КПД трансформатора. Устройство и работа

КПД трансформатора. Устройство и работа

Министерство образования Российской Федерации

Реферат

КПД трансформатора. Устройство и работа

Выполнил:

Группа:

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.

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: SH, квт, U1H/U2H, I1H/I2H, (/(, ?.

Активными элементами трансформатора являются

1. магнитопровод

2. обмотки

Магнитопроводы бывают:

1. Броневые

2. Стержневые

Рис.1

Рис.2

Обмотки

а) дисковые у броневого трансформатора

б) цилиндрические

в) винтовые

г) непрерывные

Однослойные и многослойные

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:

где - активная мощность, потребляемая от

сети,

j - мощность, отдаваемая в нагрузку,

- потери в меди первичной обмотки,

- потери в стали трансформатора,

- потери в меди вторичной обмотки.

Процесс преобразования энергии в трансформаторе иллюстрирует энергетическая

диаграмма, приведенная на рис. 5

Величина

носит названия коэффициента полезного действия трансформатора.

Если обозначить сумму

и назвать ее потерями в меди трансформатора, то КПД трансформатора можно

выразить так

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.

- потери в меди при номинальном токе

первичной обмотки,

- потери в меди при токе, отличном от номинального,

.

Активную мощность в нагрузке трансформатора можно вычислить по формуле:

где - - полная мощность в нагрузке трансформатора

в номинальном

режиме. Теперь выражение, определяющее КПД трансформатора можно записать в

виде:

Эта формула рекомендована ГОСТом для определения КПД трансформатора.

Анализ полученного выражения показывает, что КПД неоднозначно зависит от

коэффициента нагрузки b и является функцией характера нагрузки

что иллюстрируется кривыми, приведенными на рис. 6

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.

при этом

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 .

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.

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.

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.-