Министерство образования Российской Федерации
Реферат
КПД трансформатора. Устройство и работа
Выполнил:
Нижний Новгород 2004 год
Введение
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.
Университет Политеки де Каталунья. В данной статье представлена методология получения и использования эквивалентной схемы трансформатора с регулированием, в котором можно изменять отношение трансформации. Этот аспект недостаточно освещен в большинстве современных учебников, в которых схема трансформатора с регулированием представлена необоснованно. В этом документе показано, как получить эквивалентную схему трансформатора и как его применять, используя как фактические значения, так и значения на единицу.
Обработка со значениями на единицу может быть выполнена путем выбора базовых значений произвольно, что является очевидным преимуществом, когда речь идет об определении некоторых номинальных напряжений исследуемого трансформатора. Хотя цель статьи - представить метод трансформаторов с регулированием, этот метод также применим для трансформаторов с постоянным коэффициентом трансформации, в котором должно быть определено одно из их номинальных напряжений. Статья содержит два примера с очень разными полями приложений, которые иллюстрируют преимущества предлагаемого метода.
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.
Ключевые слова: Силовой трансформатор, РПН, эквивалентная схема, стационарный анализ, моделирование, по единицам значений. Электроэнергия, даже в высоковольтных электроустановках. Это очень полезное устройство. Если, кроме того, в транспортно-распределительных сетях, чтобы изменить их отношение трансформации, оно также используется. Одной из проблем, возникающих в связи с расчетами с трансформатором этого типа, является обработка его эквивалентной схемы. Проблема осложняется, когда расчеты проводятся с суммой на единицу, где базовые значения и номинальные значения не совпадают.
Устройство
Трансформаторы бывают: повышающие, понижающие однофазные, трех и многофазные. Силовые, измерительные, испытательные.
Номинальные данные щитка: S H , квт, U 1 H /U 2 H , I 1 H /I 2 H , l/l, ?.
Активными элементами трансформатора являются
1. магнитопровод
2. обмотки
Магнитопроводы бывают:
1. Броневые
2. Стержневые
Расчет параметров эквивалентной схемы трансформатора в значениях на единицу очень прост, когда выбранные базовые значения и номинальные значения трансформатора совпадают. Однако существует несколько причин, по которым невозможно выбрать базовые значения, равные номинальным значениям; Например, когда задача заключается в определении номинального напряжения или напряжения, которые должны быть назначены трансформатору для достижения определенного напряжения на данном узле в исследуемой сети или когда в системе имеется несколько трансформаторов, и невозможно выбрать значения База равна номинальным значениям всех из них.
Магнитопровод с обмоткой помещается в бак с трансформатором маслом, которое служит для изоляции и охлаждения
Основные параметры трансформаторов
С другой стороны, очень мало учебников, которые методично представляют получение эквивалентной схемы и которые оправдывают как выбор базовых значений, так и используемых гипотез расчета. Цель этой статьи - показать, как получить и применить эквивалентные схемы трансформатора двух обмоток с переменным коэффициентом трансформации, параметры которого могут быть выражены в физических величинах или значениях на единицу, если базовые значения выбраны таким образом произвольны.
Эквивалентная схема трансформатора зависит от типа исследования, которое должно выполняться, и особенно от частотного диапазона, который может возникать на волнах напряжения и тока исследуемой системы. Эквивалентные схемы, изученные в этой статье, действительны только для анализа сетей на постоянной и сбалансированной основе; например, для изучения потоков нагрузки, в которых используются однофазные модели. Документ был организован следующим образом. Первоначально он представляет собой краткое введение эквивалентных схем однофазного трансформатора двух постоянных обмоток, а также эквивалентных схем, используемых в этой работе.
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.
Применение этих схем иллюстрируется двумя примерами, относящимися к очень различным приложениям: выбором номинального напряжения и вычислением постоянных токов короткого замыкания в случае симметричной неисправности. Эта схема может служить для представления однофазного трансформатора или любой фазы трехфазного трансформатора как в стационарном, так и в низкочастотном переходных процессах. В случае необходимости анализа полного поведения трехфазного трансформатора, помимо включения представления трех фаз, необходимо учитывать тип соединения с обеих сторон трансформатора.
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.
В этой работе анализируются только подходящие схемы, представляющие собой трансформатор двух обмоток, работающих в устойчивом состоянии и в условиях сбалансированной и сбалансированной нагрузки. В таких условиях трехфазный трансформатор может быть представлен однофазной эквивалентной схемой.
Эквивалентная схема трансформатора с двумя обмотками. Параметры, которые появляются в схеме, имеют очень конкретный физический смысл. Представление не является единственным, использованным в исследованиях с трансформаторами. Использование эквивалентных схем, в которых две обмотки трансформатора представлены одним резистором и одной индуктивностью, независимо от того, относится ли она к первичной стороне.
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.
Секция была разделена на две части, в каждой из которых будет получен эквивалентный трансформатор с регулированием. И наоборот, можно будет получить импеданс короткого замыкания, относящийся к первичной стороне, когда регулирующие гнезда расположены на вторичной стороне и, следовательно, известно номинальное напряжение на стороне. Сопротивление короткого замыкания со стороны вторичной стороны.
Уравнения передачи этой схемы следующие. Из сравнения между уравнениями следует, что. Пример. Схема того, что будет использоваться, когда известно номинальное вторичное напряжение, и значение, когда известно номинальное первичное напряжение. Вышеприведенные схемы были получены с использованием базовых значений, выбранных произвольно.
Коэффициент полезного действия трансформатора
Преобразование электрической энергии в трансформаторе сопровождается потерями энергии на нагрев сердечника и обмоток. Уравнение баланса мощностей трансформатора имеет вид:
Потери в меди первичной обмотки,
Потери в стали трансформатора,
Величина
и назвать ее потерями в меди трансформатора, то КПД трансформатора можно выразить так
Поскольку предполагается, что. И результирующая схема трансформатора с параметрами на единицу, видимая как с первичной стороны, так и с вторичной стороны, будет показана на рисунке. Чтобы получить эту эквивалентную схему, нет необходимости, чтобы выбранные базовые напряжения были равны номинальным напряжениям трансформатора, но соотношение между базовыми напряжениями и номинальными напряжениями одинаково.
Эквивалентные схемы регулируемого трансформатора были получены для однофазного трансформатора. Как процедура, так и эквивалентные схемы и расчет параметров будут одинаковыми в случае работы с трехфазными трансформаторами. Общей целью двух примеров, включенных в этот раздел, является показать, как можно использовать различные схемы регулируемого трансформатора, рассмотренные в предыдущем разделе.
Потери 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.
Этот пример включает две части, в которых изучается один и тот же трансформатор, хотя значения, которые будут определены, будут разными в каждой части. В каждом случае речь идет об определении одного из номинальных напряжений трансформатора. Схема, используемая для представления трансформатора, будет зависеть от неизвестного напряжения в каждом случае. Хотя процедура одинакова с обеих сторон, есть некоторые важные различия, которые оправдывают изучение этих двух случаев. Обратите внимание, что исследуемый трансформатор может быть либо трансформатором с лентами, либо трансформатором с фиксированным коэффициентом трансформации.
Активную мощность в нагрузке трансформатора можно вычислить по формуле:
Анализ полученного выражения показывает, что КПД неоднозначно зависит от коэффициента нагрузки b и является функцией характера нагрузки что иллюстрируется кривыми, приведенными на рис. 6
 |
При 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.
Расчет номинального первичного напряжения. Рассмотрим трансформатор, показанный на рис. Это трансформатор с переменным коэффициентом трансформации, для которого его номинальное первичное напряжение можно регулировать. Пример 1А: Диаграмма исследуемого случая.
Пример будет решен с использованием двух разных процедур, и в обоих случаях вычисления будут выполняться с количествами на единицу. Пример 1А: Схема эквивалентного трансформатора. Поэтому базовые и номинальные значения. Обратите внимание, что и базовое значение, и номинальное значение напряжения на первичной стороне неизвестны. На самом деле это значение, которое должно быть получено в этом примере.
 |
 |
Следовательно КПД имеет максимум при такой нагрузке, при которой потери в меди трансформатора равны потерям в стали. Для трансформаторов большей мощности
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.
Согласно уравнению имеем. Известные условия работы следующие. Значение напряжения в узле 1 может быть получено следующим выражением. Напомним, что центральный параметр выражается как импеданс и поперечные параметры в качестве допусков. Базовые и номинальные значения теперь выглядят следующим образом.
Известные условия работы такие же, как и в предыдущем исследовании. Однако для известных рабочих условий на единицу есть новинка, так как теперь также известно напряжение в узле 1. Что касается параметра а, то. Базовые значения и номинальные значения теперь выглядят следующим образом.
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,
Однако для рабочих условий на единицу теперь известно также напряжение на узле 2. Ахаджа. «Принципы проектирования трансформаторов». Харлоу. «Электроснабжение». Стивенсон. «Анализ энергосистемы». Скотт Мейер. «Автоматическая регулировка кранов трансформатора и фазовращателя в потоке мощности Ньютона». Том 90, выпуск 1, стр. 103.
Карнейро. «Модели устройств управления напряжением для анализа потока мощности распределения». Том 16, выпуск 4, стр. 586. В бразильском секторе электроэнергетики трансмиссионные компании получают вознаграждение за доступность их активов независимо от количества переданной электроэнергии.
Список используемой литературы.
1. Китунович Ф.Г.
Электротехника.
3-е изд., переработанное и дополненное.
Минск. «Высш. Школа», 1991.
2. Евдокимов Ф. Е.
Теоретические основы электротехники.
Изд. 4-е, перераб. и доп. Учебник для энергетич.
и электротехнич. специальностей техникумов.
М. «Высш. Школа», 1975.
Ключевые слова: анализ огибающей данных; передача электроэнергии; обзор тарифов. В бразильском энергетическом секторе трансмиссионные компании получают доходы за счет наличия их средств передачи независимо от количества передаваемой электроэнергии. Чтобы повысить эффективность их работы, регулирующий орган периодически проверяет размер дотаций. Расчет эффективных эксплуатационных расходов является первым этапом процесса пересмотра тарифов. Этот алгоритм включает модель охвата данных, описанную в этой статье.
Ключевые слова: анализ охвата данных; передача электроэнергии; пересмотра тарифов. Система передачи, сложная сеть электрических кабелей, изоляторов, вышек, трансформаторов, автоматических выключателей, реакторов, банков конденсаторов, аппаратного и другого оборудования осуществляется между электростанциями и центрами потребления. Из комбинации этих установок строятся линии электропередачи и подстанции, основные элементы системы передачи, отвечающие за мгновенный баланс производства и потребления электрической энергии.
3. Касаткин А.С.
Основы электротехники.
М.-Л., изд-во «Энергия», 1966.
4. Касаткин А.С. Немцов М.В.
Электротехника: Учеб. пособие для вузов.-
4-е изд., перераб.- М.: Энергоатомиздат, 1983.-
Построим зависимость КПД от нагрузки. При β= 0 полезная мощность и КПД равны нулю. С увеличением отдаваемой мощности КПД увеличивается, так как уменьшается удельное значение магнитных потерь в стали, имеющих постоянное значение. Принекотором значении (β опт кривая КПД достигает максимума, после чего начинает уменьшаться с увеличением нагрузки. Причиной этого является сильное увеличение электрических потерь в обмотках, возрастающих пропорционально квадрату тока.
Линии электропередачи и подстанции представляют собой активы с высокими неизлечимыми фиксированными расходами и требуют долгосрочного погашения инвестиций. Из-за эффекта масштаба передача электроэнергии является естественной монополией, и поэтому ее необходимо поместить в соответствии с правилами механизма экономического регулирования, способным имитировать условия конкурентного рынка.
Экономическое регулирование передачи происходит путем контроля за доходами передатчиков. Передача активов оплачивается за их доступность, независимо от полного использования их возможностей, и каждый объект имеет право на годовую разрешенную выручку, определенную Национальным агентством по электроэнергии.
45. При каком условии КПД трансформатора максимален?
Максимальное КПД в трансформаторах большой мощности достигает весьма высоких пределов (0,98...0,99).
β опт, при котором КПД имеет максимальное значение, можно определить, взяв первую производнуюdη / dβ по формуле и приравняв ее нулю. КПДимеет максимум когда электрические потери в обмотках равны магнитным потерям в стали.
46. Оптимальный коэффициент нагрузки, при котором КПД трансформатора максимален. Формула.
47. Какие схемы соединения обмоток применяются в 3-х фазных трансформаторах?
Трехфазные трансформаторы могут быть соединены по схемам «звезда», «звезда с выведенной нулевой точкой», «треугольник» или «зигзаг с выведенной нулевой точкой».
48. В чем особенность соединения «зигзаг»?
Особенностью схемы "зигзаг" является то, что каждую фазу обмотки разделяют на две равные части (полуфазы), которые располагают на разных стержнях магнитопровода и соединяют между собой последовательно и встречно . ЭДС фазы обмотки, соединенной в "зигзаг", равна геометрической разности ЭДС полуфаз, которые сдвинуты на 120 º . Поэтому для достижения равенства фазных ЭДС обмотки, соединенной по схеме "звезда", и обмотки, соединенной по схеме "зигзаг", число витков последней должно быть увеличено в 2/(3) 1/2 ~ 1,15 раза. Это является недостатком схемы "зигзаг", так как при таком соединении увеличивается расход обмоточного провода.
49. В каких трансформаторах применяется соединение обмоток «зигзаг»?
Первичная и вторичная обмотки трехфазных трансформаторов могут быть соединены по схемам «звезда», «звезда с выведенной нулевой точкой», «треугольник» или «зигзаг с выведенной нулевой точкой».
Схема соединения зигзаг
Каждая фаза состоит из 2ух одинаковых катушек, размещенных на разных стержнях и соединенных между собой встречно так, чтобы векторы индуцируемых в них ЭДС вычитались.
50. Группа соединения трансформатора. Определение.
Из лекций - ГРУППЫ СОЕДИНЕНИЙ ОБМОТОК ТРАНСФОРМАТОРОВ
Трансформаторы делят на группы в зависимости от сдвига по фазе между линейными напряжениями, измеренными на одноименных зажимах.
Однофазные трансформаторы. В них напряжения первичной и вторичной обмоток могут совпадать по фазе или быть сдвинутыми на 180 о
Группы соединений обозначают целыми числами от 0 до 11. Номер группы определяют величиной угла, на который вектор линейного напряжения обмотки НН отстает от вектора линейного напряжения обмотки ВН. Для определения номера группы этот угол следует разделить на 30°.
Для однофазных трансформаторов возможны только две группы соединений: нулевая и шестая.
В зависимости от схемы соединения обмоток (У и Д) и порядка соединения их начал и концов получаются различные углы сдвига фаз между линейными напряжениями.
При соединении обмотки НН по схеме Z н, а обмотки ВН по схеме У фазные напряжения обмотки НН сдвинуты относительно соответствующих фазных напряжений обмотки ВН на угол 330°, т. е. при таком соединении имеем одиннадцатую группу. Это объясняется тем, что между векторами линейных напряжений имеется такой же угол.
Из инета - Определение группы соединения трехфазных трансформаторов
Группа соединения трансформатора характеризует сдвиг по фазе между векторами линейных напряжений первичной и вторичной обмоток. Группу соединения принято выражать числом, полученным от деления на 30 угла (в градусах), на который отстает вектор вторичного напряжения от соответствующего вектора первичного напряжения.
