Расчет потерь холостого хода трансформатора: Холдинг «Энергия» — мини-расчет потерь

Содержание

Холдинг «Энергия» — мини-расчет потерь

Пример Расчета технологических потерь электроэнергии при ее передаче из сетей Сетевой организации в сети Потребителя:

Наименование организации Потребителя: ОАО «***» Адрес объекта:________ ТП №453 (счетчик №797198)

Расчет потерь в силовом трансформаторе и кабельной линии

1. Потери электроэнергии в трансформаторе рассчитываются по формуле:

∆Wт = ∆Wхх +  (∆Wн1 х Wт/100) , кВт*час, где
∆Wxx = ∆Рxx х То х (Ui /Uном)2 — потери  холостого хода силового трансформатора, кВт*час;
∆Wн1 = (∆Wн / Wт) х 100% — относительные нагрузочные потери силового трансформатора, %;
∆Wн = Кк х ∆Рср х Тр х Кф— нагрузочные потери силового тр-ра, кВт*час;


Кф2 = (1+2Кз)/3Кз ― квадрат коэффициента формы графика за расчетный период, у. е.;
Кз = [Wт / (Sн х Тр х cosφ)] х 10-3 —  коэффициент загрузки тр-ра ( заполнения графика), у.е.;
∆Рср = 3 х I2ср х R х 10-3 — потери мощности в силовом тр-ре, кВт;
Iср=Wт /(√3 х Uср х Тр х cos φ) – средняя нагрузка за расчетный период, А;
R = (∆Ркз х U2ном /S2ном) х 10-3
— активное сопротивление силового тр-ра, Ом;
Кк ― коэффициент, учитывающий различие конфигураций графиков активной и реактивной нагрузки (справочная величина, принимается равным 0,99), у.е.

 

ТМ 630/6/0,4

Тип трансформатора

Sнт

номинальная мощность трансформатора, МВА;

0,63

Uном

номинальное напряжение, кВ;

6

потребленная активная электроэнергия за месяц, кВт*час;

37108

∆Рхх

потери мощности холостого хода трансформатора, кВт;

1,31

∆Ркз

потери мощности короткого замыкания, кВт;

7,6

Тр

число часов работы трансформатора под нагрузкой за расчетный период, час;

720

То

время присоединения трансформатора за расчетный период к сети, час;

720

Кк

коэффициент различия конфигураций;

0,99

cosφ

среднезвешенный коэффициент мощности для трансформатора.

0,9

Расчет потерь в трансформаторе:
∆Wхх =1001 кВт*ч; К

ф2 =4,3338; Кз = 0,0909; R =0,6893 Ом;
∆Wн = 182,2 кВт*час; Iср=5,3407; ∆Рср = 0,0590;
%потерь  ∆Wн1 =0,49
Итого: ∆Wт = 1001 кВт*час +0,491%

2. Потери электроэнергии в линии электропередачи
(Тип силового кабеля — 6кВ АСБ 3*240мм2) рассчитываются по формуле:

Wкл =1,1*n*p*I2*L/g*0,001*T

, где
n — число фаз линии = 3
p — удельное сопротивление материала, Ом*мм2/м = 0,0271
I  — среднеквадратичный ток линии, А =5,3407
L — длина линии, м =50
g — сечение провода, мм2 = 240
T —  время работы за расчетный период, час-=720
1,1  — коэфф. учитывающий сопрот конт.,скрутку жил и способ прокладки линий
Справочно удельные сопративления меди, алюминия и стали:

р    Cu

0,0189

Ом*мм2/м

р    Al

0,0271

Ом*мм2/м

р   Сталь

0,14

Ом*мм2/м

Потери ∆Wкл =0,38 кВт*ч;        %потерь  ∆Wкл =0,001

ИТОГО: общий % потерь=0,492;                ВСЕГО ∆W = 1001 кВт*час +0,492%

Произвести расчет можно с помощью удобного калькулятора, выполненного в формате Exel-таблицы

Произвести более сложный расчет с большим количеством объектов электросетевого хозяйства, можно осуществить с помощью специализированного программного комплекса (РТП-3, либо Програсс++), оставив заявку в форме обратной связи с приложением необходимых первичных документов.

1.1.2 Расчет потерь в трехобмоточном трансформаторе. Влияние конструктивных особенностей тяговой сети на потери энергии

Похожие главы из других работ:

Влияние конструктивных особенностей тяговой сети на потери энергии

1.1.1 Расчет потерь в двухобмоточном трансформаторе

Для определения потерь в двухобмоточном трансформаторе необходимы следующие данные: а…

Модернизация электроснабжения шахты «Ерунаковская VIII»

2.2.2 Определение потерь в трансформаторе

Определение потерь активной (кВт•ч) и реактивной (кВАр•ч) энергии в трансформаторе где ТП — полное число часов присоединения трансформатора к сети, 8760 ч; ТР — число часов работы трансформатора под нагрузкой за расчетный период, 2400 ч…

Проектирование низковольтной распределительной сети

5.2 Расчет потерь электроэнергии за сутки в линии 1 и трансформаторе

Расчет потерь электроэнергии в линии 1: где =0,8 — коэффициент корреляции. ..

Развитие навыков разработки проектов электроснабжения различных потребителей

4.2 Расчет потерь электроэнергии за сутки во всех элементах схемы. Оценка в процентных долях потерь обусловленные не равномерностью режима электропотребления.

(4.3) где T — время равное 24 ч. (4.4) где — передаваемая мощность по сети. Для линии Л1: Для линии Л2: Шкаф ШР11-73509 (шкаф№1) Произведя расчет для остальных силовых пунктов(шкафов), сведём их в таблицу 4.3…

Развитие навыков разработки проектов электроснабжения различных потребителей

4.3 Расчет потерь мощности и электроэнергии в элементах сети обусловленных передачей реактивной мощности и оценка в процентных долях этих потерь от полных потерь

(4.6) (4.7) (4.8) Для линии Л1: Для линии Л2: Шкаф ШР11-73509 (шкаф№1) Расчет потерь для остальных линий производим аналогично, и результаты заносим в таблицу 4.4 Таблица 4.4 № СП Тип шкафа , Вт , Вт*ч , % 1 ШР11-73509 29,136 699,255 41,6 2 ШР11-73504 55,406 1329.

..

Разработка системы электроснабжения и монтажа электрооборудования фрезерного участка электромеханического цеха

1.5 Расчет потерь мощности в трансформаторе

Потери в трансформаторе определяются по формулам Sт=; (23) Рт=0,02·Smax нн; (24) Qт=0,1·Smax нн; (25) где Рт — потери активной мощности в трансформаторе, кВт; Qт — потери реактивной мощности в трансформаторе, кВАр; Smax — максимальная полная мощность на шинах НН…

Расчет цеховой электрической сети

1.5 Определение потерь мощности и электроэнергии в цеховом трансформаторе и в одной из линий, питающих силовые распределительные пункты

Потери мощности и электроэнергии в трансформаторе активные потери где — потери холостого хода трансформатора — нагрузочные потери трансформатора Sнагр — фактическая нагрузка трансформатора ; реактивные потери где — реактивная…

Электроснабжение компрессорной станции

7. Расчёт потерь мощности в трансформаторе

Потери мощности в трансформаторах состоят из потерь активной и реактивной мощности. Потери активной мощности состоят из двух составляющих: потерь, идущих на нагрев обмоток трансформатора, зависящих от тока нагрузки и потерь…

Электроснабжение механического цеха

9. Расчёт потерь мощности в трансформаторе

Паспортные данные трансформатора ТМ — 250 10,4: Рассчитываем потери активной мощности: (36), где…

Электроснабжение населенного пункта

9. Определение потерь напряжения в высоковольтной сети и трансформаторе

Потери напряжения на участках линии высокого напряжения в вольтах определяются по формуле (16) Где Р — активная мощность участка, кВт; Q — реактивная мощность участка, квар; rо — удельное активное сопротивление провода, Ом/км (табл…

Электроснабжение населенного пункта

10. Определение потерь мощности и энергии в сети высокого напряжения и трансформаторе

Правильный выбор электрооборудования, определение рациональных режимов его работы.. .

Электроснабжение ремонтного цеха

7. Расчёт потерь мощности в трансформаторе

Потери электрической мощности в трансформаторе составляют значительную величину и должны быть доведены до возможного минимума путём правильного выбора мощности и числа трансформаторов, рационального режима их работы…

Электроснабжение сельского населенного пункта

11. Определение потерь напряжения в высоковольтной сети и трансформаторе

Потери напряжения на участках линии высокого напряжения в вольтах определяются по формуле где Р — активная мощность участка, кВт; Q — реактивная мощность участка, квар; rо — удельное активное сопротивление провода, Ом/км (табл…

Электроснабжение сельского населенного пункта

12. Определение потерь мощности и энергии в сети высокого напряжения и трансформаторе

Правильный выбор электрооборудования, определение рациональных режимов его работы…

Электроснабжение сельского населённого пункта и производственного участка

3.
Расчет стоимости потерянной электроэнергии в трансформаторе и линии электропередач

Расчет технико-экономических показателей выполняется по формуле: = где: Pmax = Smax · cos cos = 0,75 (Коганов, стр.128) Rл =R· L — сопротивление линии — время максимальных потерь Cп = 44,9 · · 10 — стоимость потерь ТП № 1 Линия — 1 Pmax = 90*0,75 = 67,5 кВт Rл = 0,57*0,035 = 0…

Метод определения потерь в стали трансформатора, ориентированный на использование в САПР / Method of determination of transformer iron loss for using in automated design systems

Пентегов И.В. Метод определения потерь в стали трансформатора, ориентированный на использование в САПР / И.В. Пентегов, С.В. Рымар // Техническая электродинамика. – 1995. – № 6. – С. 35-40. Статья посвящена описанию метода расчета потерь в стали трансформатора, ориентированного на использование в автоматизированных расчетах. Погрешность аналитического вычисления потерь в электротехнической стали по предложенной методике, по сравнению с опытными данными, не превосходит 4% в диапазоне рабочих магнитных индукций трансформатора (1,3. ..1,8 Тл). Данный метод требует хранения значений лишь 9 параметров для каждой марки электротехнической стали и толщины листа, что позволяет избежать создания громоздких баз данных. Получена аппроксимационная формула для определения коэрцитивной силы в зависимости от амплитудного значения магнитной индукции, которая позволила получить аналитические выражения для расчета потерь на гистерезис. Учтено влияние скин-эффекта как в составляющей потерь от вихревых токов, так и в составляющей потерь на гистерезис. В используемые формулы явно входят значения частоты магнитного потока, что делает их универсальными. Ключевые слова: трансформатор, потери в стали, потери на гистерезис, потери от вихревых токов, магнитный поток, частота, коэрцитивная сила, магнитная индукция, скин-эффект, электротехническая сталь, аналитические вычисления, методика расчета, автоматизированное проектирование. / Pentegov I.V., Rymar S.V. Method of Determination of Transformer Iron Loss for Using in Automated Design Systems. Tekhnicheskaia Еlektrodinamika – Technical Electrodynamics, 1995, no. 6, pp. 35-40. (Rus). The article describes the method of calculating the losses in the transformer steel, based on the use of automated calculation. Analytical calculation accuracy loss electrical steel according to the proposed method, compared with the experimental data does not exceed 4% in the range of operating magnetic induction of the transformer (1,3…1,8 T). This method requires the storage of 9 parameters only values for each grade of electrical steel and the thickness of the sheet, thus avoiding the creation of databases voluminous. Approximation formula for determining the coercive force depending on the amplitude value of magnetic induction, which allowed to obtain analytical expressions for the calculation of the hysteresis losses. The formula used explicitly includes the frequency value of the magnetic flux, which makes them versatile. Key Words: Transformer, Iron Loss, Hysteresis Loss, Eddy Current Losses, Magnetic Flux, Frequency, Coercive Force, Magnetic Induction, Skin Effect, Electrical Steel, Analytical Calculations, Calculation Method, Automated Design Systems.

Figures — uploaded by Sergii RymarAuthor content

All figure content in this area was uploaded by Sergii Rymar

Content may be subject to copyright.

Определение тока холостого хода трансформатора

Электротехника Определение тока холостого хода трансформатора

просмотров — 1038

Ток первичной обмотки трансформатора, возникающий при холостом ходе при номинальном синусоидальном напряжении и номинальной частоте, принято называть током холостого хода.

При расчет тока холостого хода трансформатора отдельно определяют его активную и реактивную составляющие.

Активная составляющая тока холостого хода вызывается наличием потерь холостого хода. Активная составляющая тока, А,

Iх.а = Рх / (mUф),

где Рх – потери холостого хода, Вт; Uф – фазное напряжение первичной обмотки, В.

Обычно определяют не абсолютное значение тока холостого хода и его составляющих, а их относительное значение по отношению к номинальному току трансформатора iоа, i0р, iо, выражая их в процентах номинального тока.

Тогда активная составляющая, %,

,

или

iоа = Рх /(10S),

где S – мощность трансформатора, кВ· А; Рх – потери холостого хода, Вт.

Расчет реактивной составляющей тока холостого хода усложняется наличием в магнитной цепи трансформатора немагнитных зазоров. При этом расчете магнитная система трансформатора разбивается на четыре участка – стержни, ярма, за исключением углов магнитной системы, углы и зазоры. Для каждого из этих участков подсчитывается требуемая намагничивающая мощность, суммируемая затем по всœей магнитной системе. Также как и потери, реактивная составляющая тока холостого хода зависит от базовых магнитных свойств стали магнитной системы и ряда конструктивных и технологических факторов, оказывающих на эту составляющую существенно большое влияние, чем на потери.

Немагнитные зазоры в шихтованной магнитной системе имеют особую форму – в месте зазора стыки пластин чередуются со сквозными пластинами. Магнитный поток вместе стыка проходит частично через зазор между пластинами и частично – через сосœеднюю сквозную пластину. Индукция в сквозных пластинах в зоне, лежащей против стыков, увеличивается. Вместе с этим происходит местное увеличение потерь и реактивной составляющей тока холостого хода, однако общая намагничивающая мощность для зазора оказывается существенно меньшей, чем при стыке частей стыковой магнитной системы.

В практике расчета намагничивающая мощность для зазоров шихтованных магнитных систем, собираемых из пластин горячекатаной или холоднокатаной стали, определяется для условного немагнитного зазора, по площади сечения стали в данном стыке, ᴛ.ᴇ. по активному сечению стержня или ярма, и по удельной намагничивающей мощности, отнесенной к единице площади активного сечения, qз, В∙А/м2, и определяемой экспериментально для каждой марки стали.

Удельные намагничивающие мощности для стали марок 3404 и 3405 приведены в табл.26.

Таблица 26. Полная удельная намагничивающая мощность в стали q и в зоне шихтованного стыка q3 для холоднокатаной стали марок 3404 и 3405 толщиной 0,35 и 0,30 мм при различных индукциях и f = 50 Гц

В, Тл Марка стали и ее толщина qз, В∙А/м2
3404, 0,35 мм 3404, 0,30 мм 3405, 0,35 мм 3405, 0,30 мм
1,30 1,32 1,34 1,36 1,38   1,40 1,42 1,44 1,46 1,48   1,50 1,52 1,54 1,56 1,58   1,60 1,62 1,64 1,66 1,68   1,70 1,72 1,74 1,76 1,78   1,80 1,82 1,84 1,86 1,88 0,900 0,932 0,964 0,996 1,028   1,060 1,114 1,168 1,222 1,276   1,330 1,408 1,486 1,575 1,675   1,775 1,958 2,131 2,556 3,028   3,400 4,480 5,560 7,180 9,340   11,500 20,240 28,980 37,720 46,460 0,870 0,904 0,938 0,972 1,006   1,040 1,089 1,139 1,188 1,238   1,289 1,360 1,431 1,511 1,600   1,688 1,850 2,012 2,289 2,681   3,073 4,013 4,953 6,364 8,247   10,130 17,670 25,210 32,750 40,290 0,860 0,892 0,924 0,956 0,988   1,020 1,065 1,110 1,156 1,210   1,246 1,311 1,376 1,447 1,524   1,602 1,748 1,894 2,123 2,435   2,747 3,547 4,347 5,551 7,161   8,770 15,110 21,450 27,790 34,130 0,850 0,880 0,910 0,940 0,970   1,000 1,041 1,082 1,123 1,161   1,205 1,263 1,321 1,383 1,449   1,526 1,645 1,775 1,956 2,188   2,420 3,080 3,740 4,736 6,068   7,400 12,540 17,680 22,820 27,960                    

При экспериментальных исследованиях стали удельная намагничивающая мощность, отнесенная к 1 кг стали или к 1 м2 площади зазора q, может определяться как полная мощность или как ее реактивная составляющая. В табл. 26 приведены значения полной удельной намагничивающей мощности.

Полная намагничивающая мощность трансформатора, В∙А, для магнитной системы может быть определœена из следующего выражения:

Qx = Qx.c + Qx.я + Qx.з = qcGc + qяGя + ∑nзqзПз,

Где qc и qя – удельные намагничивающие мощности для стержня и ярма, определяемые по табл.26 для холоднокатаной стали в зависимости от соответствующих индукций, В∙А/кг; Gc и Gя – масса стали в стержнях и ярмах, кг; nз – число немагнитных зазоров (стыков) в магнитной системе; qз – удельная намагничивающая мощность, В∙А/м2, для немагнитных зазоров, определяемая для индукции в стержне по табл.26; Пз площадь зазора, ᴛ.ᴇ. активное сечение стержня или ярма, м2.

При расчете тока холостого хода для плоской стержневой шихтованной магнитной системы, собранной из пластин холоднокатаной анизотропной стали, также как и при расчете потерь холостого хода, приходиться считаться с факторами конструктивными – форма стыков стержней и ярм, форма сечения ярма, способ прессовки стержней и ярм – и технологическими – резка рулонов стали на пластины, удаление заусенцев, отжиг пластин, покрытие их лаком, прессовка магнитной системы при сборке и перешихтовка верхнего ярма при установке обмоток.

От воздействия этих факторов реактивная составляющая тока холостого хода увеличивается при несовпадении линий магнитной индукции и прокатки стали, а также в результате механических воздействий при заготовке пластин и сборке остова. Отжиг пластин ведет к уменьшению реактивной составляющей тока холостого хода. На токе холостого хода влияние этих факторов сказывается более резко, чем на потерях.

Полный фазный ток холостого хода, А,

Ix = Qx/(mUф).

Относительное значение тока холостого в процентах номинального тока

i0 = Qx/10S.

Активная составляющая тока холостого хода, фазное значение, А,

Ix = Рх/(mUф)

и в процентах номинального тока

iоа = Рх/(10S).

Реактивная составляющая тока холостого хода, А,

Ix =

и в процентах номинального тока

iop =

Полученное значение тока холостого хода должно быть сверено с предельно допустимым значением по ГОСТ, техническим условиям или заданию на расчет трансформатора. Отклонение расчетного значения тока холостого хода от заданного гарантийного не следует допускать более чем на половину допуска разрешенного ГОСТ (по ГОСТ 11677-85 разрешенный допуск +30%).

При расчете тока холостого хода по намагничивающей мощности определяется среднее значение, тока холостого хода для всœех стержней трансформатора. В симметричных магнитных системах, к примеру однофазных, или пространственных, это среднее значение будет совпадать с действительным значением тока холостого хода для каждого стержня.

В несимметричной магнитной системе ток холостого хода в обмотке среднего стержня меньше, чем в обмотках крайних стержней. Током холостого хода трансформатора в этом случае считается среднее значение токов трех фаз.


Читайте также


  • — Определение тока холостого хода трансформатора

    Ток первичной обмотки трансформатора, возникающий при холостом ходе при номинальном синусоидальном напряжении и номинальной частоте, называется током холостого хода. При расчет тока холостого хода трансформатора отдельно определяют его активную и реактивную… [читать подробенее]


  • Потери без нагрузки в трансформаторе

    Что такое потери холостого хода (потери возбуждения)?

    Потери холостого хода трансформатора возникают, когда трансформатор возбуждается при номинальном напряжении и частоте, сохраняя при этом вторичную цепь разомкнутой. Потери холостого хода трансформатора представляют собой комбинированные потери, вызванные потерями на вихревые токи, потерями на гистерезис, потерями на блуждающие вихревые токи и диэлектрическими потерями. Максимальные потери при работе трансформатора без нагрузки происходят в сердечнике. Поэтому потери трансформатора без нагрузки также называются потерями в стали или потерями возбуждения. Потери холостого хода трансформатора постоянны от холостого хода до полной нагрузки, поэтому потери холостого хода также называются постоянными потерями.

    Трансформатор представляет собой статическое устройство, и в трансформаторе нет движущихся частей. Следовательно, потери на трение и аэродинамические потери в трансформаторе равны нулю. Трансформатор повышает или понижает напряжение, сохраняя частоту неизменной. Потери в трансформаторе возникают из-за протекания тока в обмотке и магнитного поля в сердечнике.

    У идеального трансформатора входная мощность равна выходной мощности, однако в действительности это не так. Выходная мощность трансформатора всегда меньше входной мощности. Энергию нельзя ни создать, ни уничтожить; тот же принцип применим и для балансировки энергии трансформатора.

    Мощность, потребляемая на первичной обмотке, равна потерям в трансформаторе плюс мощность, отдаваемая на вторичной обмотке трансформатора. Потери в трансформаторе можно разделить на две категории;
    1. Потери в стали или сердечнике, диэлектрические потери и потери на блуждающие вихревые токи
    2.Потери в меди и паразитные потери

    Потери в стали или потери в сердечнике:

    Напряжение, подаваемое на первичную обмотку, создает магнитное поле в сердечнике. Поток, создаваемый первичным током, проходит через сердечник, связывается со вторичной обмоткой трансформатора и индуцирует напряжение во вторичной обмотке трансформатора.

    В этом индукционном процессе, когда трансформатор находится без нагрузки, трансформатор страдает от потерь в железе или сердечнике, которые можно разделить на две категории, а именно. потери на гистерезис, потери на вихревые токи, потери на блуждающие вихревые токи и диэлектрические потери. Все эти потери являются постоянными, поэтому потери холостого хода также называют постоянными потерями трансформатора.

    Гистерезис потерь
    Что такое гистерезисные потери в трансформаторе?

    Когда напряжение подается на первичную обмотку трансформатора, переменный ток, протекающий по первичной обмотке, намагничивает сердечник. Сердечник проходит процесс намагничивания и размагничивания из-за протекания тока в прямом и обратном направлении.При изменении направления переменного тока энергия теряется в виде тепла в сердечнике. Потери тепла из-за многократного изменения направления магнитного поля в сердечнике известны как гистерезисные потери.

    Потери на гистерезис можно рассчитать, найдя площадь кривой B-H. Чтобы свести к минимуму потери на гистерезис, сердечник трансформатора изготовлен из холоднокатаной кремниевой стали с ориентированным зерном (CRGO), поскольку площадь кривой намагничивания этого материала меньше по сравнению с другими магнитными материалами.

    Гистерезисные потери в сердечнике трансформатора можно рассчитать по данной формуле гистерезисных потерь.

    Формула гистерезисных потерь

    Потери на вихревые токи
    Что такое потери на вихревые токи в трансформаторе?

    Поток, проходящий через сердечник, индуцирует напряжение различной величины в различных местах на поверхности сердечника и других токопроводящих частях трансформатора. Из-за разности потенциалов в разных местах на поверхности сердечника в сердечнике возникает ток.Эти токи, возникающие в ядре, называются вихревыми токами .

    Из-за вихревых токов в активной зоне происходят потери тепла, равные I 2 R  потери.

    Потери на вихревые токи зависят от квадрата тока, протекающего в верхней части сердечника , и сопротивления материала сердечника. Сплошной лист железного блока имеет меньшее сопротивление из-за большей площади поперечного сечения. Величина напряжения, индуцированного в твердом блоке, больше, и, как следствие, потери на вихревые токи больше в твердом железном блоке.

    Почему железный сердечник трансформатора ламинирован?

    Чтобы свести к минимуму потери на вихревые токи, железный сердечник формируется из нескольких тонких электроизолированных листов, называемых ламинированием.

    Уменьшается площадь пути вихревого тока и уменьшаются потери из-за уменьшения наведенного напряжения и увеличения сопротивления. Тонкий ламинированный лист имеет более высокое сопротивление. Поток вихревых токов в ламинированных листах показан ниже.

    Ток, протекающий по листу, равен;

    I = разность потенциалов ЭДС, индуцированной в ламинированном сердечнике/сопротивлении листа.

    Поскольку тонкий лист имеет более высокое сопротивление по сравнению с сопротивлением толстого листа, ток, протекающий через тонкий лист, очень мал по сравнению с током, протекающим через толстый лист. С уменьшением величины вихревых токов при тонкой штамповке потери на вихревые токи резко уменьшаются. Поэтому сердечник трансформатора изготовлен из тонких ламинированных листов.

    Помимо зависимости вихревых токов от сопротивления штамповке, другие электрические параметры, такие как первичное напряжение и частота , также влияют на потери от вихревых токов.

    Формула потерь на вихревые токи трансформатора приведена ниже.

    Формула потерь на вихревые токи

    Влияние колебаний напряжения и частоты на трансформатор 

    Трансформатор рассчитан на определенное напряжение и частоту. Изменение напряжения питания и частоты от расчетного значения в дальнейшем приведет к увеличению потерь на вихревые токи. Изготовитель трансформатора дает гарантию на потери в стали для работы трансформатора при номинальном напряжении и частоте.

    Если напряжение в системе увеличивается, максимальная плотность потока в сердечнике увеличивается, и, следовательно, увеличиваются потери на вихревые токи и потери на гистерезис. Для защиты трансформатора от избыточного потока измеряется отношение V/F, и трансформатор может быть отключен, если поток в сердечнике превысит указанный предел потока трансформатора.

    Потери на вихревые токи резко увеличиваются с увеличением частоты, если напряжение также увеличивается в той же пропорции, потому что потери на вихревые токи пропорциональны квадрату частоты.

    Обычно системная частота остается в пределах номинальной частоты +/- 1,5 Гц; однако, если электрическая сеть богата гармониками, это может привести к увеличению потерь на вихревые токи. С увеличением частоты потери на вихревые токи увеличиваются намного больше, чем потери на гистерезис, потому что потери на вихревые токи пропорциональны квадрату частоты, тогда как потери на вихревые токи пропорциональны частоте.

    Таким образом, потери холостого хода трансформатора равны сумме потерь на вихревые токи и потерь на гистерезис.

    Потери холостого хода трансформатора постоянны для номинального напряжения и частоты. Поэтому потери холостого хода также называют постоянными потерями. Потери холостого хода изменяются, если трансформатор работает с плотностью потока выше номинальной. Более того, повышенная плотность потока приводит к искажению вторичного выходного напряжения, и трансформатор, если он работает выше номинальной плотности потока, может выйти из строя. Поэтому для защиты трансформатора используется защита от перенапряжения.

    Изменение потерь холостого хода при изменении напряжения и/или частоты

    Давайте разберемся, как на гистерезис и потери на вихревые токи влияют изменения частоты и напряжения.Возьмем четыре случая для исследования потерь холостого хода трансформаторов.

    Случай 1
    Влияние на потери холостого хода – при увеличении/уменьшении частоты при сохранении постоянного напряжения

    Потери на гистерезис пропорциональны частоте. Гистерезисные потери должны увеличиваться с увеличением частоты, однако гистерезисные потери остаются практически неизменными. Причина в том, что плотность потока в сердечнике уменьшается в той же пропорции, что и увеличение частоты.

    Аналогичным образом гистерезисные потери должны уменьшаться с уменьшением частоты, однако гистерезисные потери остаются практически неизменными из-за увеличения плотности потока в сердечнике.

    Потери на вихревые токи пропорциональны квадрату плотности потока и частоты. С увеличением частоты вихревой ток остается неизменным, поскольку произведение B 2 m  f 2 остается неизменным, поскольку поток пропорционален отношению V/f.С уменьшением частоты плотность потока в сердечнике увеличивается в той же пропорции, что и уменьшение частоты, и, таким образом, потери на вихревые токи остаются неизменными.

    Случай 2
    Влияние на потери холостого хода — при увеличении/уменьшении напряжения при сохранении постоянной частоты

    Гистерезисные потери прямо пропорциональны напряжению и плотности потока. Гистерезисные потери увеличиваются с увеличением напряжения. Плотность магнитного потока также пропорциональна напряжению.Таким образом, гистерезисные потери пропорциональны квадрату напряжения, если частота поддерживается постоянной.
    Таким образом,
      Гистерезисные потери, Втч ∝ В 2
     Потери на вихревые токи, Вт ∝ В 3

    Случай 3
    Влияние на потери холостого хода – при увеличении/уменьшении частоты и увеличении/уменьшении напряжения в той же пропорции

    Если увеличить частоту и напряжение в той же пропорции, то плотность потока в сердечнике останется неизменной, и в этом случае гистерезисные потери будут увеличиваться пропорционально увеличению частоты. Потери на вихревые токи будут увеличиваться в квадратная доля увеличенной частоты.

    Случай 4
    Влияние на потери холостого хода – когда частота увеличивается/уменьшается, а также увеличивается/уменьшается напряжение в разных пропорциях

    В этой ситуации потери на вихревые токи и гистерезис будут увеличиваться или уменьшаться по следующим причинам.

    • Увеличение/уменьшение частоты
    • Увеличение/уменьшение плотности потока

    Связанный пост s

    1. Потери в меди в трансформаторе
    2. Что такое потери на вихревые токи? — Определение и выражение

    Пожалуйста, подпишитесь на нас и поставьте лайк:

    Похожие сообщения

    Расчет регулирования и потерь трансформатора (согласно заводской табличке трансформатора)

    Расчет регулирования и потерь трансформатора для следующих данных паспортной таблички трансформатора

    • Номинальная мощность трансформатора (P)=16000 ВА
    • Первичное напряжение (Вп) = 11000 В
    • Вторичное напряжение (Вс) = 433 В
    • Потери без нагрузки (W0)=72 Вт
    • Ток холостого хода (I0)=0.59Ампер
    • Потери при полной нагрузке (Вт) = 394 Вт
    • Напряжение импеданса (Vi) = 480 Вольт
    • Сопротивление НН (Rs) = 219,16 мОм
    • Высоковольтное сопротивление (Rp) = 215,33 Ом
    • Температура окружающего воздуха(с)=30°С
    • Суммарная подключенная нагрузка на трансформатор (Pl)=10000 ВА

    Расчет:

    • % Нагрузка трансформатора=Pl/P
    • % Нагрузка трансформатора = 10000/16000 = 63%

    Расчет I2R:

    • Ток полной нагрузки ВН (Ip) =P/Vpx1.732
    • Ток полной нагрузки ВН (Ip) = 16000/11000×1,732=0,84 А
    • НН Ток полной нагрузки (Is)=P/Vsx1,732
    • НН Ток полной нагрузки (Is)==16000/433×1,732=21,33 А
    • Потери I2R на стороне высокого напряжения = IpxIpxRp
    • Потери I2R со стороны ВН = 0,84×0,84×215,33=227,8 Вт — (A)
    • Потери I2R стороны НН= IsxIsxRs
    • Потери I2R стороны НН == 21,33×21,33×219,16=149,63 Вт—(B)
    • Суммарные потери I² R при температуре окружающей среды (Ir)=A+B
    • Суммарные потери I² R при температуре окружающей среды (Ir) = 227.8+149,63=377,43 Вт
    • Суммарные паразитные потери при температуре окружающей среды (Ws) =Потери при полной нагрузке-Потери I2R
    • Суммарные потери на рассеяние при температуре окружающей среды (Ws) =394-377,43=16,57 Вт
    • I² R потери при температуре 75°C =Irx310/235xc =149,63×310/235×30 =441,52 Вт
    • Блуждающие потери при температуре 75°C =(Wsx(235+c))/310
    • Паразитные потери при температуре 75°C =(16,57x(235+30))/310=14,16 Вт
    • Суммарные потери при полной нагрузке при 75° c=441,52+14,16=455,69 Вт
    • Общий импеданс при температуре окружающей среды (Ax)=Vix1.732/ИП
    • Общий импеданс при температуре окружающей среды (Ax)=480×1,732/0,84=989,94 Ом
    • Общее сопротивление при температуре окружающей среды (Ar)=Ir/IpxIp
    • Общее сопротивление при температуре окружающей среды (Ar)=377,43/0,84×0,84=535,15 Ом
    • Суммарное реактивное сопротивление (X)=√AxxAx+ArxAr
    • Общее реактивное сопротивление (X)=√989,98×989,94+535,15×535,15=832,82 Ом
    • Сопротивление при 75°C (R)= (310xAr)/(235+c)=310×535,15/235+30 = 626,03 Ом
    • Полное сопротивление при 75°c (X1)=√2X+2R=√2×626,03+2×832,82 = 1041,88 Ом
    • Полное сопротивление в процентах = (X1x0.5774xIpx100)/Вп
    • Импеданс в процентах = (1041,88×0,5774×0,84×100)/11000=4,59%
    • Сопротивление в процентах (R%) = (Rx0,5774xIpx100)/Vp
    • Сопротивление в процентах (R%) = (626,03×0,5774×0,84×100)/11000= 2,76%
    • Реактивное сопротивление в процентах (X%) = (Xx0,5774xIpx100)/Vp
    • Реактивное сопротивление в процентах (X%) = (832,82 x 0,5774 x 0,84 x 100)/11000 = 3,67%

    Положение

    • Регулирование в Unity P.F =2,76
    • Регулирование в Unity на 0.8 P.F =((R% x cosØ)+(X% x SinØ))+(0,005x((R% x SinØ)+(X% x CosØ)))
    • Регулирование при единице при 0,8 P.F =((2,76 x 0,8)+(3,67 x 0,6))+(0,005x((2,76 x0,6)+(3,67 x 0,8)))= 4,43

    Результаты

    • Суммарные потери I² R при окруж. температура (Ir) = 377,43 Вт
    • Суммарные паразитные потери @ Amb. температура (Вт) = 16,57 Вт
    • Регулирование в Unity P.F =2,76
    • Регулирование в Unity на 0.8 ПФ =4,43

     

     

    Нравится:

    Нравится Загрузка…

    Связанные

    О Jignesh.Parmar (BE, Mtech, MIE, FIE, CEng)
    Jignesh Parmar закончил M.Tech (управление энергосистемой), BE (электрика). Он является членом Института инженеров (MIE) и CEng, Индия. Членский номер: M-1473586. Он имеет более чем 16-летний опыт работы в области передачи-распределения-обнаружения хищения электроэнергии-электротехнического обслуживания-электропроектов (планирование-проектирование-технический анализ-координация-исполнение).В настоящее время он работает в одной из ведущих бизнес-групп в качестве заместителя менеджера в Ахмадабаде, Индия. Он опубликовал ряд технических статей в журналах «Electrical Mirror», «Electrical India», «Lighting India», «Smart Energy», «Industrial Electrix» (Australian Power Publications). Он является внештатным программистом Advance Excel и разрабатывает полезные электрические программы на основе Excel в соответствии с кодами IS, NEC, IEC, IEEE. Он технический блоггер и знаком с английским, хинди, гуджарати и французским языками.Он хочет поделиться своим опытом и знаниями и помочь техническим энтузиастам найти подходящие решения и обновить себя по различным инженерным темам.

    Расчет потерь холостого хода распределительных трансформаторов, питаемых несинусоидальным напряжением, с использованием трехмерного анализа конечных элементов

    https://doi.org/10.1016/j.energy.2012.09.050Получить права и содержание работают при номинальном напряжении, номинальной частоте, а также при чисто синусоидальном токе нагрузки.В последнее десятилетие изменение типа нагрузки и более широкое использование силовых электронных устройств с несинусоидальной формой волны тока также привели к искажению формы волны напряжения в системе. Потери трансформаторов включают потери под нагрузкой и потери холостого хода. Потери холостого хода постоянно приводили к потерям энергии в трансформаторах, которые подключены к сети в течение всех 24 ч. Учитывая большое значение энергии и нежелательное влияние потерь на старение трансформаторов, потери холостого хода рассматриваются как критический фактор.В настоящее время необходимо применять подходящий метод расчета потерь холостого хода при наличии гармоник напряжения и условий перевозбуждения, особенно для распределительных трансформаторов, в результате гармонического повышения напряжения и тока в сети и отдельных Приложения. В этой статье метод конечных элементов (FEM) использовался для моделирования влияния несинусоидального напряжения на потери холостого хода трансформаторов. Такое моделирование позволяет программному обеспечению моделировать и анализировать различные электромагнитные параметры, такие как линии потока, плотность потока, потери и т. д., при различных входных источниках и с высокой точностью.Кроме того, было исследовано влияние несинусоидальных напряжений на потери холостого хода на типичном экспериментальном трансформаторе с использованием нескольких практических испытаний.

    Особенности

    ► МКЭ использовался для расчета потерь распределительного трансформатора при искажении напряжения. ► Этот метод дает точные результаты по сравнению со стандартными или схематическими методами. ► Использована новая версия 3D FEM, этот подход основан на электромагнитном поле. ► В литературе МКЭ всегда использовался для изучения потерь нагрузки трансформатора, и большинство из них основано на магнитостатическом МКЭ.► Результаты МКЭ подтверждены экспериментально для небольшого тестового трансформатора.

    Ключевые слова

    Распределительный трансформатор

    Метод конечных элементов

    Потери холостого хода

    Гармоники напряжения

    Рекомендуемые статьиСсылки на статьи (0)

    Показать полный текст

    Copyright © 2012 Elsevier Ltd. Все права защищены.

    Рекомендуемые статьи

    Ссылки на статьи

    Проектирование и анализ трансформатора Sen с использованием FEM и расчета потерь без нагрузки

    [1] Sen, K.К., Сен, М.Л. (2003). Представляем семейство трансформаторов «Sen»: комплект трансформаторов, регулирующих потоки мощности. IEEE Transactions on Power Delivery, 18(1): 149-157. https://doi.org/10.1109/TPWRD.2002.803725

    [2] Лю Дж., Динавахи В. (2016). Подробная магнитная эквивалентная схема на основе модели нелинейного силового трансформатора в реальном времени на FPGA для исследований электромагнитных переходных процессов. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 63(2): 1191-1202. https://doi.org/10.1109/TIE.2015.2477487

    [3] Энокизоно, М., Сода, Н. (1997). Конечно-элементный анализ сердечника модели трансформатора с измеренным тензором релюкции. IEEE Transactions on Magnetics, 33(5): 4110-4112. https://doi.org/10.1109/20.619679

    [4] Остренко М., Андриенко Б. (2017). Расчет импульсных перенапряжений трансформатора с помощью МКЭ, соединенного со схемой. IEEE Transactions on Magnetics, 53(6): 1-4. https://doi.org/10.1109/TMAG.2017.2661402

    [5] Fonseca, W.S., Lima, D.S., Nunes, M.V.A., Soeiro, N.S., Lima, A.K.F. (2016). Анализ электромагнитных напряжений и структурной целостности обмотки трансформатора в условиях пусковых токов.2016 г. 12-я Международная конференция IEEE по отраслевым приложениям (INDUSCON), Куритиба, Бразилия, стр. 1–8. https://doi.org/10.1109/INDUSCON.2016.7874578

    [6] Оливейра, Х.К., Таварес, К.Э., Аполонио, Р., Васконселлос, А.Б., Бронзеадо, Х.С. (2006). Переключение, управляемое трансформатором, для устранения пускового тока — часть I: Теория и лабораторная проверка. 2006 г. Конференция и выставка IEEE/PES по передаче и распространению: Латинская Америка, Каракас, Венесуэла, стр. 1-5. https://doi.org/10.1109/TDCLA.2006.311523

    [7] Фукс, Э.Ф., Лин, Д.С., Мартинайтис, Дж. (2006). Измерение снижения номинальных характеристик трехфазного трансформатора и потребности в реактивной мощности в условиях нелинейной нагрузки. IEEE Transactions on Power Delivery, 21(2): 665-672. https://doi.org/10.1109/TPWRD.2005.858744

    [8] Yu, C.H., Basak, A. (1993). Оптимальная конструкция сердечников трансформаторов путем анализа потока и потерь в железе с помощью нового программного обеспечения. IEEE Transactions on Magnetics, 29(2): 1446-1449. https://doi.org/10.1109/20.250675

    [9] Штадлер, А., Альбах, М. (2006). Влияние схемы обмотки на потери в сердечнике и индуктивность рассеяния в высокочастотных трансформаторах. IEEE Transactions on Magnetics, 42(4): 735-738. https://doi.org/10.1109/TMAG.2006.871383

    [10] Лин Д.С., Фукс Э.Ф. (2006). Мониторинг в реальном времени потерь в железном сердечнике и меди трансформаторов при (не)синусоидальном режиме. IEEE Transactions on Power Delivery, 21(3): 1333-1341. https://doi.org/10.1109/TPWRD.2006.874118

    [11] Эрнандес, К., Архона, Массачусетс (2007). Проектирование распределительных трансформаторов на основе системы знаний и двумерных конечных элементов. Конечные элементы в анализе и проектировании, 43(8): 659-665. https://doi.org/10.1016/j.finel.2007.01.004

    [12] Яздани-Асрами М., Мирзайе М., Акмал А.А.С. (2013). Расчет потерь холостого хода распределительных трансформаторов, питаемых несинусоидальным напряжением, с использованием трехмерного анализа методом конечных элементов. Энергия, 50: 205-219. https://doi.org/10.1016/j.energy.2012.09.050

    Как рассчитать потери трансформатора без нагрузки? – М.В.Организинг

    Как рассчитать потери трансформатора без нагрузки?

    Расчет потерь холостого хода (железо) основан на соотношении измеряемых напряжений и квадрата номинального напряжения, а результаты умножаются на значение холостого хода из таблицы данных.

    Как рассчитать потери нагрузки трансформатора?

    Умножьте напряжение в вольтах на ток в амперах вторичной обмотки трансформатора. Запишите фигуру. Вычтите вторичную мощность из первичной мощности. Ответ равен вашей потере мощности.

    Сколько потерь в трансформаторе?

    Обычно общие потери трансформатора мощностью 75 кВА составляют около 1000 Вт при нагрузке 35 % или 1,3 %. Фактические потери при полной нагрузке трансформатора могут составлять более 3000 Вт для линейных нагрузок и 7000 Вт для нелинейных нагрузок.

    Что вызывает потерю мощности в трансформаторе?

    Потери в трансформаторе возникают из-за электрического тока, протекающего в катушках, и переменного магнитного поля в сердечнике. Потери, связанные с катушками, называются потерями нагрузки, а потери, возникающие в сердечнике, называются потерями холостого хода.

    Как устранить неполадки трансформатора?

    Поиск и устранение неисправностей низковольтного трансформатора

    1. Определите клеммы трансформатора, ориентируясь на его этикетку.
    2. Переключите мультиметр на функцию VAC.
    3. Проверьте входное напряжение трансформатора с помощью мультиметра, используя этикетку трансформатора в качестве ориентира для клемм.
    4. Проверьте выходное напряжение трансформатора с помощью мультиметра.

    Какие из следующих потерь в трансформаторе равны нулю даже при полной нагрузке?

    Какие из следующих потерь в трансформаторе равны нулю даже при полной нагрузке? Объяснение: Потери на трение связаны с вращающимися частями машины.Поскольку в трансформаторе все детали неподвижны, потери на трение всегда будут равны нулю, независимо от условий нагрузки.

    При каком условии эффективность трансформатора максимальна?

    Объяснение: Максимальная эффективность трансформатора достигается при полной нагрузке.

    Что произойдет, если частоту питания трансформатора удвоить?

    Какими будут потери на вихревые токи, если частота питания трансформатора удвоится? Восемь раз.

    Может ли трансформатор увеличить частоту?

    Важными параметрами электрического трансформатора являются напряжение, ток и его частота, а также связанные с ними потери. Трансформатор предназначен для некоторых постоянных свойств, таких как частота. Напряжение трансформатора при заданной плотности потока увеличивается с частотой и вместе с ней уменьшается.

    Почему мощность трансформатора измеряется в кВА, а не в кВт?

    Медь и железо — это два типа потерь в трансформаторе.Потери в меди зависят от тока (ампер), протекающего через обмотки трансформатора, а потери в железе зависят от напряжения (вольт). т. е. мощность трансформатора указана в кВА.

    Какие потери в трансформаторе не зависят от нагрузки и являются постоянными?

    Потери в стали не зависят от нагрузки, потери в стали остаются постоянными для любой нагрузки. Поэтому потери в железе считаются постоянными потерями. Потери в меди зависят от квадрата тока нагрузки и считаются переменными потерями.

    Какой ток без нагрузки?

    [′nō ¦lōd ′kə·rənt] (электричество) Ток, протекающий в сети, когда выход разомкнут.

    Каков коэффициент мощности без нагрузки?

    На холостом ходу от первичной обмотки отводится небольшой ток для создания необходимого магнитного потока в магнитопроводе. Это известно как «ток холостого хода». По мере увеличения нагрузки на трансформатор реактивное сопротивление уменьшается, а коэффициент мощности увеличивается. При полной нагрузке коэффициент мощности приближается к 1.

    Потери без нагрузки и потери нагрузки в трансформаторе

    Марк,

    Не видя фактического напряжения на первичной и вторичной сторонах для каждого из выполненных вами тестов, мне трудно их комментировать.

    Что касается более раннего вопроса о том, где моделируются потери холостого хода, вы можете сослаться на эквивалентную схему в статье в Википедии по адресу: http://en.wikipedia.org/wiki/Transformer. Это ближе к концу статьи

    Потери холостого хода представлены Rc в этой цепи.Ссылаясь на часть текста этой статьи:

    «Потери в стали вызваны в основном эффектами гистерезиса и вихревых токов в сердечнике и пропорциональны квадрату потока в сердечнике для работы на заданной частоте. Поскольку поток в сердечнике пропорционален приложенному напряжению, потери в стали могут быть представлен сопротивлением Rc параллельно идеальному трансформатору».

    Итак, одна из вещей, которую мы пытаемся максимально точно представить в модели трансформатора в OpenDSS, — это потери холостого хода (которые являются физическим явлением).

    Мы предоставляем параметр «%noloadlosses» как средство удобной настройки представления этих потерь холостого хода в виде сопротивления при номинальном напряжении. Большинство инженеров-энергетиков имеют или могут выразить потери холостого хода либо из листа испытаний трансформатора, либо из типовых данных в процентах от базового номинала трансформатора. Фактическое омическое значение обычно не указывается (хотя вы можете его рассчитать следующим образом).2/P.2/Rc.

    Я предполагаю, что может быть ошибка в сообщении счетчика энергии о потерях холостого хода. Однако мы использовали его во многих, многих исследованиях и обнаружили, что он сообщает разумные значения, которые варьируются в зависимости от того, что я описал выше. Но если бы была какая-то ошибка, то мы хотели бы докопаться до сути и исправить ее.

    Я хотел бы попросить вас перепроверить ваши тесты (напряжения, мощности, показания счетчика энергии и т. д.), и если вы все еще считаете, что значения потерь холостого хода, сообщаемые счетчиком энергии, не совпадают с эквивалентной схемой. модель и приложенные напряжения, то мы хотели бы увидеть все файлы схем для каждого из тестов, чтобы увидеть, действительно ли есть ошибка в отчетах счетчика энергии.Я мог бы предоставить вам свой адрес электронной почты, если вы хотите отправить файлы схем для каждого из выполненных вами тестов (вместе с результатами, которые вы получаете), но я хотел бы попросить вас перепроверить свои результаты. первый.

    Спасибо,

    Wes

    Новый метод быстрого расчета потерь холостого хода методом FEA для трехфазных распределительных трансформаторов с многоядерным сердечником

    1. Введение

    Распределительные трансформаторы поглощают наибольшую долю капитальных вложений в распределительную систему, при этом они также являются наиболее важными элементами этой секции [1] .Эти трансформаторы с КПД по мощности часто выше 98% имеют самый высокий КПД и надежность среди различных сетевых устройств [2] . Однако значительную часть потерь в передающих и распределительных сетях составляют длительные потери трансформаторов, которые существуют даже в состоянии холостого хода [2] . Анализ 25 европейских стран (ЕС-25) показывает, что эти потери в распределительных трансформаторах составляют почти одну треть от общих потерь при передаче и распределении [3] .В последние годы из-за более серьезных экологических проблем и быстрого роста стоимости энергии требования к эффективным трансформаторам значительно возросли [4] . В ЕС-25 потери в сердечнике составляют почти 70% от общих потерь трансформатора, в то время как эксплуатационный (или энергетический) КПД составляет 93,38% [3] . Таким образом, всемирная озабоченность по снижению потерь холостого хода оправдана [3] . Для уменьшения этих потерь в литературе представлены различные методы [4, 9] .Помимо использования лучших материалов сердечника, улучшенная конструкция сердечника может значительно снизить эти потери [2] . Таким образом, изготовитель трансформатора неизбежно использует точный инструмент расчета для определения влияния конструктивных параметров на потери в сердечнике [10] . Этот вычислительный инструмент должен точно моделировать характеристики активной зоны и удовлетворять следующим требованиям [8, 10] :

    Ÿ  Анизотропия и нелинейность материала магнитопровода;

    Ÿ  Условие ограничения напряжения аналогично стандартному тесту без нагрузки [11] ;

    Ÿ  Потери в сердечнике в направлениях, отличных от направления прокатки материала сердечника;

    Ÿ   Соединения и дополнительные потери в сердечнике из-за воздушных зазоров, вызвавших искажение распределения потока [13, 14] ;

    Ÿ  Отверстия для штабелирования.

    Поскольку распределение магнитного поля в сердечнике трансформатора и окружающем пространстве имеет трехмерный (3-D) характер, для точного моделирования сердечника трансформатора для изучения влияния различных конструктивных параметров требуется трехмерная модель [12] . Решение трехмерных моделей создает несколько проблем, таких как очень длительное время моделирования и требует больших объемов компьютерных ресурсов (ОЗУ, жесткий диск) [12] . Особо точное трехмерное моделирование керна с его прослоями становится невозможным.Принимая во внимание эти проблемы, инженеры и проектировщики трансформаторов пытаются заменить трехмерную модель сердечника некоторыми двумерными (2-D) моделями [8, 9, 10, 12] . Применение двумерных моделей значительно сокращает время вычислений и сложность задачи [12] . При двумерном моделировании потерь в сердечнике компромисс между точностью и временем расчета приводит к различным двумерным моделям. Которые требуют большого времени вычислений и часто точно определяют потери в сердечнике, однако программное обеспечение для оптимизации сердечника трансформатора имеет меньше возможностей для оценки различных режимов расчетных параметров.Таким образом, полученная конструкция может оказаться не самой эффективной.

    В этой статье представлен новый метод оценки потерь в сердечнике трансформатора методом 2-D FEA. Этот метод, сохраняя точность на приемлемом уровне, существенно сокращает время вычислений по сравнению с традиционными методами. Например, в [10] , несмотря на высокую точность оценки, каждый отдельный карман керна необходимо моделировать и моделировать отдельно. В новом методе этой работы оценка потерь в сердечнике не зависит от количества карманов.И, например, новый метод для этого 11-карманного сердечника; это увеличивает скорость расчета в 11 раз. Используя граничное условие магнитного потока, гарантируется синусоидальное напряжение катушек возбуждения. В этом методе анизотропное и нелинейное поведение магнитного материала как в направлении прокатки, так и в направлении поперечной прокатки моделируется с помощью аппроксимации кривой Гаусса. В этой симуляции моделируются отверстия для укладки и дополнительные локальные потери соединений для получения более точных результатов.Для расчета потерь на каждом элементе сердечника трансформатора используется уравнение, предложенное для несинусоидальных форм волн плотности потока в [15, 16] . Высокая точность предлагаемого метода подтверждена результатами измерений на различных промышленных распределительных трансформаторах.

    2. Моделирование сердечника трансформатора

    Блок-схема предлагаемого метода оценки потерь холостого хода показана на рис. 1. Для увеличения скорости вычислений некоторые основные расчетные процессы, включая различные модели МКЭ, можно выполнять в параллельной форме. как показано на рисунке 1.Блок пользовательского интерфейса получает необходимые входные данные от пользователя и подготавливает необходимые входные данные для других блоков, такие как математическое соотношение между относительной магнитной проницаемостью и плотностью магнитного потока. Калькулятор коэффициента потерь материала сердечника оценивает модель потерь для материала магнитного сердечника. Решатель плоскости xy моделирует и решает модель плоскости xy. Используя результаты решателя в плоскости xy и предполагаемую модель потерь в сердечнике, калькулятор потерь в плоскости xy оценивает общие потери модели в плоскости xy.Калькулятор ALJL возвращает распределение плотности магнитного потока и дополнительные локальные потери в соединениях (ALJL) в определяемой пользователем структуре соединений.

    Интегрирование вычисленных значений ALJL по длине соединений возвращает общие дополнительные потери.

    Fig ure 1. Представлена ​​блок-схема калькулятора холостого хода

    2.1. Моделирование XY-плоскости

    Общее уравнение, определяющее задачу, представляет собой магнитостатическое уравнение Максвелла , записанное следующим образом [10] .

    (1)

    где H , B и r — соответственно вектор напряженности магнитного поля, вектор плотности магнитного потока и тензор релюкции. Общая модель тензора релюкции [10] :

    (2)

    , где R R , R R R R ZZ — нелинейная функция B .Ось Z считается перпендикулярной поверхности пластин сердечника. r xx и r yy предполагаются независимыми от направления z.

    Поскольку сердечник трансформатора изготовлен из множества листов с высокой проницаемостью (максимальная толщина 0,3 мм), отделенных друг от друга изоляционным покрытием толщиной менее 10 мкм, магнитное поле можно учитывать только в листах [10] . Нормальная плотность магнитного потока незначительна и обычно меньше 4 мТл [17] .В данной работе направление плотности магнитного потока принято перпендикулярным поверхности листов сердечника во всей конструкции сердечника, за исключением стыков, в которых оно принимается равным нулю. Это допущение значительно снижает сложность задачи, и исходная трехмерная задача может быть заменена некоторыми двухмерными аналитическими моделями, и оценка потерь в сердечнике становится независимой от количества карманов в собранном сердечнике. При таком допущении уравнение (1) можно переписать следующим образом:

    (3)

    Рис. Ур 2. xy-плоскостная модель трехфазного многослойного сердечника

    Как видно из уравнения. (3), B x (x,y) и B y (x,y) не зависят от направления z. Поэтому в модели плоскости xy моделируется только самый большой карман сердечника трансформатора. Потери в плоскости xy рассчитываются путем интегрирования пространственного распределения потерь в основном кармане по всей конструкции сердечника. Поэтому оценка потерь в сердечнике не зависит от количества карманов, в отличие от обычных методов.Таким образом, скорость вычислений увеличивается на коэффициент количества карманов. На рис. 2 показана модель трехфазной многофазной активной зоны в плоскости xy.

    Напряжение на обмотках трансформатора имеет синусоидальную форму при стандартных условиях испытаний. Граничные условия потока используются для обеспечения синусоидальной формы волны приложенного напряжения. Используя уравнение Фарадея, полный поток в поперечном сечении ветвей представляет собой заданную величину в каждый момент времени следующим образом: [10] .

    (4)

    где В , , n и s — синусоидальное приложенное напряжение, полный поток, вектор нормального поперечного сечения конечности и площадь поперечного сечения, соответственно.

    Наличие отверстий для укладки сердечника может увеличить потери в сердечнике до 3% [17] . Отверстия искажают форму волны потока и приводят к более высоким гармоникам и, следовательно, к более высоким потерям [8] . Например, на рис. 3 показано влияние отверстия на искажение плотности потока по ширине листа. Отверстия моделируются в этом моделировании для получения более точных результатов, в отличие от [10] .

    Fig ure 3. Искажение плотности потока при наличии установочного отверстия

    Рис Уре 4. Распределение плотности магнитного потока во 2 момент времени

    Программа

    FEA решает двухмерную модель основного кармана и возвращает распределение плотности магнитного потока в плоскости xy в любой момент времени. На рис. 4 показано распределение плотности магнитного потока в два разных момента времени.

    Для расчета изменения магнитной индукции во времени на любом элементе сердечника трансформатора, аналогично [10] , принимается 12 равных пространственных моментов времени.Модель плоскости xy решается для этих 12 моментов с их конкретными граничными условиями потока. Например, на рис. 5 показаны формы сигналов плотности магнитного потока в точке P в направлении прокатки и поперечном направлении прокатки, как показано на рис. 2.

    Fig ure 5. Форма волны магнитной индукции в точке P, показанная на рисунке 2

    2.2. Моделирование Z-плоскости

    Благодаря наличию воздушных зазоров в стыках, магнитный поток проходит между перекрывающимися пластинами ярма и ветвей, а когда эти пластины насыщаются, поток пересекает воздушные зазоры [10] .Это искажение потока вызывает дополнительные локальные потери. Эти дополнительные потери не могут быть оценены по моделям xy-plane. Вводится подходящий метод для решения этой проблемы при моделировании листов в плоскости z вблизи стыков [2, 4, 10, 14] . На рисунке 6 показано поведение плотности магнитного потока для структур с одноступенчатым перекрытием (SSL) и многоступенчатым перекрытием (MSL) с использованием стали CRGO при работе при плотности магнитного потока 1,7 Тл.

    Рис. Ур 6. Распределение магнитного потока в области стыков из-за наличия воздушных зазоров, a ) Одношаговый внахлест, b ) Многошаговый внахлест

    График изменения плотности магнитного потока в стыках СС и МСЛ (с разным шагом) по линии L показан на рисунке 7. Как видно на рисунке 7, искажение потока происходит только на расстоянии нескольких сантиметров вокруг воздушных зазоров. Поэтому применение модели z-плоскости ограничено этой областью и не зависит от общей конструкции сердечника трансформатора.

    В соединениях MSL плотность магнитного потока в воздушных зазорах снижается примерно до нуля по сравнению с соединениями SSL. Снижаются величины насыщения основных листов; однако площадь насыщенной области увеличивается, как показано на рисунке 7. Однако обычно известно, что соединения MSL уменьшают потери в соединениях сердечника.

    Для нескольких плотностей магнитного потока решается двумерная структура, показанная на рис. 6, и рассчитываются дополнительные локальные потери в соединении.

    Рис. Ур 7. Магнитная индукция вдоль линии L на рис. 3 а) структура ПСЛ, б) структура МСЛ

    Для расчета общих потерь в плоскости z формы сигналов магнитной индукции в L-образных и Т-образных соединениях оцениваются на основе решенных моделей xy-плоскости. Затем ALJL интегрируется по длине суставов следующим образом.

    (5)

    , где ALJLDEN , B M M M (x) — это плотность дополнительных локализованных суставов по площади суставов и максимальной магнитной индукции по длине х вдоль суставов.

    Общие потери в плоскости z можно получить, умножив ALJLden на площадь поперечного сечения стыка.

    Fig ure 8. Аппроксимация кривой Гаусса для моделирования нелинейного поведения стали M5 CRGO.

    3. Аппроксимация кривой релюктивности

    При численном моделировании нелинейного поведения материала сердечника трансформатора часто требуется математическое соотношение между относительной магнитной проницаемостью и плотностью потока.Различные методы подгонки, такие как гиперболические уравнения [18] , представлены в прошлом в литературе. В этой статье в качестве уравнения используется аппроксимация кривой Гаусса с 3 членами. (6) [19] .

    (6)

    где – относительная проницаемость. a i , b i и c i являются параметрами, которые определяются с помощью алгоритма подбора кривой.Метод Гаусса обладает мощными возможностями для моделирования чрезвычайно нелинейного поведения проницаемости материала. Например, на рисунке 8 показаны измеренные данные и аппроксимированная кривая для стали M5 CRGO.

    4. Модель потерь в сердечнике для несинусоидальных сигналов

    Как показано на рисунке 5, формы сигналов мгновенной плотности магнитного потока в элементах сердечника трансформатора демонстрируют несинусоидальное изменение. Следовательно, в этом моделировании нельзя использовать уравнения, относящиеся к синусоидальным сигналам.В последние годы были разработаны точные уравнения для моделирования потерь в сердечнике, когда в магнитных материалах существует несинусоидальная форма волны плотности потока. В этой статье, чтобы рассчитать потери в каждом элементе сердечника трансформатора, Equ. (7), как предложено [15, 16] , используется для определения потерь:

    (7)

    Где максимальная плотность потока, толщина листа, его проводимость, ее массовая плотность и период времени представлена ​​ B M , A ​​, Σ , ρ и T соответственно. K h , K exc и n a,b,c – постоянные коэффициенты магнитного материала. Эти коэффициенты можно получить, используя удельные потери магнитного материала на определенных частотах и ​​удельные плотности магнитного потока.

    Использование экв. (7), пространственное распределение потерь в сердечнике в плоскости xy показано на рисунке 9. Отверстия для укладки не учитываются на рисунке 9 для лучшей визуализации.

    Рис. ure 9. Пространственное распределение потерь в сердечнике модели в плоскости xy в верхней половине 3-фазного сердечника с тремя ответвлениями

    5. Проверка расчетов

    Для проверки предлагаемого метода эта модель реализована на 12 образцах трехфазных распределительных трансформаторов с тремя ветвями коммерческого размера, и результаты сравниваются с заводскими измерениями. Для каждого распределительного трансформатора тестируются несколько чисел определенного размера, и средние потери в сердечнике используются в качестве измеренных потерь.Отобранные образцы имеют различные структуры сердечника, номинальные мощности, номинальные напряжения и расчетную магнитную индукцию. В таблице 1 показаны некоторые образцы результатов. Средняя точность нового метода составила 0,28 %, а стандартное отклонение — 3,41 %. Таким образом, по сравнению с традиционным методом, таким как [10] , этот метод увеличивает скорость расчета в 8 раз, а средняя ошибка увеличивается только на 0,08%.

    Таблица 1. Сравнение результатов предлагаемого метода для различных трансформаторов промышленного размера с измерениями

    6.Резюме и заключение

    Требование к инструменту расчета для точного определения влияния проектных параметров на оптимизацию потерь в сердечнике кажется неизбежным для производителя трансформаторов. В этой статье представлен точный и быстрый метод оценки потерь в сердечнике. В этом методе почти все основные параметры конструкции, такие как; учитываются геометрические параметры, параметры стыков и эффект стыковочных отверстий. Таким образом, программное обеспечение для оптимизации ядра, с одной стороны, может контролировать все параметры конструкции, а с другой стороны, остается больше времени для проверки различных режимов параметров конструкции.В более поздних работах необходимо изучить влияние различных конструктивных параметров на потери в сердечнике.

    Заявление о конкурирующих интересах

    У авторов нет конкурирующих интересов.

    Ссылки

    9
    [1]   Даут И., Ахмад ДММ, Закария С. и Тайб С., «Сравнение потерь и распределения потока между двумя трехфазными распределительными трансформаторами мощностью 1000 кВА, собранными с воздушным зазором и без него». воздушный зазор ламинирования сердечника трансформатора», IEEE Asia-Pacific c оф.Прикладные электромагниты ( Apace 2007 ), 4-6 декабря 2007.
    в статье
    [2] ILO, A., Pfutzner, H. , Наката, Т., «Критическая индукция — ключевая величина для оптимизации работы сердечника трансформатора», J Journal of Magnetism and Magnetic Mater ials , 215-216. 637-640. 2000.
    в статье Crossref
    [3] Targosz, R.и Топалис, Ф.В., «Энергоэффективность распределительных трансформаторов в Европе», , 9-я межд. конф. Электротехника d Качество электроэнергии и использование ( EPQU 2007 ), 9-11 октября 2007 г., Барселона.
    в статье
    8
    [4] [4] [4] [4] [4] [4] [4] olivares, jc, liu, y Морено, П., «Уменьшение потерь в распределительных трансформаторах», IEEE Transaction on Power Delivery, 18 (3) . 821-826. Июл. 2003.
    в статье Crossref
    [5] Метод параллельного смешанного целочисленного программирования и метода конечных элементов для глобальной оптимизации конструкции силовых трансформаторов», IEEE Trans action on Magnetics , 44 (6). 1022-1025. Jun. 2008. в статье Crossref [6] Kefalas, T.Д., Георгилакис, П. С., Кладас, А. Г., Суфларис, А. Т., и Папаригас, Д. Г., «Намотанный сердечник с многослойным ламинированием: новый метод минимизации потерь в трансформаторе с использованием имитации отжига с перезапусками и модели анизотропии», IEEE Trans Действие на Magnetics , 44 (6). 1082-1085. Jun. 2008. в статье Crossref [7] [7] , Арджона, М.А., и Донг, С.Х., «Объектно-ориентированная система знаний для проектирования распределительных трансформаторов», IEEE Trans действие на Magnetics, 44 (10). 2332-2337. Октябрь 2008. Crossref [8] [8] 99962 производительность силовых и распределительных трансформаторов», IEEE Tr a n s действия по Power Delivery, 16 (4).648-653. Октябрь 2001. в статье Crossref [9] 9 [9] [9] Valkovic, Z. и Rezic, A., «Улучшение основных магнитных свойств трансформатора с использованием шага дизайн внахлест», J Журнал магнетизма и магнетизма Mater ials , 112. 413-415. 1992. в статье Crossref [10] Mechler, G.Ф. и Гиргис Р.С., «Расчет пространственного распределения потерь в многослойных сердечниках силовых и распределительных трансформаторов», IEEE Transaction on Power Delivery, 13 (2). 532-537. Апрель 1998. в статье [11] Ян.2005. в статье 2 [12] 9 [12] «Исследование тороидальных трансформаторов с помощью 2D подходов», 28th Annu. Конф. IEEE. Специалисты мощности электроники ( PESC 1997 ) , июнь 92-27, 1997. в статье [13] Valkovic, Z., «Дополнительные потери в сердечниках трехфазных трансформаторов», J Журнал магнетизма и магнетизма Mater ials , 41. 424-426. Февраль 1984. в статье Crossref [14] [14] Действие Trans
    на Power Delivery, 15 (1).198-203. Январь 2000. в статье 9 [15] [15] Mousavi, S.a. Тезис, Университет Тегерана, Тегеран, Иран, 2008. в статье [16] [16] Roshen, WA, «Практичная, точная и очень общая модель потери ядра для несинусоидальных сигналов», IEEE Tran , раздел Power Electronics, 22 (1).30-40. Январь 2007. в статье [17] 9 [17] Моисей, Адже, «Прогноз основных потерь трехфазных трансформаторов от оценки компонентов, способствующих строительству фактор», J Журнал магнетизма и магнетизма Mater ials, 254-255. 615-617. 2003. в статье Crossref [18] Хелил, М., Elleuch, M., «Моделирование воздушных зазоров в перекрывающихся соединениях в железном сердечнике трехфазного трансформатора для использования методом FEM», IEEE Multi- Conference on Systems, Signals and Devices ( SSD 2009 ) , Мар. 23-26, 2009. в статье 9062 [19] Hajipour, E., Rezaei, P., Вакилиан, М., Гафури, М., «Прогнозирование потерь холостого хода силового трансформатора с помощью моделирования методом конечных элементов и оптимизации коэффициентов построения», Journal of Electro Magnetic Analysis and Applications , 3 (10).

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.