Что такое полезная нагрузка в трансформаторе
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:
- первичной и вторичной обмоток;
- сердечника, вокруг которого навиты обмотки.
Принцип работы трансформатора
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:
- электрического – в проводниках катушек;
- магнитного – в материале сердечника.
Величина указанных потерь при проектировании устройства зависит от следующих факторов:
- габаритных размеров устройства и формы магнитной системы;
- компактности катушек;
- плотности составленных комплектов пластин в сердечнике;
- диаметра провода в катушках.
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:
- поданной нагрузкой;
- диэлектрической средой – веществом, использованным в качестве диэлектрика;
- равномерностью подачи нагрузки;
- температурой масла в агрегате;
- степенью нагрева катушек и сердечника.
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%,
в которой:
- ɳ – значение КПД;
- Р2 и Р1 – соответственно величина полезной и потребляемой сетевой мощности;
- ΔР – величина суммарных мощностных потерь.
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,
в которой:
- U2 и I2 – соответственно, значение напряжения и тока во вторичной обмотке;
- Робм и Рс – величина потерь в обмотках и сердечнике.
Представленная формула содержится в ГОСТе, описывающем определение данного показателя.
Расчёты КПД
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
Известно, что электрическая энергия передаётся на большие расстояния при напряжениях, превышающих уровень, используемый потребителями. Применение трансформаторов необходимо для того, чтобы преобразовывать напряжения до требуемых значений, увеличивать качество процесса передачи электроэнергии, а также уменьшать образующиеся потери.
Описание и принцип работы трансформатора
Трансформатор представляет собой аппарат, служащий для понижения или повышения напряжения, изменения числа фаз и, в редких случаях, для изменения частоты переменного тока.
Существуют следующие типы устройств:
- силовые;
- измерительные;
- малой мощности;
- импульсные;
- пик-трансформаторы.
Статический аппарат состоит из следующих основных конструктивных элементов: двух (или более) обмоток и магнитопровода, который также называют сердечником. В трансформаторах напряжение подаётся на первичную обмотку, и с вторичной снимается уже в преобразованном виде. Обмотки связаны индуктивно, посредством магнитного поля в сердечнике.
Наряду с прочими преобразователями, трансформаторы обладают коэффициентом полезного действия (сокращённо — КПД), с условным обозначением . Данный коэффициент представляет собой соотношение эффективно использованной энергии к потреблённой энергии из системы. Также его можно выразить в виде соотношением мощности, потребляемой нагрузкой к потребляемой устройством из сети. КПД относится к одному из первостепенных параметров, характеризующих эффективность производимой трансформатором работы.
Виды потерь в трансформаторе
Процесс передачи электроэнергии с первичной обмотки на вторичную сопровождается потерями. По этой причине происходит передача не всей энергии, но большей её части.
В конструкции устройства не предусмотрены вращающиеся части, в отличие от прочих электромашин. Это объясняет отсутствие в нём механических потерь.
Так, в аппарате присутствуют следующие потери:
- электрические, в меди обмоток;
- магнитные, в стали сердечника.
Энергетическая диаграмма и Закон сохранения энергии
Принцип действия устройства можно схематически в виде энергетической диаграммы, как это показано на изображении 1. Диаграмма отражает процесс передачи энергии, в ходе которого и образуются электрические и магнитные потери .
Согласно диаграмме, формула определения эффективной мощности P2 имеет следующий вид:
P2=P1-ΔPэл1-ΔPэл2-ΔPм (1)
где, P2 — полезная, а P1 — потребляемая аппаратом мощность из сети.
Обозначив суммарные потери ΔP, закон сохранения энергии будет выглядеть как: P1=ΔP+P2 (2)
Из этой формулы видно, что P1 расходуется на P2, а также на суммарные потери ΔP. Отсюда, коэффициент полезного действия трансформатора получается в виде соотношения отдаваемой (полезной) мощности к потребляемой (соотношение P2 и P1).
Определение коэффициента полезного действия
С требуемой точностью для расчёта устройства, заранее выведенные значения коэффициента полезного действия можно взять из таблицы №1:
| Суммарная мощность, Вт | Коэффициент полезного действия |
|---|---|
| 10-20 | 0,8 |
| 20-40 | 0,85 |
| 40-100 | 0,88 |
| 100-300 | 0,92 |
Как показано в таблице, величина параметра напрямую зависит от суммарной мощности.
Определение КПД методом непосредственных измерений
Формулу для вычисления КПД можно представить в нескольких вариантах:
(3)
Данное выражение наглядно отражает, что значение КПД трансформатора не больше единицы, а также не равно ей.
Следующее выражение определяет значение полезной мощности:
P2=U2*J2*cosφ2, (4)
где U2 и J2 — вторичные напряжение и ток нагрузки, а cosφ2 — коэффициент мощности, значение которого зависит от типа нагрузки.
Поскольку P1=ΔP+P2, формула (3) приобретает следующий вид:
(5)
Электрические потери первичной обмотки ΔPэл1н зависят от квадрата силы протекающего в ней тока. Поэтому определять их следует таким образом:
(6)
В свою очередь:
(7)
где rmp — активное обмоточное сопротивление.
Так как работа электромагнитного аппарата не ограничивается номинальным режимом, определение степени загрузки по току требует использования коэффициента загрузки , который равен:
β=J2/J2н, (8)
где J2н — номинальный ток вторичной обмотки.
Отсюда, запишем выражения для определения тока вторичной обмотки:
J2=β*J2н(9)
Если подставить данное равенство в формулу (5), то получится следующее выражение:
(10)
Отметим, что определять значение КПД, с использованием последнего выражения, рекомендовано ГОСТом.
Резюмируя представленную информацию, отметим, что определить коэффициент полезного действия трансформатора можно по значениям мощности первичной и вторичной обмотки аппарата при номинальном режиме.
Определение КПД косвенным методом
Из-за больших величин КПД, которые могут быть равны 96% и более, а также неэкономичности метода непосредственных измерений, вычислить параметр с высокой степенью точности не представляется возможным. Поэтому его определение обычно проводится косвенным методом.
Обобщив все полученные выражения, получим следующую формулу для вычисления КПД:
η=(P2/P1)+ΔPм+ΔPэл1+ΔPэл2, (11)
Подводя итог, следует отметить, что высокий показатель КПД свидетельствует об эффективно производимой работе электромагнитного аппарата. Потери в обмотках и стали сердечника, согласно ГОСТу, определяют при опыте холостого хода, либо короткого замыкания, а мероприятия, направленные на их снижение, помогут достичь максимально возможных величин коэффициента полезного действия, к чему и необходимо стремиться.
Интересное видео: КПД трансформатора 100%
Источник
Âíåøíÿÿ õàðàêòåðèñòèêà òðàíñôîðìàòîðà
Èçâåñòíî, ÷òî íàïðÿæåíèå íà âûâîäàõ âòîðè÷íîé îáìîòêè òðàíñôîðìàòîðà çàâèñèò îò òîêà íàãðóçêè, ïîäêëþ÷åííîé ê ýòîé îáìîòêå. Äàííàÿ çàâèñèìîñòü íàçûâàåòñÿ âíåøíåé õàðàêòåðèñòèêîé òðàíñôîðìàòîðà.
Âíåøíÿÿ õàðàêòåðèñòèêà òðàíñôîðìàòîðà ñíèìàåòñÿ ïðè ïîñòîÿííîì íàïðÿæåíèè ïèòàíèÿ, êîãäà ñ èçìåíåíèåì íàãðóçêè, ïî ñóòè — ñ èçìåíåíèåì òîêà íàãðóçêè, èçìåíÿåòñÿ è íàïðÿæåíèå íà âûâîäàõ âòîðè÷íîé îáìîòêè, ò. å. âòîðè÷íîå íàïðÿæåíèå òðàíñôîðìàòîðà.
Ýòî ÿâëåíèå îáúÿñíÿåòñÿ òåì, ÷òî íà ñîïðîòèâëåíèè âòîðè÷íîé îáìîòêè, ñ èçìåíåíèåì ñîïðîòèâëåíèÿ íàãðóçêè, èçìåíÿåòñÿ è ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ, è çà ñ÷åò èçìåíåíèÿ ïàäåíèÿ íàïðÿæåíèÿ íà ñîïðîòèâëåíèè ïåðâè÷íîé îáìîòêè, èçìåíÿåòñÿ ñîîòâåòñòâåííî è ÝÄÑ âòîðè÷íîé îáìîòêè.
Ïîñêîëüêó óðàâíåíèå ðàâíîâåñèÿ ÝÄÑ â ïåðâè÷íîé îáìîòêå ñîäåðæèò âåêòîðíûå âåëè÷èíû, íàïðÿæåíèå íà âòîðè÷íîé îáìîòêå çàâèñèò è îò òîêà íàãðóçêè, è îò õàðàêòåðà ýòîé íàãðóçêè: àêòèâíàÿ ëè îíà, èíäóêòèâíàÿ èëè åìêîñòíàÿ.
Î õàðàêòåðå íàãðóçêè ñâèäåòåëüñòâóåò âåëè÷èíà óãëà ñäâèãà ôàç ìåæäó òîêîì ÷åðåç íàãðóçêó è íàïðÿæåíèåì íà íàãðóçêå.  öåëîì, ìîæíî ââåñòè êîýôôèöèåíò íàãðóçêè, êîòîðûé ïîêàæåò òî, âî ñêîëüêî ðàç òîê íàãðóçêè îòëè÷àåòñÿ îò íîìèíàëüíîãî äëÿ äàííîãî òðàíñôîðìàòîðà:
Äëÿ òî÷íîãî ðàñ÷åòà âíåøíåé õàðàêòåðèñòèêè òðàíñôîðìàòîðà ìîæíî ïðèáåãíóòü ê ñõåìå çàìåùåíèÿ, â êîòîðîé, èçìåíÿÿ ñîïðîòèâëåíèå íàãðóçêè, ôèêñèðîâàòü íàïðÿæåíèå è òîê âòîðè÷íîé îáìîòêè.
Òåì íå ìåíåå, äëÿ ïðàêòèêè ïîëåçíîé îêàçûâàåòñÿ ñëåäóþùàÿ ôîðìóëà, â êîòîðóþ ïîäñòàâëÿþòñÿ íàïðÿæåíèå õîëîñòîãî õîäà è «èçìåíåíèå âòîðè÷íîãî íàïðÿæåíèÿ», êîòîðîå èçìåðÿåòñÿ â ïðîöåíòàõ, è âû÷èñëÿåòñÿ êàê àðèôìåòè÷åñêàÿ ðàçíîñòü ìåæäó íàïðÿæåíèåì õîëîñòîãî õîäà è íàïðÿæåíèåì ïðè äàííîé íàãðóçêå â ïðîöåíòàõ îò íàïðÿæåíèÿ õîëîñòîãî õîäà:
Âûðàæåíèå äëÿ íàõîæäåíèÿ «èçìåíåíèÿ âòîðè÷íîãî íàïðÿæåíèÿ» ïîëó÷àþò ñ îïðåäåëåííûìè äîïóùåíèÿìè èç ñõåìû çàìåùåíèÿ òðàíñôîðìàòîðà:
Çäåñü ââåäåíû âåëè÷èíû ðåàêòèâíîé è àêòèâíîé ñîñòàâëÿþùåé íàïðÿæåíèÿ êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ. Äàííûå ñîñòàâëÿþùèå íàïðÿæåíèÿ (àêòèâíàÿ è ðåàêòèâíàÿ) íàõîäÿòñÿ ÷åðåç ïàðàìåòðû ñõåìû çàìåùåíèÿ, ëèáî íàõîäÿòñÿ ýêñïåðèìåíòàëüíûì ïóòåì â îïûòå êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ.
Îïûò êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ ïîçâîëÿåò ìíîãîå óçíàòü î òðàíñôîðìàòîðå. Íàïðÿæåíèå êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ íàõîäÿò êàê îòíîøåíèå íàïðÿæåíèÿ êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ â ýêñïåðèìåíòå ê íîìèíàëüíîìó ïåðâè÷íîìó íàïðÿæåíèþ. Ïàðàìåòð «íàïðÿæåíèå êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ» óêàçûâàåòñÿ â ïðîöåíòàõ.
 õîäå ýêñïåðèìåíòà ó òðàíñôîðìàòîðà íàêîðîòêî çàìûêàþò âòîðè÷íóþ îáìîòêó, ïðè ýòîì íà ïåðâè÷íóþ ïîäàþò íàïðÿæåíèå çíà÷èòåëüíî íèæå íîìèíàëüíîãî, ÷òîáû òîê êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ îêàçàëñÿ áû ðàâíûì íîìèíàëó. Çäåñü íàïðÿæåíèå ïèòàíèÿ óðàâíîâåñèòñÿ ïàäåíèÿìè íàïðÿæåíèÿ íà îáìîòêàõ, è âåëè÷èíó ïîäâîäèìîãî ïîíèæåííîãî íàïðÿæåíèÿ ðàññìàòðèâàþò êàê ýêâèâàëåíòíîå ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ íà îáìîòêàõ ïðè òîêå íàãðóçêè ðàâíîì íîìèíàëó.
Äëÿ ìàëîìîùíûõ òðàíñôîðìàòîðîâ ïèòàíèÿ è äëÿ ñèëîâûõ òðàíñôîðìàòîðîâ âåëè÷èíà íàïðÿæåíèÿ êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ ëåæèò â ïðåäåëàõ îò 5% äî 15%, è ÷åì ìîùíåå òðàíñôîðìàòîð òåì ìåíüøå ýòà âåëè÷èíà. Òî÷íîå çíà÷åíèå íàïðÿæåíèÿ êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ ïðèâîäèòñÿ â òåõíè÷åñêîé äîêóìåíòàöèè íà êîíêðåòíûé òðàíñôîðìàòîð.
Íà ðèñóíêå ïðèâåäåíû âíåøíèå õàðàêòåðèñòèêè, ïîñòðîåííûå â ñîîòâåòñòâèè ñ ïðèâåäåííûìè âûøå ôîðìóëàìè. Âèäèì, ÷òî ãðàôèêè ëèíåéíû, ýòî ïîòîìó, ÷òî âòîðè÷íîå íàïðÿæåíèå íå ñèëüíî çàâèñèò îò êîýôôèöèåíòà íàãðóçêè â ñèëó îòíîñèòåëüíî ìàëîãî ñîïðîòèâëåíèÿ ïðîâîäà îáìîòîê, à ðàáî÷èé ìàãíèòíûé ïîòîê ìàëî çàâèñèò îò íàãðóçêè.
Íà ðèñóíêå âèäíî, ÷òî óãîë ñäâèãà ôàç â çàâèñèìîñòè îò õàðàêòåðà íàãðóçêè âëèÿåò íà òî, ïàäàþùåé èëè âîçðàñòàþùåé ïîëó÷àåòñÿ õàðàêòåðèñòèêà. Ïðè íàãðóçêå àêòèâíîé èëè àêòèâíî-èíäóêòèâíîé õàðàêòåðèñòèêà ïàäàþùàÿ, ïðè àêòèâíî-åìêîñòíîé ìîæåò áûòü âîçðàñòàþùåé, è òîãäà âòîðîé ÷ëåí â ôîðìóëå äëÿ «èçìåíåíèÿ íàïðÿæåíèÿ» ñòàíîâèòñÿ îòðèöàòåëüíûì.
Äëÿ ìàëîìîùíûõ òðàíñôîðìàòîðîâ íà àêòèâíîé ñîñòàâëÿþùåé îáû÷íî ïàäàåò áîëüøå, ÷åì íà èíäóêòèâíîé, ïîýòîìó âíåøíÿÿ õàðàêòåðèñòèêà ïðè àêòèâíîé íàãðóçêå ìåíåå ëèíåéíàÿ, ÷åì ïðè íàãðóçêå àêòèâíî-èíäóêòèâíîãî õàðàêòåðà. Äëÿ áîëåå ìîùíûõ òðàíñôîðìàòîðîâ âñå íàîáîðîò, ïîýòîìó è õàðàêòåðèñòèêà äëÿ íàãðóçêè àêòèâíîãî õàðàêòåðà îêàæåòñÿ áîëåå æåñòêîé.
ÊÏÄ òðàíñôîðìàòîðà
Êîýôôèöèåíòîì ïîëåçíîãî äåéñòâèÿ òðàíñôîðìàòîðà íàçûâàåòñÿ îòíîøåíèå îòäàâàåìîé â íàãðóçêó ïîëåçíîé ýëåêòðè÷åñêîé ìîùíîñòè ê ïîòðåáëÿåìîé òðàíñôîðìàòîðîì àêòèâíîé ýëåêòðè÷åñêîé ìîùíîñòè:
Ïîòðåáëÿåìàÿ òðàíñôîðìàòîðîì ìîùíîñòü ñêëàäûâàåòñÿ èç ìîùíîñòè ïîòðåáëÿåìîé íàãðóçêîé è ìîùíîñòè ïîòåðü íåïîñðåäñòâåííî â òðàíñôîðìàòîðå. Ïðè òîì àêòèâíàÿ ìîùíîñòü ñîîòíîñèòñÿ ñ ïîëíîé ìîùíîñòüþ ñëåäóþùèì îáðàçîì:
Òàê êàê íà âûõîäå òðàíñôîðìàòîðà íàïðÿæåíèå â öåëîì ñëàáî çàâèñèò îò íàãðóçêè, òî êîýôôèöèåíò íàãðóçêè ìîæåò áûòü ñâÿçàí ñ íîìèíàëüíîé ïîëíîé ìîùíîñòüþ òàê:
È ìîùíîñòü, ïîòðåáëÿåìàÿ íàãðóçêîé âî âòîðè÷íîé öåïè:
Ýëåêòðè÷åñêèå ïîòåðè â íàãðóçêå ïðîèçâîëüíîé âåëè÷èíû ìîãóò áûòü âûðàæåíû ñ ó÷åòîì ïîòåðü ïðè íîìèíàëüíîé íàãðóçêå ÷åðåç êîýôôèöèåíò íàãðóçêè:
Ïîòåðè ïðè íîìèíàëüíîé íàãðóçêå äîñòàòî÷íî òî÷íî îïðåäåëÿþòñÿ ìîùíîñòüþ, êîòîðóþ òðàíñôîðìàòîð ïîòðåáëÿåò â ýêñïåðèìåíòå êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ, à ïîòåðè ìàãíèòíîãî õàðàêòåðà ðàâíû ìîùíîñòè, ïîòðåáëÿåìîé òðàíñôîðìàòîðîì íà õîëîñòîì õîäó. Ýòè ñîñòàâëÿþùèå ïîòåðü ïðèâîäÿòñÿ â äîêóìåíòàöèè íà òðàíñôîðìàòîðû. Òàê, åñëè ó÷åñòü ïðèâåäåííûå ôàêòû, ôîðìóëà äëÿ ÊÏÄ ïðèìåò ñëåäóþùèé âèä:
Íà ðèñóíêå ïðèâåäåíû çàâèñèìîñòè ÊÏÄ òðàíñôîðìàòîðà îò íàãðóçêè. Ïðè íàãðóçêå ðàâíîé íóëþ ÊÏÄ ðàâåí íóëþ.
Ñ ðîñòîì êîýôôèöèåíòà íàãðóçêè âîçðàñòàåò è îòäàâàåìàÿ â íàãðóçêó ìîùíîñòü, ïðè÷åì ìàãíèòíûå ïîòåðè íåèçìåííû, è ÊÏÄ, ëåãêî âèäåòü, ëèíåéíî ðàñòåò. Äàëåå íàñòóïàåò îïòèìàëüíîå çíà÷åíèå êîýôôèöèåíòà íàãðóçêè, ïðè êîòîðîì ÊÏÄ äîñòèãàåò ñâîåãî ïðåäåëà, â ýòîé òî÷êå ïîëó÷àåòñÿ ìàêñèìàëüíûé ÊÏÄ.
Ïîñëå ïðîõîæäåíèÿ îïòèìàëüíîãî êîýôôèöèåíòà íàãðóçêè ÊÏÄ íà÷èíàåò ïîñòåïåííî ñíèæàòüñÿ. Ýòî ïðîèñõîäèò ïîòîìó, ÷òî ðàñòóò ýëåêòðè÷åñêèå ïîòåðè, îíè ïðîïîðöèîíàëüíû êâàäðàòó òîêà è, ñîîòâåòñòâåííî, êâàäðàòó êîýôôèöèåíòà íàãðóçêè. Ìàêñèìóì ÊÏÄ äëÿ ìîùíûõ òðàíñôîðìàòîðîâ (ìîùíîñòü èçìåðÿåòñÿ â åäèíèöàõ è áîëåå ÊÂÀ) ëåæèò â ïðåäåëàõ îò 98% äî 99%, ó ìàëîìîùíûõ (ìåíåå 10 ÂÀ) ÊÏÄ ìîæåò áûòü îêîëî 60%.
Êàê ïðàâèëî, òðàíñôîðìàòîðû åùå íà ñòàäèè ïðîåêòèðîâàíèÿ ñòàðàþòñÿ ñäåëàòü òàêèìè, ÷òîáû ÊÏÄ äîñòèãàë ìàêñèìàëüíîãî çíà÷åíèÿ ïðè îïòèìàëüíîì êîýôôèöèåíòå íàãðóçêè îò 0,5 äî 0,7, òîãäà ïðè ðåàëüíîì êîýôôèöèåíòå íàãðóçêè îò 0,5 äî 1, ÊÏÄ îêàæåòñÿ áëèçîê ê ñâîåìó ìàêñèìóìó. Ñ óìåíüøåíèåì êîýôôèöèåíòà ìîùíîñòè (êîñèíóñà ôè) íàãðóçêè, ïðèñîåäèíåííîé êî âòîðè÷íîé îáìîòêå, óìåíüøàåòñÿ è îòäàâàåìàÿ ìîùíîñòü, ïðè÷åì ýëåêòðè÷åñêèå è ìàãíèòíûå ïîòåðè îñòàþòñÿ íåèçìåííûìè, ñëåäîâàòåëüíî ÊÏÄ â ýòîì ñëó÷àå ïàäàåò.
Îïòèìàëüíûé ðåæèì ðàáîòû òðàíñôîðìàòîðà, ò. å. åãî íîìèíàëüíûé ðåæèì, îáû÷íî óñòàíàâëèâàþò ïî óñëîâèÿì áåçàâàðèéíîé ðàáîòû è ïî óðîâíþ äîïóñòèìîãî íàãðåâà çà âðåìÿ îïðåäåëåííîãî ýêñïëóàòàöèîííîãî ïåðèîäà. Ýòî êðàéíå âàæíîå óñëîâèå, ÷òîáû òðàíñôîðìàòîð îòäàâàÿ íîìèíàëüíóþ ìîùíîñòü, ðàáîòàÿ â íîìèíàëüíîì ðåæèìå, íå ïåðåãðåâàëñÿ áû ñâåðõ ìåðû.
Источник
Как известно, преобразование электрической энергии в трансформаторе сопровождается потерями. Эти потери можно выразить через КПД – коэффициент полезного действия.
Где Sпотерь – это мощность потерь, S100% – это полная мощность трансформатора, Sполезная – это эффективная мощность трансформатора.
КПД – это коэффициент полезного действия, т.е. отношение преобразованной активной мощности к потребляемой. Соответственно по этому утверждению запишем формулу определения КПД трансформатора:
На самом деле, когда речь идёт о трансформаторе, формулы преобразования мощности всегда записывают через S, т.е. полную мощность P+Q (где P – активная мощность, Q – реактивная). В инженерных расчётах сумму активной и реактивной энергии всегда представляют в виде комплексного числа, в виде P+jQ, так как в действительности векторы Q и P отличаются друг от друга на определённый угол, а решение таких уравнений через комплексные числа полностью удовлетворяет ход и результаты расчётов.
Для практического определения КПД необходимо измерить мощности в первичной и вторичной обмотках, а в нагрузку подключить активное сопротивление, для обеспечения максимально коэффициента мощности (cosφ=1). Данная методика справедлива при измерении КПД тр-ра методом двух ваттметров, или методом непосредственных измерений. Так как если уменьшить значение коэффициента мощности, то измерение соотношений будет несколько не точным.
На что же тратиться энергия в трансформаторе при преобразовании? Потери в трансформаторе бывают двух видов. Первый – потери в меди трансформатора, т.е. в обмотках. Это потери на активном сопротивлении обмоток трансформатора. Энергия потерь рассеивается в виде тепла в окружающую среду. Второй вид потерь – это потери на перемагничивание сердечника трансформатора. Их ещё называют потерями в стали трансформатора. Т.е. это ничто иное, как потери на гестерезис и на вихревые токи, которые возникают в магнитопроводе. Для уменьшения влияния вихревых токов сердечник трансформатора шихтуют, то есть разделяют на изолированные друг от друга пластины, направленные вдоль протекания магнитного потока.
Благодаря шихтованному сердечнику современные промышленные трансформаторы имеют КПД 90%. КПД бытовых трансформаторов меньше, в зависимости от качества трансформаторной стали и правильности обмотки рознится от 60% и более.
Для определения потерь в стали трансформатора необходимо провести опыт холостого хода. На первичную обмотку подаётся номинальное напряжение, а вторичная остаётся не подключенной к нагрузке. Если измерить потребляемый ток, то можно вычислить мощность потерь. Так как на вторичной обмотке нет нагрузки, а сталь сердечника не насыщена, для переменного тока первичная обмотка будет представлять большое индуктивное сопротивление, влияние активного сопротивления при таком токе ничтожно мало, поэтому мы считаем, что весь потребляемый ток трансформатором в таком режиме будет током потерь в стали сердечника.
А для определения потерь в меди трансформатора необходимо провести опыт короткого замыкания. Для этого вторичная обмотка закорачивается, в разрыв цепи устанавливается амперметр. Напрямую или через трансформатор тока – зависит от величины протекающего тока. К первичной обмотке подключается регулируемый источник переменного тока, например ЛАТР (лабораторный автотрансформатор). Постепенно повышая значение напряжения на первичке, добиваются значения номинального тока во вторичной. Напряжение на первичной обмотке, при котором на вторичной устанавливается номинальный ток, называется напряжением короткого замыкания. Соответственно, через это значение находят действительный ток короткого замыкания трансформатора, определяют точный коэффициент трансформации, а так же вычисляют потери трансформатора в обмотках, так как сталь сердечника не насыщена, то в стали протекает малый магнитный поток, потерями в котором можно пренебречь.
Просмотров всего: 855, Просмотров за день: 1
Источник