ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Величины, характеризующие силовой энергетический трансформатор



 

Силовые энергетические трансформаторы бывают масляными и сухими. У масляных трансформаторов различают две части.

1) Активная часть – это сердечник с обмотками.

2) Бак с его элементами конструкции.

Сухой трансформатор – это фактически сердечник с обмотками.

Здесь мы будем иметь в виду только величины, относящиеся к активной части трансформатора, в ней осуществляется преобразование энергии. Энергия в установившихся режимах равна произведению мощности на время Э = Pt. Она не может быть собственной характеристикой трансформатора и вообще любого её преобразователя, так как её величина зависит от продолжительности времени работы t. Мощность же характеризует сам трансформатор (и вообще любой преобразователь) в различных режимах его работы. Размеры и массы сердечника и обмоток трансформатора определяются его номинальной мощностью Sн и номинальными напряжениями Uи U. Исходной формулой при конструировании и проектировании трансформатора является формула трансформаторной ЭДС

, (4.)

Технически и экономически оптимальную конструкцию трансформатора ищут «играя» четырьмя величинами Bm, S, j, h. [Bm]=Тл, [S]=м2 [j]=А/мм2, [h]=м.

Результатом этой «игры», то есть поиска, являются все основные величины (размеры и массы сердечника и обмоток, потери мощности в них, ток холостого хода и т.д.), характеризующие трансформатор.

Для примера в приложении 1 приведены некоторые данные трансформаторов мощностью от 25 до 630 кВА с высшим напряжением 10, 6 кВ.

Площадь сечения стержня S и его высота h характеризуют размеры сердечника, а магнитная индукция Bm в стержне и плотность тока в проводах обмоток j определяют электромагнитные нагрузки конструкции трансформатора. Другими словами, Bm и j определяют степень использования электротехнической стали сердечника и меди или алюминия обмоток. Что касается размеров обмоток (их диаметров и высоты), то они выражаются через размеры сердечника S и h и изоляционные расстояния одной обмотки от другой и обеих обмоток от стержней и ярем сердечника.

Поиск технически и экономически оптимальной конструкции трансформатора при четырёх независимых переменных является весьма трудоёмким. Профессором П.М. Тихомировым разработан метод поиска, в котором независимой переменной является только одна величина – отношение средней длины витка двух обмоток lw к высоте обмоток hоб.

, (5.)

При величинах , не значительно отличающихся от единицы, активная часть трансформатора получается высокой, но небольшой по ширине и трансформатор в целом получается высоким но узким. При величинах ≈ 3-4 активная часть и трансформатор в целом получаются низкими, но широкими.

Площадь, занимаемая открытой подстанцией, получается меньшей если все виды её оборудования спроектированы высокими и узкими.

Инженеры-пользователи техникой не занимаются её конструированием и проектированием. Их задачей является грамотное (квалифицированное) использование уже созданной техники. Такое использование силового энергетического трансформатора невозможно без знания величин, его характеризующих. На паспорте трансформатора и в справочной литературе приводятся только основные величины:

1. Номинальные данные Sн, U, U, I, I, cosφн, ηн, схема и группа соединения обмоток;

2. Данные режима холостого хода P0 и I0%

3. Данные режима короткого замыкания Pк и Uк% при условии I1 = I, I2 = I.

Все остальные величины и зависимости между ними получаются путем расчета. Следует заметить, что величина cosφн фактически характеризует не сам трансформатор, а его нагрузку, то есть cosφн = cosφнг, и приводится на паспорте для указания на то, при каком значении cosφнг вычислен номинальный КПД ηн. Все остальные перечисленные величины характеризуют сам трансформатор.

Так как под номинальными напряжениями U, U понимают линейные напряжения (напряжения между линейными проводами схем звезда, треугольник, зигзаг), а под номинальными токами I, I- линейные токи (токи в линейных проводах схем звезда, треугольник, зигзаг), то фазные напряжения (напряжения на зажимах обмоток фаз) и фазные токи (токи в обмотках фаз) подлежат вычислению.

Номинальная мощность трансформатора Sн выражается через линейные вторичные величины U и I и

, (6.)

Откуда

, (7.)

В расчетной практике номинальную мощность Sн выражают и через линейные первичные величины

, (8.)

Откуда

, (9.)

Погрешность такого допущения при значениях cosφнг, встречающихся в условиях эксплуатации, и токе холостого хода I0 ≤ 3%, не превышает 1%.

Для вычисления фазных напряжений и токов используют соотношения:

· В схеме Y , , , (10.)

· В схеме Δ , , , (11.)

· В схеме зигзаг Z , , , (12.)

Схема зигзаг является последовательной как и схема звезда, поэтому ток в линейном проводе является и током в фазе обмотки. В схеме зигзаг с нулем номинальные фазные напряжения равны 231 В, а линейные 400 В, соответственно

, , (13.)

Номинальные данные трансформатора – это данные на которые он спроектирован. В условиях эксплуатации трансформатора потребительского ТП его нагрузка изменяется, соответственно изменяются: токи I1 и I2, потери мощности ΔPт, КПД η, вторичное напряжение U2. Свойства трансформатора при изменяющейся нагрузке определяются зависимостями ΔPт, η, U2 от коэффициента его загрузки по току:

, (14.)

ΔPт=f(βI), η=f(βI), U2=f(βI). , (15.)

Кроме этих трех зависимостей (трех характеристик) в расчетной практике используется еще зависимость от коэффициента βI не самого вторичного напряжения U2, а величины его изменения ΔU2 = U– U2. Для удобства пользования ΔU2 выражают в относительных единицах или в %

, (16.)

, (17.)

Для зависимости известны разные приближенные формулы. Наиболее удобной для практических расчетов является формула

, (18.)

в которой

,

а задается характером нагрузки, т.е. величиной cosφнг. Формула для получена из треугольника мощностей Sк, Pк, Qк короткого замыкания при I1=I

, (19.)

Откуда записывается формула для .

Текущая величина фазного напряжения Uполучается из формулы (16) для

, (20.)

Это первый простой способ нахождения текущей величины U2 при изменяющейся нагрузке. Так как , то и . Зависимость при заданной величине называется внешней характеристикой трансформатора

, (21.)

Это уравнение прямой линии внешней характеристики трансформатора при . В режиме холостого хода I2=0, , . При номинальном токе нагрузки , а

, (22.)

где - вторичное напряжение при номинальном токе нагрузки ( ) и заданной величине .

Прямая линия внешней характеристики строится по двум точкам

,

,

Рисунок 3. Внешние характеристики трансформатора при двух значениях cosφНГ

Потери мощности в трансформаторе складываются из потерь холостого хода Р0, фактически равных потерям в стали сердечника, и потерь в обмотках, пропорциональных

, (23.)

КПД трансформатора

, (24.)

где Р2 – активная мощность, снимаемая с зажимов вторичной обмотки. При расчете КПД её вычисляют по приближенной формуле

, (25.)

Тогда

, (26.)

Ток холостого хода I0 и напряжение короткого замыкания Uк задаются в %. В именованные единицы они переводятся по формулам:

, (27.)

, (28.)

Чтобы получить Uк с зажимов первичной обмотки, надо подставить , с зажимов вторичной - .

7. Соотношение между коэффициентом загрузки по мощности и коэффициентом загрузки по току

 

, (29.)

, (30.)

, (31.)

, (32.)

, (33.)

Или, используя формулу косинуса разности углов, получим

,, (34.)

где ,

, , (35.)

, , (36.)





Последнее изменение этой страницы: 2016-08-12; Нарушение авторского права страницы

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.216.79.60 (0.012 с.)