Эффективность трансформатора; Школа электротехники: электротехника и электроника

КПД трансформатора определяется как отношение мощности P2, отдаваемой трансформатором в нагрузку, к мощности P1, потребляемой из сети:

Эффективность трансформатора

Эффективность трансформатораКПД трансформатора определяется как отношение мощности P2, поступающей в нагрузку через трансформатор, к мощности P1, потребляемой из сети:

КПД описывает эффективность преобразования напряжения трансформатора.

В практических приложениях КПД трансформатора рассчитывается по следующей формуле

где ∑ P = P el + P mg – суммарные потери трансформатора.

Эта формула менее чувствительна к ошибкам в определении P1 и P2, и поэтому дает более точное значение коэффициента эффективности.

Полезная мощность, передаваемая трансформатором в сеть, рассчитывается по формуле

где k ng = I2/I2n – коэффициент нагрузки трансформатора.

Электрические потери в обмотках определяются опытом короткого замыкания трансформатора

P el = k ng 2 x P k,

где Pk = rk x I 2 1n – потери короткого замыкания при номинальном токе.

Потери в стали Pmg определяются по характеристической кривой холостого хода rmg = Ro

Они предполагаются постоянными для всех условий работы трансформатора, так как при u1 = const ЭДС E1 изменяется незначительно в условиях эксплуатации.

Исходя из приведенных выше данных, мы можем определить КПД трансформатора по следующей формуле:

Анализ этого выражения показывает, что КПД трансформатора достигает максимума при нагрузке, когда потери в обмотках равны потерям в стали.

Определение оптимального коэффициента загрузки трансформатора

Рис. 1 Определение оптимального значения коэффициента нагрузки трансформатора

Из этого мы получаем оптимальное значение коэффициента нагрузки трансформатора:

k ngopt = √ Po/P k

В современных силовых трансформаторах отношение потерь P o/P1 = (0,25 – 0,4), поэтому максимум η имеет место при k ng = 0,5 – 0,6 (рис. 1).

Как видно из кривой η(kng), трансформатор имеет почти постоянный КПД в широком диапазоне нагрузок от 0,5 до 1,0. При низких нагрузках η трансформатора резко снижается.

трансформаторная подстанция
Трансформаторная подстанция

Если вам понравилась эта статья, пожалуйста, поделитесь ею в социальных сетях. Это очень поможет в развитии нашего сайта!

– Число витков, относящихся к одной фазе трансформатора напряжения, на двойную и многовитковую обмотку;

49. в каких трансформаторах соединение обмоток зигзагообразное?

Основной
и вторичных обмоток трехфазного
трансформаторы могут быть соединены в
звезда, звезда с вводом, звезда с выводом
нейтральная точка”, “треугольник” или
“зигзаг с удаленной нейтральной точкой”.

Диаграмма
зигзагообразный узор

Каждый
Каждая фаза состоит из 2 одинаковых катушек
размещены на разных ядрах и
соединены таким образом, что векторы индуцированной электродвижущей силы
так что векторы наведенной ЭДС
вычитаются.

Коэффициент полезного действия (полное определение этой аббревиатуры) – это отношение полезной электрической энергии к электрической энергии, поступающей в устройство.

Методы определения эффективности

КПД трансформатора может быть рассчитан несколькими методами. Значение зависит от общей мощности устройства и увеличивается по мере роста мощности. КПД варьируется от 0,8 до 0,92, а мощность – от 10 кВт до 300 кВт.

Зная предельную мощность, значение КПД можно определить по специальным таблицам.

Прямое измерение

Формула для расчета этого значения может быть представлена в нескольких выражениях:

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

  • ɳ – значение коэффициента эффективности;
  • P2 и P1 – чистая мощность и чистое потребление энергии соответственно;
  • ΔP – величина полных потерь мощности.

Из приведенной выше формулы следует, что значение коэффициента эффективности не может быть больше единицы.

После пошагового преобразования приведенной выше формулы, используя значения электрического тока, напряжения и фазового угла, получается следующее соотношение:

ɳ = U2xI2xcosφ2/ U2xI2xcosφ2 + Robm + Pc,

  • U2 и I2 – напряжение и ток вторичной обмотки соответственно;
  • Robm и Pc – потери в обмотке и сердечнике.

Приведенная формула включена в ГОСТ, в котором описано определение этого соотношения.

эффективность

Расчет эффективности

Использование косвенного метода

Для высокоэффективных устройств со значением КПД более 0,96 точный расчет не всегда возможен. Поэтому это значение определяется косвенным методом, который оценивает значения мощности в первичной катушке, вторичной катушке и предполагаемые потери.

косвенно

Оценивая работу трансформатора, стоит обратить внимание на высокий КПД этого устройства, обусловленный его конструктивными особенностями.

Подробнее об эффективности трансформаторов можно прочитать здесь (откроется в новой вкладке, читать со страницы 14): Открыть файл

КПД трансформатора – это отношение активной мощности, которую он отдает, к мощности, которую он потребляет.

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТРАНСФОРМАТОРА

§ 3.5 ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТРАНСФОРМАТОРА
В отличие от электрических машин, трансформатор не имеет движущихся частей, поэтому механические потери при работе также отсутствуют. Потери, возникающие при работе трансформатора, включают в себя потери на гистерезис (возникающие в результате постоянного циклического намагничивания сердечника), вихревые токи и нагрев проводов обмотки. Других потерь в трансформаторе практически нет.

КПД трансформатора – это отношение активной мощности, которую он отдает, к мощности, которую он потребляет.

где P1 – мощность, забираемая из сети, P2 – мощность, подаваемая на нагрузку. Чтобы определить практический КПД трансформатора при номинальной нагрузке, необходимо измерить мощность в первичной и вторичной обмотках. Это измерение можно значительно упростить, включив активную нагрузку во вторичную обмотку (Рисунок 3-10). Таким образом, мощность может быть рассчитана по показаниям амперметра и вольтметра во вторичной цепи, поскольку ток утечки мал. Этот метод определения

Метод определения эффективности называется методом прямого измерения. Этот метод очень прост, но имеет два основных недостатка: он не очень точен и неэкономичен. Низкая точность объясняется тем, что КПД трансформаторов очень высок (до 99% и более) и в некоторых случаях (особенно для трансформаторов большой мощности) мощности P2 и P1 не сильно отличаются, поэтому небольшая ошибка в показаниях прибора приведет к значительному искажению расчетов КПД.

Неэффективность этого метода заключается в высоком потреблении энергии во время испытания, поскольку трансформаторы должны быть нагружены до номинальной мощности. По этой причине метод прямого измерения не нашел промышленного применения, но он может быть использован для трансформаторов малой мощности и низкого КПД (например, в учебной практике).

На практике КПД трансформаторов определяется косвенно, т.е. путем отдельного определения потерь, исходя из того, что КПД трансформатора можно представить следующим образом:

где Pst потери в стали (в сердечнике) и Pm потери в меди (в обмотках) измеряются в экспериментах холостого хода и короткого замыкания соответственно.

Для определения потерь обычно используются два теста: тест холостого хода и тест короткого замыкания.

Испытание холостого хода, при котором первичная обмотка I находится под напряжением, а вторичная обмотка II разомкнута, определяет потери в стали трансформатора, т.е. потери на гистерезис и вихревые токи (рис. 3-11). Эти потери зависят от частоты тока и магнитного потока. Поскольку частота тока постоянна (50 Гц) и магнитный поток при номинальном напряжении первичной обмотки также практически постоянен, независимо от того, загружен трансформатор или нет, потери в стали постоянны для трансформатора. Поэтому можно предположить, что в режиме холостого хода энергия, потребляемая трансформатором из сети, расходуется только на потери в стали, так что мощность этих потерь можно измерить ваттметром в первичной цепи. Однако при этом не учитываются потери, связанные с нагревом первичного проводника током холостого хода. Однако этот ток ничтожно мал, и связанные с ним потери также ничтожны. Этот тест также определяет коэффициент трансформации k и ток холостого хода I01.

Если вторичная обмотка трансформатора закорочена

а на первичную обмотку подается пониженное напряжение (в школьной практике, например, с помощью РПН), чтобы токи в обмотках не превышали номинальных значений, энергия, потребляемая трансформатором из сети, расходуется в основном на тепловые потери в проводниках обмотки трансформатора (рис. 3-12). На самом деле, при коротком замыкании вторичной обмотки к первичной обмотке прикладывается пониженное напряжение, поэтому магнитный поток очень мал, и потери в стали, которые зависят от величины магнитного потока, также малы. Этот эксперимент называется экспериментом с коротким замыканием.

Поэтому ваттметр, подключенный к первичной цепи трансформатора в эксперименте с коротким замыканием, покажет мощность, соответствующую потерям в меди Pm

Внимание! Напряжение подается только на обмотки WN (A, B, C). Результаты измерений следует занести в таблицу 2.

Методы определения эффективности

КПД трансформатора может быть рассчитан несколькими методами. Значение зависит от общей мощности устройства и увеличивается по мере увеличения указанного значения. КПД варьируется от 0,8 до 0,92, а мощность – от 10 кВт до 300 кВт.

Зная предельную мощность, значение КПД можно определить по специальным таблицам.

Прямое измерение

Формула для расчета этого соотношения может быть представлена в нескольких выражениях:

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

  • ɳ – значение коэффициента эффективности;
  • P2 и P1 – чистая мощность и чистое потребление энергии соответственно;
  • ΔP – величина полных потерь мощности.

Из приведенной выше формулы видно, что значение коэффициента эффективности не может быть больше единицы.

После пошагового преобразования приведенной выше формулы с использованием значений электрического тока, напряжения и фазового угла получается следующее соотношение:

ɳ = U2xI2xcosφ2/ U2xI2xcosφ2 + Robm + Pc,

  • U2 и I2 – напряжение и ток вторичной обмотки соответственно;
  • Robm и Pc – потери в обмотке и сердечнике.

Приведенная формула включена в ГОСТ, в котором описано определение этого соотношения.


Расчет эффективности

Определение косвенным методом

В случае высокоэффективных приборов со значением КПД более 0,96 не всегда возможно точно рассчитать это значение. Поэтому это значение определяется косвенным методом, который предполагает оценку значений мощности в первичной катушке, вторичной катушке и допустимых потерь.

Читайте также: СИЗ – средства индивидуальной защиты для электриков

Оценивая характеристики трансформатора, важно обратить внимание на высокий КПД этого устройства, обусловленный его конструктивными особенностями.

Подробнее об эффективности трансформаторов можно прочитать здесь (откроется в новой вкладке, читать со страницы 14):Открыть файл

Потери в стали Pmg определяются опытным путем в режиме холостого хода. Измерение с помощью ваттметра, подключенного к электрической сети.

В каком режиме и как определить КПД трансформатора?

dnepr1

В работающем трансформаторе всегда присутствуют как магнитные, так и электрические потери. Магнитные потери в трансформаторе состоят из потерь на вихревые токи и потерь на гистерезис.

Величина этих потерь зависит от напряжения U1 и магнитной индукции B. Можно считать, что они постоянны при постоянном входном напряжении.

Потери в стальном Pmg определяются опытным путем при отсутствии нагрузки. Измеряется ваттметром, подключенным к сети.

Электрические потери в трансформаторе зависят от нагрузки, т.е. от величины токов в обмотках.

Номинальное значение Pkn соответствует потерям короткого замыкания трансформатора. Измерено тем же ваттметром при пониженном напряжении.

КПД – это отношение мощности, отдаваемой вторичной обмоткой, к мощности, получаемой из сети первичной обмоткой.

Читайте далее:
Сохранить статью?