Transformatorių įvairių nuostolių ir varžos įtampų skaičiavimo metodai

Transformatoriaus nuostolių skaičiavimo formulė

(1) Aktyviosios galios nuostoliai: ΔP=Po+KT β2 Pk

(2) Reaktyviosios galios nuostoliai: ΔQ=Qo+KT β2 Qk

(3) Išsamūs galios nuostoliai: ΔPz = ΔP + KQΔQ

Qo≈Io%Sn, Qk≈Uk%Sn

Kur: Qo - reaktyviosios galios nuostoliai be apkrovos (kvar)

Po – nuostoliai be apkrovos (kW)

Pk —— Nominalus apkrovos nuostolis (kW)

Sn - transformatoriaus vardinė galia (kVA)

Uk% — trumpojo jungimo įtampos procentas

β—— apkrovos koeficientas, kuris yra apkrovos srovės ir vardinės srovės santykis.

KT — apkrovos svyravimo nuostolių koeficientas

Qk —— Nominali apkrovos srauto nuotėkio galia (kvar)

KQ – reaktyvusis ekonominis ekvivalentas (kW/kvar)

Kiekvieno parametro atrankos sąlygos skaičiuojant pagal aukščiau pateiktą formulę:

(1) Imkite KT = 1,05;

(2) Kai miesto elektros tinklo ir pramonės įmonių elektros tinklo 6 kV ~ 10 kV įtampos žeminančiojo transformatoriaus minimali sistemos apkrova imama, jos reaktyviosios galios ekvivalentas KQ = 0,1 kW/kvar;

(3) Žemės ūkio transformatorių vidutinis apkrovos koeficientas yra β = 20 %; pramonės įmonėse įgyvendinamos trys pamainos, o pageidautina β = 75 %;

(4) Transformatoriaus darbo valandos T = 8760 val., didžiausios apkrovos nuostolių valandos: t = 5500 val.;

(5) Transformatoriaus tuščiosios eigos nuostoliai Po, vardiniai apkrovos nuostoliai Pk, Io%, Uk%, žr. gaminio gamyklinę informaciją.

Transformatorių nuostolių charakteristikos

Po – tuščiosios eigos nuostoliai, daugiausia geležies nuostoliai, įskaitant histerezės nuostolius ir sūkurinių srovių nuostolius;

Histerezės nuostoliai yra proporcingi dažniui; jie yra proporcingi didžiausio magnetinio srauto tankio histerezės koeficiento galiai.

Sūkurinių srovių nuostoliai yra proporcingi dažnio, didžiausio magnetinio srauto tankio ir silicio plieno lakšto storio sandaugai.

Pc – apkrovos nuostoliai, daugiausia varžos nuostoliai, kai apkrovos srovė teka per apviją, paprastai vadinami vario nuostoliais. Jų dydis kinta priklausomai nuo apkrovos srovės ir yra proporcingas apkrovos srovės kvadratui (ir išreiškiamas standartinės ritės temperatūros konversijos verte).

Apkrovos nuostoliams taip pat įtakos turi transformatoriaus temperatūra. Tuo pačiu metu apkrovos srovės sukeltas nuotėkio srautas generuos sūkurinių srovių nuostolius apvijoje ir klaidingus nuostolius metalinėje dalyje už apvijos ribų.

Bendri transformatoriaus nuostoliai ΔP=Po+Pc

Transformatoriaus nuostolių santykis = Pc / Po

Transformatoriaus našumas = Pz/(Pz+ΔP), išreikštas procentais; kur Pz yra transformatoriaus antrinės pusės išėjimo galia.

Kintamųjų elektros energijos nuostolių apskaičiavimas

Transformatoriaus galios nuostoliai susideda iš dviejų dalių: geležies nuostolių ir vario nuostolių. Geležies nuostoliai yra susiję su veikimo laiku, o vario nuostoliai – su apkrova. Todėl galios nuostolius reikia apskaičiuoti atskirai.

1. Geležies nuostolių elektros energijos apskaičiavimas: skirtingų modelių ir galios geležies nuostolių elektros energijos apskaičiavimo formulė yra: geležies nuostolių elektros energija (kWh) = nuostoliai be apkrovos (kW) × maitinimo laikas (valandomis)

Skirstomojo transformatoriaus tuščiosios eigos nuostolius (geležies nuostolius) galima patikrinti pridėtoje lentelėje, o maitinimo laikas yra faktinis transformatoriaus veikimo laikas, kuris nustatomas pagal šiuos principus:

(1) Vartotojams, turintiems nuolatinį elektros energijos tiekimą, visas mėnuo skaičiuojamas kaip 720 valandų.

(2) Dėl elektros tinklo priežasčių, pertraukiamo elektros energijos tiekimo arba riboto elektros energijos tiekimo, skaičiavimas turi būti pagrįstas faktiniu pastotės elektros energijos tiekimo vartotojui laiku ir neturi būti laikomas sunkiai apskaičiuojamu, vis tiek apskaičiuojamas remiantis viso mėnesio veikimu. Skaičiuojant geležies nuostolius, šis laikas turėtų būti atimtas.

(3) Vartotojams, turintiems integruotus laikrodžius transformatoriaus žemosios įtampos pusėje, skaičiuojamas pagal sukauptą integruotų laikrodžių maitinimo laiką.

2. Vario nuostolių elektros energijos apskaičiavimas: kai apkrovos koeficientas yra 40 % ir mažesnis, tai apmokestinama kaip 2 % nuo mėnesio elektros energijos suvartojimo (remiantis elektros energijos skaitiklio rodmenimis). Skaičiavimo formulė yra: vario nuostolių elektros energija (kWh) = mėnesio elektros energijos suvartojimo kiekis (kWh) × 2 %.

Kadangi vario nuostoliai yra susiję su apkrovos srove (elektros energija), kai vidutinis mėnesinis paskirstymo transformatoriaus apkrovos rodiklis viršija 40 %, vario nuostolių energija turėtų būti apmokestinama 3 % mėnesinio energijos suvartojimo. Mėnesinį energijos suvartojimą, kai apkrovos rodiklis yra 40 %, galima patikrinti pridėtoje lentelėje. Apkrovos rodiklio apskaičiavimo formulė yra tokia: apkrovos rodiklis = kopijavimo galia / S. T. Cos ￠.

Formulėje: S – skirstomojo transformatoriaus vardinė galia (kVA); T – viso mėnesio kalendorinis laikas, imame 720 valandų; COS￠ – galios koeficientas, imame 0,80.

Galios transformatoriaus kintamuosius nuostolius galima suskirstyti į vario ir geležies nuostolius. Vario nuostoliai paprastai sudaro 0,5 %. Geležies nuostoliai paprastai sudaro 5–7 %. Sausojo tipo transformatoriaus kintamieji nuostoliai yra mažesni nei alyvos invazijos tipo. Bendri nuostoliai: 0,5 + 6 = 6,5. Skaičiavimo metodas: 1000 kVA × 6,5 % = 65 kVA.

65 KVA × 24 valandos × 365 dienos = 569400 KWT (laipsnių)

Transformatoriaus vardinėje plokštelėje yra konkretūs duomenys.

Transformatoriaus tuščiosios eigos nuostoliai

Tuščiosios eigos nuostoliai reiškia transformatoriaus sunaudojamą galią, kai transformatoriaus antrinė pusė yra nutraukta, o pirminės pusės sinusinės bangos įtampa yra lygi vardinei įtampai. Paprastai atkreipiamas dėmesys tik į vardinį dažnį ir vardinę įtampą, tačiau kartais neatkreipiamas dėmesys į atšakų įtampą ir įtampos bangos formą, matavimo sistemos, bandymo prietaisų ir bandymo įrangos tikslumą. Vėlgi painiojamos apskaičiuota vertė, standartinė vertė, išmatuota vertė ir garantuota nuostolių vertė.

Jei įtampa pridedama prie pirminės pusės ir yra atšaka, o transformatorius reguliuoja pastovaus magnetinio srauto įtampą, taikoma įtampa turėtų būti atitinkama maitinimo šaltinį atitinkančios atšakos padėties įtampa. Kintamo magnetinio srauto įtampos reguliavimo atveju, kadangi kiekvienos atšakos padėties nuostoliai be apkrovos yra skirtingi, reikia pasirinkti tinkamą atšakos padėtį pagal techninius reikalavimus ir taikyti nurodytą vardinę įtampą, nes reguliuojant kintamo magnetinio srauto įtampą pirminė pusė visada tiekia įtampą kiekvienai atšakai.

Paprastai reikalaujama, kad naudojamos įtampos bangos forma būtų maždaug sinusoidinė. Todėl galima naudoti harmonikų analizatorių, kad būtų išmatuoti įtampos bangos formoje esantys harmoniniai komponentai, arba naudoti paprastą metodą, skirtą įtampai matuoti vidutinės vertės voltmetru, tačiau skalėje jis yra efektyviosios vertės voltmetras, ir palyginti jį su efektyviosios vertės voltmetro rodmenimis. Kai skirtumas tarp dviejų rodmenų yra didesnis nei 3 %, tai reiškia, kad įtampos bangos forma nėra sinusinė, o išmatuoti tuščiosios eigos nuostoliai pagal naujojo standarto reikalavimus turėtų būti negaliojantys.

Matavimo sistemai būtina pasirinkti tinkamą bandymo liniją, tinkamą bandymo įrangą ir prietaisus. Dėl magnetiškai pralaidžių medžiagų kūrimo labai sumažėjo vatų nuostoliai kilogramui. Gamintojai naudoja aukštos kokybės didelio pralaidumo grūdėtai orientuotus silicio plieno lakštus arba net amorfinius lydinius kaip magnetiškai pralaidžias medžiagas. Siūlėje nėra skylių ir pilno nuolydžio, o procese naudojama technologija, kai geležies jungtis nėra sukrauta. Gamintojai kuria mažo nuostolio transformatorius, ypač labai sumažinti tuščiosios eigos nuostoliai. Todėl matavimo sistemai keliami nauji reikalavimai. Talpa išlieka ta pati, o tuščiosios eigos nuostolių sumažėjimas reiškia, kad transformatoriaus galios koeficientas tuščiosios eigos metu mažėja. Mažas galios koeficientas reikalauja, kad gamintojas pakeistų ir transformuotų matavimo sistemą. Patartina matavimui naudoti trijų vatmetrų metodą, pasirinkti 0,05–0,1 klasės transformatorių ir pasirinkti mažo galios koeficiento vatmetrą. Tik tokiu būdu galima užtikrinti matavimo tikslumą. Kai galios koeficientas yra 0,01, transformatoriaus fazės skirtumas sukels 2,9% galios paklaidą, kai fazės skirtumas yra 1 minutė. Todėl atliekant faktinį matavimą būtina teisingai parinkti srovės transformatoriaus ir įtampos transformatoriaus srovės santykį ir įtampos santykį. Kai faktinė srovė yra daug mažesnė už prie srovės transformatoriaus prijungtą srovę, kuo didesnis srovės transformatoriaus fazės skirtumas ir srovės paklaida, tuo didesnė faktinių matavimo rezultatų paklaida. Todėl transformatoriaus imama srovė turėtų būti artima srovės transformatoriaus vardinei vertei.

Be to, projektuojant, pagal nustatytas procedūras, apskaičiuoti tuščiosios eigos nuostoliai, atsižvelgiant į pasirinkto silicio plieno lakšto vienetinius nuostolius ir proceso koeficientą, paprastai vadinami apskaičiuotąja verte. Ši vertė turėtų būti lyginama su standarte nurodyta standartine verte arba su sutartyje nurodyta standartine verte arba garantuota verte. Apskaičiuota vertė turi būti mažesnė už standartinę vertę arba garantuotą vertę, ir nėra vietos skaičiavimams, ypač serijinės gamybos transformatoriams. Be to, apskaičiuota vertė galioja tik projektuotojui arba projektavimo skyriui ir neturi teisinės galios. Apskaičiuotos vertės negalima naudoti gaminio nuostolių lygiui įvertinti. Standarte nurodyta standartinė vertė arba sutartyje nurodyta garantuota vertė yra teisiškai galiojanti. Produktai, viršijantys standartinę vertę plius leistinas nuokrypis arba garantuotą vertę (garantuota vertė lygi standartinei vertei plius leistinas nuokrypis), yra nekvalifikuoti produktai. Jei yra nuostolių vertinimo sistema, tai paprastai nurodoma sutartyje, ypač eksportuojamiems produktams, jei nuostolių vertė viršija nurodytą vertę, skiriama bauda, ​​o bauda už tuščiosios eigos nuostolius yra didžiausia. Europos šalių nuostolių vertinimo vertes rasite 1994 m. 11-ajame žurnalo „Transformer“ numeryje. Tūkstančiai dolerių baudų už kilovatą. Tai yra teisinis poveikis, tiesiogiai susijęs su ekonomine nauda.

Taip pat reikia teisingai suprasti išmatuotos vertės sąvoką – arba savitarpio skaitiklio rodmuo (arba galios keitiklio rodmuo), arba išmatuota vertė turi būti konvertuota į vardinę vertę, o tikslumas turi būti pakankamas. Išmatuotai tuščiosios eigos nuostolių vertei svarbiausia, kad maitinimo šaltinio įtampos bangos forma būtų sinusinė, o skirtumas tarp vidutinio voltmetro rodmens ir efektyviosios įtampos rodmens būtų mažesnis nei 3 %.

Tuščiosios eigos nuostolių, apkrovos nuostolių ir varžos įtampos apskaičiavimas

Tuščiosios veikos nuostoliai: kai transformatoriaus antrinė apvija yra atvira, o pirminei apvijai taikoma vardinio dažnio sinusoidinės bangos formos vardinė įtampa, sunaudota aktyvioji galia vadinama tuščiosios veikos nuostoliais. Algoritmas yra toks: tuščiosios veikos nuostoliai = tuščiosios veikos nuostoliai proceso koeficientas × vieneto nuostoliai × šerdis

Apkrovos nuostoliai: Kai transformatoriaus antrinė apvija yra trumpai sujungta (esant pastoviai būsenai), aktyvioji galia, suvartojama, kai per pirminę apviją teka vardinė srovė, vadinama apkrovos nuostoliais.

Algoritmas yra toks: apkrovos nuostoliai = didžiausios apvijų poros varžos nuostoliai + papildomi nuostoliai

Papildomi nuostoliai = apvijos sūkurinės srovės nuostoliai + lygiagrečiojo laido cirkuliacijos nuostoliai + klaidžiojantys nuostoliai + švino nuostoliai

Impedanso įtampa: Kai transformatoriaus antrinė apvija yra trumpai sujungta (esant pastoviai būsenai), įtampa, kurią sukuria per pirminę apviją tekanti vardinė srovė, vadinama impedanso įtampa Uz. Uz paprastai išreiškiama vardinės įtampos procentine dalimi, t. y. uz = (Uz / U1n) * 100 %.

Posūkio potencialas: u=4,44*f*B*At,V

Tarp jų: ​​B – geležies šerdies magnetinis tankis, TAt – geležies šerdies efektyvus skerspjūvio plotas, kvadratiniais metrais

Ją galima paversti įprasta transformatoriaus projektavimo skaičiavimo formule:

Kai f = 50 Hz: u = B * At / 450 * 10^5, V

Kai f = 60 Hz: u = B * At / 375 * 10^5, V

Jei jau žinote fazių įtampas ir vijų skaičių, vijų potencialas apskaičiuojamas fazės įtampą padalijant iš vijų skaičiaus.

Tuščiosios veikos nuostoliai apima histerezės ir sūkurinių srovių nuostolius geležies šerdyje ir tuščiosios veikos srovės nuostolius pirminės ritės varžoje. Pirmieji vadinami geležies nuostoliais, o antrieji – vario nuostoliais. Kadangi tuščiosios veikos srovė yra labai maža, antrųjų galima nepaisyti, todėl tuščiosios veikos nuostoliai iš esmės yra geležies nuostoliai.

Transformatoriaus tuščiosios eigos nuostoliams ir geležies nuostoliams įtakos turi daug veiksnių, kurie išreiškiami matematinėmis formulėmis. Formulėje Pn ir Pw yra histerezės nuostoliai ir sūkurinių srovių nuostoliai kn, kw – konstantos.

f - transformatoriaus įtampos dažnis hercais

Bm – didžiausias magnetinio srauto tankis Wei/m2 geležies šerdyje

n – Šteinmetzo konstanta. Dažniausiai naudojamiems silicio plieno lakštams, kai Bm = (1,0～1,6) Wei/m2, n≈2. Šiuo metu naudojamiems kryptingiems silicio plieno lakštams imkite 2,5～3,5.

Remiantis transformatoriaus teorine analize, darant prielaidą, kad pirminis indukuotas potencialas yra E1 (voltai), tada: E1=KfBm (2)

K yra proporcinga konstanta, kurią lemia pirminių vijų skaičius ir geležies šerdies skerspjūvio plotas, todėl geležies nuostoliai yra:

Kadangi pirminės nuotėkio varžos įtampos kritimas yra labai mažas, jei jo nepaisoma,

E1=U1(4)

Matyti, kad transformatoriaus tuščiosios eigos geležies nuostoliai yra labai susiję su tiekiama įtampa. Jei įtampa V yra tam tikra vertė, transformatoriaus tuščiosios eigos geležies nuostoliai nepasikeis (nes f nesikeičia), o kadangi normaliai veikiant U1 = U1N, tuščiosios eigos nuostoliai dar vadinami pastoviais nuostoliais. Jei įtampa svyruoja, tuščiosios eigos nuostoliai kinta. Transformatoriaus tuščiosios eigos geležies nuostoliai yra susiję su šerdies medžiaga ir gamybos procesu, ir neturi nieko bendra su apkrova.