10. Потери в трансформаторе и их физическая природа.

Преобразование электрической энергии в трансформаторе сопровождается потерями. В отличие от электрических ма­шин трансформатор не имеет движущихся частей, поэтому механические потери при работе отсутствуют. Имеющиеся потери обусловлены явлением гистерезиса, вихревыми тока­ми, потоками рассеяния магнитного поля и активным сопро­тивлением обмоток.

Как известно, ферромагнитные материалы состоят из не­больших областей самопроизвольного намагничивания, ко­торые называются доменами.

Магнитные моменты всех доменов по всему объему фер­ромагнетика ориентированы беспорядочно, поэтому резуль-

тирующий магнитный момент всего ферромагнетика в от­сутствие внешнего магнитного поля равен нулю. Если фер­ромагнетик поместить в магнитное поле, то магнитные мо­менты отдельных доменов получат преимущественную ори­ентацию в направлении поля. Чем больше индукция внеш­него поля

В , тем сильнее эта ориентация, тем сильнее на­магничивается ферромагнетик. При некоторой достаточной величине внешнего поля все магнитные моменты доменов оказываются ориентированными вдоль поля.

Если ферромагнетик поместить в переменное магнитное поле, создаваемое переменным током, то ферромагнетик бу­дет циклически перемагничиваться с частотой переменного тока. При этом домены будут менять свою ориентацию с такой же частотой. При переориентациях доменов соверша­ется работа из-за внутреннего трения доменов друг о друга.

Как известно, в ферромагнетике, подвергаемом цикличес­кому перемагничиванию, магнитный поток связан с током зависимостью, выражаемой петлей гистерезиса. При этом при каждом перемагничивании сердечника затрачивается рабо­та, пропорциональная площади петли гистерезиса. Эта рабо­та вследствие внутреннего трения идет на нагревание сер­дечника.

Для уменьшения потерь на гистерезис сердечники транс­форматоров изготавливают из специальной трансформатор­ной стали.

Вихревые токи, или токи Фуко, возникающие в проводни­ках, находящихся в переменных магнитных полях, создают­ся и в сердечнике трансформатора. Замыкаясь в толще сер­дечника, эти токи нагревают его и приводят к потерям энер­гии. Поскольку вихревые токи возникают в плоскостях, пер­пендикулярных магнитному потоку, то для их уменьшения сердечники трансформаторов набирают из отдельных изоли­рованных друг от друга стальных пластин.

Потоки рассеяния в сердечнике трансформатора создают­ся той частью магнитного потока, которая замыкается не че­рез магнитопровод, а через воздух в непосредственной близо­сти от витков. Потоки рассеяния составляют около одного процента от основного магнитного потока трансформатора.

Активное сопротивление обмоток создает потери за счет активных токов, нагревающих обмотки. Для их уменьшения обмотки трансформаторов выполняют, как правило, из меди.

11. Коэффициент трансформации и режимы работы трансформатора. Саморегулирование и к.П.Д. Трансформатора.

Режим работы трансформатора, при котором его вторич­ная обмотка разомкнута, называют режимом холостого хода (трансформатор работает без нагрузки). Режим работы транс­форматора, при котором во вторичную обмотку включена нагрузка, называют рабочим.

В режиме холостого хода основной магнитный поток в сердечнике Ф₀ создает в первичной обмотке ЭДС самоиндук­ции, которая уравновешивает большую часть приложенного напряжения. Так будет до тех пор, пока вторичная обмотка разомкнута. Если во вторичную обмотку включить нагрузку, то в ней появится ток I₂, возбуждающий в том же сердечни­ке свой магнитный поток Ф₂

, знак которого в соответствии с правилом Ленца противоположен знаку магнитного потока Ф1, создаваемому первичной обмоткой (рис. 7.3).

В результате суммарный магнитный поток в сердечнике уменьшится, а это приведет к уменьшению ЭДС Е1 в первич­ной обмотке. Вследствие этого часть приложенного напря­жения U1 окажется неуравновешенной, что приведет к уве­личению тока в первичной обмотке. Очевидно, что ток в пер­вичной обмотке будет возрастать до тех пор, пока не прекра­тится размагничивающее действие тока нагрузки. После этого суммарный магнитный поток восстановится приблизитель­но до прежнего значения Ф

0.

При увеличении сопротивления вторичной обмотки умень­шаются ток I₂ и магнитный поток Ф₂, что приводит к возрас­танию суммарного магнитного потока и, следовательно, к воз­растанию Е1. В результате нарушится равновесие между при­ложенным напряжением U₁ и ЭДС Е₂: их разность умень­шится, а следовательно, уменьшится и ток I₂ до такого значе­ния, при котором суммарный магнитный поток вернется к прежнему значению.

Таким образом, магнитный поток в трансформаторе оста­ется практически постоянным как в режиме холостого хода, так и режиме переменной нагрузки. Это свойство трансфор­матора называют

способностью саморегулирования, т. е. спо­собностью автоматически регулировать значение первично­го тока I1 при изменении тока нагрузки I₂.

Как уже говорилось, преобразование электрической энер­гии в трансформаторе сопровождается потерями. Коэффици­ент полезного действия трансформатора (к.п.д.) — это отно­шение отдаваемой активной мощности к потребляемой:

(7.6)

где Р1 — мощность, потребляемая из сети,

Р₂ — мощность, от­даваемая нагрузке. Таким образом, для практического опре­деления к.п.д. трансформатора при номинальной нагрузке не­обходимо измерить мощности в первичной и вторичной об­мотках. Это измерение можно значительно упростить, вклю­чив во вторичную обмотку активную нагрузку. Тогда соs fi ~ 1 (поток рассеяния невелик), и мощность Р₂ может быть вы­числена по показаниям амперметра и вольтметра, включен­ных во вторичную цепь. Такой метод определения к.п.д. на­зывается методом непосредственных измерений. Он весьма прост, но имеет два существенных недостатка: малую точность и неэкономичность. Первый из них обусловлен тем, что к.п.д. промышленных трансформаторов очень высок (до 99%), по­этому мощности Р ₂ и Р1 иногда мало отличаются по величине. В этом случае незначительные ошибки в показаниях прибо­ров приведут к большим ошибкам в значении к.п.д. Неэко­номичность этого способа связана с большим расходом элек­троэнергии за время испытания, так как трансформатор при­ходится нагружать до номинальной мощности. Поэтому ме­тод непосредственных измерений не нашел промышленного применения, но может быть использован для трансформато­ров малой мощности с небольшим к.п.д. (например, в учебной практике).

На практике к.п.д. трансформаторов определяют косвен­ным методом,

т. е. путем раздельного определения потерь. При этом исходят из того, что к.п.д. трансформатора(Кю) может быть представлен в следующем виде и равен:

____Р2____

Р2+Рст+Рм

где Р_ст — потери в стали (в сердечнике), а Р_м — потери в меди (в обмотках). Потери в стали и потери в меди измеряют в опы­тах холостого хода и короткого замыкания соответственно.

В опыте холостого хода, в котором на первичную обмотку подают номинальное напряжение, а вторичную обмотку ос­тавляют разомкнутой, определяют потери в стали,т.е. поте­ри на гистерезис и вихревые токи. Так как при номиналь­ном напряжении на первичной обмотке магнитный поток практически постоянен, то независимо от того, нагружен трансформатор или нет, потери в стали для него являются посто­янной величиной. Таким образом, можно считать, что в ре­жиме холостого хода энергия, потребляемая трансформато­ром из сети, расходуется только на потери в стали, поэтому мощность этих потерь измеряют ваттметром, включенным в цепь первичной обмотки. При этом, правда, не учитываются потери на нагревание провода первичной обмотки током хо­лостого хода. Но этот ток невелик, и потери от него также невелики. В этом опыте определяется также коэффициент трансформации

к и ток холостого хода I₀₁.

Если вторичную обмотку трансформатора замкнуть на­коротко, а на первичную обмотку подать такое понижен­ное напряжение, при котором токи в обмотках не превы­шают номинальных значений, то энергия, потребляемая трансформатором из сети, расходуется в основном на теп­ловые потери в проводах обмоток трансформатора. В са­мом деле, при короткозамкнутой вторичной обмотке к пер­вичной подводится пониженное напряжение, поэтому маг­нитный поток очень мал и потери в стали, зависящие от значения магнитного потока, также малы. Этот опыт назы­вают опытом

короткого замыкания. Следовательно, ват­тметр, включенный в цепь первичной обмотки трансфор­матора в этом опыте, покажет мощность, соответствующую потерям в меди (Р_м).

Потери мощности в трансформаторе

КПД трансформатора никогда не достигает 100 %, поскольку в нём всегда присутствуют потери электроэнергии. Потери в трансформаторах принято разделять на два вида: потери в меди (медные витки обмоток) и потери в стали (материал сердечника).

Потери в меди возникают из-за собственного сопротивления медного проводника. Ток, протекая по обмотке, обуславливает некоторое падение напряжения, которое и является потерей мощности. При этом электрическая энергия преобразуется в тепловую, которая разогревает обмотку.

Потери в стали в свою очередь состоят из потерь, вызванных вихревыми токами, и обусловленых циклическим перемагничиванием (гистерезис).

Вихревые токи возникают в проводнике, который находится в переменном магнитном поле. Этим условиям удовлетворяет стальной сердечник, на который намотаны медные витки. В нем постоянно возникают вихревые токи, величина которых может достигать достаточно больших значений, из-за которых в свою очередь происходит нагрев сердечника.

Величина потерь, вызванных необходимостью циклического перемагничивания определяется в первую очередь качеством стали, из которой сделан сердечник. В сердечнике как бы находится большое количество диполей, которые под действием переменного магнитного поля периодически изменяют своё направление (поворачиваются с периодичностью изменения магнитного поля). В ходе пространственного изменения положения диполей возникают механические силы трения между ними, что вызывает дополнительный нагрев сердечника. Таким образом происходит преобразование магнитной энергии в тепловую (потери мощности на гистерезис).

Чтобы снизить эти потери, применяется ряд мер. Потери, вызванные циклическим перемагничиванием, могут быть уменьшены, если использовать специальный структурированный особым образом магнитомягкий материал для изготовления сердечника (электротехническая сталь). Такой материал обладает большой магнитной проницаемостью, но при этом малой коэрцитивной силой.

Для снижения потерь в меди применяется увеличение сечения проводников обоих обмоток, при этом электросопротивление их уменьшается. С другой стороны, это вызывает увеличение стоимости и веса трансформатора, поэтому достаточным считается такое сечение, при котором не возникает заметного нагрева обмоток.

Чтобы уменьшить вихревые токи, сердечник выполняется не в виде единого монолитного блока, а собирается из множества электроизолированных пластин. Толщина каждой из них может равняться всего нескольким десятым долям миллиметра. Также электрическую проводимость сильно снижает специально вводимый в сталь легирующий элемент — кремний.

Комплексное использование мер по снижению потерь мощности позволяет довести КПД трансформаторов до 85-90%.

Потери электроэнергии в трансформаторах

Потери электроэнергии в трансформаторах – один из видов технических потерь электроэнергии, обусловленных особенностями физических процессов, происходящих при передаче энергии. Передача электрической энергии от источника к конечному потребителю неизбежным образом связана с потерей части мощности и энергии в системе электроснабжения. Сюда относятся потери в линиях электропередач и потери электроэнергии в трансформаторах.

Устройство стандартного двухобмоточного трансформатора включает замкнутый сердечник (магнитопровод), представляющий собой набор пластин из трансформаторной стали, и две обмотки: к генератору (первичная) и к нагрузке (вторичная). Эффект трансформации при этом возникает из-за разного количества витков в обмотках. Потери электроэнергии в трансформаторе такой конфигурации складываются из:

 потерь на нагревание обмоток трансформатора;
 потерь на нагревание сердечника;
 потери на перемагничивание сердечника.

Величина потерь электроэнергии в трансформаторе зависит, главным образом, от качества, конструкции и материала трансформаторной стали, из которой изготовлен сердечник. Потери электроэнергии намного больше в случае, если сердечник имеет монолитную конструкцию, поэтому на практике сегодня монолитные сердечники не применяются. Для дополнительной изоляции друг от друга пластины сердечника лакируются.

Величина указанных потерь и КПД работы трансформатора определяется также величиной передаваемого напряжения и мощностью. Чем больше мощность трансформатора, тем выше КПД и ниже уровень потерь. При правильной конструкции коэффициент полезного действия трансформатора составляет 97-99%. Потери электроэнергии в трансформаторах определяются также длительностью их работы, поэтому одним из ключевых условий, обеспечивающих снижение потерь электроэнергии в трансформаторах, является отключение их при малых загрузках. Это возможно осуществить, если в ночное время, а также в выходные и праздничные дни питать работающие электроустановки, количество которых не особо велико, от одного трансформатора. Данная возможность обеспечивается наличием перемычек между подстанциями на низшем напряжении.

Еще одним немаловажным условием снижения потерь электроэнергии в трансформаторах является обеспечение рационального режима работы включенных трансформаторов. Для этих целей важно выбрать оптимальный коэффициент загрузки трансформатора, зависящий от уровня активных и реактивных составляющих потерь.

Для точного подсчета потерь электроэнергии в трансформаторе с двумя обмотками необходимы следующие данные:

 паспортные: номинальная мощность трансформатора, потери холостого хода при номинальном напряжении и потери короткого замыкания трансформатора при номинальной нагрузке;
 фактические: полное число часов работы трансформатора, число часов работы трансформатора с номинальной нагрузкой, энергия, учтенная по счетчикам.

По этим исходным данным определяются:

 средневзвешенный коэффициент мощности трансформатора;
 коэффициент нагрузки трансформатора;
 и, собственно, потери электроэнергии в трансформаторе, в киловатт-часах.

Для расчета потерь электроэнергии в трансформаторе с тремя обмотками выделяются коэффициенты нагрузки для каждой из обмоток – высшего, среднего и низшего напряжений, и общие потери электрической энергии рассчитываются как средневзвешенная величина с учетом данных показателей.

Умение правильно рассчитать потери во всех звеньях системы электроснабжения, выявить их ключевые составляющие и установить приоритетные направления по снижению потерь и экономии электроэнергии — основное условие правильной эксплуатации электрической сети, в частности, снижения потерь электроэнергии в трансформаторах.

Метки: потери электроэнергии, потери электроэнергии в трансформаторах, современная электроэнергетика, трансформатор, электросети, энергоснабжение

Интересная статья? Поделитесь ей с друзьями:

Составляющие потерь в трансформаторе

Подробности

Категория: Трансформаторы

Нагрев частей трансформатора, в конечном счете, определяется тепловыделением, вызванным потерями электрической мощности в его частях.
Общие (суммарные) потери в трансформаторе при нагрузке практически равны сумме потерь короткого замыкания и потерь холостого хода.
Потери короткого замыкания измеряются в опыте короткого замыкания трансформатора при токах в обмотках, определяемых заданной нагрузкой, например, равных номинальным токам. Потери холостого хода измеряются в опыте холостого хода при номинальном напряжении.

Потери короткого замыкания

Потери короткого замыкания пропорциональны квадрату тока нагрузки и не зависят от напряжения.
Они складываются из следующих составляющих:
а) Основные потери в обмотках и отводах, вызванные рабочим током в них.
б) Добавочные потери в обмотках и отводах, вызванные вихревыми токами от потоков рассеяния, пронизывающих обмотки и отводы.
в) Потери в стенках бака и в других конструктивных металлических узлах трансформатора, обусловленные вихревыми токами в них.
Потери в обмотках распределяются внутри обмоток неравномерно главным образом вследствие неравномерности распределения поля рассеяния.
Для снижения добавочных потерь, особенно в мощных трансформаторах, принимают меры к улучшению картины потоков рассеяния с целью распределения их по путям, где они вызовут меньшие потери. Эта цель достигается, например, нулем установки экранов из электротехнической стали на верхних полках нижних ярмовых балок, вдоль стенок бака и экранов из немагнитных материалов (медь, алюминий).
Прибегают также к применению отдельных прессующих колец для каждой обмотки, изготовлению их из электроизоляционных материалов или из электротехнической стали. Снижению потерь способствует уменьшение размеров полок ярмовых балок и осевых размеров торцевых катушек, подразделение обмоток на две части с вертикальными охлаждающими каналами, применение транспонированных и подразделенных проводов.

Потери холостого хода

Потери холостого хода пропорциональны индукции или напряжению в степени 1,6—2,0. Снижение потерь холостого хода достигается применением стали с меньшими удельными потерями, уменьшением толщины листов, улучшением технологической обработки. Для отвода тепла в магнитопроводе предусматриваются охлаждающие каналы с дистанцирующими рейками.

Ответы Mail.ru: Вопрос о трансформаторе.

Что-то у тебя в вопросе не стыкуется — есть понятие ток ХХ (в Амперах) и потери ХХ (в %) трансформатора, а коэффициент мощности здесь не при чем. Согласно п. 5.1 ГОСТ Р 52719—2007 «ТРАНСФОРМАТОРЫ СИЛОВЫЕ. Общие технические условия». даные величины обязательно указываются в паспорте на каждый трансформатор. Так вот ток ХХ от напряжения не зависит, а определяется только индуктивностью первичной обмотки и конструкцией сердечника, а мощность ХХ (видимо в вопросе это и имелось в виду) увеличивается прямопропорционально подведенному напряжению. А так как коэффициент мощности трансформатора определяется характером нагрузки, подключенной к его вторичной обмотке, то кпд, как и косинус у силовых трансформаторов возрастают от нуля при ХХ и достигают максимума при коэффициенте загрузки 0,6-0,8 — тогда они максимальны. При ХХ трансформатора косинус Ф определяется так же, как и ток ХХ и от напряжения не зависит.

Мощность трансформатора определяется консрукцией тран-ра, а не напряжением.

§66. Мощность, к. п. д. и коэффициент мощности трансформатора Номинальная мощность. Номинальной мощностью трансформатора называется мощность, которую он может отдавать длительное время, не перегреваясь свыше допустимой температуры, определяемой теплостойкостью изоляции его обмоток. При этом срок службы силового трансформатора должен быть не менее 20 лет. Так как нагрев обмоток зависит от протекающего по ним тока, в паспорте трансформатора всегда указывают полную мощность Sном в вольт-амперах или киловольт-амперах. В зависимости от коэффициента мощности cos?2, при котором работают потребители, от трансформатора можно получить большую или меньшую активную мощность. При cos?2= 1 мощность подключенных к нему потребителей может быть равна его номинальной мощности Sном. При cos?2 < 1 мощность потребителей не должна превышать величины Sном cos?2. В паспорте трансформаторов э. п. с. переменного тока, которые имеют несколько вторичных обмоток, указывают так называемую типовую мощность. Она равна полусумме номинальных мощностей всех обмоток трансформатора, т. е. полусумме произведений наибольшего длительно допустимого в каждой обмотке тока на допустимое напряжение. Перегрузочная способность трансформатора определяется интенсивностью отвода тепла от его обмоток и надежностью их крепления. Силовые трансформаторы с масляным охлаждением и трансформаторы, используемые в выпрямительных установках, допускают перегрузки на 30 % выше номинальной в течение 2 ч и 60 % в течение 45 мин. Коэффициент мощности. Коэффициент мощности cos?2 трансформатора определяется характером нагрузки, подключенной к его вторичной обмотке. При уменьшении нагрузки начинает сильно сказываться индуктивное сопротивление обмоток трансформатора, и коэффициент мощности его снижается. При отсутствии нагрузки (при холостом ходе) трансформатор имеет очень низкий коэффициент мощности, что оказывает вредное влияние на работу источников переменного тока и электрических сетей (см. главу V). В этом случае трансформатор необходимо отключить от сети переменного тока. Потери мощности и к. п. д. При передаче энергии из первичной обмотки трансформатора во вторичную возникают потери мощности (рис. 225,а) в проводах обмоток (электрические потери ?Рэл1 и ?Рэл2) и в стали магнитопровода (магнитные потери ?РМ). При холостом ходе трансформатор не передает электрическую энергию потребителю и потребляемая им мощность тратится в основном на компенсацию магнитных потерь мощности в магни-топроводе (в результате вихревых токов и гистерезиса). Их часто называют потерями холостого хода. Чем меньше площадь поперечного сечения магнитопровода, тем больше в нем индукция, а сле- Рис. 225. Диаграмма энергетического баланса в трансформаторе (о) и зависимость его к.п.д. от нагрузки (б) довательно, и магнитные потери. Они значительно возрастают также при увеличении напряжения, подводимого к первичной обмотке, свыше номинального значения. При работе мощных трансформаторов магнитные потери составляют 0,3—0,5 % номинальной мощности. Тем не менее их стремятся максимально уменьшить. Объясняется это тем, что магнитные потери не зависят от того, работает трансформатор вхолостую или под нагрузкой. А так как общее время работы трансформатора обычно довольно велико, то суммарные годовые потери холостого хода значительны. При нагрузке к потерям холостого хода добавляются электрические потери в обмотках. Эти потери при номинальном токе численно равны мощности, потребляемой трансформатором при коротком замыкании, когда на его первичную обмотку подано напряжение UK. Для мощных трансформаторов они обычно составляют 0,5—2 % номинальной мощности. Уменьшение суммарных потерь достигается соответствующим выбором площади сечения проводов обмоток трансформаторов (снижение электрических потерь в проводах), применением электротехнической стали для изготовления магнитопровода (снижение потерь от перемагничивания) и расслоением магнитопровода на ряд изолированных друг от друга листов (снижение потерь от в

Мощность зависит не от напряжения а от кол-ва витков обмотке

мощность будет уменьшаться, так как сопротивление первички будет тем же а ток прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению. из этого следует что ток такжн=е падает и общая мощностьуменьшается

Странные ответы — вопрос никто не читал? Спрашивают о коэффиценте мощности — cos ф. В опыте холостого хода cos ф резко уменьшается при повышении напряжения. Дело в том, что при холостом ходе почти вся мощность на трансформаторе идет на намагничивание стали сердечника. Ток в первичной обмотке почти имеет пренебрежимо малую активную составляющую, которая к тому же неизменна, и большую реактивную составляющую. Реактивная составляющая увеличивается с ростом напряжения, так как с ростом приложенного напряжения увеличивается магнитный поток (потому что магнитный поток создает ЭДС, уравновешивающую приложенное напряжение) . cos ф тем меньше, чем больше соотношение реактивного тока к активному.

тк холостой ход это потери на перемагничивание те индуктивные то с уменьшением напряжения уменьшатся и они вместе с током Косинус при этом увеличится так как основной ток реактивный активной составляющей почти нет COS=P/S где S полная мощность Р активная так как основная часть мощности реактивная то полная мощность снизится на порядок больше чем активная во как

5.1. Определение потерь в трансформаторе.

Трансформаторы, имеющие значительное сопротивление, влияют на потери энергии в сети, на отключения напряжения у потребителей и потому должны учитываться при расчётах и анализах работы сетей.

Потери мощности в трансформаторах можно разделить на две части: не зависящие и зависящие от их нагрузки.

Потери в стили трансформаторов принимаются при расчётах сетей зависящих только от их мощности и напряжения. Потери активной мощности в стали трансформатора ΔР_ст., приравниваются потерям холостого хода ΔР_хх, а потери реактивной мощности в стали ΔQ_ст. принимаются равными намагничивающей мощности холостого хода трансформатора.

Потери активной мощности в обмотках трансформатора ΔР_м при номинальной нагрузке приравниваются потерям короткого замыкания ΔР_кз, а потери реактивной мощности в обмотках ΔQ_м при той же нагрузке – потерям рассеяния магнитного потока.

При расчётах электрических сетей, обычно, проводимость и сопротивления заменяются нагрузкой:

; (3.4)

где ΔР_тр. – потери активной мощности в трансформаторе(кВт), ΔQ_тр. — потери реактивной мощности в трансформаторе (кВАр), которые находятся по следующим формулам:

; (3.5)

; (3.6)

где S_н – мощность передаваемая через трансформаторы (кВА), S_нтр – номинальная мощность одного трансформатора (кВА), ΔР_хх, ΔР_кз. – потери холостого хода и короткого замыкания (кВт),i_хх – ток холостого хода трансформатора (%), U_кз. – напряжение короткого замыкания (%), n – число трансформаторов на подстанции.

Тогда потери полной мощности в трансформаторе будут определятся:

; (3.7)

По формулам (3.5), (3.6) и (3.7) определяем потери активной, реактивной и полной мощности в трансформаторе:

кВт

кВАр

_кВА

5.2. Определить кпд трансформатора.

Коэффициент загрузки трансформатора:

; (3.8)

КПД трансформатора:

; (3.9)

где cosφ – коэффициент мощности, принимаемый равным 0,95, т.к. будет произведена компенсация реактивной мощности, расчёт которой будет рассмотрен в следующем пункте.

Коэффициент загрузки трансформатора:

КПД трансформатора:

6. Выбор компенсирующих устройств.

Для электроприёмников, технологических линий и цехов первичной обработки и переработки заготовленного леса даже в периоды максимально загруженных смен, характерно существенное превышение реактивных нагрузок над активными.

Значительные реактивные нагрузки приводят к уменьшению пропускной способности, потерям напряжения и энергии во всех элементах систем электроснабжения. Поэтому требуется, чтобы устройства компенсации реактивной мощности, устанавливаемые у потребителя, должны обеспечивать (в период максимума её нагрузок) коэффициент мощности не менее 0,95.

Повышение коэффициента мощности при помощи компенсирующих устройств может быть осуществлено применением статических конденсаторов и синхронных компенсаторов. Конденсаторы обладают незначительной потерей активной мощности, примерно 2,5 – 5 кВт на 1 кВАр реактивной мощности конденсатора, или в 5 – 6 раз меньше, чем в синхронных компенсаторах. Мощность установленных конденсаторов (их число) можно легко увеличить или уменьшить в зависимости от потребности.

Величина реактивной мощности конденсаторов вычисляется по формуле:

; (4.0)

где Р_р – расчётная активная мощность цеха (кВт), tgφ_ест. – тангенс угла сдвига фаз до компенсации реактивной мощности, tgφ_кб. – тангенс угла сдвига фаз после компенсации реактивной мощности, которые находятся по формулам:

; (4.1)

; (4.2)

где Q_р – расчётная реактивная мощность цеха (кВАр), cosφ= 0,95

Решение:

;

;

_кВАр

В качестве компенсирующего устройства выбираем автоматическую конденсаторную установку компенсации реактивной мощности КРМ-0,4-27-1,8 У3.

§ 1.14. Потери и кпд трансформатора

В процессе трансформирования электрической энергии часть энергии теряется в трансформаторе на покрытие потерь. Потери в трансформаторе разделяются на электрические и магнитные.

Электрические потери. Обусловлены нагревом обмоток трансформаторов при прохождении по этим обмоткам электрического тока. Мощность электрических потерь Р_Э пропорциональна квадрату тока и определяется суммой электрических потерь в первичной Р_Э1 и во вторичной Р_Э2 обмотках:

Р_э = Р_з1 + Р_э2 = mI₁²r₁+ mI’₂²r_’2, (1.73)

где т — число фаз трансформатора (для однофазного трансформатора т = 1, для трехфазного т = 3).

При проектировании трансформатора величину электрических потерь определяют по (1.73), а для изготовленного трансформатора эти потери определяют опытным путем, измерив мощность к.з. (см. § 1.11) при номинальных токах в обмотках Р_к._ном—

Pэ=β²P_k.ном, (1.74)

где Р — коэффициент нагрузки (см. § 1.13).

Электрические потери называют переменными, так как их величина зависит от нагрузки трансформатора (рис. 1.40).

Магнитные потери. Происходят главным образом в магнитопроводе трансформатора. Причина этих потерь — систематическое перемагничивание магнитопровода переменным магнитным полем. Это перемагничивание вызывает в магнитопроводе два вида магнитных потерь: потери от гистерезиса Р_Г, связанные с затратой энергии на уничтожение остаточного магнетизма в ферромагнитном материале магнитопровода, и потери от вихревых токов Р_ВТ, наводимых переменным магнитным полем в пластинах магнитопровода:

P_М=P_Г+P_В.Т

С целью уменьшения магнитных потерь магнитопровод трансформатора выполняют из магнитно-мягкого ферромагнитного материала — тонколистовой электротехнической стали. При этом магнитопровод делают шихтованным в виде пакетов из тонких пластин (полос), изолированных с двух сторон тонкой пленкой лака.

Коэффициент полезного действия трансформатора определяется как отношение активной мощности на выходе вторичной обмотки Р₂ (полезная мощность) к активной мощности на входе первичной обмотки Р₁ (подводимая мощность):

η= P₂/Р₁=(Р₁-∑P)/Р₁ = l-∑P/Р₁. (1.76)

Сумма потерь ∑P=P_0ном+β₂P_к.ном.

Активная мощность на выходе вторичной обмотки трехфазного трансформатора (Вт)

Р₂ = √3U₂I₂cosφ₂=βS_номcosφ₂ , (1.78)

где S_ном= √3U_2HOM I_2HOM — номинальная мощность трансформатора, В-А; I₂ и U₂ — линейные значения тока, А, и напряжения В.

Учитывая, что Р₁ = Р₂ + ∑Р, получаем выражение для расчета КПД трансформатора:

(1.79)

Рис.1.41. График зависимости КПД трансформатора от нагрузки

Анализ выражения (1.79) показывает, что КПД трансформатора зависит как от величины (β), так и от характера (cosφ₂) нагрузки. Эта зависимость иллюстрируется графиками (рис. 1.41). Максимальное значение КПД соответствует нагрузке, при которой магнитные потери равны электрическим: Р_0ном =β’²/Р_К.НОМ, отсюда значение коэффициента нагрузки, соответствующее максимальному КПД,

(1.80)

Обычно КПД трансформатора имеет максимальное значение при β’=0,45÷0,65. Подставив в (1.79) вместо Р значение Р’ по (1.80), получим выражение максимального КПД трансформатора:

(1.81)

Помимо рассмотренного КПД по мощности иногда пользуются понятием КПД по энергии, который представляет собой отношение количества энергии, отданной трансформатором потребителю W₂ (кВт-ч) в течение года, к энергии W₁, полученной им от питающей электросети за это же время: η=W₂/W₁.

КПД трансформатора по энергии характеризует эффективность эксплуатации трансформации.

5. Регулирование напряжения трансформатора. Перенапряжения в трансформаторах и защита их от перенапряжений.