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 изосновных видов электротехнического оборудования. Благодаря им можно получатьэлектрическую энергию, при наиболее удобном напряжении, передавать ее сминимальными потерями напряжения и использовать при напрядении,рассчитанном на любого возможного потребителя. Передача электрической энергииот места производства до потребителя требует создания многих повышающих ипонижающих напряжение трансформаторов. В зависимости от параметровэлектроэнергии, необходимой тем или иным потребителям, трансформаторыизготавливают на различные мощности и напряжения. Существуют трансформаторымощностью от нескольких вотльт-ампер до 1 200 000 кВ*А и более.

Для транспортировки электроэнергии построены десятки и сотни тысячкилометров высоковольтных линий электропередачи напряжением 110, 220, 330, 500,700, 1150 и 1500 кВ.

Для обеспечения этих линий элетропередачи, разработанны и освоены мощные трансформаторы иавтотрансформаторы; создане крупные сериираспределительных трансформаторов общего назначения различной мощности иназначения; специальные трансформаторы для электротермических преобразовательныхи других установок; пусковые, передвижные, регулировочные, испытательные идругие специальные трансформаторы.

Устройство

Трансформатор состоит из замкнутого железного сердечника, на которыйнадеты две (иногда и более) катушки с проволочными обмотками (рис. 1). Одна изобмоток, называемая первичной, подключается к источнику переменногонапряжения. Вторая обмотка, к которой присоединяют «нагрузку», т. е. приборы иустройства, потребляющие электроэнергию, называется вторичной. Схема устройстватрансформатора с двумя обмотками 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

Магнитопроводыбывают:

1.

Броневые

2.

Стержневые

Рис.1 Рис.2

Обмотки

а) дисковые у броневоготрансформатора

б) цилиндрические

в) винтовые

г) непрерывные

Однослойныеи многослойные

Магнитопроводс обмоткой помещается в бак с трансформатором маслом,которое служит для изоляции и охлаждения

Основные параметры трансформаторов

Генераторы электрического тока потехническим причинам, нельзя изготовлять на очеьбольшие напряжени, даже крупные из них имеютнапряжения не более 24 кВ, а такое напряжение можно использовать только намалых расстояниях от электростанции.

Чтобы передача электрическойэнергии(электроэнергии) на многие сотни и тысячи километров стали выгодной,необходимо значительно большее напряжение 500, 750 кВ и более. Для этой цели ислужит трансформатор — электомагнитное устройство сдвумя или более обмотками, предназначенное для преобразования с помощью элетромагнитной индукции переменного тока одного напряженияв переменный ток другого(или других) напряжений. Обмотка трансформатора, ккоторой подводиться энергия преобразуемого перемнноготока, называется первичной, а обмотка от которой отводится энергия преобразованногопеременного тока — вторичной.Существут трансформаторыу которых помимо первичной и вторичной обмоток, существует третья обмотка спромежуточным напряжением.

Обмотки трансформаторов, к которымподводится энергия преобразуемого или отводится энергия преобразованногопеременного тока, нахывают основными, напрмер, первичная и вторичная обмотки трансформатора.Кроме основных, у трансформатора могут быть и другие обмотки, не связанныенепосредственно с приемом или отдачей энергии преобразованного переменноготока, которые называют вспомогательными. Различают Различаютосновные обмотки трансформатора высшего(ВН), низшего(НН) и среднего (СН)напряжений.

Обмотка ВН имеет наибольшее 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 которого первичнойобмоткой называется НН — называют повышающим. В конце линии передач, где начинаеться распределение энергии, устанавливаюттрансформаторы, снижающие напряжение линнии донапряжений, необходимых потребителю. Первичной в таких трансформаторах служитобмотка ВН, а трансформаторы называются понижающими. Таким образом, взависимости от назначения повышать или понижать, напряжение первичной обмоткиодного и того же трансформатора может быть обмотка НН или ВН.

Коэффициент полезного действиятрансформатора

Преобразованиеэлектрической энергии в трансформаторе сопровождается потерями энергии нанагрев сердечника и обмоток. Уравнение баланса мощностей трансформатора имеетвид:

где — активная мощность, потребляемая отсети,

<img src="/cache/referats/18643/image020.jpg" v:shapes="_x0000_s1033"><img src="/cache/referats/18643/image022.jpg" v:shapes="_x0000_s1032"> j — мощность,отдаваемая в нагрузку,

— потери в медипервичной обмотки,

<img src="/cache/referats/18643/image026.jpg" v:shapes="_x0000_s1035"> — потери в сталитрансформатора,

— потери в меди вторичной обмотки.

Процесспреобразования энергии в трансформаторе иллюстрирует энергетическая диаграмма,приведенная на рис. 5

Величина

носитназвания коэффициента полезного действия трансформатора.

Еслиобозначить сумму

<img src="/cache/referats/18643/image036.jpg" v:shapes="_x0000_s1040">и назвать ее потерями в медитрансформатора, то КПД трансформатора можно выразить так

<img src="/cache/referats/18643/image038.jpg" v:shapes="_x0000_s1042"><img src="/cache/referats/18643/image040.jpg" v:shapes="_x0000_s1041">Потери в стали определяются величиной и частотойизменения магнитного потока в сердечнике трансформатора, а так как поток почтине зависит от нагрузки, то потери в стали остаются почти постоянными и равнымипотерям в режиме ХХ

Посколькупотери в меди обмотки пропорциональны квадрату действующего значения тока,через нее протекающего, последние могут быть определены из упрощенной схемызамещения трансформатора (рис 2-) в режиме КЗ.

— потери вмеди при номинальном токе первичной обмотки,

— потери вмеди при токе, отличном от номинального,

Активнуюмощность в нагрузке трансформатора можно вычислить по формуле:

где — — полная мощность в нагрузкетрансформатора в номинальном

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

Этаформула рекомендована ГОСТом для определения КПД трансформатора.

<img src="/cache/referats/18643/image053.jpg" v:shapes="_x0000_s1051">Анализ полученного выраженияпоказывает, что КПД неоднозначно зависит от коэффициента нагрузки b и является функцией характера нагрузки что иллюстрируется кривыми,приведенными на рис. 6

Рис. 6

<img src="/cache/referats/18643/image057.jpg" v:shapes="_x0000_s1055"><img src="/cache/referats/18643/image059.jpg" v:shapes="_x0000_s1054"><img src="/cache/referats/18643/image061.jpg" v:shapes="_x0000_s1053">При b=0, h =0. С ростом отдаваемой мощности h увеличивается, т.к. в энергетическом балансе уменьшаетсяудельное значение потерь в стали, имеющих приблизительно постоянное значение.При некотором значении КПДдостигает максимума, после чего начинает уменьшаться с ростом тока нагрузки.Причиной этого является увеличение потерь в меди, возрастающих пропорциональноквадрату тока (или ), в то время какполезная мощность растет пропорционально b. Значение можно получить из условия.

приэтом

<img src="/cache/referats/18643/image067.jpg" v:shapes="_x0000_s1060"><img src="/cache/referats/18643/image069.jpg" v:shapes="_x0000_s1058">Следовательно КПД имеетмаксимум при такой нагрузке, при которой потери в меди трансформатора равныпотерям в стали. Для трансформаторов большей мощности

<img src="/cache/referats/18643/image071.jpg" v:shapes="_x0000_s1066"><img src="/cache/referats/18643/image073.jpg" v:shapes="_x0000_s1065"><img src="/cache/referats/18643/image075.jpg" v:shapes="_x0000_s1064"><img src="/cache/referats/18643/image067.jpg" v:shapes="_x0000_s1062"><img src="/cache/referats/18643/image077.jpg" v:shapes="_x0000_s1063"><img src="/cache/referats/18643/image057.jpg" v:shapes="_x0000_s1061">=0,5 — 0,7, при этом =0,995. Трансформаторы малоймощности рассчитывается как, чтобы =1, тогда =0,7 – 0,9. При уменьшении величины КПД уменьшается, т.к.возрастают токи и , при которых трансформатор имеет заданнуюмощность .

Трансформатор состоит из замкнутого железного сердечника, на которыйнадеты две (иногда и более) катушки с проволочными обмотками (рис. 1). Одна изобмоток, называемая первичной, подключается к источнику переменногонапряжения. Вторая обмотка, к которой присоединяют «нагрузку», т. е. приборы иустройства, потребляющие электроэнергию, называется вторичной. Схемаустройства трансформатора с двумя обмотками приведена на рисунке 2,

Список используемой литературы.

1. КитуновичФ.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.