Metode izračuna različnih izgub in impedančnih napetosti transformatorjev

Formula za izračun izgube transformatorja

(1) Izguba aktivne moči: ΔP=Po+KT β2 Pk

(2) Izguba jalove moči: ΔQ=Qo+KT β2 Qk

(3) Celovita izguba moči: ΔPz=ΔP+KQΔQ

Qo≈Io%Sn, Qk≈Uk%Sn

Kjer je: Qo - izguba jalove moči brez obremenitve (kvar)

Po——izguba v prostem teku (kW)

Pk——Nazivna izguba obremenitve (kW)

Sn - nazivna moč transformatorja (kVA)

Uk%——odstotek napetosti kratkega stika

β——faktor obremenitve, ki je razmerje med obremenitvenim tokom in nazivnim tokom.

KT——koeficient izgube zaradi nihanja obremenitve

Qk——Nazivna moč uhajanja pretoka obremenitve (kvar)

KQ——reaktivni ekonomski ekvivalent (kW/kvar)

Izbirni pogoji vsakega parametra pri izračunu zgornje formule:

(1) Vzemimo KT = 1,05;

(2) Ko se za znižalni transformator 6 kV~10 kV mestnega elektroenergetskega omrežja in elektroenergetskega omrežja industrijskega podjetja upošteva minimalna obremenitev sistema, je njegov ekvivalent jalove moči KQ = 0,1 kW/kvar;

(3) Povprečni faktor obremenitve transformatorja je β = 20 % za kmetijske transformatorje; za industrijska podjetja se izvajajo tri izmene, zaželeno pa je β = 75 %;

(4) Obratovalne ure transformatorja T = 8760 ur, ure največje izgube obremenitve: t = 5500 ur;

(5) Izguba prostega teka transformatorja Po, nazivna izguba obremenitve Pk, Io%, Uk%, glejte tovarniške informacije o izdelku.

Značilnosti izgub transformatorjev

Po - izguba brez obremenitve, predvsem izguba železa, vključno z izgubo zaradi histereze in izgubo zaradi vrtinčnih tokov;

Izguba histereze je sorazmerna s frekvenco; sorazmerna je s potenjem histereznega koeficienta največje gostote magnetnega pretoka.

Izguba zaradi vrtinčnih tokov je sorazmerna z produktom frekvence, največje gostote magnetnega pretoka in debeline silicijeve jeklene pločevine.

Pc—— Izguba obremenitve, predvsem izguba na upornosti, ko obremenitveni tok teče skozi navitje, običajno imenovana izguba bakra. Njena velikost se spreminja s obremenitvenim tokom in je sorazmerna s kvadratom obremenitvenega toka; (in izražena s pretvorbeno vrednostjo standardne temperature tuljave).

Na izgubo obremenitve vpliva tudi temperatura transformatorja. Hkrati bo uhajalni tok, ki ga povzroča obremenitveni tok, povzročil izgubo zaradi vrtinčnih tokov v navitju in izgubo zaradi razpršitve v kovinskem delu zunaj navitja.

Skupna izguba transformatorja ΔP=Po+Pc

Razmerje izgub transformatorja = Pc /Po

Izkoristek transformatorja = Pz/(Pz+ΔP), izražen v odstotkih; kjer je Pz izhodna moč sekundarne strani transformatorja.

Izračun spremenljive izgube električne energije

Izguba moči transformatorja je sestavljena iz dveh delov: izgube v železu in izgube v bakru. Izguba v železu je povezana s časom delovanja, izguba v bakru pa z obremenitvijo. Zato je treba izgubo moči izračunati ločeno.

1. Izračun električne energije zaradi izgube železa: Elektrika zaradi izgube železa različnih modelov in zmogljivosti, formula za izračun je: elektrika zaradi izgube železa (kWh) = izguba v prostem teku (kW) × čas napajanja (ure)

Izgubo v prostem teku (izgubo v železu) distribucijskega transformatorja je mogoče preveriti v priloženi tabeli, čas napajanja pa je dejanski čas delovanja transformatorja, ki se določi po naslednjih načelih:

(1) Za uporabnike z neprekinjenim napajanjem se celoten mesec izračuna kot 720 ur.

(2) Zaradi razlogov v elektroenergetskem omrežju, občasne ali omejene oskrbe z električno energijo mora izračun temeljiti na dejanskem številu ur oskrbe uporabnika s postajo in se ne sme šteti za težko izračunati ter se mora še vedno izračunati na podlagi celomesečnega delovanja. Ta čas je treba odšteti pri izračunu izgub v železu.

(3) Uporabniki, ki so opremljeni z integriranimi urami na nizkonapetostni strani transformatorja, se izračunajo glede na skupni čas napajanja integriranih ur.

2. Izračun električne energije zaradi izgub bakra: pri obremenitvi 40 % ali manj se obračuna 2 % mesečne porabe električne energije (na podlagi odčitka števca električne energije). Formula za izračun je: izguba električne energije bakra (kWh) = mesečna poraba električne energije Količina (kWh) × 2 %

Ker so izgube bakra povezane s tokom obremenitve (elektriko), je treba pri povprečni mesečni obremenitvi distribucijskega transformatorja, ki presega 40 %, izgubo bakra obračunati v višini 3 % mesečne porabe energije. Mesečno porabo energije pri obremenitvi 40 % si lahko ogledate v priloženi tabeli. Formula za izračun obremenitve je: obremenitev = koeficient obremenitve / S. T． Cos Δ.

V formuli: S - nazivna zmogljivost distribucijskega transformatorja (kVA); T - koledarski čas celega meseca, vzemite 720 ur; COS￠ - faktor moči, vzemite 0,80.

Spremenljive izgube pri transformatorjih lahko razdelimo na izgube bakra in izgube železa. Izgube bakra so običajno 0,5 %. Izgube železa so običajno 5–7 %. Spremenljive izgube pri suhih transformatorjih so manjše kot pri transformatorjih z vdorom olja. Skupne izgube: 0,5 + 6 = 6,5. Metoda izračuna: 1000 kVA × 6,5 % = 65 kVA.

65KVA × 24 ur × 365 dni = 569400KWT (stopinj)

Napisna ploščica na transformatorju ima specifične podatke.

Izguba transformatorja v prostem teku

Izguba v prostem teku se nanaša na moč, ki jo transformator absorbira, ko je sekundarna stran transformatorja odprta in je sinusna napetost primarne strani enaka nazivni napetosti. Na splošno se upoštevata le nazivna frekvenca in nazivna napetost, včasih pa se ne upošteva napetost odcepa in valovna oblika napetosti, natančnost merilnega sistema, preskusne instrumente in preskusno opremo. Izračunana vrednost, standardna vrednost, izmerjena vrednost in zagotovljena vrednost izgube se ponovno zamenjajo.

Če se napetost doda na primarno stran in obstaja odcep, mora biti pri transformatorju s konstantno regulacijo napetosti magnetnega pretoka uporabljena napetost enaka napetosti odcepa, ki ustreza napajalniku. V primeru regulacije napetosti spremenljivega magnetnega pretoka je treba zaradi različnih izgub v prostem teku za vsak odcep izbrati pravilen odcep in uporabiti določeno nazivno napetost, saj se med regulacijo napetosti spremenljivega magnetnega pretoka primarna stran vedno na vsak odcep nanaša napetost.

Na splošno se zahteva, da je valovna oblika uporabljene napetosti približno sinusna. Zato je ena metoda uporaba harmoničnega analizatorja za merjenje harmonskih komponent v valovni obliki napetosti, druga pa uporaba preproste metode za merjenje napetosti s povprečnim voltmetrom, pri čemer je skala voltmeter efektivne vrednosti, in primerjava z odčitkom voltmetra efektivne vrednosti. Če je razlika med obema večja od 3 %, to pomeni, da valovna oblika napetosti ni sinusna, izmerjena izguba brez obremenitve pa mora biti v skladu z zahtevami novega standarda neveljavna.

Za merilni sistem je treba izbrati ustrezno preskusno linijo, ustrezno preskusno opremo in instrumente. Zaradi razvoja magnetno prepustnih materialov se je izguba moči na kilogram močno zmanjšala. Proizvajalci kot magnetno prepustne materiale uporabljajo visokokakovostne visoko prepustne plošče iz silicijevega jekla z zrnato orientacijo ali celo amorfne zlitine. V šivu in polnem naklonu ni lukenj, v procesu pa se uporablja tehnologija, pri kateri se železni jarem ne zlaga. Proizvajalci razvijajo transformatorje z nizkimi izgubami, zlasti so se izgube v prostem teku močno zmanjšale. Zato se na merilni sistem postavljajo nove zahteve. Zmogljivost ostaja enaka, zmanjšanje izgub v prostem teku pa pomeni, da se faktor moči transformatorja v prostem teku zmanjša. Zaradi majhnega faktorja moči mora proizvajalec spremeniti in preoblikovati merilni sistem. Priporočljivo je uporabiti metodo s tremi vatmetri za merjenje, izbrati transformator razreda 0,05-0,1 in izbrati vatmeter z nizkim faktorjem moči. Le na ta način je mogoče zagotoviti natančnost meritev. Ko je faktor moči 0,01, bo fazna razlika transformatorja povzročila napako moči 2,9 %, ko bo fazna razlika 1 minuta. Zato je treba med dejansko meritvijo pravilno izbrati razmerje toka in napetosti tokovnega transformatorja in napetostnega transformatorja. Ko je dejanski tok veliko manjši od toka, priključenega na tokovni transformator, večja kot je fazna razlika in napaka toka tokovnega transformatorja, večja bo napaka dejanskih rezultatov meritev. Zato mora biti tok, ki ga porablja transformator, blizu nazivne vrednosti toka tokovnega transformatorja.

Poleg tega se pri načrtovanju, v skladu s predpisanimi postopki, izguba prostega teka, izračunana s sklicevanjem na izgubo enote in procesni koeficient izbrane silicijeve jeklene pločevine, običajno imenuje izračunana vrednost. To vrednost je treba primerjati s standardno vrednostjo, določeno v standardu, ali s standardno vrednostjo ali zagotovljeno vrednostjo, določeno v pogodbi. Izračunana vrednost mora biti manjša od standardne ali zagotovljene vrednosti in ni prostora za izračun, zlasti pri serijsko izdelanih transformatorjih. Poleg tega je izračunana vrednost veljavna samo za načrtovalca ali oddelek za načrtovanje in nima pravnega učinka. Izračunane vrednosti ni mogoče uporabiti za presojo stopnje izgub izdelka. Standardna vrednost, določena v standardu, ali zagotovljena vrednost, določena v pogodbi, je pravno veljavna. Izdelki, ki presegajo standardno vrednost plus dovoljeno odstopanje ali zagotovljeno vrednost (zagotovljena vrednost je enaka standardni vrednosti plus dovoljeno odstopanje), so nekvalificirani izdelki. Če obstaja sistem za ocenjevanje izgub, bo to običajno navedeno v pogodbi, zlasti pri izvoznih izdelkih. Če vrednost izgube preseže določeno vrednost, se naloži globa, kazen za izgubo prostega teka pa je najvišja. Za vrednosti ocenjevanja izgub v evropskih državah glejte 11. številko revije "Transformer" iz leta 1994. Na tisoče dolarjev glob na kilovat. To je pravni učinek in je neposredno povezan z gospodarskimi koristmi.

Prav tako je treba pravilno razumeti koncept izmerjene vrednosti, bodisi odčitek medsebojnega števca (ali odčitek pretvornika moči) bodisi izmerjeno vrednost je treba pretvoriti v nazivno stanje in zagotoviti zadostno natančnost. Za izmerjeno vrednost izgube prostega teka mora biti predvsem valovna oblika napetosti napajalnika sinusna, razlika med povprečnim odčitkom voltmetra in odčitkom efektivne vrednosti napetosti pa mora biti manjša od 3 %.

Izračun izgub v prostem teku, izgub v obremenitvi in ​​impedančne napetosti

Izguba v prostem teku: Ko je sekundarno navitje transformatorja odprto in je na primarno navitje priključena nazivna napetost sinusoidne valovne oblike z nazivno frekvenco, se porabljena aktivna moč imenuje izguba v prostem teku. Algoritem je naslednji: izguba v prostem teku = procesni koeficient izgube v prostem teku × izguba enote × jedro

Izguba obremenitve: Ko je sekundarno navitje transformatorja v kratkem stiku (stacionarno stanje), se aktivna moč, porabljena med nazivnim tokom primarnega navitja, imenuje izguba obremenitve.

Algoritem je naslednji: izguba obremenitve = izguba upora največjega para navitij + dodatne izgube

Dodatna izguba = izguba zaradi vrtinčnih tokov navitja + izguba zaradi cirkulacije vzporedne žice + izguba zaradi razprševanja + izguba zaradi vodnikov

Impedančna napetost: Ko je sekundarno navitje transformatorja v kratkem stiku (stacionarno stanje), se napetost, ki jo dovaja nazivni tok, ki teče skozi primarno navitje, imenuje impedančna napetost Uz. Uz je običajno izražen kot odstotek nazivne napetosti, torej uz=(Uz/U1n)*100%

Potencial obrata: u=4,44*f*B*At,V

Med njimi: B – magnetna gostota v železnem jedru, TAt – efektivna površina prečnega prereza železnega jedra, kvadratni meter

Lahko se pretvori v pogosto uporabljeno formulo za izračun načrtovanja transformatorja:

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

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

Če že poznate fazne napetosti in število ovojev, se potencial ovoja izračuna tako, da se fazna napetost deli s številom ovojev.

Izguba v prostem teku vključuje histerezo in izgubo zaradi vrtinčnih tokov v železnem jedru ter izgubo toka v prostem teku na upornosti primarne tuljave. Prva se imenuje izguba v železu, druga pa izguba v bakru. Ker je tok v prostem teku zelo majhen, lahko slednjo zanemarimo, zato je izguba v prostem teku v bistvu izguba v železu.

Na izgube v prostem teku in izgube v železu transformatorja vpliva veliko dejavnikov, ki so izraženi z matematičnimi formulami. V formuli Pn in Pw predstavljata izgubo zaradi histereze in izgubo zaradi vrtinčnih tokov kn, kw pa konstanti.

f - frekvenca hercev uporabljene napetosti transformatorja

Bm——Največja gostota magnetnega pretoka Wei/m2 v železnem jedru

n——Steinmetzova konstanta. Za pogosto uporabljene plošče iz silicijevega jekla, ko je Bm=(1,0～1,6) Wei/m2, je n≈2. Za trenutno uporabljene usmerjene plošče iz silicijevega jekla vzemite 2,5～3,5.

Glede na teoretično analizo transformatorja, ob predpostavki, da je primarni inducirani potencial E1 (volti), potem velja: E1=KfBm (2)

K je proporcionalna konstanta, ki jo določa število primarnih navojev in površina prečnega prereza železnega jedra, zato je izguba železa:

Ker je padec napetosti primarne uhajalne impedance zelo majhen, če ga zanemarimo,

E1=U1(4)

Vidimo lahko, da so izgube v železu transformatorja v prostem teku zelo povezane z uporabljeno napetostjo. Če je napetost V določene vrednosti, se izgube v železu transformatorja v prostem teku ne bodo spremenile (ker se f ne spreminja), in ker je U1=U1N pri normalnem delovanju, se izgube v prostem teku imenujejo tudi konstantne izgube. Če napetost niha, se izgube v prostem teku spreminjajo. Izgube v železu transformatorja so povezane z materialom jedra in proizvodnim procesom ter nimajo nobene zveze z obremenitvijo.