КПД трансформатора. Устройство и работа

Реферат

Трансформаторы — один из основных видов электротехнического оборудования. Благодаря им можно получать электрическую энергию, при наиболее удобном напряжении, передавать ее с минимальными потерями напряжения и использовать при напрядении, рассчитанном на любого возможного потребителя. Передача электрической энергии от места производства до потребителя требует создания многих повышающих и понижающих напряжение трансформаторов. В зависимости от параметров электроэнергии, необходимой тем или иным потребителям, трансформаторы изготавливают на различные мощности и напряжения. Существуют трансформаторы мощностью от нескольких вотльт-ампер до 1 200 000 кВ*А и более.

Для транспортировки электроэнергии построены десятки и сотни тысяч километров высоковольтных линий электропередачи напряжением 110, 220, 330, 500, 700, 1150 и 1500 кВ.

Для обеспечения этих линий элетропередачи, разработанны и освоены мощные трансформаторы и автотрансформаторы; создане крупные серии распределительных трансформаторов общего назначения различной мощности и назначения; специальные трансформаторы для электротермических преобразовательных и других установок; пусковые, передвижные, регулировочные, испытательные и другие специальные трансформаторы.

Устройство

Трансформатор состоит из замкнутого железного сердечника, на который надеты две (иногда и более) катушки с проволочны­ми обмотками (рис. 1).

Одна из обмоток, называемая первич­ной, подключается к источнику переменного напряжения. Вторая обмотка, к которой присоединяют «нагрузку», т. е. приборы и устройства, потребляющие электроэнергию, называется вторич­ной. Схема устройства трансформатора с двумя обмотками при­ведена на рисунке 2,

Трансформаторы бывают: повышающие, понижающие однофазные, трех и многофазные. Силовые, измерительные, испытательные.

Номинальные данные щитка: S H , квт, U1H /U2H , I1H /I2H , l/l, ?.

Активными элементами трансформатора являются

1. магнитопровод

2. обмотки

Магнитопроводы

1. Броневые

2. Стержневые

Магнитопроводы 1

Рис.1 Рис.2

Обмотки

а) дисковые у броневого трансформатора

б) цилиндрические

в) винтовые

г) непрерывные

Однослойные и многослойные

Магнитопроводы 2
Магнитопроводы 3 Магнитопроводы 4

Магнитопроводы 5Магнитопроводы 6Магнитопроводы 7

Магнитопровод с обмоткой помещается в бак с трансформатором маслом, которое служит для изоляции и охлаждения

Основные параметры трансформаторов

Генераторы электрического тока по техническим причинам, нельзя изготовлять на очеь большие напряжени, даже крупные из них имеют напряжения не более 24 кВ, а такое напряжение можно использовать только на малых расстояниях от электростанции.

Чтобы передача электрической энергии(электроэнергии) на многие сотни и тысячи километров стали выгодной, необходимо значительно большее напряжение 500, 750 кВ и более. Для этой цели и служит трансформатор — электомагнитное устройство с двумя или более обмотками, предназначенное для преобразования с помощью элетромагнитной индукции переменного тока одного напряжения в переменный ток другого(или других) напряжений. Обмотка трансформатора, к которой подводиться энергия преобразуемого перемнного тока, называется первичной, а обмотка от которой отводится энергия преобразованного переменного тока — вторичной.Существут трансформаторы у которых помимо первичной и вторичной обмоток, существует третья обмотка с промежуточным напряжением.

Обмотки трансформаторов, к которым подводится энергия преобразуемого или отводится энергия преобразованного переменного тока, нахывают основными, напрмер, первичная и вторичная обмотки трансформатора. Кроме основных, у трансформатора могут быть и другие обмотки, не связанные непосредственно с приемом или отдачей энергии преобразованного переменного тока, которые называют вспомогательными. Различают Различают основные обмотки трансформатора высшего(ВН), низшего(НН) и среднего (СН) напряжений.

Обмотка ВН имеет наибольшее номинальное напаряжение по сравнению с другими основными обмотками трансформатора, Обмотка НН — наименьшее номинальное напряжение, а обмотка СН — номинальное напряжение, являющееся промежуточным между ВН и НН.

Трансформатор у которого первичной обмоткой называется НН — называют повышающим. В конце линии передач, где начинаеться распределение энергии, устанавливают трансформаторы, снижающие напряжение линнии до напряжений, необходимых потребителю. Первичной в таких трансформаторах служит обмотка ВН, а трансформаторы называются понижающими. Таким образом, в зависимости от назначения повышать или понижать, напряжение первичной обмотки одного и того же трансформатора может быть обмотка НН или ВН.

Коэффициент полезного действия трансформатора

Преобразование электрической энергии в трансформаторе сопровождается потерями энергии на нагрев сердечника и обмоток. Уравнение баланса мощностей трансформатора имеет вид:

Коэффициент полезного действия трансформатора 1
Коэффициент полезного действия трансформатора 2

где — активная мощность, потребляемая от сети,

Коэффициент полезного действия трансформатора 3Коэффициент полезного действия трансформатора 4 j — мощность, отдаваемая в нагрузку,

Коэффициент полезного действия трансформатора 5

Коэффициент полезного действия трансформатора 6 — потери в стали трансформатора,

Коэффициент полезного действия трансформатора 7
  • потери в меди вторичной обмотки.

Процесс преобразования энергии в трансформаторе иллюстрирует энергетическая диаграмма, приведенная на рис. 5

Коэффициент полезного действия трансформатора 8

Величина

Коэффициент полезного действия трансформатора 9

носит названия коэффициента полезного действия трансформатора.

Если обозначить сумму

Коэффициент полезного действия трансформатора 10

Коэффициент полезного действия трансформатора 11 и назвать ее потерями в меди трансформатора, то КПД трансформатора можно выразить так

Коэффициент полезного действия трансформатора 12Коэффициент полезного действия трансформатора 13Потери в стали определяются величиной и частотой изменения магнитного потока в сердечнике трансформатора, а так как поток почти не зависит от нагрузки, то потери в стали остаются почти постоянными и равными потерям в режиме ХХ

Поскольку потери в меди обмотки пропорциональны квадрату действующего значения тока, через нее протекающего, последние могут быть определены из упрощенной схемы замещения трансформатора (рис 2-) в режиме КЗ.

Коэффициент полезного действия трансформатора 14
  • потери в меди при номинальном токе первичной обмотки,

Коэффициент полезного действия трансформатора 15

  • потери в меди при токе, отличном от номинального,
Коэффициент полезного действия трансформатора 16

Активную мощность в нагрузке трансформатора можно вычислить по формуле:

Коэффициент полезного действия трансформатора 17

где — — полная мощность в нагрузке трансформатора в номинальном

режиме. Теперь выражение, определяющее КПД трансформатора можно записать в виде:

Коэффициент полезного действия трансформатора 18

Эта формула рекомендована ГОСТом для определения КПД трансформатора.

Коэффициент полезного действия трансформатора 19 Анализ полученного выражения показывает, что КПД неоднозначно зависит от коэффициента нагрузки b и является функцией характера нагрузки что иллюстрируется кривыми, приведенными на рис. 6

Коэффициент полезного действия трансформатора 20

Рис. 6

Коэффициент полезного действия трансформатора 21Коэффициент полезного действия трансформатора 22Коэффициент полезного действия трансформатора 23При b =0, h =0. С ростом отдаваемой мощности h увеличивается, т.к. в энергетическом балансе уменьшается удельное значение потерь в стали, имеющих приблизительно постоянное значение. При некотором значении КПД достигает максимума, после чего начинает уменьшаться с ростом тока нагрузки. Причиной этого является увеличение потерь в меди, возрастающих пропорционально квадрату тока (или ), в то время как полезная мощность растет пропорционально b. Значение можно получить из условия.

Коэффициент полезного действия трансформатора 24

при этом

Коэффициент полезного действия трансформатора 25

Коэффициент полезного действия трансформатора 26Коэффициент полезного действия трансформатора 27Следовательно КПД имеет максимум при такой нагрузке, при которой потери в меди трансформатора равны потерям в стали. Для трансформаторов большей мощности

Коэффициент полезного действия трансформатора 28Коэффициент полезного действия трансформатора 29Коэффициент полезного действия трансформатора 30Коэффициент полезного действия трансформатора 31Коэффициент полезного действия трансформатора 32Коэффициент полезного действия трансформатора 33=0,5 — 0,7, при этом =0,995. Трансформаторы малой мощности рассчитывается как, чтобы =1, тогда =0,7 – 0,9. При уменьшении величины КПД уменьшается, т.к. возрастают токи и , при которых трансформатор имеет заданную мощность .

Трансформатор состоит из замкнутого железного сердечника, на который надеты две (иногда и более) катушки с проволочны­ми обмотками (рис. 1).

Одна из обмоток, называемая первич­ной, подключается к источнику переменного напряжения. Вторая обмотка, к которой присоединяют «нагрузку», т. е. приборы и устройства, потребляющие электроэнергию, называется вторич­ной. Схема устройства трансформатора с двумя обмотками при­ведена на рисунке 2,

Список используемой литературы., Китунович Ф.Г.

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/referat/moschnost-kpd/

Электротехника.

3-е изд., переработанное и дополненное.

Минск. «Высш. Школа», 1991.

Евдокимов Ф. Е.

Теоретические основы электротехники.

Изд. 4-е, перераб. и доп. Учебник для энергетич.

и электротехнич. специальностей техникумов.

М. «Высш. Школа», 1975.

Касаткин А.С.

Основы электротехники.

М.-Л., изд-во «Энергия», 1966.

Касаткин А.С. Немцов М.В.

Электротехника: Учеб. пособие для вузов.-

4-е изд., перераб.- М.: Энергоатомиздат, 1983.-