какой формы сердечник трансформатора имеет наибольший кпд

ElectronicsBlog

Обучающие статьи по электронике

Выбор и параметры сердечника трансформатора

Всем доброго времени суток! В прошлой статье я рассказывал об определении габаритной мощности трансформатора Р_Г и об определении коэффициента заполнении окна k_ок трансформатора. Для выбора трансформатора этих данных недостаточно. Существенное влияние на его параметры оказывают заданные величины, например, напряжение, частота, режим и условия работы. Часто тип трансформатора, его сердечник и обмотки известны изначально, в противном случае их следует выбирать исходя из заданных условий.

Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.

Как выбрать тип трансформатора?

Тип трансформатора определяется конструкцией применяемого в нём сердечника. В настоящее время выпускается большое разнообразие сердечников в особенности ферритовых. Но среди них можно выделить три основных типа: стержневой (СТ), броневой (БТ) и тороидальный (ТТ). Остальные же являются, по сути, их модификацией с различными конструктивными особенностями.

Сделать однозначный выбор в пользу того или иного типа невозможно, так как каждый обладает своими достоинствами и недостатками и должен применяться в зависимости от назначения и предъявляемых к нему требований. К трансформаторам могут предъявляться следующие требования и их комбинация: массогабаритные, по стоимости, влияние собственных и внешних магнитных полей, конструктивные факторы и технологичность производства.

Основные типы конструкций сердечников трансформаторов: стержневой СТ, броневой БТ и тороидальный ТТ трансформаторы (слева направо).

При условии минимального падения напряжения (∆U) на промышленной частоте (50 Гц) наименьшим объемом обладает БТ, а весом – ТТ. Стержневые трансформаторы несколько уступают броневым (до 10%). При увеличении частоты, по весу – СТ улучшают свои параметры по сравнению с БТ, а по объему – ухудшаться. ТТ при возрастании частоты значительно улучшают массогабаритные показатели. Таким образом, при условии минимального падения напряжения при частоте 50 Гц рекомендуется применение броневых сердечников (БТ), а при повышении частоты следует использовать тороидальные сердечнике (ТТ), если вес и объем играет решающую роль.

Если ключевым требованием к трансформатору является постоянство рабочей температуры (∆T), то здесь рекомендации другие. При малой мощности БТ имеют преимущество, а в остальных случаях следует использовать СТ даже при повышенных частотах. Использование ТТ имеет смысл только на небольших мощностях особенно на повышенных частотах, так как с ростом мощности преимущества по массе и весу сглаживаются, а при больших мощностях (свыше сотен ватт) ТТ начинают уступать как СТ, так и БТ.

В итоге можно сказать, что для трансформаторов небольшой мощности (до 50 Вт) рекомендуется применять БТ и ТТ, а на высоких частотах – ТТ. При мощностях более 50 Вт показатели СТ становятся лучше, чем у БТ, а при мощностях более 250 Вт лучше, чем у ТТ.

Если условием для проектирования трансформатора является наибольшее значение КПД, то на промышленной частоте (50 Гц) лучшие показатели у БТ и СТ в порядке убывания, а на повышенных и высоких – ТТ и БТ, также в порядке убывания. Также стоит отметить, что ТТ обладает наименьшим намагничивающим током, при прочих равных условиях.

На высоких частотах важную роль часто играют магнитные поля рассеяния и восприимчивость к внешним магнитным полям. В этом отношении лучшими показателями отличаются тороидальные трансформаторы (при равномерно распределённой обмотке по сердечнику), а также стержневые трансформаторы (при равном разделении обмотки между стержнями). Собственная емкость у ТТ достаточно высокая по сравнению с БТ и СТ.

С точки зрения технологичности наилучшими показателями обладают БТ и СТ. Из недостатков ТТ здесь можно выделить следующее: необходимость последовательного изготовления сердечника и катушки, а также низкая производительность намотки катушки.

Рекомендуемые области применения различных типов трансформаторов.

Основные размеры трансформатора

Геометрические размеры трансформатора в большинстве случаев являются определяющими для его технико-экономических показателей. Основными размерами катушки трансформатора являются её высота и ширина (толщина), ограниченные размерами сердечника. Для сердечника основными размерами будут: ширина стержня, несущего катушку а; толщина стержня b; ширина окна с и высота окна h.

Основные размеры сердечников трансформаторов разных типов.

В технических характеристиках на сердечники и литературе единицей измерения размеров, как правило, является миллиметры мм (mm).

Для упрощения расчётов и некоторой унификации сердечников в отечественной литературе и методиках расчёта был введен так называемый базовый размер. В качестве базового может быть взят один из основных размеров трансформатора. В большинстве случаев в качестве базового размера берётся ширина стержня а. Тогда геометрия сердечника описывается следующими соотношениями

а с учетом базового размера

то есть геометрические параметры трансформатора с учётом базового размера выражаются формулами типа

где k – может иметь значение от 1 до 3, в зависимости от типа величины (1 – длины; 2 – площади, поверхности, сечения; 3 – объёмы);

φ_i – функция геометрической характеристики трансформатора, индекс «i» указывает конкретную характеристику.

Геометрические характеристики трансформатора и их функции.

Функции геометрии не имеют размерности, поэтому с их помощью проще проводить анализ различных типов трансформаторов.

Функции геометрических параметров броневого трансформатора

Итак, начнем c геометрических параметров броневого трансформатора:

— длина средней магнитной линии l_c

— средняя длина витка l_w

— площадь сечения сердечника s_c

— сечение окна сердечника s_ok

— площадь поверхности охлаждения катушки П_к

— площадь поверхности охлаждения сердечника П_с

— объем занимаемый катушкой V_k

— объем занимаемый сердечником V_c

Функции геометрических параметров стержневого трансформатора

Для геометрических параметров стержневого трансформатора функции имеют вид:

— длина средней магнитной линии l_c

— средняя длина витка l_w

— площадь сечения сердечника s_c

— сечение окна сердечника s_ok

— площадь поверхности охлаждения катушки П_к

— площадь поверхности охлаждения сердечника П_с

— объем занимаемый катушкой V_k

— объем занимаемый сердечником V_c

Функции геометрических параметров тороидального трансформатора

Ещё одним из основных типов трансформатора является тороидальный, для которого функции геометрии будут следующие:

— длина средней магнитной линии l_c

— средняя длина витка l_w

— площадь сечения сердечника s_c

— сечение окна сердечника s_ok

— площадь поверхности охлаждения катушки П_к

— площадь поверхности охлаждения сердечника П_с

— объем занимаемый катушкой V_k

— объем занимаемый сердечником V_c

Функции геометрических параметров φ­_i широко используются для расчёта электромагнитных нагрузок трансформатора (плотности тока j и индукции В) и его электрического расчета.

Выбор материала сердечника

На данный момент разработано большое количество магнитных материалов, из которых изготавливают сердечники трансформаторов. Основными из них являются:

Источник

КПД – коэффициент полезного действия трансформатора

КПД – коэффициент полезного действия, одна из важнейших характеристик, определяющая эффективность работы устройства, относящее к трансформаторам. Рассмотрим особенности определения указанного показателя трансформатора с учётом принципа работы, конструкции данного электрооборудования и факторов, влияющих на эффективность эксплуатации.

Общие сведения о трансформаторах

Трансформатором называют электромагнитное устройство, преобразующим переменный ток с изменением значения напряжения. Принцип работы прибора предполагает использование электромагнитной индукции.

Аппарат состоит из следующих основных элементов:

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

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

Что такое КПД трансформатора и от чего зависит

Коэффициентом полезного действия (полная расшифровка данной аббревиатуры) называют отношение полезной электроэнергии к поданной на прибор.

Кроме энергии, показатель КПД может определяться расчётом по мощностным показателям при соотношении полезной величины к общей. Эта характеристика очень важна при выборе аппарата и определяет эффективность его использования.

Величина КПД зависит от потерь энергии, которые допускаются в процессе работы аппарата. Эти потери существуют следующего типа:

Величина указанных потерь при проектировании устройства зависит от следующих факторов:

Снижение потерь в агрегате достигается в процессе проектирования устройства, с применением для изготовления сердечника магнито-мягких ферромагнитных материалов. Электротехническая сталь набирается в тонкие пластины, изолированные друг относительно друга специальным слоем нанесённого лака.

В процессе эксплуатации эффективность аппарата определяется:

Если в ходе работы агрегат постоянно недогружать или нарушать паспортные условия эксплуатации, помимо опасности выхода из строя это ведёт к снижению эффективности устройства.

Трансформатор, в отличие от электрических машин, практически не допускает механических потерь энергии, поскольку не включает движущихся узлов. Незначительный расход энергии возникает за счёт температурного нагрева устройства.

Методы определения КПД

КПД трансформатора можно подсчитать, с использованием нескольких методов. Данная величина зависит от суммарной мощности устройства, возрастая с увеличением указанного показателя. Значение эффективности колеблется в пределах от 0,8 до 0,92 при значении мощности от 10 до 300 кВт.

Зная величину предельной мощности, можно определить значение КПД, используя специальные таблицы.

Непосредственное измерение

Формула для вычисления данного показателя может быть представлена в нескольких выражениях:

ɳ = (Р2/Р1)х100% = (Р1 – ΔР)/Р1х100% = 1 – ΔР/Р1х100%,

Из указанной формулы видно, что значение показателя КПД не может превышать единицу.

После поэтапного преобразования приведённой формулы с учётом использования значений электротока, напряжения и угла между фазами, получается такое соотношение:

ɳ = U2хI2хcosφ2/ U2хI2хcosφ2 + Робм + Рс,

Представленная формула содержится в ГОСТе, описывающем определение данного показателя.

Определение косвенным методом

Для приборов, обладающих большой эффективностью работы, при величине КПД, превышающем 0,96, точный расчёт не всегда оказывается возможным. Поэтому данное значение определяется при помощи косвенного метода, предполагающего оценку мощностных показателей в первичной катушке, вторичной и допущенных потерь.

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

Более подробно про КПД трансформатора можете прочитать здесь(откроется в новой вкладе, читать со страницы 14): Открыть файл

Источник

Когда трансформатор имеет максимальное значение кпд?

Что такое КПД трансформатора и от чего зависит

Коэффициент полезного действия (полная расшифровка аббревиатуры) – это соотношение между полезной электроэнергией и мощностью, подаваемой на устройство.

Помимо энергии, показатель эффективности можно определить путем расчета показателей мощности с отношением полезной стоимости к общей. Эта особенность очень важна при выборе устройства и определяет эффективность его использования.

Величина КПД зависит от потерь энергии, которые допускаются при работе устройства. Эти потери бывают следующего типа:

Величина потерь, указанная при проектировании устройства, зависит от следующих факторов:

Снижение потерь в установке достигается при проектировании устройства с использованием магнитомягких ферромагнитных материалов для изготовления сердечника. Электросталь собирается в тонкие пластины, изолированные друг от друга специальным слоем нанесенной краски.

В процессе эксплуатации КПД аппарата определяется:

Если в процессе эксплуатации агрегат постоянно недогружается или нарушаются условия эксплуатации паспорта, помимо опасности выхода из строя, это приводит к снижению КПД устройства.

Трансформатор, в отличие от электрических машин, практически не допускает потерь механической энергии, так как не включает движущиеся части. Незначительное энергопотребление происходит из-за нагрева устройства температурой.

Зависимость КПД трансформатора от нагрузки

Для построения графика ή = f (β) при cosφ2 = 1,0 и cosφ2 = 0,8 КПД трансформатора определяют для ряда значений коэффициента нагрузки β, равного 0,25; 0,5; 0,75; 1.0 и 1.2 с использованием выражения

где Snom – номинальная мощность трансформатора, ВА.

По результатам расчетов построены графики эффективности (рис. 6).

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

Значение отмечается на оси абсцисс, и после нанесения ординаты в этой точке определяются максимальные значения эффективности. Эти значения можно получить из (31), подставив в это выражение :

5.1. На основании паспорта и расчетных данных заполнить таблицу1

Значения I1nom и I2nom рассчитываются по формуле I nom = (они нужны при проведении теста на короткое замыкание), значения Ukz, ΔPst и ΔPm укладываются в таблицу по результатам экспериментов.

5.2. Проведите эксперимент XX.

Расчеты необходимо производить по формулам 14-18.

5.3. Выполните тест на короткое замыкание.

Для этого в схеме эксперимента ХХ замените вольтметр во вторичной обмотке на амперметр согласно схеме подключения на рисунке 8. Используйте амперметр с пределом измерения 1А на вертикальной части держателя. Используя LATR, увеличьте напряжение от 0 до значения, при котором ток в первичной обмотке достигает номинального значения (I1k = I1nom).

Запишите показания измерительных приборов в таблицу. 3.

Расчеты необходимо производить по формулам 21-24, 27.

5.4. Проведите эксперимент по нагрузке трансформатора, собрав схему, показанную на рис

Чтобы изменить cosφ2, используйте индуктивность в качестве нагрузки (cosφ2 = 0,8).

Запишите показания измерительных приборов в таблицу. 4.

Расчеты необходимо проводить по формулам:

По этим данным построить внешние характеристики 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.

Существуют следующие типы устройств:

Статический аппарат состоит из следующих основных конструктивных элементов: двух (или более) обмоток и магнитопровода, также называемого сердечником. В трансформаторах напряжение подается на первичную обмотку и снимается со вторичной в преобразованном виде. Обмотки индуктивно связаны посредством магнитного поля в сердечнике.

Вместе с другими преобразователями трансформаторы имеют коэффициент полезного действия (сокращенно – КПД), обозначенный символом. Это соотношение представляет собой отношение эффективно используемой энергии к энергии, потребляемой системой. Его также можно выразить как соотношение между мощностью, потребляемой нагрузкой, и мощностью, потребляемой устройством из сети. КПД относится к одному из основных параметров, характеризующих эффективность работы, выполняемой трансформатором.

Разные виды трансформаторов и их коэффициенты

Хотя конструктивно преобразователи мало чем отличаются друг от друга, сфера их применения довольно широка. Помимо рассмотренных, существуют следующие типы трансформаторов:

Особенностью автотрансформатора является отсутствие гальванической развязки, первичная и вторичная обмотки выполнены одним проводом, а вторичная является частью первичной. Pulse масштабирует прямоугольные сигналы короткими импульсами. Сварщик работает в режиме короткого замыкания. Разделительные устройства используются там, где в электротехнике требуется особая безопасность: влажные помещения, помещения с большим количеством металлических изделий и тому подобное. Их k в основном равно 1.

Пиковый трансформатор преобразует синусоидальное напряжение в импульсное. Двойная индуктивность состоит из двух двойных катушек, но по конструктивным особенностям относится к трансформаторам. Transfluxor содержит сердечник, состоящий из магнитопровода с высокой остаточной намагниченностью, что позволяет использовать его в качестве памяти. Спиннер передает сигналы вращающимся объектам.

Воздушные и масляные трансформаторы различаются по способу охлаждения. Масло используется для масштабирования высокой мощности. Трехфазные используются в трехфазной цепи.

Для получения дополнительной информации см. Таблицу коэффициента трансформации трансформатора тока.

Практически все эти устройства имеют магнитопровод. Поток появляется за счет движения электронов в каждом из витков обмотки, а сила токов не должна быть нулевой. Текущий коэффициент трансформации также зависит от типа сердечника:

Коэффициент трансформации трансформаторов – это соотношение между напряжением обмотки высокого напряжения (HV) и напряжением обмотки низкого напряжения (LV) в режиме холостого хода:

Где: Kl – коэффициент трансформации линейных напряжений;

U1 – линейное напряжение обмотки ВН;

U2 – линейное напряжение обмотки НН.

При определении коэффициента трансформации однородных трансформаторов или коэффициента трансформации трехфазных

трансформаторов, соотношение напряжений можно приравнять к соотношению количества витков обмотки

где: Кф – коэффициент фазового превращения;

U1f, U2f – фазные напряжения обмоток ВН и НН соответственно;

При измерении коэффициента линейной трансформации трехфазного трансформатора равенство отношения наибольшего и наименьшего линейного напряжения обмоток и, как следствие, количества витков ВН и НН сохраняется только при одних и тех же группах включения этих обмоток обмотки.

Если первичная и вторичная обмотки соединены одинаково, например, как в звезду, так и в треугольник и так далее, коэффициенты фазового и линейного преобразования равны между собой. При разных схемах соединения обмоток, например, одна в звезду, а другая в треугольник, коэффициенты линейного и фазового преобразования не совпадают (в этом случае они отличаются друг от друга в 3 раза).

Определение коэффициента трансформации проводится по всем ветвям обмоток и по всем фазам. Эти меры, помимо проверки самого коэффициента трансформации, позволяют проверить правильность установки выключателя напряжения на соответствующих этапах, а также целостность обмоток.

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

Рис.2 Определение коэффициента трансформации.

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

Внимание! Напряжение подается только на обмотки ВН (A, B, C). Результаты измерений занесены в таблицу 2

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

Результаты измерений занесены в таблицу 2. Пределы измерения вольтметра: ПВ1-250В, ПВ2-15В.

Примечание: в этой работе трансформатор имеет 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 методами. Это значение зависит от общей мощности устройства, увеличиваясь с увеличением указанного показателя. Значение КПД колеблется от 0,8 до 0,92 при значении мощности от 10 до 300 кВт.

Зная предельное значение мощности, можно определить значение КПД с помощью соответствующих таблиц.

Непосредственное измерение

Формулу расчета этого показателя можно представить в нескольких выражениях:

ɳ = (Р2 / Р1) х100% = (Р1 – ΔР) / Р1х100% = 1 – ΔР / Р1х100%,

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

После пошагового преобразования приведенной выше формулы с учетом использования значений электрического тока, напряжения и угла между фазами получается следующее соотношение:

ɳ = U2xI2xcosφ2 / U2xI2xcosφ2 + Robm + Pc,

Представленная формула содержится в ГОСТе, который описывает определение этого показателя.

Расчеты эффективности

Определение косвенным методом

Для устройств с высоким КПД, значение КПД которых превышает 0,96, точный расчет не всегда возможен. Поэтому это значение определяется косвенным методом, который предполагает оценку показателей мощности в первичной, вторичной обмотке и допустимых потерь.

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

Виды потерь в трансформаторе

Процесс передачи электроэнергии от первичной обмотки ко вторичной сопровождается потерями. По этой причине передается не вся энергия, а большая ее часть.

В конструкции устройства нет вращающихся частей, в отличие от других электрических машин. Этим объясняется отсутствие в нем механических потерь.

Итак, устройство имеет следующие потери:

Энергетическая диаграмма и Закон сохранения энергии

Согласно схеме формула определения эффективной мощности P2 выглядит следующим образом:

P2 = P1-ΔPel1-ΔPel2-ΔPm (1)

где P2 полезен, а P1 – мощность, потребляемая устройством от сети.

Обозначая полные потери ΔP, закон сохранения энергии будет иметь вид: P1 = ΔP + P2 (2)

Из этой формулы видно, что P1 расходуется на P2, а также на общие потери ΔP. Таким образом, КПД трансформатора получается в виде отношения между заданной (полезной) и потребляемой мощностью (соотношение между P2 и P1).

Как рассчитать силовой трансформатор по формулам за 5 этапов

Вот упрощенная методика, которую я использую несколько десятилетий для создания и тестирования самодельных трансформаторных устройств из железа неизвестной марки с точки зрения мощности нагрузки.

С его помощью мне почти всегда удавалось намотать схему 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 эффективности как соотношении между электрической мощностью S2, преобразованной во вторичной обмотке, и общей мощностью S1, применяемой в первичной обмотке.

Потери мощности во вторичной обмотке оцениваются по статистической таблице.

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

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

Таким образом, первый этап расчета позволяет: зная необходимое значение первичной или вторичной мощности, выбрать магнитопровод, исходя из формы и сечения сердечника; или, исходя из размера существующей магнитной цепи, оценить электрическую мощность, которую может передать разработанный трансформатор.

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

Силовой трансформатор создан для преобразования электрической энергии из одного значения напряжения в другое, например U1 = 220 В на входе и U2 = 24 В на выходе.

Коэффициент трансформации в данном примере записывается в виде выражения 220/24 или дроби со значением первичного напряжения в числителе и значением вторичного напряжения в знаменателе. Также он позволяет определить соотношение количества витков между обмотками.

На первом этапе мы уже определили электрические мощности 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 жилы катушки используется эмпирическое выражение с учетом того, что плотность тока находится в пределах 1,8 ÷ 3 ампера на квадратный миллиметр.

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

Теперь давайте просто извлечем из него квадратный корень и умножим его на коэффициент 0,8. Полученное число записывается в миллиметрах. Это расчетный диаметр проволоки для катушки.

Подбирается с учетом допустимого тепловыделения за счет протекающего по нему тока. Если позволяет пространство в центральном окне, диаметр можно немного увеличить. Таким образом, эти обмотки будут лучше адаптированы к тепловым нагрузкам.

Когда даже при плотной намотке все витки провода не входят в окно магнитопровода, его сечение может немного уменьшиться. Однако такой трансформатор следует использовать для кратковременной работы и последующего охлаждения.

При выборе диаметра провода получают оптимальное соотношение его нагрева при работе и размера свободного пространства внутри сердечника, позволяющего 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 собирают из различных марок электротехнической стали, подобранных для конкретных условий работы. Они рассчитываются с использованием сложных и индивидуальных алгоритмов.

Домашнему мастеру достаются магнитопроводы неизвестной марки, определить их электрические характеристики у него практически невозможно. Поэтому в формулах учтены средние параметры, исправить которые при вводе в эксплуатацию несложно.

Для расчета вводится эмпирический коэффициент ω ‘. Он учитывает величину напряжения в вольтах, которое индуцируется за один оборот катушки и связано с поперечным сечением магнитной цепи Qc (cmq).

В первичной обмотке количество витков рассчитываем как W1 = ω ‘∙ U1, а во вторичной – W2 = ω’ ∙ U2.

Этап №5. Учет свободного места внутри окна магнитопровода

На этом этапе необходимо прикинуть: все ли обмотки войдут в свободное пространство окна сердечника с учетом размеров катушки.

Для этого мы предполагаем, что провод имеет поперечное сечение не круглого, а квадратного сечения с одной стороной того же диаметра. Так, при идеально идеальной плотной упаковке она будет занимать площадь, равную продукту одной секции по количеству витков.

Давайте увеличим эту область на 30 процентов, потому что это не так идеально подходит для обтекания кривых. Это будет место внутри полостей катушки и все же займет некоторое место.

Далее сравниваем полученные площади для катушек каждой обмотки с окном магнитопровода и делаем выводы.

Второй способ оценки – обернуть кривые «на удачу». Его можно использовать, если новая конструкция перемотана проводом от старых катушек, работающих на том же сердечнике.

Общие сведения о трансформаторах

Трансформатор – это электромагнитное устройство, которое преобразует переменный ток при изменении значения напряжения. Принцип работы устройства предполагает использование электромагнитной индукции.

Аппарат состоит из следующих основных элементов:

Принцип работы трансформатора

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

Ток на выходной катушке возбуждается, создавая магнитный поток, когда на входные контакты подается напряжение.

Определение коэффициента полезного действия

С точностью, необходимой для расчета устройства, полученные ранее значения эффективности можно взять из таблицы 1:

Как показано в таблице, значение параметра напрямую зависит от общей мощности.

Определение КПД методом непосредственных измерений

Формула расчета КПД может быть представлена ​​в нескольких вариантах:

Это выражение четко отражает, что значение КПД трансформатора не больше единицы, а кроме того, не равно ему.

Следующее выражение определяет значение чистой мощности:

P2 = U2 * J2 * cosφ2, (4)

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

Поскольку P1 = ΔP + P2, формула (3) принимает следующий вид:

Электрические потери первичной обмотки ΔPel1n зависят от квадрата протекающего в ней тока. Поэтому их следует определять следующим образом:

где rmp – активное сопротивление обмотки.

Поскольку работа электромагнитного устройства не ограничивается номинальным режимом, определение степени токовой нагрузки требует использования коэффициента нагрузки, который равен:

где J2n – номинальный ток вторичной обмотки.

Отсюда запишем выражения для определения тока вторичной обмотки:

Если подставить это равенство в формулу (5), получим следующее выражение:

Обратите внимание, что ГОСТ рекомендует определять значение КПД по последнему выражению.

Обобщая представленные сведения, отметим, что определить КПД трансформатора можно по значениям мощности первичной и вторичной обмоток аппарата на номинальном режиме.

Падения напряжения и сопротивления обмоток трансформатора

Относительные активные падения напряжения в первичной и вторичной обмотках однофазного трансформатора при номинальной нагрузке:

В случае трехфазного трансформатора разделите правые члены этих формул на √3. Активные сопротивления обмоток однофазного трансформатора:

В случае трехфазного трансформатора правые части этих формул необходимо разделить на 3 при соединении обмоток звездой.

Сопротивление короткого замыкания двухобмоточного трансформатора, приведенное к первичной обмотке:

где U1 и U2 взяты из задачи, 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:

Индуктивное реактивное сопротивление короткого замыкания двухобмоточного трансформатора, приведенное к первичной обмотке:

U1 и f взяты из задания; I1 и I2 – из положения 1; E1, W1 и W2 – из положения 4; δ1, δ2, δ12 и H – с позиции 6, lω1 и lω2 – с позиции 7.

Сопротивление короткого замыкания двухобмоточного трансформатора:

Напряжение короткого замыкания двухобмоточного трансформатора:

В случае трехфазного трансформатора разделите правую часть выражения на xk и умножьте на 3 для ek.

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

где cos φ2 берется из активности, cos φ1 – из позиции 1.

Определение КПД косвенным методом

Из-за высоких значений КПД, которые могут составлять 96% и более, а также неэффективности прямого метода измерения, невозможно рассчитать параметр с высокой степенью точности. Поэтому его определение обычно проводят косвенно.

Обобщая все полученные выражения, получаем следующую формулу для расчета КПД:

η = (P2 / P1) + ΔPm + ΔPel1 + ΔPel2, (11)

Подводя итог, следует отметить, что высокий коэффициент полезного действия указывает на эффективную работу электромагнитного устройства. Потери в обмотках и стали сердечника согласно ГОСТу определяются опытом вакуума или короткого замыкания, и меры, направленные на их уменьшение, помогут достичь максимально возможных значений КПД, к которому следует стремиться.

Расчет номинальной мощности трансформатора

Номинальная мощность, МБ • А, трансформатора на подстанции с числом трансформаторов n> 1 в общем виде определяется выражением

Для сетевых подстанций, где в аварийном режиме возможно отключение до 25% малоответственных потребителей, обычно принимается равным 0,75… 0,85. При отсутствии потребителей III категории К 1-2 = 1 Для производств (потребителей) 1-й и особой группы известны конструктивные решения, ориентированные на нагрузку 50% трансформаторов.

Рекомендуется широкое использование склада и мобильного резерва трансформаторов, а в аварийных условиях допускается перегрузка трансформаторов на 40% на максимальное время с общей суточной продолжительностью не более 6 часов не более 5 дней.

В этом случае коэффициент заполнения суточного графика нагрузки трансформаторов кН в условиях перегрузки не должен быть больше 0,75, а начальный коэффициент нагрузки kpn не должен быть больше 0,93.

Поскольку K1-2 1, их соотношение составляет K = K 1-2 / K для он всегда меньше единицы и характеризует запас мощности, который закладывается в трансформатор при выборе его номинальной мощности. Чем меньше это соотношение, тем меньше установленный запас мощности, подаваемый на трансформаторы, и тем эффективнее будет использование мощности трансформатора с учетом перегрузки.

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

Уменьшение коэффициента возможно только до такого значения, чтобы с учетом перегрузочной способности трансформатора и возможности отключения не ответственных потребителей он покрывал основную нагрузку одним трансформатором, оставшимся в эксплуатации в при аварийном выходе из строя второго трансформатора.

Итак, для двухтрансформаторной подстанции

В настоящее время существует практика выбора номинальной мощности одного трансформатора для двух трансформаторных подстанций с учетом значения k = 0,7, т.е.

Формально выражение (3.14) оказывается неверным: фактически единицей измерения активной мощности является Вт; полная мощность (полная) – ВА. Существуют различия в физической интерпретации S и P. Но следует понимать, что компенсация реактивной мощности выполняется на шинах подстанции 5UR, SAM, а коэффициент мощности cos f находится в диапазоне 0,92… 0, 95.

Следовательно, ошибка, связанная с упрощенным выражением от (3.13) до (3.14), не превышает инженерной ошибки 10%, которая включает как приблизительное значение 0,7, так и ошибку определения фиксированного Pmax

Отсюда общая установленная мощность двухтрансформаторной подстанции.

При этом значении k в аварийном режиме поддерживается примерно 98% Pmax без отключения безответственных пользователей. Однако, учитывая принципиально высокую надежность трансформаторов, можно считать вполне приемлемым отключение части безответственных потребителей в редком аварийном режиме.

Если на подстанции установлено два или более трансформатора, в случае аварии с одним из трансформаторов, работающих параллельно, остальные работающие трансформаторы принимают на себя нагрузку. Эти аварийные перегрузки не зависят от предыдущего режима работы трансформатора, они кратковременны и служат для обеспечения прохождения максимальной нагрузки.

Ниже приведены значения кратковременных перегрузок масляных трансформаторов с системами охлаждения M, D, DC, Ts выше номинального тока (независимо от продолжительности предыдущей нагрузки, температуры окружающей среды и места установки).

Аварийные перегрузки маслонаполненных трансформаторов со всеми видами охлаждения:

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

Самостоятельный расчет обмотки мощности трансформатора

Расчет обмотки сварочного трансформатора.

Используя книги по радио и электронной технике, мы можем самостоятельно рассчитать обмотку и мощность трансформатора со стандартным W-образным сердечником. Для расчета мощности такого устройства, как трансформатор, необходимо правильно рассчитать сечение магнитопровода. Что касается стандартных трансформаторов с W-сердечником, размер секции магнитной цепи будет измеряться длиной поставляемых пластин, изготовленных из специальной электротехнической стали. Итак, чтобы определить сечение магнитопровода, необходимо умножить два показателя, например, толщину набора пластин и ширину центрального лепестка W-образной пластины.

Взяв линейку, мы можем измерить ширину всего излучаемого трансформатора. Очень важно, что все измерения лучше проводить в сантиметрах, а также расчеты. Это позволяет исключить появление ошибок в формулах и сэкономить ненужные вычисления при переводе с сантиметров в метры. Итак, образно принимаем ширину рядов, равную трем сантиметрам.

Далее нужно измерить ширину его центрального лепестка. Эта задача может стать проблематичной, так как многие трансформаторы могут быть закрыты пластиковым каркасом из-за их технологических характеристик. В этом случае вы не сможете, не увидев предварительно реальную ширину, произвести расчеты, хотя бы близкие к реальным. Чтобы измерить этот параметр, необходимо поискать места, где это можно было бы сделать. В противном случае можно аккуратно разобрать его корпус и измерить этот параметр, но делать это следует с максимальной точностью.

Как определяется коэффициент полезного действия трансформатора?

Электроэнергия, как известно, передается на большие расстояния с напряжением выше уровня, используемого потребителями. Использование трансформаторов необходимо для преобразования напряжений в требуемые значения, для повышения качества процесса передачи электроэнергии, а также для уменьшения возникающих потерь.

Как определяется коэффициент полезного действия трансформатора?

Электроэнергия, как известно, передается на большие расстояния с напряжением выше уровня, используемого потребителями. Использование трансформаторов необходимо для преобразования напряжений в требуемые значения, для повышения качества процесса передачи электроэнергии, а также для уменьшения возникающих потерь.

Интересное видео: КПД трансформатора 100%

Источник