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 можно получать электрическую энергию,
при наиболее удобном напряжении, передавать ее с минимальными
потерями напряжения и использовать при напрядении, рассчитанном на
любого возможного потребителя. Передача электрической энергии от
места производства до потребителя требует создания многих
повышающих и понижающих напряжение трансформаторов. В зависимости
от параметров электроэнергии, необходимой тем или иным
потребителям, трансформаторы изготавливают на различные мощности и
напряжения. Существуют трансформаторы мощностью от нескольких
вотльт-ампер до 1 200 000 кВ*А и более. Для транспортировки
электроэнергии построены десятки и сотни тысяч километров
высоковольтных линий электропередачи напряжением 110, 220, 330,
500, 700, 1150 и 1500 кВ. Для обеспечения этих линий
элетропередачи, разработанны и освоены мощные трансформаторы и
автотрансформаторы; создане крупные серии распределительных
трансформаторов общего назначения различной мощности и назначения;
специальные трансформаторы для электротермических
преобразовательных и других установок; пусковые, передвижные,
регулировочные, испытательные и другие специальные
трансформаторы.
Устройство
Трансформатор состоит из 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
которой присоединяют «нагрузку», т. е. приборы и устройства,
потребляющие электроэнергию, называется вторичной. Схема устройства
трансформатора с двумя обмотками приведена на рисунке 2,
Трансформаторы бывают: повышающие, понижающие однофазные, трех и
многофазные. Силовые, измерительные, испытательные. Номинальные
данные щитка: SH, квт, U1H/U2H, I1H/I2H, (/(, ?. Активными
элементами трансформатора являются 1. магнитопровод 2. обмотки
Магнитопроводы бывают: 1. Броневые 2. Стержневые
Рис.1
Рис.2 Обмотки а) дисковые у броневого трансформатора б)
цилиндрические в) винтовые г) непрерывные Однослойные и
многослойные
Магнитопровод с обмоткой помещается в бак с трансформатором маслом,
которое служит для изоляции и охлаждения
Основные параметры трансформаторов
Генераторы электрического тока по техническим причинам, нельзя
изготовлять на очеь большие напряжени, даже крупные из них имеют
напряжения не более 24 кВ, а такое напряжение можно использовать
только на малых расстояниях от электростанции.
Чтобы передача электрической энергии(электроэнергии) на многие
сотни и тысячи километров стали выгодной, необходимо значительно
большее напряжение 500, 750 кВ и более. Для этой цели и служит
трансформатор - электомагнитное устройство с двумя или более
обмотками, предназначенное для преобразования с помощью
элетромагнитной индукции переменного тока одного напряжения в
переменный ток другого(или других) напряжений. Обмотка
трансформатора, к которой подводиться энергия преобразуемого
перемнного тока, называется первичной, а обмотка от которой
отводится энергия преобразованного переменного тока -
вторичной.Существут трансформаторы у которых помимо первичной и
вторичной обмоток, существует третья обмотка с промежуточным
напряжением.
Обмотки трансформаторов, к которым подводится энергия
преобразуемого или отводится энергия преобразованного переменного
тока, нахывают основными, напрмер, первичная и вторичная обмотки
трансформатора. Кроме основных, у трансформатора могут быть и
другие обмотки, не связанные непосредственно с приемом или отдачей
энергии преобразованного переменного тока, которые называют
вспомогательными. Различают Различают основные обмотки
трансформатора высшего(ВН), низшего(НН) и среднего (СН)
напряжений.
Обмотка ВН имеет наибольшее номинальное напаряжение по сравнению с
другими основными обмотками трансформатора, Обмотка НН - наименьшее
номинальное напряжение, а обмотка СН - номинальное напряжение,
являющееся промежуточным между ВН и НН.
Трансформатор у которого первичной обмоткой называется НН -
называют повышающим. В конце линии передач, где начинаеться
распределение энергии, устанавливают трансформаторы, снижающие
напряжение линнии до напряжений, необходимых потребителю. Первичной
в таких трансформаторах служит обмотка ВН, а трансформаторы
называются понижающими. Таким образом, в зависимости от назначения
повышать или понижать, напряжение первичной обмотки одного и того
же трансформатора может быть обмотка НН или ВН.
Коэффициент полезного действия трансформатора
Преобразование электрической энергии в трансформаторе
сопровождается потерями энергии на нагрев сердечника и обмоток.
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 энергии в трансформаторе иллюстрирует
энергетическая диаграмма, приведенная на рис. 5
Величина
носит названия коэффициента полезного действия трансформатора. Если
обозначить сумму
и назвать ее потерями в меди трансформатора, то КПД трансформатора
можно выразить так
Потери в стали определяются величиной и частотой изменения
магнитного потока в сердечнике трансформатора, а так как поток
почти не зависит от нагрузки, то потери в стали остаются почти
постоянными и равными потерям в режиме ХХ Поскольку потери в меди
обмотки пропорциональны квадрату действующего значения тока, через
нее протекающего, последние могут быть определены из упрощенной
схемы замещения трансформатора (рис 2-) в режиме КЗ.
- потери в меди при номинальном токе первичной обмотки,
- потери в меди при токе, отличном от номинального,
.
Активную мощность в нагрузке трансформатора можно вычислить по
формуле:
где - - полная мощность в нагрузке трансформатора в номинальном
режиме. Теперь выражение, определяющее КПД трансформатора можно
записать в виде:
Эта формула рекомендована ГОСТом для определения КПД
трансформатора.
Анализ полученного выражения показывает, что КПД неоднозначно
зависит от коэффициента нагрузки b и является функцией характера
нагрузки что иллюстрируется кривыми, приведенными на рис. 6
Рис. 6
При b =0, h =0. С ростом отдаваемой мощности h увеличивается, т.к.
в энергетическом балансе уменьшается удельное значение потерь в
стали, имеющих приблизительно постоянное значение. При некотором
значении
КПД достигает максимума, после чего начинает уменьшаться с ростом
тока нагрузки. Причиной этого является увеличение потерь в меди,
возрастающих пропорционально квадрату тока (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. Для
трансформаторов 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 . Трансформатор состоит из 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 которой присоединяют «нагрузку», т. е. приборы и
устройства, потребляющие электроэнергию, называется вторичной.
Схема устройства трансформатора с двумя обмотками приведена на
рисунке 2,
Список используемой литературы.
1. Китунович Ф.Г.
Электротехника. 3-е изд., переработанное и дополненное. Минск.
«Высш. Школа», 1991.
2. Евдокимов Ф. Е.
Теоретические основы электротехники. Изд. 4-е, перераб. и доп.
Учебник для энергетич. и электротехнич. специальностей техникумов.
М. «Высш. Школа», 1975.
3. Касаткин А.С.
Основы электротехники. М.-Л., изд-во «Энергия», 1966.
4. Касаткин А.С. Немцов М.В.
Электротехника: Учеб. пособие для вузов.- 4-е изд., перераб.- М.:
Энергоатомиздат, 1983.-
КПД трансформатора. Устройство и работа
35
0
5 минут
Темы:
Понравилась работу? Лайкни ее и оставь свой комментарий!
Для автора это очень важно, это стимулирует его на новое творчество!