Реферат: КПД трансформатора. Устройство и работа

Министерство образования Российской Федерации

Реферат

КПД трансформатора. Устройство и работа

Выполнил:

Группа:

Нижний Новгород 2004 год

Введение

Трансформаторы — один из основных видов электротехнического оборудования. Благодаря им можнополучать электрическую энергию, при наиболее удобном напряжении, передавать еес минимальными потерями напряжения и использовать при напрядении, рассчитанномна любого возможного потребителя. Передача электрической энергии от местапроизводства до потребителя требует создания многих повышающих и понижающихнапряжение трансформаторов. В зависимости от параметров электроэнергии,необходимой тем или иным потребителям, трансформаторы изготавливают наразличные мощности и напряжения. Существуют трансформаторы мощностью отнескольких вотльт-ампер до 1 200 000 кВ*А и более.

Для транспортировкиэлектроэнергии построены десятки и сотни тысяч километров высоковольтных линийэлектропередачи напряжением 110, 220, 330, 500, 700, 1150 и 1500 кВ.

Для обеспечения этихлиний элетропередачи, разработанны и освоены мощные трансформаторы иавтотрансформаторы; создане крупные серии распределительных трансформаторовобщего назначения различной мощности и назначения; специальные трансформаторыдля электротермических преобразовательных и других установок; пусковые,передвижные, регулировочные, испытательные и другие специальные трансформаторы.

Устройство

Трансформатор состоитиз замкнутого железного сердечника, на который надеты две (иногда и более)катушки с проволочными обмотками (рис. 1). Одна из обмоток, называемая первичной,подключается к источнику переменного напряжения. Вторая обмотка, к которойприсоединяют «нагрузку», т. е. приборы и устройства, потребляющиеэлектроэнергию, называется вторичной. Схема устройства трансформатора с двумяобмотками приведена на рисунке 2,

Трансформаторыбывают: повышающие, понижающие однофазные, трех и многофазные. Силовые,измерительные, испытательные.

Номинальные данные щитка: SH, квт, U1H/U2H,I1H/I2H,l/l, ?.

Активными элементамитрансформатора являются

1. магнитопровод

2. обмотки

Магнитопроводы бывают:

1. Броневые

2. Стержневые

Рис.1 Рис.2

Обмотки

а) дисковые у броневоготрансформатора

б) цилиндрические

в) винтовые

г) непрерывные

Однослойныеи многослойные

/> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> <td/> /> /> /> />/>/>

Магнитопровод с обмоткойпомещается в бак с трансформатором маслом, которое служит для изоляции иохлаждения

Основные параметры трансформаторов

Генераторыэлектрического тока по техническим причинам, нельзя изготовлять на очеь большиенапряжени, даже крупные из них имеют напряжения не более 24 кВ, а такоенапряжение можно использовать только на малых расстояниях от электростанции.

Чтобы передачаэлектрической энергии(электроэнергии) на многие сотни и тысячи километров сталивыгодной, необходимо значительно большее напряжение 500, 750 кВ и более. Дляэтой цели и служит трансформатор — электомагнитное устройство с двумя или болееобмотками, предназначенное для преобразования с помощью элетромагнитнойиндукции переменного тока одного напряжения в переменный ток другого(илидругих) напряжений. Обмотка трансформатора, к которой подводиться энергияпреобразуемого перемнного тока, называется первичной, а обмотка от которойотводится энергия преобразованного переменного тока — вторичной.Существуттрансформаторы у которых помимо первичной и вторичной обмоток, существуеттретья обмотка с промежуточным напряжением.

Обмотки трансформаторов,к которым подводится энергия преобразуемого или отводится энергияпреобразованного переменного тока, нахывают основными, напрмер, первичная ивторичная обмотки трансформатора. Кроме основных, у трансформатора могут быть идругие обмотки, не связанные непосредственно с приемом или отдачей энергиипреобразованного переменного тока, которые называют вспомогательными. РазличаютРазличают основные обмотки трансформатора высшего(ВН), низшего(НН) и среднего(СН) напряжений.

Обмотка ВН имеетнаибольшее номинальное напаряжение по сравнению с другими основными обмоткамитрансформатора, Обмотка НН — наименьшее номинальное напряжение, а обмотка СН — номинальное напряжение, являющееся промежуточным между ВН и НН.

Трансформатор у которогопервичной обмоткой называется НН — называют повышающим. В конце линии передач,где начинаеться распределение энергии, устанавливают трансформаторы, снижающиенапряжение линнии до напряжений, необходимых потребителю. Первичной в такихтрансформаторах служит обмотка ВН, а трансформаторы называются понижающими.Таким образом, в зависимости от назначения повышать или понижать, напряжениепервичной обмотки одного и того же трансформатора может быть обмотка НН или ВН.

Коэффициент полезного действия трансформатора

Преобразование электрическойэнергии в трансформаторе сопровождается потерями энергии на нагрев сердечника иобмоток. Уравнение баланса мощностей трансформатора имеет вид:

/> /> /> /> /> /> /> /> /> />

где -активная мощность, потребляемая от сети,

/>/> j - мощность,отдаваемая в нагрузку,

— потери в меди первичной обмотки,

/> — потери в стали трансформатора,

— потери в меди вторичной обмотки.

Процесс преобразования энергиив трансформаторе иллюстрирует энергетическая диаграмма, приведенная на рис. 5

Величина

носит названия коэффициентаполезного действия трансформатора.

Если обозначить сумму

/>иназвать ее потерями в меди трансформатора, то КПД трансформатора можно выразитьтак

/>/>Потери в стали определяются величиной ичастотой изменения магнитного потока в сердечнике трансформатора, а так какпоток почти не зависит от нагрузки, то потери в стали остаются почтипостоянными и равными потерям в режиме ХХ

Поскольку потери в медиобмотки пропорциональны квадрату действующего значения тока, через неепротекающего, последние могут быть определены из упрощенной схемы замещениятрансформатора (рис 2-) в режиме КЗ.

- потери в меди при номинальном токе первичной обмотки,

- потери в меди при токе, отличном от номинального,

Активную мощность в нагрузкетрансформатора можно вычислить по формуле:

где - -полная мощность в нагрузке трансформатора в номинальном

режиме. Теперь выражение,определяющее КПД трансформатора можно записать в виде:

Эта формула рекомендованаГОСТом для определения КПД трансформатора.

/>Анализполученного выражения показывает, что КПД неоднозначно зависит от коэффициентанагрузки b и является функцией характера нагрузки чтоиллюстрируется кривыми, приведенными на рис. 6

Рис. 6

/>/>/>Приb =0, h =0. С ростом отдаваемой мощности h увеличивается, т.к. в энергетическомбалансе уменьшается удельное значение потерь в стали, имеющих приблизительнопостоянное значение. При некотором значении КПД достигаетмаксимума, после чего начинает уменьшаться с ростом тока нагрузки. Причинойэтого является увеличение потерь в меди, возрастающих пропорционально квадратутока (или ), в то время как полезная мощность растет пропорционально b.Значение можно получить из условия.

при этом

/>/>Следовательно КПД имеет максимум при такой нагрузке,при которой потери в меди трансформатора равны потерям в стали. Длятрансформаторов большей мощности

/>/>/>/>/>/>=0,5 — 0,7, при этом =0,995.Трансформаторы малой мощности рассчитывается как, чтобы =1, тогда =0,7 – 0,9. При уменьшении величины КПД уменьшается, т.к.возрастают токи и , при которых трансформатор имеет заданную мощность .

Список используемой литературы.

1. Китунович Ф.Г.

Электротехника.

3-е изд., переработанное идополненное.

Минск. «Высш. Школа», 1991.

2. Евдокимов Ф. Е.

Теоретическиеосновы электротехники.

Изд. 4-е, перераб. и доп.Учебник для энергетич.

и электротехнич.специальностей техникумов.

М. «Высш. Школа», 1975.

3. Касаткин А.С.

Основыэлектротехники.