طرق حساب مختلف الخسائر وفولتية المعاوقة للمحولات

صيغة حساب فقد الطاقة في المحولات

(1) فقد الطاقة الفعالة: ΔP=Po+KT β2 Pk

(2) فقد القدرة التفاعلية: ΔQ=Qo+KT β2 Qk

(3) فقد الطاقة الكلي: ΔPz=ΔP+KQΔQ

Qo≈Io%Sn، Qk≈Uk%Sn

المكان: Qo - فقدان القدرة التفاعلية بدون حمل (كيلوفار)

Po——فقدان الطاقة بدون حمل (كيلوواط)

Pk——فقد الحمل المقدر (كيلوواط)

Sn - السعة المقدرة للمحول (كيلو فولت أمبير)

نسبة جهد الدائرة القصيرة (UK%)

β——عامل الحمل، وهو نسبة تيار الحمل إلى التيار المقنن.

معامل فقدان تقلبات الحمل (KT)

Qk—— قدرة تسرب التدفق المغناطيسي المقدرة (كيلوفار)

KQ——المكافئ الاقتصادي التفاعلي (كيلوواط/كيلوفار)

شروط اختيار كل معلمة في حساب الصيغة المذكورة أعلاه:

(1) خذ KT=1.05؛

(2) عند أخذ الحد الأدنى لحمل النظام لمحول خفض الجهد 6 كيلو فولت ~ 10 كيلو فولت لشبكة الطاقة الحضرية وشبكة الطاقة الصناعية، فإن مكافئ الطاقة التفاعلية KQ = 0.1 كيلو واط / كيلو فار؛

(3) متوسط ​​عامل الحمل للمحول هو β = 20٪ للمحولات الزراعية؛ بالنسبة للمؤسسات الصناعية، يتم تنفيذ ثلاث نوبات، ويكون β = 75٪ مرغوبًا فيه؛

(4) ساعات تشغيل المحول T = 8760 ساعة، ساعات فقدان الحمل القصوى: t = 5500 ساعة؛

(5) فقدان الطاقة بدون حمل للمحول Po، وفقدان الطاقة المقنن عند الحمل Pk، Io%، Uk%، انظر معلومات المصنع للمنتج.

خصائص فقد الطاقة في المحولات

Po - فقدان بدون حمل، وهو في الأساس فقدان الحديد، بما في ذلك فقدان التخلف المغناطيسي وفقدان التيار الدوامي؛

إن فقدان التخلف المغناطيسي يتناسب مع التردد؛ ويتناسب مع قوة معامل التخلف المغناطيسي لأقصى كثافة للتدفق المغناطيسي.

إن فقدان التيار الدوامي يتناسب طرديًا مع حاصل ضرب التردد، وأقصى كثافة للتدفق المغناطيسي، وسمك صفيحة الفولاذ السيليكوني.

فقد الحمل (Pc)، وهو بشكل رئيسي فقد المقاومة عند مرور تيار الحمل عبر الملف، ويُسمى عمومًا فقد النحاس. يتغير مقداره بتغير تيار الحمل ويتناسب طرديًا مع مربع تيار الحمل؛ (ويُعبر عنه بقيمة التحويل لدرجة حرارة الملف القياسية).

يتأثر فقد الحمل أيضًا بدرجة حرارة المحول. في الوقت نفسه، يتسبب التدفق المتسرب الناتج عن تيار الحمل في توليد فقد التيار الدوامي في الملفات وفقد التيار الضائع في الجزء المعدني خارج الملفات.

إجمالي فقد الطاقة في المحول ΔP=Po+Pc

نسبة فقد المحول = Pc /Po

كفاءة المحول = Pz/(Pz+ΔP)، معبر عنها كنسبة مئوية؛ حيث Pz هي طاقة الخرج للجانب الثانوي للمحول.

حساب فاقد الطاقة الكهربائية المتغير

يتكون فقد الطاقة في المحول من جزأين: فقد الحديد وفقد النحاس. يرتبط فقد الحديد بمدة التشغيل، بينما يرتبط فقد النحاس بالحمل. لذا، يجب حساب فقد الطاقة بشكل منفصل.

1. حساب فقد الحديد في الكهرباء: بالنسبة لفقد الحديد في نماذج وقدرات مختلفة، فإن صيغة الحساب هي: فقد الحديد في الكهرباء (كيلوواط ساعة) = فقد الطاقة بدون حمل (كيلوواط) × مدة إمداد الطاقة (ساعات).

يمكن التحقق من فقد الطاقة بدون حمل (فقد الحديد) لمحول التوزيع من الجدول المرفق، ووقت إمداد الطاقة هو وقت التشغيل الفعلي للمحول، والذي يتم تحديده وفقًا للمبادئ التالية:

(1) بالنسبة للمستخدمين الذين لديهم إمداد طاقة مستمر، يتم حساب الشهر بأكمله على أنه 720 ساعة.

(2) نظرًا لأسباب تتعلق بشبكة الكهرباء، كالانقطاع أو محدودية التيار الكهربائي، يُحتسب فقد الحديد بناءً على ساعات التزويد الفعلية للمحطة الفرعية للمستخدم، ولا يُعتبر ذلك صعبًا، ويُحتسب على أساس التشغيل الشهري الكامل. ويجب خصم الوقت عند حساب فقد الحديد.

(3) يتم حساب المستخدمين المجهزين بساعات مدمجة على جانب الجهد المنخفض للمحول وفقًا لوقت إمداد الطاقة المتراكم للساعات المدمجة.

٢. حساب فاقد الكهرباء في الأنابيب النحاسية: عندما يكون معدل الحمل ٤٠٪ أو أقل، يُحتسب الفاقد بنسبة ٢٪ من الاستهلاك الشهري للكهرباء (بناءً على قراءة عداد الطاقة الكهربائية). صيغة الحساب هي: فاقد الكهرباء في الأنابيب النحاسية (كيلوواط ساعة) = الاستهلاك الشهري للكهرباء (كيلوواط ساعة) × ٢٪

نظرًا لارتباط فقد النحاس بتيار الحمل (الكهرباء)، فعندما يتجاوز متوسط ​​الحمل الشهري لمحول التوزيع 40%، يجب احتساب فقد النحاس بنسبة 3% من استهلاك الطاقة الشهري. يمكن الاطلاع على استهلاك الطاقة الشهري عند معدل حمل 40% من الجدول المرفق. صيغة حساب معدل الحمل هي: معدل الحمل = فقد النحاس / (معدل الحمل / جتا θ)

في الصيغة: S - القدرة المقدرة لمحول التوزيع (كيلو فولت أمبير)؛ T - الوقت التقويمي للشهر بأكمله، خذ 720 ساعة؛ COS - عامل القدرة، خذ 0.80.

يمكن تقسيم الفاقد المتغير في محول الطاقة إلى فاقد نحاسي وفاقد حديدي. يبلغ الفاقد النحاسي عادةً 0.5%، بينما يتراوح الفاقد الحديدي بين 5 و7%. يكون الفاقد المتغير في المحولات الجافة أقل من نظيره في المحولات المغمورة بالزيت. إجمالي الفاقد: 0.5 + 6 = 6.5. طريقة الحساب: 1000 كيلو فولت أمبير × 6.5% = 65 كيلو فولت أمبير

65 كيلو فولت أمبير × 24 ساعة × 365 يومًا = 569400 كيلو واط (درجة مئوية)

تحتوي لوحة البيانات الموجودة على المحول على بيانات محددة.

فقد الطاقة في المحول بدون حمل

يشير فقد الطاقة في حالة عدم التحميل إلى الطاقة التي يمتصها المحول عندما يكون الجانب الثانوي للمحول مفتوح الدائرة، ويكون جهد الموجة الجيبية للجانب الابتدائي مساويًا للجهد المقنن. عادةً، يُركز الاهتمام على التردد والجهد المقنن فقط، ولكن في بعض الأحيان يُهمل جهد التوصيل وشكل موجة الجهد، ودقة نظام القياس، وأجهزة ومعدات الاختبار. مما يؤدي إلى الخلط بين القيمة المحسوبة والقيمة القياسية والقيمة المقاسة والقيمة المضمونة لفقد الطاقة.

إذا أُضيف جهد إلى الجانب الابتدائي وكان هناك مأخذ، وكان المحول يعمل بنظام تنظيم جهد التدفق المغناطيسي الثابت، فيجب أن يكون الجهد المُطبق هو جهد المأخذ عند موضع المأخذ المُطابق لمصدر الطاقة. أما في حالة تنظيم جهد التدفق المغناطيسي المتغير، ولأن فقد الطاقة في حالة عدم التحميل يختلف باختلاف موضع المأخذ، فيجب اختيار موضع المأخذ الصحيح وفقًا للمتطلبات الفنية، ويجب تطبيق الجهد المقنن المحدد، لأنه أثناء تنظيم جهد التدفق المغناطيسي المتغير، يُطبق الجانب الابتدائي دائمًا جهدًا على كل موضع مأخذ.

يشترط عمومًا أن يكون شكل موجة الجهد المطبق جيبيًا تقريبًا. ولذلك، يمكن استخدام محلل توافقي لقياس المكونات التوافقية في شكل موجة الجهد، أو استخدام طريقة بسيطة لقياس الجهد باستخدام فولتميتر متوسط، مع الحرص على أن يكون مقياس الفولتميتر ذو قيمة فعالة، ومقارنة القراءة الفعلية مع قراءة الفولتميتر ذي القيمة الفعالة. إذا كان الفرق بين القراءتين أكبر من 3%، فهذا يعني أن شكل موجة الجهد ليس جيبيًا، وبالتالي فإن قياس فقد الطاقة في حالة عدم التحميل غير صالح وفقًا لمتطلبات المعيار الجديد.

يتطلب نظام القياس اختيار خط الاختبار المناسب، بالإضافة إلى اختيار معدات وأجهزة الاختبار الملائمة. وبفضل تطوير المواد ذات النفاذية المغناطيسية، انخفضت القدرة المفقودة لكل كيلوغرام بشكل كبير. يستخدم المصنّعون صفائح فولاذية سيليكونية عالية الجودة وذات نفاذية عالية وموجهة الحبيبات، أو حتى سبائك غير متبلورة، كمواد ذات نفاذية مغناطيسية. وتتميز هذه المواد بعدم وجود ثقوب في اللحامات وميل كامل، كما تُعتمد تقنية عدم تكديس نير الحديد في عملية التصنيع. ويعمل المصنّعون على تطوير محولات منخفضة الفقد، وخاصةً فقد اللاحمل الذي انخفض بشكل ملحوظ. لذلك، تُفرض متطلبات جديدة على نظام القياس. فمع ثبات السعة، يعني انخفاض فقد اللاحمل انخفاض معامل قدرة المحول في حالة اللاحمل. ويتطلب انخفاض معامل القدرة من المصنّع تغيير نظام القياس وتطويره. يُنصح باستخدام طريقة مقياس القدرة الثلاثي للقياس، واختيار محول من فئة 0.05-0.1، واختيار مقياس قدرة ذي معامل قدرة منخفض. بهذه الطريقة فقط يمكن ضمان دقة القياس. عندما يكون معامل القدرة 0.01، يتسبب فرق الطور في المحول في خطأ في القدرة بنسبة 2.9% عند فرق طور قدره دقيقة واحدة. لذا، من الضروري اختيار نسبة التيار ونسبة الجهد لمحول التيار ومحول الجهد بشكل صحيح أثناء القياس الفعلي. عندما يكون التيار الفعلي أقل بكثير من التيار المتصل بمحول التيار، يزداد فرق الطور وخطأ التيار في محول التيار، مما يؤدي إلى خطأ أكبر في نتائج القياس الفعلي. لذلك، يجب أن يكون التيار المسحوب من المحول قريبًا من قيمته المقننة.

بالإضافة إلى ذلك، في التصميم، ووفقًا للإجراءات المحددة، يُطلق على فقد الطاقة في حالة عدم التحميل، المحسوب بالرجوع إلى فقد الوحدة ومعامل العملية لصفائح الفولاذ السيليكوني المختارة، اسم القيمة المحسوبة. يجب مقارنة هذه القيمة بالقيمة القياسية المحددة في المعيار أو بالقيمة القياسية أو القيمة المضمونة المحددة في العقد. يجب أن تكون القيمة المحسوبة أقل من القيمة القياسية أو القيمة المضمونة، ولا مجال للخطأ في الحساب، خاصةً بالنسبة للمحولات المنتجة بكميات كبيرة. علاوة على ذلك، فإن القيمة المحسوبة صالحة فقط للمصمم أو قسم التصميم، وليس لها أي أثر قانوني. لا يمكن استخدام القيمة المحسوبة للحكم على مستوى فقد الطاقة في المنتج. القيمة القياسية المنصوص عليها في المعيار أو القيمة المضمونة المنصوص عليها في العقد هي القيمة القانونية السارية. المنتجات التي تتجاوز القيمة القياسية مضافًا إليها الانحراف المسموح به، أو القيمة المضمونة (القيمة المضمونة تساوي القيمة القياسية مضافًا إليها الانحراف المسموح به) تُعتبر منتجات غير مطابقة للمواصفات. إذا وُجد نظام لتقييم الخسائر، فسيتم توضيحه عادةً في العقد، وخاصةً بالنسبة لمنتجات التصدير. في حال تجاوزت قيمة الخسائر القيمة المحددة، تُفرض غرامة، وتكون عقوبة خسائر انقطاع التيار الكهربائي هي الأعلى. للاطلاع على قيم تقييم الخسائر في الدول الأوروبية، يُرجى الرجوع إلى العدد الحادي عشر من مجلة "المحولات" الصادر عام ١٩٩٤. تصل الغرامات إلى آلاف الدولارات لكل كيلوواط. هذا هو الأثر القانوني ويرتبط ارتباطًا مباشرًا بالفوائد الاقتصادية.

يجب فهم مفهوم القيمة المقاسة فهمًا صحيحًا، سواءً أكانت قراءة جهاز القياس المشترك (أو قراءة محول الطاقة)، ​​أو القيمة المقاسة نفسها، ويجب تحويلها إلى القيمة المقدرة، مع ضرورة توفر دقة كافية. أما بالنسبة لقيمة فقد الطاقة في حالة عدم التحميل، فيُشترط أن يكون شكل موجة جهد مصدر الطاقة موجة جيبية، وأن يكون الفرق بين متوسط ​​قراءة الفولتميتر وقيمة الجهد الفعلية أقل من 3%.

حساب فقد الطاقة في حالة عدم التحميل، وفقد الطاقة في حالة التحميل، وجهد المعاوقة

فقد الطاقة في حالة عدم التحميل: عندما يكون الملف الثانوي للمحول مفتوحًا ويتم تطبيق جهد جيبي مقنن على الملف الابتدائي، تُسمى الطاقة الفعالة المستهلكة بفقد الطاقة في حالة عدم التحميل. وتُحسب هذه الطاقة وفقًا للمعادلة التالية: فقد الطاقة في حالة عدم التحميل = معامل فقد الطاقة في حالة عدم التحميل × فقد الوحدة × جهد القلب

فقدان الحمل: عندما يتم قصر الدائرة في الملف الثانوي للمحول (حالة مستقرة)، فإن الطاقة الفعالة المستهلكة عندما يمر التيار المقنن في الملف الابتدائي تسمى فقدان الحمل.

تكون الخوارزمية كما يلي: فقد الحمل = فقد المقاومة لأكبر زوج من الملفات + الفقد الإضافي

الفقد الإضافي = فقد التيارات الدوامية في اللفائف + فقد الدوران في السلك الموازي + الفقد الطفيلي + فقد الرصاص

جهد المعاوقة: عندما يكون الملف الثانوي للمحول موصولًا بدائرة قصر (حالة مستقرة)، يُطلق على الجهد الناتج عن التيار المقنن المار عبر الملف الابتدائي اسم جهد المعاوقة Uz. يُعبر عن Uz عادةً كنسبة مئوية من الجهد المقنن، أي: Uz = (Uz / U1n) × 100%

جهد الدوران: u=4.44*f*B*At,V

من بينها: B - الكثافة المغناطيسية في قلب الحديد، TAt - مساحة المقطع العرضي الفعالة لقلب الحديد، متر مربع

ويمكن تحويلها إلى الصيغة الشائعة الاستخدام لحسابات تصميم المحولات:

عندما يكون التردد f = 50 هرتز: u = B * At / 450 * 10^5، V

عندما يكون التردد f = 60 هرتز: u = B * At / 375 * 10^5، V

إذا كنت تعرف بالفعل جهد الطور وعدد اللفات، فسيتم حساب جهد اللفة عن طريق قسمة جهد الطور على عدد اللفات.

تشمل خسائر اللاحمل خسائر التخلف المغناطيسي والتيارات الدوامية في القلب الحديدي، بالإضافة إلى خسائر تيار اللاحمل على مقاومة الملف الابتدائي. تُسمى الأولى خسائر الحديد، والثانية خسائر النحاس. ولأن تيار اللاحمل ضئيل جدًا، يمكن إهمال الثانية، وبالتالي فإن خسائر اللاحمل هي في الأساس خسائر الحديد.

هناك العديد من العوامل التي تؤثر على فقد الطاقة في حالة عدم التحميل وفقد الطاقة في الحديد للمحول، والتي تُعبَّر عنها بصيغ رياضية. في هذه الصيغ، يُمثل Pn فقد الطاقة الناتج عن التخلف المغناطيسي، وPw فقد الطاقة الناتج عن التيارات الدوامية، وkn وkw ثوابت.

f - تردد هرتز للجهد المطبق على المحول

Bm——أقصى كثافة للتدفق المغناطيسي Wei/m2 في قلب الحديد

n هو ثابت شتاينمتز. بالنسبة لألواح الفولاذ السيليكوني شائعة الاستخدام، عندما تكون Bm = (1.0 إلى 1.6) Wei/m2، فإن n ≈ 2. أما بالنسبة لألواح الفولاذ السيليكوني الاتجاهية المستخدمة حاليًا، فتتراوح قيمة n بين 2.5 و3.5.

وفقًا للتحليل النظري للمحول، وبافتراض أن الجهد المستحث الابتدائي هو E1 (فولت)، فإن: E1=KfBm (2)

K هو ثابت تناسبي، يتم تحديده من خلال عدد اللفات الأولية ومساحة المقطع العرضي للقلب الحديدي، وبالتالي فإن فقد الحديد هو:

بما أن انخفاض الجهد الناتج عن مقاومة التسريب الأساسية صغير جدًا، إذا تم إهماله،

E1=U1(4)

يتضح أن فقد الحديد في حالة اللاحمل للمحول يرتبط ارتباطًا وثيقًا بالجهد المطبق. فإذا كان الجهد V ثابتًا، فإن فقد الحديد في حالة اللاحمل لا يتغير (لأن التردد f ثابت)، ولأن U1=U1N في التشغيل العادي، يُطلق على فقد اللاحمل أيضًا اسم الفقد الثابت. أما إذا تذبذب الجهد، فإن فقد اللاحمل يتغير. ويرتبط فقد الحديد في المحول بمادة القلب وعملية التصنيع، ولا علاقة له بالحمل.