КПД трансформатора из таблицы мощности

Что такое КПД трансформатора и от чего зависит

КПД (полное толкование этой аббревиатуры) – это соотношение между полезной электроэнергией и подаваемой на устройство.

Помимо энергии, показатель эффективности можно определить путем расчета показателей эффекта с отношением между величиной полезности и суммой. Эта характеристика очень важна при выборе устройства и определении эффективности его использования.

Величина КПД зависит от допустимых потерь энергии при работе прибора. Эти потери бывают следующих видов:

• электрические — в проводниках катушек;
• магнитные — в материале сердечника.

Величина этих потерь в конструкции устройства зависит от следующих факторов:

• общие размеры устройства и форма магнитной системы;
• компактность катушек;
• плотность набора композитных пластин в ядре;
• диаметр проволоки в мотках.

Снижение потерь в устройстве достигается в процессе проектирования устройства за счет использования магнитомягких ферромагнитных материалов для изготовления сердечника. Электротехническая сталь формуется в виде тонких листов, изолированных друг от друга специальным слоем наносимого лака.

В процессе эксплуатации эффективность устройства определяется:

• приложенная нагрузка;
• диэлектрическая среда — вещество, используемое в качестве диэлектрика;
• стабильное питание нагрузки;
• температура масла в агрегате;
• степень нагрева витков и сердечника.

Если в процессе эксплуатации устройство постоянно недогружено или нарушает условия работы перевала, то кроме риска выхода из строя это приводит к снижению эффективности работы устройства.

Трансформатор, в отличие от электрических машин, практически не допускает механических потерь энергии, так как в его состав не входят движущиеся части. Незначительное энергопотребление происходит за счет температурного нагрева устройства.

Зависимость КПД трансформатора от нагрузки

Для построения графика ή =f(β) при cosφ2 = 1,0 и cosφ2 = 0,8 определяют КПД трансформатора для ряда значений коэффициента загрузки β, равного 0,25; 0,5; 0,75; 1.0 и 1.2, используя для этого выражение

Ή = Р2/Р1 = Р2/(Р2 + Р + β 2 Рк)

(тридцать)

Ή = 1 — (P0 ном + β 2 Rк ном) / (β Sном cosφ2 + P0 ном + β 2 Rк ном)

(32)

где Sном – номинальная мощность трансформатора, ВА.

По результатам расчета строятся графики эффективности (рис. 6).

Максимальное значение КПД трансформатора соответствует нагрузке, при которой электрические потери трансформатора равны магнитным потерям. Коэффициент загрузки, соответствующий максимальному значению КПД, рассчитывается по формуле (28)

На оси абсцисс отмечается значение β, и после проведения ординаты в этой точке определяются максимальные значения КПД. Эти значения можно получить из (31) заменой β в этом выражении :

ήmax = 1 — Р0 ном/(0,5 Sном cosφ2 + Р0 ном)

(32)

Порядок работы

5.1. На основании паспортных и расчетных данных заполнить таблицу1

Паспортные данные	Рассчитано и определено
Сном, Вирджиния	f, Гц	У1ном, В	У2ном, В	Ином, А	I2ном, А	я, %	УКЗ, %	ΔРст, Вт	ΔРм, Вт

Значения I1ном и I2ном рассчитывают по формуле Iном = (они необходимы при проведении эксперимента по КЗ), значения Uкз, ΔRст и ΔRм заносят в таблицу по результатам опытов.

5.2. Проведите эксперимент ХХ.

Для этого в соответствии с принципиальной схемой рис. 7а, соберите электрическую цепь для проведения эксперимента в соответствии с принципиальной схемой на рис. 7б. Схема питается от регулируемого источника однофазного напряжения. Измерения I10,.U10, P производить измерительным комплектом К505, а напряжения U20 цифровым вольтметром. Произведите не менее пяти измерений через примерно равные промежутки времени тока холостого хода и измените подаваемое на трансформатор напряжение от 0,5 U1ном до 1,15 U1ном. Занесите показания измерительных приборов в таблицу. 2.

нет п/с	Измерения	Обработка данных
U10, В	И10, А	П, Вт	U20, Ж	Zм, Ом	Rм, Ом	Хм, Ом	я, %	cosφ	К

Расчеты ведутся по формулам 14-18.

5.3. Выполните тест на короткое замыкание.

Для этого в опытной схеме ХХ заменить вольтметр во вторичной обмотке на амперметр согласно принципиальной электрической схеме рис. 8. Использовать амперметр с пределом измерения 1А на вертикальной части стенда. С помощью ЛАТР увеличить напряжение от 0 до значения, при котором ток в первичной обмотке достигает номинального значения (I1к=I1ном).

Занесите показания измерительных приборов в таблицу. 3.

нет п/с	Измерения	Обработка данных
У1к, В	I1к, А	I2к, А	ПК, Вт	Великобритания, %	Zк, Ом	Rk, Ом	Хк, Ом	cosφк	R1, Ом	Х1, Ом

Расчеты ведутся по формулам 21-24, 27.

5.4. Проведите эксперимент с нагрузкой трансформатора, собрав схему согласно рис. 9

В качестве нагрузки к выводам вторичной обмотки подключить резисторы с переменными и постоянными параметрами, общее сопротивление которых следует рассчитывать с учетом того, что ток во вторичной обмотке должен изменяться от I2 = 0,1 I2ном до I2 = (1.2… 1,25) I2ном; U1 = U1ном = константа. При этом cosφ2 = 1. Изменяя сопротивление нагрузки, выполнить 5-6 измерений.

Для изменения cosφ2 используйте в качестве нагрузки индуктор (cosφ2 = 0,8).

Занесите показания измерительных приборов в таблицу четыре.

нет п/с	Измерения	Обработка данных
U1н, В	И1, А	П1, Вт	У2, В	И2, А	cosφ1	η	П2, Вт	ΔU2, % опыта	ΔU2, % расчет	β	cosφ2

Расчеты ведутся по формулам:

По этим данным построить внешние свойства U2 = f (β) и зависимости η = f (β)

Описание и принцип работы трансформатора

Трансформатор — это устройство, используемое для понижения или повышения напряжения, изменения количества фаз и, в редких случаях, изменения частоты переменного тока.

Различают следующие типы устройств:

• сила;
• измерение;
• низкий ток;
• импульс;
• пиковые трансформаторы.

Статическое устройство состоит из следующих основных конструктивных элементов: двух (или более) обмоток и магнитопровода, который также называют сердечником. В трансформаторах напряжение подается на первичную обмотку, а вторичная снимается уже в преобразованном виде. Обмотки соединены индуктивно, с помощью магнитного поля в сердечнике.

Наряду с другими преобразователями, трансформаторы имеют коэффициент полезного действия (сокращенно КПД), с условным обозначением. Это соотношение представляет собой соотношение между эффективно используемой энергией и энергией, потребляемой системой. Его также можно выразить как отношение между мощностью, потребляемой нагрузкой, и единицей, потребляемой из сети. КПД относится к одному из важнейших параметров, характеризующих эффективность работы, выполняемой трансформатором.

Разные виды трансформаторов и их коэффициенты

Хотя преобразователи конструктивно мало чем отличаются друг от друга, назначение их достаточно обширно. Различают следующие типы трансформаторов, помимо рассмотренных:

Особенностью автотрансформатора является отсутствие гальванической развязки, первичная и вторичная обмотки выполнены одним проводом, а вторичная является частью первичной. Импульс масштабирует короткие импульсные прямоугольные сигналы. Сварщик работает в режиме короткого замыкания. Сепараторы применяются там, где требуется особая электробезопасность: влажные помещения, помещения с большим количеством металлических изделий и тому подобное. Их k в основном равно 1.

Отводной трансформатор преобразует синусоидальное напряжение в пульсирующее. Двойной дроссель – это две двойные катушки, но по конструктивным особенностям он относится к трансформаторам. Трансфлюксор содержит сердечник из магнитопровода с большой величиной остаточной намагниченности, что позволяет использовать его в качестве памяти. Rotary посылает сигналы вращающимся объектам.

Воздушные и масляные трансформаторы различаются по способу охлаждения. Масло используется для масштабирования большой мощности. Трехфазный используется в трехфазной цепи.

Более подробную информацию о коэффициенте трансформации трансформатора тока можно найти в таблице.

Номинальная вторичная нагрузка, В	3	5	10	пятнадцать	20	тридцать	40	50	60	75	100
Коэффициент, н	Кратность ранжированного лимита
3000/5	37	31	25	20	17	1. 3	одиннадцать	9	восемь	6	5
4000/5	38	32	26	22	20	пятнадцать	1. 3	одиннадцать	10	восемь	6
5000/5	38	29	25	22	20	16	четырнадцать	12	одиннадцать	10	восемь
6000/5	39	28	25	22	20	16	пятнадцать	1. 3	12	10	восемь
8000/5	38	21	20	19	18	четырнадцать	четырнадцать	1. 3	12	одиннадцать	9
10000/5	37	16	пятнадцать	пятнадцать	четырнадцать	12	12	12	одиннадцать	10	9
12000/5	39	20	19	18	18	12	пятнадцать	четырнадцать	1. 3	12	одиннадцать
14000/5	38	пятнадцать	пятнадцать	четырнадцать	четырнадцать	12	1. 3	12	12	одиннадцать	10
16000/5	36	пятнадцать	четырнадцать	1. 3	1. 3	12	10	10	10	9	9
18000/5	41	16	16	пятнадцать	пятнадцать	12	четырнадцать	четырнадцать	1. 3	12	12

Почти все эти устройства имеют сердечник с переносом магнитного потока. Ток появляется за счет движения электронов в каждом из витков обмотки, причем сила токов не должна быть равна нулю. Коэффициент трансформации тока также зависит от типа сердечника:

Коэффициент трансформации трансформаторов – это отношение между напряжением обмотки высшего напряжения (ВН) и напряжением обмотки низкого напряжения (НН) без нагрузки:

Где: Кл — коэффициент трансформации линейных напряжений;

U1 — линейное напряжение на обмотке ВН;

U2 — линейное напряжение на обмотке НН.

При определении коэффициента трансформации однородных трансформаторов или коэффициента трансформации фаз трехфазных

трансформаторов, коэффициент напряжения можно приравнять к соотношению между числом витков обмотки

где: Kf — коэффициент фазового превращения;

U1f, U2f — фазные напряжения на обмотках ВН и НН соответственно;

При измерении линейного коэффициента трансформации трехфазного трансформатора равенство отношения высшего и нижнего линейных напряжений обмоток и, следовательно, числа витков ВН и НН соблюдается только при одинаковых группах соединения этих обмотки.

Если первичная и вторичная обмотки соединены одинаково, например, обе в звезду, обе в треугольник и т д., то фазные и линейные коэффициенты трансформации равны между собой. При разных схемах соединения обмоток, например, одна в звезду, а другая в треугольник, линейные и фазовые коэффициенты трансформации неодинаковы (в этом случае они отличаются друг от друга в 3 раза).

Коэффициент трансформации определяют на всех ветвях обмоток и для всех фаз. Эти измерения, помимо проверки самого коэффициента трансформации, позволяют также проверить правильность установки переключателя напряжения на соответствующих ступенях, а также целостность обмоток.

Для определения коэффициента трансформации используется метод двух вольтметров (рис. 2)

Рис.2 Определение коэффициента трансформации.

Со стороны высокого напряжения (ВН) подают трехфазное напряжение 220 В и измеряют напряжение на вторичной обмотке.

Обратите внимание на следующее! Напряжение подается только на обмотки ВН (А, В, С). Результаты измерений заносятся в таблицу 2

Пределы измерения вольтметра: ПВ1-250 В, ПВ2-15В

Результаты измерений заносят в таблицу 2. Пределы измерений для вольтметров: ПВ1-250 В, ПВ2-15В.

Примечание: В этой работе трансформатор имеет одно положение переключателя.

Коэффициент трансформации отдельных фаз, измеренный на одних и тех же ветвях, не должен отличаться друг от друга более чем на 2%.

Методы определения КПД

КПД трансформатора можно рассчитать несколькими способами. Это значение зависит от общей мощности устройства, и увеличивается с увеличением указанного показателя. КПД изменяется от 0,8 до 0,92 при значении мощности от 10 до 300 кВт.

Зная значение ограничивающей силы, можно определить значение КПД по специальным таблицам.

Непосредственное измерение

Формула расчета этого показателя может быть представлена ​​в нескольких выражениях:

ɳ = (P2/P1)x100% = (P1 — ΔP)/P1x100% = 1 — ΔP/P1x100%,

в котором:

• ɳ – значение КПД;
• P2 и P1 — значение полезной и потребляемой мощности сети соответственно;
• ΔР – величина полных потерь мощности.

Из этой формулы видно, что значение показателя эффективности не может превышать единицы.

После ступенчатого преобразования вышеприведенной формулы с учетом использования значений электрического тока, напряжения и угла между фазами получается следующее соотношение:

ɳ = U2xI2xcosφ2 / U2xI2xcosφ2 + Robm + Rc,

в котором:

• U2 и I2 — соответственно значения напряжения и тока во вторичной обмотке;
• Робм и Рс — величина потерь в обмотках и сердечнике.

Представленная формула содержится в ГОСТе, в котором описано определение этого показателя.

Расчет эффективности

Определение косвенным методом

Для высокоэффективных устройств со значением КПД выше 0,96 точный расчет не всегда возможен. Поэтому эта величина определяется косвенным методом, заключающимся в оценке показателей мощности в первичной обмотке, вторичной обмотке и допустимых потерь.

Оценивая характеристики трансформатора, следует отметить высокую эффективность использования этого оборудования, обусловленную его конструктивными особенностями.

Виды потерь в трансформаторе

Процесс передачи электроэнергии с первичной обмотки на вторичную сопровождается потерями. По этой причине передается не вся энергия, а большая ее часть.

В конструкции устройства не предусмотрены вращающиеся детали, в отличие от других электрических машин. Этим объясняется отсутствие в нем механических потерь.

Итак, устройство имеет следующие потери:

• электрические, в медных обмотках;
• магнитный, в стальном сердечнике.

Энергетическая диаграмма и Закон сохранения энергии

Принцип действия устройства схематически можно представить в виде энергетической диаграммы, как показано на рисунке 1. Диаграмма отражает процесс передачи энергии, где образуются электрические и магнитные потери .

Согласно диаграмме, формула для определения эффективной мощности Р2 выглядит следующим образом:

P2=P1-ΔPel1-ΔPel2-ΔPm (1)

где P2 — полезный, а P1 — ток, потребляемый устройством из сети.

Задав полные потери ΔP, закон сохранения энергии будет выглядеть так: P1=ΔP+P2 (2)

Из этой формулы видно, что Р1 расходуется на Р2, а также на общие потери ΔР. Поэтому КПД трансформатора получается как отношение выходной мощности (полезной) к потребляемой мощности (соотношение Р2 и Р1).

Как купить новый двигатель для оборудования, на что стоит ориентироваться при выборе

Ассоциация «Эрлиг штилинг» является добровольным объединением

Закрепление пройденного материала расчета мощности

Для закрепления пройденного материала следует попробовать этот метод на другом типе устройства.

Расчет сварочного трансформатора.

Возьмите маломощный трансформатор и попробуйте рассчитать обмотку трансформатора по уже изученной технологии. Как становится понятно из формулы, мощность трансформатора прямо пропорциональна площади обмотки, из чего можно сделать вывод, что маломощные трансформаторы меньше. Возьмем одного из таких представителей и измерим размер центрального лепестка. Образно говоря, это число будет равно 5 миллиметрам.

Тем более, если с этим оборудованием нет проблем измерить ширину комплекта плит, можно сразу производить расчеты. Если вы столкнулись с какими-либо препятствиями на пути, как описано в первом случае, вам необходимо проделать аналогичные процедуры. После всех действий, вы все-таки измерили этот параметр, условно выберите ширину, равную двум сантиметрам. В этом случае вам нужно перемножить эти два числа, и вы получите участок размером в один квадратный сантиметр.

Используя формулы для расчета мощности, можно определить, что мощность такого трансформатора составляет 0,56 Вт. Конечно, как и положено, мощности достаточно мало для любого серьезного устройства. Он может содержать две вторичные обмотки с максимально допустимым значением тока в несколько десятков миллиампер. Такой трансформатор может подойти только для устройств, не требующих большой потребляемой мощности.

Если вы действительно хотите сделать правильный расчет, показывающий его реальную мощность, вам необходимо произвести дополнительные расчеты. Так, например, еще не придумали и, скорее всего, не смогут в ближайшее время найти среду, которая будет передавать мощность без потерь. В любой линии следует учитывать такой фактор, как проигрыш. Например, если произвести расчет в достаточно массивном трансформаторе, потери в нем соответственно будут намного больше, чем в трансформаторе с малой обмоткой. Используя эти формулы, вы всегда сможете легко, быстро и правильно произвести необходимые расчеты мощности трансформатора.

Как рассчитать силовой трансформатор по формулам за 5 этапов

Привожу упрощенную методику, которую использовал десятилетиями для изготовления и испытания самодельных трансформаторных блоков из железа неизвестной по мощности нагрузки марки.

Согласно ему, мне почти всегда удавалось накрутить раунд с первого раза. Очень редко приходилось добавлять или уменьшать определенное количество витков.

Этап №1. Как мощность сухого трансформатора влияет на форму и поперечное сечение магнитопровода

Расчет основан на среднем коэффициенте полезного действия ŋ, который представляет собой отношение электрической мощности S2, преобразованной во вторичной обмотке, к приложенной общей мощности S1 в первичной обмотке.

Потери мощности во вторичной обмотке оцениваются по статистической таблице.

Мощность трансформатора, Вт	Эффективность ŋ
15÷50	0,50÷0,80
50÷150	0,80÷0,90
150÷300	0,90÷0,93
300÷1000	0,93÷0,95
>1000	0,95÷0,98

Электрическая мощность устройства определяется произведением номинального тока, протекающего через первичную обмотку в амперах, на напряжение бытовой электропроводки в вольтах.

Она преобразуется в магнитную энергию, протекающую через сердечник, полностью распределенную в нем, в зависимости от формы распределения потока:

1. для кольцевой фигуры из П-образных пластин площадь поперечного сечения под катушкой магнитопровода рассчитывается как Qc=√S1;
2. для сердечника из W-образных пластин Qc=0,7√S1.

Таким образом, первый этап расчета позволяет: узнать требуемое значение первичной или вторичной мощности, выбрать магнитопровод по форме и сечению сердечника; или, исходя из размеров существующего магнитопровода, оценить электрическую мощность, которую может пропустить построенный трансформатор.

Этап №2. Особенности вычисления коэффициента трансформации и токов внутри обмоток

Силовой трансформатор предназначен для преобразования электрической энергии одного значения напряжения в другое, например U1=220 вольт на входе и U2=24 вольта на выходе.

Коэффициент трансформации в приведенном выше примере записывается в виде выражения 220/24 или дроби со значением первичного напряжения в числителе и вторичного напряжения в знаменателе. Он также позволяет определить соотношение числа витков между обмотками.

На первом шаге мы уже определили электрическую мощность каждой обмотки. По ним и величине напряжения необходимо рассчитать силу электрического тока I = S/U внутри любой катушки.

Этап №3. Как вычислить диаметры медного провода для каждой обмотки

При определении сечения проводника катушки используется эмпирическое выражение, учитывающее, что плотность тока находится в пределах 1,8÷3 ампер на квадратный миллиметр.

Мы определили значение тока в амперах для каждой обмотки на предыдущем шаге.

Теперь мы просто возьмем квадратный корень из этого и умножим на коэффициент 0,8. Полученное число записывается в миллиметрах. Это расчетный диаметр проволоки для катушки.

Его выбирают с учетом выделения допустимого тепла за счет протекающего через него тока. Если позволяет место в основном окне, диаметр можно немного увеличить. Тогда эти обмотки будут лучше приспособлены к тепловым нагрузкам.

Когда даже при плотной намотке все витки провода не помещаются в окно магнитопровода, сечение можно немного уменьшить. Но такой трансформатор следует использовать для кратковременной работы и последующего охлаждения.

При выборе диаметра провода достигается оптимальное соотношение между нагревом при работе и размерами свободного пространства внутри сердечника, что позволяет разместить все обмотки.

Этап №4. Определение числа витков обмоток по характеристикам электротехнической стали: важные моменты

Расчет основан на использовании магнитных свойств железного сердечника. Промышленные трансформаторы собираются из разных марок электротехнической стали, подобранных для конкретных условий работы. Они рассчитываются по сложным, индивидуальным алгоритмам.

Домашнему мастеру достаются магнитопроводы неизвестной марки, определить какие именно электрические характеристики ему практически невозможно. Поэтому в формулах учитываются средние параметры, которые несложно скорректировать при вводе в эксплуатацию.

Для расчета вводится эмпирический коэффициент ω’. Он учитывает величину напряжения в вольтах, которое индуцируется за один оборот катушки и связано с сечением магнитопровода Qc (см кв).

В первичной обмотке количество витков рассчитывается как W1= ω’∙U1, а во вторичной — W2= ω’∙U2.

Этап №5. Учет свободного места внутри окна магнитопровода

На этом шаге нужно определить, все ли обмотки поместятся в свободное пространство окна сердечника с учетом габаритов катушки.

Для этого будем считать, что провод имеет сечение не круглое, а квадратное со стороной того же диаметра. Тогда при совершенно идеальной натянутой закладке он будет занимать площадь, равную произведению единичного сечения на число витков.

Увеличиваем эту площадь процентов на 30, потому что идеально вывернуть углы не получится. Это будет где-то внутри полостей катушки и все равно займет некоторое место.

Затем полученные площади витков каждой обмотки сравниваем с окном магнитопровода и делаем выводы.

Второй способ оценки — качать витки «на счастье». Его можно использовать, если новая конструкция перематывается нитью со старых рабочих бобин на тот же сердечник.

Что такое инверторный генератор?

Сегодня, в век новых технологий и открытий

Читайте также: Контакторы и магнитные пускатели: сходства, различия

Формула расчета мощности

Упрощенный расчет силового трансформатора.

Когда вы найдете открытое место или разберете устройство, вы сможете измерить толщину центральной заплатки. Аннотация, примем этот параметр равным двум сантиметрам. Стоит помнить, что при приблизительном расчете силы измерения следует проводить максимально точно. Затем нужно умножить размер комплекта магнитопровода, который равен трем сантиметрам, и толщину пластины-лопасти, равную двум сантиметрам. В итоге получаем сечение магнитопровода шесть квадратных сантиметров. Для проведения дальнейших расчетов необходимо ознакомиться с такой формулой, как S = 1,3 * √ Ptr, где:

1. S — площадь поперечного сечения магнитопровода.
2. Ptr – мощность трансформатора.
3. Коэффициент 1,3 является средним значением.

Вспоминая формулы из курса математики, можно сделать вывод, что для расчета силы можно сделать следующее преобразование:

Следующим шагом подставим полученное значение сечения магнитопровода в 6 квадратных сантиметрах в эту формулу, в результате получим следующее значение:

После всех расчетов получаем абстрактное значение 20,35 Вт, которое сложно будет найти в трансформаторах с Е-сердечником. Реальные значения колеблются в пределах семи ватт. Этой мощности будет вполне достаточно, чтобы собрать блок питания для аппаратуры, работающей на звуковых частотах и ​​имеющей мощность от 3 до 5 Вт.

Общие сведения о трансформаторах

Трансформатор – это электромагнитное устройство, преобразующее переменный ток с изменением величины напряжения. Принцип работы устройства предполагает использование электромагнитной индукции.

Устройство состоит из следующих основных элементов:

• первичная и вторичная обмотки;
• сердечник, вокруг которого намотаны обмотки.

Принцип работы трансформатора

Изменение характеристик достигается за счет разного количества витков в обмотках на входе и выходе.

Ток в выходной катушке возбуждается за счет создания магнитного потока при подаче напряжения на входные контакты.

Определение коэффициента полезного действия

С необходимой точностью для расчета устройства заранее полученные значения КПД можно получить из Таблицы №1:

Суммарная мощность, Вт	Эффективность
10-20	0,8
20-40	0,85
40-100	0,88
100-300	0,92

Как видно из таблицы, значение параметра напрямую зависит от общей мощности.

По ценам на вводимые мощности

Определение КПД методом непосредственных измерений

Формулу расчета КПД можно представить несколькими способами:

(3)

Это выражение ясно отражает, что значение КПД трансформатора не больше единицы и не равно ей.

Следующее выражение определяет значение чистого эффекта:

P2=U2*J2*cosφ2, (4)

где U2 и J2 — вторичные напряжение и ток нагрузки, а cosφ2 — коэффициент мощности, значение которого зависит от типа нагрузки.

Поскольку P1=∆P+P2, формула (3) имеет следующий вид:

(5)

Электрические потери первичной обмотки ΔPэл1н зависят от квадрата силы протекающего в ней тока. Таким образом, они должны быть определены следующим образом:

(6)

В очереди:

(7)

где rmp — активное сопротивление обмотки.

Поскольку работа электромагнитного устройства не ограничивается номинальным режимом, для определения степени токовой нагрузки необходимо использовать коэффициент нагрузки, равный:

β=J2/J2n, (8)

где J2n — номинальный ток вторичной обмотки.

Отсюда запишем выражения для определения тока на вторичную обмотку:

J2=β*J2n(9)

Если это равенство заменить формулой (5), то получим следующее выражение:

(10)

Отметим, что ГОСТ рекомендует определять значение КПД по последнему выражению.

Обобщая представленную информацию, отметим, что определить КПД трансформатора можно по значениям мощности первичной и вторичной обмоток устройства в номинальном режиме.

Падения напряжения и сопротивления обмоток трансформатора

Относительное активное падение напряжения в первичной и вторичной обмотках однофазного трансформатора при номинальной нагрузке:

В случае трехфазного трансформатора правильные части этих формул необходимо разделить на √3. Активное сопротивление обмоток однофазного трансформатора:

В случае трехфазного трансформатора правильные части этих формул нужно делить на 3 при соединении обмоток в звезду.

Активное сопротивление короткого замыкания двухобмоточного трансформатора, приведенное к первичной обмотке:

где U1 и U2 взяты из задания, I1 и I2 из позиции 1, W1 и W2 из позиции 4, Pm и Pm2 из позиции 7.

Относительное индуктивное падение напряжения в отдельных обмотках двухобмоточного трансформатора:

eS % = eS1 % + eS2 % .

Индуктивность короткого замыкания двухобмоточного трансформатора, приведенная к первичной обмотке:

куда

U1 и f взяты из задания; И1 и И2 — из положения 1; Е1, П1 и П2 — с позиции 4; δ1, δ2, δ12 и H из позиции 6, lω1 и lω2 из позиции 7.

Сопротивление короткого замыкания двухобмоточного трансформатора:

Напряжение короткого замыкания двухобмоточного трансформатора:

В случае трехфазного трансформатора нужно правую часть выражения на xк разделить, а на ek % — умножить на √3.

Относительное изменение напряжения двухобмоточного трансформатора под нагрузкой можно определить по следующей приближенной формуле:

где cos φ2 берется из задания, cos φ1 — из позиции 1.

Определение КПД косвенным методом

Из-за высоких значений КПД, которые могут быть равны 96 % и более, а также неэкономичности метода прямых измерений не удается рассчитать параметр с высокой степенью точности. Поэтому его определение обычно проводят косвенным методом.

Суммируя все полученные выражения, получаем следующую формулу расчета КПД:

η=(P2/P1)+∆Pm+∆Pel1+∆Pel2, (11)

Резюмируя, следует отметить, что высокий показатель КПД свидетельствует об эффективной работе электромагнитного устройства. Потери в обмотках и стали сердечника, согласно ГОСТу, определяют при холостом ходе или коротком замыкании, и меры, направленные на их снижение, помогут достичь максимально возможных значений КПД, к чему и следует стремиться за.

Расчет номинальной мощности трансформатора

Номинальная мощность, MB•A, трансформатора на подстанции с числом трансформаторов n > 1 обычно определяется из выражения

Для сетевых дисков, где до прибл. 25 % потребителей с малой ответственностью в аварийном режиме можно отключить, его обычно принимают равным 0,75…0,85. При отсутствии потребителей III категории, К 1-2 = 1. Для производств (потребителей) 1 и особой группы известны конструктивные решения, ориентированные на 50%-ю загрузку трансформаторов.

Рекомендуется широко использовать склад и передвижной резерв трансформаторов, а в аварийных ситуациях допускается перегрузка трансформаторов на 40 % на максимальное время при общей суточной продолжительности не более 6 часов в течение не более 5 часов дней.

При этом коэффициент эксплуатации суточного плана нагрузки трансформаторов кн в условиях перегрузки должен быть не более 0,75, а коэффициент начальной загрузки кпн — не более 0,93.

Так как К1-2 1, их отношение К=К 1-2/К-пут всегда меньше единицы и характеризует запас мощности, заложенный в трансформаторе при выборе номинальной мощности. Чем меньше этот коэффициент, тем меньший запас установленной мощности закладывается в трансформаторы и тем эффективнее будет использование мощности трансформаторов с учетом перегрузок.

Завышение коэффициента k приводит к завышению суммарной установленной мощности трансформаторов на подстанции.

Снижение коэффициента возможно только до такого значения, которое с учетом перегрузочной способности трансформатора и возможности отключения неответственных потребителей позволит покрыть основную нагрузку при еще работающем трансформаторе в случае аварийного выхода из строя второго трансформатора.

Так для двухтрансформаторной подстанции

В настоящее время принято выбирать номинальную мощность трансформатора для двух подстанций с учетом значения k = 0,7, т.е.

Формально выражение (3.14) выглядит неправильным: на самом деле единицей активной мощности является Вт; полная (полная) мощность — ВА. Имеются различия в физической интерпретации S и R. Но следует понимать, что реактивная мощность компенсируется на шинах до ТП 5УР, ЗУР и что коэффициент мощности cos f находится в пределах 0,92…0,95.

Тогда ошибка, связанная с упрощением выражений (3.13) до (3.14), не превышает технической погрешности 10 %, включающей как приближенное значение 0,7, так и погрешность определения фиксированного Рmax

Таким образом, общая установленная мощность двухподстанции.

При таком значении ki аварийного режима сохраняется примерно 98 % Рmax без отключения неответственных потребителей. Однако, учитывая принципиально высокую надежность трансформаторов, можно считать вполне допустимым отключение в редких аварийных режимах части неответственных потребителей.

При двух и более трансформаторах, установленных на подстанции, в случае аварии одного из параллельно работающих трансформаторов оставшиеся работающие трансформаторы берут на себя их нагрузку. Эти аварийные перегрузки не зависят от предыдущего режима работы трансформатора, носят кратковременный характер и служат для обеспечения прохождения максимальной нагрузки.

Ниже приведены значения кратковременных перегрузок масляных трансформаторов с системами охлаждения М, Д, постоянного тока, С сверх номинального тока (независимо от продолжительности предшествующей нагрузки, температуры окружающей среды и места установки).

Аварийные перегрузки масляных трансформаторов со всеми видами охлаждения:

Для трехобмоточных трансформаторов и автотрансформаторов указанные перегрузки относятся к наиболее нагруженной обмотке.

Самостоятельный расчет обмотки мощности трансформатора

Расчет обмотки сварочного трансформатора.

Используя книги по радиотехнике и электронике, мы можем самостоятельно рассчитать обмотку и мощность трансформатора со стандартным Ш-образным сердечником. Для расчета мощности такого устройства, как трансформатор, необходимо правильно рассчитать сечение магнитопровода. В случае стандартных трансформаторов с Е-сердечником размер поперечного сечения магнитопровода будет измеряться длиной прилагаемых пластин из специальной электротехнической стали. Итак, для определения сечения магнитопровода необходимо перемножить два таких показателя, как толщина набора пластин и ширина центрального лепестка Ш-образной пластины.

Взяв линейку, можно измерить ширину комплекта излучаемого трансформатора. Очень важно, что все замеры, как и расчеты, лучше всего проводить в сантиметрах. Это может исключить появление ошибок в формулах и избавить вас от лишних вычислений при переводе из сантиметров в метры. Так что условно примите ширину рядов равной трем сантиметрам.

Далее измерьте ширину центрального лепестка. Эта задача может стать проблематичной, так как многие трансформаторы в силу своих технологических особенностей могут быть закрыты пластиковым каркасом. В этом случае вам будет невозможно, не увидев предварительно реальную ширину, произвести какие-либо расчеты, которые хотя бы будут напоминать настоящие. Чтобы измерить этот параметр, нужно искать места, где можно было бы это сделать. В противном случае можно аккуратно разобрать корпус и измерить этот параметр, но делать это следует с прецизионной точностью.

Как определяется коэффициент полезного действия трансформатора?

Известно, что электрическая энергия передается на большие расстояния при напряжениях, превышающих уровень, используемый потребителями. Применение трансформаторов необходимо для преобразования напряжений в требуемые значения, повышения качества процесса передачи электроэнергии, а также снижения возникающих потерь.

Как определяется коэффициент полезного действия трансформатора?

Известно, что электрическая энергия передается на большие расстояния при напряжениях, превышающих уровень, используемый потребителями. Применение трансформаторов необходимо для преобразования напряжений в требуемые значения, повышения качества процесса передачи электроэнергии, а также снижения возникающих потерь.