежности их электроснабжения применяют замкнутые электрические сети.

Замкнутой называют электрическую сеть, магистральные линии которой получают питание не менее чем с двух сторон. Замкнутые сего бывают простые и сложные. На рис. 1 показана простейшая замкнутая сеть с одним источником питания А.

Рисунок 1 Рис.2

При обрыве магистральной линии в любом месте электроснабжение всех потребителей не нарушается. Если провести дополнительные линии А-2, А-3, А-4, А-5, надежность электроснабжения будет еще выше(рис. 2). В этой схеме точки 2,3,4,5 получают питание с трех сторон. Такие точки называются узловыми. Сеть, имеющая узловые точки, называется сложной замкнутой.

Ceти, показанные на рис. 1 и 2 имеют по одному источнику питания. Выход его из строя нарушает электроснабжение всех потребителей.

С целью еще большего повышения надежности электроснабжения нужно увеличить в сети количество источников питания. Для электроснабжения сельскохозяйственных потребителей широко применяется простая замкнутая сеть с двумя источниками питания А и В. Такая сеть называется линией с двусторонним питанием. Обрыв проводов в такой сети или даже выход из строя одаго из источников питания не нарушит электроснабжение всех потребителей.

18. Расчет потерь энергии в трансформаторах

Потери мощности в трансформаторах состоят из потерь активной D Рх и потерь реактивной мощности D Qх.

Потери активной мощности.

Они состоят из двух составляющих:

1) потерь, идущих на нагревание обмоток трансформатора D Р, зависящих от тока нагрузки,

2) потерь, идущих на нагревание стали D Рст, не зависящих от тока нагрузки.

Потери мощности, идущие на нагревание обмоток трансформатора

При этом полные активные потери

где Rт - активное сопротивление (0м) обмоток трансформатора, определяемое по величине потерь в меди D Рх (кВт), мощности трансформатора Sном (кВА), номинальному напряжению Uном (кВ) обмотки трансформатора, присоединенной к рассчитываемой линии:

Потери реактивной мощности.

Они состоят из двух составляющих:

1) потерь, вызванных рассеянием магнитного потока в трансформаторе D Q, зависящих от квадрата тока нагрузки,

2) потерь, идущих на намагничивание трансформатора D Qm , не зависящих от тока нагрузки, которые определяются током х.х.

Потери мощности, вызванные рассеянием магнитного потока

При этом полные реактивные потери

где Хт - реактивное сопротивление обмоток трансформатора, определяемое напряжением короткого замыкания uкз,% и сопротивлением Rт.

С помощью каталожных данных потери мощности в трансформаторах можно определить иначе. Если даны потери короткого замыкания D Рм,ном соответствующие потерям в меди при номинальной нагрузке трансформатора Sном, и известна его фактическая загрузка S, то активные потери

где кз - коэффициент загрузки трансформатора.

Сопротивление и реактивные потери трансформатора могут быть определены также по каталожным данным:

где uкз - напряжение короткого замыкания, %; Iхх - ток холостого хода трансформатора, %; Sном - номинальная мощность, кВA.

Потери электроэнергии в меди.

Их можно определить по потерям мощности в меди D Рм,ном, максимальной нагрузке Sмакс и времени потерь t , найденным по кривой зависимости t =f(Тмакс,cosj срв), где cosj срв принимают неизменным за определенное время (сутки, год и т.д.):

Потери электроэнергии в стали.

Их определяют потерями мощности при холостом ходе и временем включения трансформатора Тв:

Суммарные активные потери электроэнергии

Суммарные реактивные потери электроэнергии.

Эти потери определяют по реактивным потерям мощности с учетом времени потерь и времени включения трансформатора:

studfiles.net