РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК

5.4 РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК


5.4.1 Расчет потерь холостого хода

Режим работы трансформатора при питании одной из его обмоток от источника с переменным напряжением при разомкнутых других  обмотках называют режимом холостого хода. Потери, возникающие в трансформаторе в режиме холостого хода при номинальном синусоидальном напряжении на первичной обмотке и номинальной частоте, называют потерями холостого хода.

Потери холостого хода трансформатора трансформатор слагаются из магнитных потерь, т. е. потерь в активном материале (стали) магнитной системы, потерь в стальных элементах конструкции остова трансформатора, вызванных частичным ответвлением главного магнитного потока; основных потерь в первичной обмотке, вызванных током холостого хода и диэлектрических потерь в изоляции.

Диэлектрические потери в изоляции могут играть заметную роль только в трансформаторах, работающих при повышенной частоте, а в силовых трансформаторах, рассчитанных на частоту 50 Гц, даже при классах напряжения 500 и 750 кВ обычно малы и могут не учитываться.

Также не учитываются в силовых трансформаторах основные потери в первичной обмотке, составляющие обычно менее 1% потерь холостого хода.

Потери холостого хода можно определить выражением

трансформатор (25)

где трансформатор и трансформатор — соответственно удельные потери в 1 кг стали стержня и ярма при соответствующих значениях величины магнитной индукции в них.

Величины удельных потерь определяются по таблице 7.

Таблица 7

В, Тл р, Вт/кг q, ВА/кг q3, ВА/м2
1 2 3 4
1.00 0.475 0.548 1000
1.20 0.675 0.752 4000
1.30 0.785 0.900 7400
1.40 0.930 1.060 11400
1.50 1.100 1.330 16600
1.56 1.207 1.575 20700
1.60 1.295 1.775 23500
1.66 1.472 2.556 28600
1.70 1.600 3.400 33000
1.76 1.824 7.180 40800
1.80 2.000 11.500 48000
1.86 2.270 37.720 60000
1.90 2.450 55.200 68000

5.4.2 Реактивная составляющая тока холостого хода определяется выражением

трансформатор %              (26)

где трансформатор и трансформатор — удельные намагничивающие мощности для стержня и ярма соответственно, ВА/кг;

трансформатор — удельные намагничивающие мощности на один стык, ВА/м2;

трансформатор — площадь стыков (определяется геометрически), м2;

трансформатор — количество стыков в трехфазном трансформаторе можно считать равным семи (в мощных трансформаторах при составных пластинах магнитопровода количество стыков может быть больше);

трансформатор — берется в кВА.

5.4.3 Активная составляющая тока холостого хода

трансформатор %.                                (27)

здесь потери холостого хода подставляют в Вт, а полную мощность трансформатора в кВА.

5.4.4 Ток холостого хода

трансформатор %.                          (28)

5.4.5 Расчет потерь короткого замыкания в обмотках

Потерями короткого замыкания двухобмоточного трансформатора согласно ГОСТ называют потери, возникающие в трансформаторе при номинальной частоте и установлении в одной из обмоток тока, соответствующего ее номинальной мощности, при замкнутой накоротко второй обмотке.

Потери короткого замыкания могут быть рассчитаны или определены экспериментально в опыте короткого замыкания трансформатора. При опыте короткого замыкания номинальные токи в обмотках возникают при относительно малом напряжении (5–10 % номинального значения), а потери в магнитной системе, примерно пропорциональные второй степени напряжения, обычно пренебрежимо малы.

Потери короткого замыкания в обмотках определяются выражением

(29)

(медь): трансформаторВт;

(алюминий): трансформаторВт,

куда плотность тока подставляют в А/мм2, а вес меди (алюминия) — в кг.

5.4.6 Потери в отводах обмотки НН

трансформатор.                                (30)

5.4.7 Потери в стенках бака от вихревых токов, Вт

трансформатор (31)

где k— определяется по табл.8;

S — мощность трансформатора, кВА.

5.4.8 Потери короткого замыкания

трансформатор (32)

Таблица 8

Мощность, кВА До 1000 1000—4000 6300-10000 16000-25000 40000

и выше
k 0.015-0.02 0.025-0.04 0.04-0.045 0.045-0.053 0.06-0.07

5.4.9 Активная составляющая напряжения короткого замыкания

трансформатор, %.                                     (33)

где потери короткого замыкания — в Вт, а полная мощность — в кВА.

5.4.10 Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания

трансформатор%              (34)

где трансформатор — средний диаметр изоляционного канала между обмотками, как и остальные линейные размеры, выражается в м;

трансформатор — приведенный канал рассеяния, определяемый выражением

трансформатор (35)

трансформатор — коэффициент Роговского, равный

трансформатор (36)

5.4.11 Напряжение короткого замыкания

трансформатор %.                               (37)

5.4.12 Изменение напряжения трансформатора

Изменение тока нагрузки трансформатора вызывает изменение падения напряжения и потерь активной мощности в его обмотках, что приводит к изменению вторичного напряжения и КПД трансформатора.

Изменение вторичного напряжения обычно выражают в процентах и определяют по формуле

трансформатор (38)

где трансформатор — номинальное напряжение первичной обмотки трансформатора, равное при холостом ходе напряжению вторичной обмотки трансформатор;

трансформатор — напряжение на вторичной обмотке приведенного трансформатора.

Обычно величину трансформатор определяют по формуле

трансформатор%               (39)

где трансформатор — называют коэффициентом нагрузки.

Изменение напряжения трансформатор, определенное при коэффициенте нагрузки, равном единице называют номинальным изменением напряжения трансформатор.

5.4.13 Построение внешней характеристики трансформатора

В практике эксплуатации трансформатора часто пользуются его внешней характеристикой, под которой понимают зависимость выходного напряжения от нагрузки, т.е. трансформатор или трансформатор при постоянном первичном напряжении трансформатор и частоте сети трансформатор при неизменном характере нагрузки трансформатор.

Вторичное напряжение U2 при нагрузке отличается от напряжения холостого хода на величину изменения напряжения, которая зависит от величины нагрузки и рассчитывается по выражениям (38) и (39).

Так как изменение напряжения пропорционально току нагрузки трансформатор, то внешняя характеристика практически представляет собой прямую линию. Как известно для задания прямой достаточно на плоскости определить две точки. Первой является значение напряжения холостого хода при величине тока трансформатор=0. В относительных единицах напряжение холостого хода равно 1.0. А вторая точка является напряжением холостого хода за вычетом изменения напряжения при соответствующем коэффициенте мощности нагрузки при величине тока трансформатор=1.0 о.е.

Внешняя характеристика в курсовом проекте строится для двух значений коэффициента мощности нагрузки (0.8 и 1.0) и приводится в пояснительной записке.

5.4.14 Расчет КПД трансформатора

Важной величиной, характеризующей экономичность работы трансформатора, является КПД, равный отношению активной мощности, отдаваемой трансформатором во вторичную сеть, к активной мощности, потребляемой им из сети:

трансформатор.                         (39а)

Первичную активную мощность можно представить так:

трансформатор (39б)

Потери холостого хода принимают равными потерям в стали. Они зависят от частоты напряжения в сети и величины магнитной индукции. При постоянном напряжении и частоте сети потери в стали практически от нагрузки не зависят и поэтому они получили название постоянных

трансформатор (39в)

Электрические потери в обмотках трансформатор и трансформатор пропорциональны квадрату тока и поэтому их называют переменными. Электрические потери, включая добавочные, обычно выражают через потери короткого замыкания при номинальных токах (32). При произвольной нагрузке они определяются как

трансформатор=трансформатор.                            (39г)

Вторичная активная мощность при трансформатор равна:

трансформатор (39д)

где трансформатор — номинальная мощность трансформатора, кВА.

С учетом изложенного КПД трансформатора будет равен:

трансформатор (40)

Задаваясь различными значениями трансформатор от 0 до 1.2 получим зависимость КПД трансформатора от нагрузки трансформатор, которую необходимо представить в виде кривой в прямоугольной системе координат. Кривые КПД имеют максимум, который можно определить, приравняв нулю производную трансформатор. При этом получим, что КПД имеет максимум, когда

трансформатор , то есть трансформатор.                 (40а)

В современных трансформаторах отношение потерь холостого хода к потерям короткого замыкания равно 0.2-0.4, а максимальное значение КПД достигает значений 0.98-0.995 при трансформатортрансформатортрансформатор=0.45-0.65.

—————————————————————————————————————————————

Знаете ли Вы, что: Существенно сэкономить на счетах за освещение поможет светодиодный светильник. В нем вместо лампы накаливания используется светодиодная лампа (led лампа), которая потребляет гораздо меньше энергии при той же светоотдаче.

—————————————————————————————————————————————

<< Предыдущая Содержание Следующая >>

Еще по теме

Оставить комментарий