Коэффициент полезного действия трансформатора определяется по формуле. Коэффициент полезног действия трансформатора

При трансформации электрической энергии часть ее расходуется на покрытие потерь, которые разделяют на электрические и магнитные. Все потери носят активный характер.

Электрические потери обусловлены нагревом обмоток трансформатора при протекании по ним электрического тока и определяются суммой электрических потерь в первичной и вторичной обмотках:

Цель прогнозов технического обслуживания двигателя - следить за их текущей температурой, вибрацией и другими эксплуатационными данными, чтобы определить необходимость капитального ремонта или замены двигателя до сбоя. Экономика, связанная с программой технического обслуживания двигателя, может составлять от 2% до 30% от общего потребления электроэнергии.

Энергоэффективные электродвигатели Энергоэффективные двигатели уменьшают потери мощности за счет улучшения их конструкции, использования лучших материалов, более жестких допусков и улучшенных технологий производства. При правильной установке энергосберегающие двигатели также могут оставаться более холодными, имеют более длительный срок службы и изоляцию, а также меньшую вибрацию.

,
где – число фаз в обмотках трансформатора (обычно 1 или 3); – потери короткого замыкания при номинальной нагрузке.

Электрические потери называют переменными , поскольку они зависят от тока нагрузки (пропорциональны квадрату).

Магнитные потери возникают в магнитопроводе трансформатора из-за наличия в нем переменного магнитного потока. Этот поток вызывает в магнитопроводе два вида потерь: потери от вихревых токов в стали магнитопровода и потери от гистерезиса (перемагничивания) , связанные с затратой энергии на уничтожение остаточного магнетизма в ферромагнитном материале магнитопровода:

Выбор для установки высокоэффективного двигателя сильно зависит от его условий эксплуатации и всех его затрат на весь жизненный цикл, связанных с инвестициями. Иногда даже замена рабочего двигателя на высокоэффективную модель может иметь небольшой срок окупаемости. Согласно данным ряда исследований, переход на высокоэффективные двигатели по сравнению с теми, которые достигают минимальной эффективности, может иметь период окупаемости менее 15 месяцев для двигателей мощностью 50 кВт.

Перемотка обмоток двигателя. В некоторых случаях может оказаться выгодным перематывать обмотку существующего энергоэффективного двигателя вместо того, чтобы покупать новый. Правило заключается в том, что, когда затраты на перемотку превышают 60% от цены за новый двигатель, покупка нового двигателя может быть лучшим выбором.

.

Потери на гистерезис прямопропорциональны частоте перемагничивания (), а потери на вихревые токи – ее квадрату (). Суммарные магнитные потери принято считать пропорциональными частоте в степени 1,3, т.е. . Поскольку частота тока постоянна, а величина магнитного потока при нагрузке, не превышающей номинальную, практически не меняется, то магнитные потери считают постоянными , т.е. не зависящими от нагрузки. По этой причине магнитные потери практически равны потерям холостого хода .

При ремонте или перемотке важно выбрать сервисный центр, который следует за лучшими стандартами и методами перемотки двигателя, чтобы минимизировать потенциальную потерю производительности. Общепринято соблюдать применение передовой практики и сократить КПД менее 1%.

Правильный размер двигателя. Чтобы получить точную оценку экономии энергии, нагрузки на двигатель, производительности двигателя в этой точке нагрузки, полной скорости вращения двигателя, подлежащей замене, скорости загрузки двигателя с меньшая мощность. Эффективность стандартных и энергоэффективных двигателей обычно достигает пиковых значений, близких к 75% от их полной нагрузки, и составляет примерно 50% нагрузки. Двигатели с более крупными датчиками могут работать с относительно высокой эффективностью при нагрузке до 25% от номинала.

Коэффициент полезного действия трансформатора – отношение активной мощности на выходе вторичной обмотки (полезная мощность) к активной мощности на входе первичной обмотки (подводимая мощность):

,
где – сумма потерь.

Активная мощность на выходе вторичной обмотки трансформатора:

Использование приводов с переменной скоростью. Приводы с переменной скоростью лучше регулируют скорость в соответствии с требованиями нагрузки и характеристиками двигателя, гарантируя, что мощность двигателя оптимизирована для применения. Известно, что потребляемая мощность двигателя приблизительно пропорциональна третьей степени скорости потока, поэтому относительно небольшие сокращения потока, которые пропорциональны скорости насоса, уже обеспечивают значительную экономию энергии. Регулируемые диски доступны от многих производителей и доступны по всему миру.

,
где – количество фаз трансформатора; и – фазные напряжения и токи; – коэффициент мощности нагрузки; – коэффициент нагрузки.

Номинальная мощность трансформатора:

.
В трехфазном трансформаторе

,
где и – номинальные (линейные) напряжения и токи; и – номинальные фазные напряжения и токи.

Типичная экономия энергии варьируется от 7% до 60% в зависимости от приложения, ожидаемая отдача от 0, 8 до 2, 8 лет. Коррекция коэффициента мощности Коэффициент мощности - это соотношение между активной мощностью и полной мощностью. Он измеряет, насколько эффективно используется электрическая энергия. Высокий коэффициент мощности сигнализирует об эффективном использовании электроэнергии, а низкий коэффициент мощности указывает на плохое использование электроэнергии. Снижение коэффициента мощности вызвано индуктивными нагрузками, такими как трансформаторы, электродвигатели и источники разряда.

Учитывая зависимость активной мощности на выходе трансформатора и потерь от нагрузки, получим выражение для расчета КПД:

или .
КПД трансформатора зависит как от величины нагрузки , так и от ее характера (), см. рисунок 1.18. Максимальное значение КПД соответствует нагрузке , при которой магнитные потери равны электрическим (), откуда

Коэффициент мощности можно регулировать путем минимизации холостого хода, замены двигателя с высокой эффективностью и установки конденсаторов в цепи переменного тока, чтобы уменьшить количество реактивной мощности в системе. Минимизируйте дисбаланс напряжения. Дисбаланс напряжения уменьшает характеристики и сокращает срок службы трехфазных электродвигателей. Это также вызывает дисбаланс тока, который приведет к пульсации крутящего момента, увеличению вибрации и механическим напряжениям, увеличению потерь и перегреву двигателя.

Это, в свою очередь, может сократить срок службы изоляции обмотки двигателя. Несбалансированность напряжения может быть вызвана неисправностью оборудования коррекции коэффициента мощности, небалансного конденсаторного банка или разомкнутой цепи. Основное правило заключается в том, что дисбаланс напряжения на клеммах двигателя не должен превышать 1%, хотя даже 1% уменьшит эффективность двигателей при частичной нагрузке. Дисбаланс 5% приведет к снижению производительности двигателя при полной нагрузке.


Рис. 1.18. Зависимость магнитных, электрических потерь и КПД от относительного вторичного тока нагрузки.

В современных силовых трансформаторах и максимальное значение КПД соответствует нагрузке .

Благодаря регулярному мониторингу напряжения клемм двигателя и регулярным термографическим проверкам можно определить дисбаланс напряжения. Также рекомендуется проверить равномерное распределение однофазных нагрузок и установить индикатор замыкания на землю. Другим индикатором дисбаланса напряжения является вибрация с частотой 120 Гц, что должно привести к немедленной проверке. Типичный срок окупаемости для установки регулятора напряжения для легких двигателей в Соединенных Штатах составляет 6 лет.

Функции, приложения и технологии для реализации защиты, общие принципы защиты от внутренних и внешних повреждений. Трансформаторы представляют собой большую группу объектов с различными проектами, функциями и мощностью. В статье обсуждаются наиболее распространенные силовые трансформаторы в болгарской энергосистеме. С некоторой степенью неполноты и упрощения их можно разделить на следующие группы: В соответствии с их функцией они определяются как сокращение - на подстанциях и в установках для собственных нужд электростанций и увеличение - на генерирующие установки электростанций.

Автотрансформаторы

Автотрансформатор – это трансформатор, в котором кроме магнитной имеется электрическая связь между первичной и вторичной обмотками. Префикс «авто » (греч. «сам ») означает, что в автотрансформаторе часть обмотки действует одновременно как первичная и как вторичная обмотка трансформатора.

Распределены диффузные трансформаторы и трансформаторы с расщепленными катушками. Предпочтение отдается трансформаторам без гальванической связи между обмотками главным образом по экономическим причинам. Помимо основных катушек для обоих уровней напряжения имеются третичные обмотки низкого или среднего напряжения без гальванического соединения с основными катушками. Третичные катушки соединены в треугольник для фильтрации токов нулевой последовательности для заземления. Они не имеют большого распространения в болгарской энергетической системе.

На рисунке 1.19 показана автотрансформаторная схема включения трансформатора, предназначенная для передачи электрической энергии из входной сети с напряжением U в выходную сеть с напряжением .


Рис. 1.19. Принципиальные схемы однофазного и трехфазного повышающего автотрансформатора, зависимость значений мощностей и от коэффициента трансформации.

Практически все трансформаторы в трех вышеуказанных группах имеют классическую конструкцию масляного трансформатора с расширителем, который может быть трехфазным и однофазным. Обычно они оснащены ступенчатыми регуляторами коэффициента регулировки под нагрузкой.

Таким образом, помимо их различных функций по сравнению с их трансформаторами от более высоких уровней напряжения, также существует явное различие в мощности и размерах между трансформаторами этих групп. Поэтому, кроме того, для более коротких и, при необходимости, мы также будем использовать определения «малых» и «больших» трансформаторов. Следует иметь в виду, что не всегда размер трансформатора имеет решающее значение при выборе его защиты. Например, самоходный трансформатор может занимать такое место в энергосистеме, что его отказ приведет к системному сбою.

В схеме используется двухобмоточный трансформатор с обмотками 1 и 2 , расположенными на одном стержне. Для наглядности обмотки 1 и 2 показаны на различных участках стержня по высоте. Первичная обмотка трансформатора 1 включается на напряжение сети низшего напряжения U . Вторичная обмотка включается между зажимом а (Х ) входной сети и зажимом х выходной сети таким образом, чтобы ее напряжение добавлялось к напряжению U и увеличивало его до напряжения .

В этом случае он, очевидно, должен быть гораздо лучше защищен, чем трансформатор с одинаковой мощностью в сети распределения электроэнергии. В случае небольших трансформаторов требовалось три типа конструкций: - Масляные трансформаторы с расширителем. Они принципиально не отличаются от крупных трансформаторов. - Герметичные масляные трансформаторы. Вместо расширителя они имеют объем газового буфера под давлением. Масло полностью изолировано от атмосферы. - Сухие трансформаторы. Недавно они были развернуты в коммерческих помещениях, где мало места, поскольку они не связаны с строительством нефтепроводов, легче обслуживать и представлять значительно более низкую опасность пожара.

Вторичная обмотка автотрансформатора электрически контактирует с входной и выходной сетями в отличие от обычного трансформатора. Поэтому изоляция вторичной обмотки должна быть рассчитана на наибольшее из напряжений и (в схеме для повышения напряжения по рисунку 1.19 – на напряжение ), а не на напряжение , как в обычном трансформаторе.

Малые трансформаторы обычно имеют естественное охлаждение, и их смещение для регулировки коэффициента преобразования отключается, когда трансформатор выключен. Защитные функции и функции различных применений трансформаторов. Защита силовых трансформаторов в энергосистеме имеет следующие основные функции: - Минимизировать повреждение трансформаторов из-за внутренних сбоев. - Свести к минимуму риск повреждения других компонентов системы в результате отказа внутреннего трансформатора. - Свести к минимуму риск возникновения пожара из-за отказа внутреннего трансформатора. - Да минимизировать риски для жизни и здоровья людей в результате отказа внутреннего трансформатора. - Защитить трансформатор от повреждений, вызванных внешними воздействиями. - Свести к минимуму риск блокировки питания производители с параметрами, которые для них опасны. - Чтобы исключить поврежденные элементы системы с минимальным воздействием на работу здоровых элементов - Свести к минимуму перебои в питании потребителей.

Коэффициент трансформации автотрансформатора:

,
где .

В описание электромагнитных процессов в схеме автотрансформатора входят уравнения трансформатора (слева) и уравнения, которые описывают схему автотрансформатора (справа).

Таким образом, сформулированные требования к защите трансформатора в какой-то мере противоречат. Например, первые 6 требований лучше всего удовлетворяли бы максимальной чувствительностью и быстрой производительностью защиты, в то время как последние два были в основном требованиями к избирательности, что в конечном итоге привело к «измельчению» или преднамеренной задержке защиты. Поиск оптимального соотношения между всеми требованиями защиты сильно зависит от типа, размера, назначения трансформаторов и конфигурации схемы, в которой они подключены.

; ; ; . ; ; ; .

Полную мощность автотрансформатора без учета потерь можно представить в виде двух составляющих.

Важным фактором также являются экономические соображения. Например, отложенное отключение неисправного трансформатора, подключенного к сети 220 и 400 кВ, может привести к серьезным отказам для всей системы или ее частей. Кроме того, потери, связанные с ремонтом или заменой трансформатора и соседнего оборудования, поврежденного в результате его несвоевременного выключения, напрямую связаны с размером оборудования. В целом потенциальные потери неизмеримо превышают затраты на защитное оборудование. Вот почему большие трансформаторы оснащены более дорогой и функциональной защитой.

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.


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 производную/ 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.