Aniks-lift.ru

Подъемное оборудование
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Выбор трансформаторов тока. Различия и классификация

Выбор трансформаторов тока. Различия и классификация

Выбор трансформаторов тока. Различия и классификация

Трансформаторы тока служат для измерения характеристик в пределах значений номинального напряжения (Uном) от 0,66 до 750 кВ.

Устройства служат для изменения параметров тока до показателей удобных для производства измерений с последующей передачей информативного сигнала измерения приборам, работающим в релейных цепях защиты. Приборы служат для выполнения функций по измерению электрической энергии, защиты от воздействий токов КЗ и других неисправностей, автоматики и управления в электроцепях переменного тока промышленной частоты 50 – 60 Гц.

В электрических сетях промышленных предприятий большинство электроприемников наряду с активной мощностью потребляет также и реактивную. В отличие от активной, реактивная мощность не совершает непосредственно полезной работы и служит лишь для создания переменных магнитных полей в индуктивных приемниках электрической энергии, непрерывно циркулируя между генератором и потребляющими ее электроприемниками.

Вместе с тем реактивная мощность оказывает существенное влияние на такие параметры системы электроснабжения, как потери мощности и электроэнергии и уровни напряжения в узлах сети. Значительные перетоки реактивной мощности приводят к дополнительным, не вызванным потребностями производства, потерям электроэнергии, снижению ее качества, уменьшению пропускной способности электрических сетей, а также к ряду других нежелательных последствий.

Одними из основных потребителей реактивной мощности на промышленных предприятиях являются силовые трансформаторы, на долю которых приходится около 30 % от общей потребляемой в промышленных электрических сетях реактивной мощности. В этой связи представляется важным естественное уменьшение величины реактивной мощности, потребляемой силовыми трансформаторами промышленных предприятий. Реактивная мощность, потребляемая силовым трансформатором, складывается из двух составляющих: реактивной мощности намагничивания Q, расходуемой на создание магнитного потока холостого хода (т. е. на намагничивание магнитопровода), и реактивной мощности полей рассеяния QР, которая зависит от нагрузки трансформатора.

При расчете составляющих реактивной мощности для трансформатора используются его паспортные данные [1]:

Анализ влияния нагрузки силовых трансформаторов на потребление реактивной мощности 1

Анализ влияния нагрузки силовых трансформаторов на потребление реактивной мощности 2

где

  • Sном.m — номинальная мощность трансформатора, кВА
  • I — ток холостого хода трансформатора, %
  • uк — напряжение короткого замыкания трансформатора, %

β — коэффициент загрузки трансформатора по полной мощности, определяемый по формуле:

Анализ влияния нагрузки силовых трансформаторов на потребление реактивной мощности 3

где

  • S — полная мощность нагрузки трансформатора, кВА

Таким образом, общая реактивная мощность, потребляемая силовым трансформатором, составит:

Анализ влияния нагрузки силовых трансформаторов на потребление реактивной мощности 4

При этом коэффициент реактивной мощности трансформатора tgϕ с учетом формулы (3) будет иметь вид:

Анализ влияния нагрузки силовых трансформаторов на потребление реактивной мощности 5

Выполняя ряд несложных преобразований, получим:

Анализ влияния нагрузки силовых трансформаторов на потребление реактивной мощности 6

Для оценки влияния нагрузки силовых трансформаторов на потребление ими реактивной мощности, а также в целях определения диапазона нагрузок, при котором целесообразно производить замену малозагруженных трансформаторов трансформаторами меньшей номинальной мощности либо отключение в резерв малозагруженных трансформаторов, были получены зависимости коэффициента реактивной мощности от коэффициента загрузки для силовых трансформаторов типов ТМ и ТМГ различной номинальной мощности. Рассматривались трансформаторы номинальной мощностью от 25 до 2500 кВА включительно ввиду их широкого применения для питания электроприемников в цеховых электрических сетях промышленных предприятий. Исходными данными для расчетов являлись каталожные данные силовых трансформаторов [2].

На основании каталожных данных силовых трансформаторов в соответствии с формулой (5) были определены значения коэффициента реактивной мощности при различных значениях коэффициента загрузки трансформаторов, и по результатам расчетов построены графики зависимости tgϕ=f(β).

Из анализа полученных графиков было установлено, что для трансформаторов типа ТМ характер изменения коэффициента реактивной мощности в зависимости от коэффициента загрузки примерно одинаков по группам трансформаторов в диапазонах номинальных мощностей.

Читайте так же:
Из чего состоит бензопила

Для групп трансформаторов ТМ составит:

  • 25÷100 кВА
  • 160÷630 кВА
  • 1000÷2500 кВА

В свою очередь для групп трансформаторов ТМГ составит:

  • 25÷40 кВА
  • 63÷250 кВА
  • 400÷1600 кВА

На основании этого были построены усредненные графики зависимости tgϕ=f(β) для трансформаторов типа ТМ (рис. 1) и трансформаторов типа ТМГ (рис. 2).

Анализ влияния нагрузки силовых трансформаторов на потребление реактивной мощности 7

Рис. 1 – Графики зависимости tgϕ =f(β) для трансформаторов типа ТМ: 1 — 25÷100 кВА; 2÷160 + 630 кВА; 3 — 1000÷2500 кВА

Анализ влияния нагрузки силовых трансформаторов на потребление реактивной мощности 8

Рис. 2. Графики зависимости tgϕ =f(β) для трансформаторов типа ТМГ: 1 — 25÷40 кВА; 2 — 63÷250 кВА; 3 — 400÷1600 кВА

Анализ полученных результатов показал, что нагрузка силовых трансформаторов оказывает существенное влияние на потребление ими реактивной мощности:

  • При снижении коэффициента загрузки трансформаторов значение коэффициента реактивной мощности увеличивается. При этом, как видно из графиков на рис. 1 и 2, в диапазоне нагрузок от 30 до 100 % номинальной мощности коэффициент реактивной мощности трансформаторов изменяется весьма незначительно.
  • При нагрузке же трансформаторов менее 30 % номинальной мощности потребление ими реактивной мощности существенно увеличивается. Как показали расчеты, данное увеличение особенно сильно проявляется при снижении нагрузки трансформаторов менее 10 % номинальной мощности, при котором происходит резкое возрастание коэффициента реактивной мощности. При этом значительную часть реактивной мощности, потребляемой трансформаторами, в данном случае составляет реактивная мощность намагничивания.
  • Поэтому с точки зрения снижения потребляемой трансформаторами реактивной мощности отключение трансформаторов целесообразно производить при уменьшении их нагрузки примерно до 30 % от номинальной мощности.

Необходимо также отметить, что в соответствии с [3, 4] и по опыту эксплуатации силовых трансформаторов на промышленных предприятиях для снижения величины потребляемой трансформаторами реактивной мощности рекомендуется осуществлять рационализацию их работы, которая заключается в замене трансформаторов, систематически загруженных менее 30 40 % номинальной мощности, и их перегруппировке, переводе нагрузки трансформаторов, временно загруженных менее 30÷40 % номинальной мощности, на другие трансформаторы, а также в отключении трансформаторов на время работы на холостом ходу. Полученные в ходе анализа результаты также подтверждают целесообразность указанных рекомендаций.

Из расчетов и графиков зависимости tgϕ = f(β), представленных на рис. 1 и 2, также следует, что потребление реактивной мощности силовыми трансформаторами зависит и от величины их номинальной мощности. Данная зависимость проявляется в том, что с уменьшением номинальной мощности силовых трансформаторов относительная величина потребляемой ими реактивной мощности увеличивается.

Кроме того, полученные результаты позволили сделать вывод, согласно которому современные типы силовых трансформаторов характеризуются меньшим потреблением реактивной мощности по сравнению с их более старыми аналогами. Данное обстоятельство в значительной мере объясняется использованием более качественных материалов для изготовления магнитопроводов трансформаторов (холоднокатаные, аморфные электротехнические стали), позволяющих уменьшить величину реактивной мощности намагничивания, а также применением рациональных конструктивных исполнений при разработке современных типов силовых трансформаторов. По этой причине в случае наличия необходимости установки новых или замены уже имеющихся на промышленных предприятиях силовых трансформаторов выбор, очевидно, следует делать в пользу трансформаторов более современных типов, что позволит уменьшить общую долю реактивной мощности, потребляемой силовыми трансформаторами в промышленных электрических сетях.

Таким образом, как показал анализ, нагрузка силовых трансформаторов оказывает существенное влияние на потребление ими реактивной мощности, которое возрастает по мере снижения коэффициента загрузки трансформаторов. Отметим, что в настоящее время значительная часть потребляемой промышленными предприятиями реактивной мощности обусловлена именно малой загрузкой силовых трансформаторов.

В связи с этим сегодня необходимо предпринимать меры по реализации на промышленных предприятиях мероприятий, направленных на рационализацию работы трансформаторов, что, в свою очередь, должно способствовать естественному уменьшению величины реактивной мощности, потребляемой силовыми трансформаторами, и снижению коэффициента реактивной мощности промышленных предприятий в целом.

Простое объяснение

Давайте не будем углубляться в скучные определения, формулы, а разберем вопрос по-простому. И в первую очередь разберемся какую же мощность потребляют наши с вами электроприборы.

Читайте так же:
Ka7812 характеристики схема подключения

Итак, для начала уясните, что далеко не каждый электроприбор, который работает от сети переменного тока, тратит всю поглощаемую мощность на выполнение полезной работы – разогрев, свет, звучание музыкальных колонок и т. п.

Нагрузку можно разделить на четыре основных вида и все из них могут подсоединяться непосредственно к трансформатору.

Резистивная нагрузка

Ярким представителем такого вида нагрузки является самый обычный электрочайник или же утюг, в котором разогревается тэн при прохождении по нему электрического тока.

По сути, тэн – это не что иное, как сопротивление, и здесь абсолютно неважно как по нему течет ток. Здесь все просто: чем больший ток течет, следовательно сильнее нагрев, а это значит, что абсолютно вся мощность затрачивается на этот процесс.

Так вот мощность, оная затрачивается на резистивной нагрузке, именуется активной. Вот именно такую нагрузку и измеряют в кВт.

Индуктивная нагрузка

Примером индуктивной нагрузки является самый обычный электродвигатель. При прохождении тока по электродвигателю далеко не вся энергия затрачивается на вращение.

Определенная часть уходит на то, чтобы создать электромагнитное поле, а также рассеивается в проводнике. Данная составляющая мощности именуется как реактивная мощность.

Она не затрачивается для выполнения работы напрямую, но нужна для того, чтобы оборудование полноценно функционировало.

Емкостная нагрузка

Это частный случай реактивной составляющей мощности. Как вы знаете, конденсатор работает по принципу: накопил заряд – отдал заряд. А это означает, что неизбежно часть мощности затрачивается на накопление и передачу заряда и не участвует в полезной работе напрямую.

Так вот сейчас крайне сложно найти дома электроприбор, в котором не будет стоять хотя бы парочка конденсаторов.

Смешанная нагрузка

Ну, здесь все предельно просто. В смешанной нагрузке есть все вышеописанные составляющие. И 99 из 100 электроприборов именно такие.

Так вот полная же мощность как раз и состоит из реактивной и активной составляющей и именно полная нагрузка измеряется в кВА.

Производители трансформаторов не могут заранее определить, какой вид нагрузки окажется подключен, и где именно будет использоваться их изделие. Поэтому в технических параметрах и указывается полная мощность для смешанного типа нагрузки.

Важно запомнить. Многие производители указывают мощность прибора в кВт, но так же указывают и коэффициент мощности К. Так вот, чтобы узнать полную мощность прибора, нужно запомнить простую формулу:

Давайте для лучшего понимания рассмотрим простой пример. Допустим, вы приобретаете дрель и ее мощность, согласно техническим данным, равна 3 кВт. А вот коэффициент мощности равен 0,8.

Так вот, зная эти данные, можно рассчитать полную мощность дрели:

S = 3/0.8 = 3.75 кВА

Именно на эту величину дрель будет нагружать наш с вами трансформатор.

Читайте так же:
Инструмент для резьбы по дереву электрический

Как рассчитать мощность силового трансформатора по нагрузке

Расчет Ш-образные пластинчатые сердечников аналогичен расчету Ш-образного ленточного.

Трансформатор на тороидальный магнитопроводе — самый компактный и эффективный, может использоваться при мощностях от 30 до 1000 Вт, а особенно — когда важно минимальное рассеяние магнитного потока или когда требование минимального объема является первостепенным.

Расчет трансформатора

  1. напряжение первичной обмотки U1
  2. напряжение вторичной обмотки U2
  3. ток вторичной обмотки I2

Расчет габаритной мощности трансформатора

При выборе железа для трансформатора надо учитывать, чтобы габаритная мощность трансформатора была строго больше расчетной электрической мощности вторичных обмоток.

Мощность вторичной обмотки

  1. Главный качественный показатель силового трансформатора для радиоаппаратуры — его надежность. Следствие надежности — это минимальный нагрев трансформатора при работе (иными словами он должен быть всегда холодным!) и минимальная просадка выходных напряжений под нагрузкой (иными словами, трансформатор должен быть «жестким»);
  2. В расчетах примем КПД трансформатора 0.95;
  3. Так как речь в статье пойдет об обычном сетевом трансформаторе, примем рабочую частоту равной 50Гц;
  4. Учитывая то, что нам нужен надежный трансформатор, и учитывая то, что напряжение в сети может иметь отклонения от 220 вольт до 10%, принимаем В=1.2 Тл.;
  5. Плотность тока в обмотках принимаем 3.5 А/мм2;
  6. Коэффициент заполнения сердечника сталью принимаем 0.95;
  7. Коэффициент заполнения окна принимаем 0.45;

Где:
Sc и So — площади поперечного сечения сердечника и окна [кв. см];

Определение количества витков в обмотках.

Где:
Sc — площадь поперечного сечения сердечника [кв. см];
U — напряжение первичной обмотки [В];

Количество витков во вторичной обмотке можно расчитать по этой же формуле, увеличив число витков примерно на 5% (КПД трансформатора), но можно поступить проще: после того как намотана первичка — наматываем поверх нее 10 витков и измеряем напряжение. Зная какое напряжение требуется получить на выходе трансформатора и зная какое напряжение приходится на 10 витков — определяем необходимое число витков.

Расчет диаметра провода.

d = 0.632 x SQRT ( I )

Где:
d — диаметр провода обмотки [mm];
I — номинальный ток в обмотке [A]

Режим нагрузки трансформатора

режим нагрузки является рабочим для трансформаторов 1, 2 и 4 типов (см. классификацию) и осуществляется при подключении ко вторичной его обмотке потребителя электрической энергии. В этом случае цепь вторичной обмотки трансформатора замкнута и под действиемe

2 по цепи течет переменный ток
i
2.

Действующее значение тока во вторичной обмотке нагруженного трансформатора согласно закону Ома определяется выражением

ПР= — полное сопротивление приемника,
R
ПР— активное сопротивление;
X
ПР-реактивное сопротивление приемника.

Так как сопротивление первичной обмотки трансформатора мало, то можно приближенно считать, что U


E
1. Из этого следует, что при неизменном напряжении питающей сети (
U
1= const) в режиме нагрузки трансформатора ЭДС
Е
1можно считать неизменной (
Е
1= const). Так как ЭДС наводится результирующим магнитным потоком, то, следовательно, этот поток должен также оставаться практически постоянным при различной (до номинальной) нагрузке трансформатора, т.е.
Ф
= const. Изменение нагрузки, подключенной к вторичной обмотке, сопровождающееся изменением тока
I
2, вызывает соответствующее изменение тока
I
1. Трансформатор как бы автоматически изменяет мощность трансформируемой электроэнергии при изменении мощности присоединенной к нему нагрузки. Это очень важное свойство трансформатора называется
свойством саморегуляции.
При изменениях величины и характера нагрузки трансформатора изменяется также и напряжение на вторичной обмотке.

Читайте так же:
Изготовление точечной сварки своими руками

При расчете электрических цепей с трансформаторами задача расчета усложняется из-за магнитной связи между первичной и вторичной обмотками трансформатора.Эту задачу можно упростить, если заменить магнитную связь электрической. В этом случае исследование режимов работы упрощается и сводится к расчетам относительно простой электрической цепи. Электрическая схема в которой магнитная связь между обмотками трансформатора заменена электрической, называется схемой замещения.

Составим структуру этой схемы. Для этого предварительно сделаем некоторые преобразования. Объединим две обмотки трансформатора в одну, сделав равными ЭДС этих обмоток (Е

1=
Е
2′). Равенство будет выполнено, если новое число витков вторичной обмотки
w
2’сделать равным числу витков первичной обмотки
w
1, т.е.
w
2′ =
w
1. Очевидно, что при таком преобразовании изменяются все величины, характеризующие вторичную цепь, и их необходимо пересчитать на новое число витков. Пересчет величин вторичной цепи на новое число витков называется приведением вторичной цепи к числу витков первичной цепи, а трансформатор в этом случае называется приведенным.

Приведенными значениями напряжений, ЭДС, тока и сопротивлений являются: U

Для приведенного трансформатора уравнения, описывающие рабочий процесс в нем, приобретают вид:

ЭДС и индуцируются в обмотках магнитным потоком , который в свою очередь создается током . Откуда следует, что между ЭДС и током существует определенная связь. С учетом этого можно записать, что , где сопротивлениеХ

0– индуктивное сопротивление, обусловленное основным потоком;
R
0 — активное сопротивление, посредством которого учитываются магнитные потери в трансформаторе
Р
М=
R
0
I
20.

Теперь с учетом вышеизложенного полные уравнения электрического состояния первичной и вторичной обмоток приведенного трансформатора приобретут вид:

На основании этих уравнений и того, что , можно составить схему замещения трансформатора и построить векторную диаграмму. Схема замещения и векторная диаграмма представлены соответственно на рис. 3,а

25. Потеря напряжения в однофазном трансформаторе. Внешние характеристики. Коэффициент полезного действия трансформатора.

Расчет трансформатора тока по мощности

Токовый трансформатор ставится на 3 жилы провода, но модели с классом точности 0,5S, где одно кольцо идет на одну фазу, можно подключать к одножильному кабелю. Перед установкой прибора производится его расчет.

Пример расчета на 10 кВ

Модели на 10 кВ подходят для коммерческого учета энергии. Для вычислений можно использовать онлайн-программу – калькулятор. После ввода данных в поля и нажатия кнопки расчета появится нужная информация.

Если программы нет, рассчитать параметры устройства можно самостоятельно. Понадобится перевести трехсекундный ток термической стойкости в односекундный. Для этого используется формула I3с=I1с/1,732.

Сложность применения данного аппарата – минимальный, около 10 А, силовой ток цепи.

Трансформаторы тока, устанавливаемые на производстве или в жилом многоквартирном доме, самостоятельно не рассчитываются. Понадобится обратиться в компанию энергоснабжения для получения ТУ с моделью узла учета и типом устройства, номиналом автоматов. Это исключает сложности самостоятельных вычислений.

Электрик в доме

raschyot-transformatora

Очень часто для питания радиолюбительских конструкций или для питания готовых устройств требуется понижающий трансформатор. Точный расчёт силового трансформатора очень сложен, но для приблизительного расчёта можно воспользоваться упрощёнными формулами. В этой статье рассмотрим как рассчитать трансформатор, собранный на наиболее часто встречающемся магнитопроводе из Ш-образных пластин.

Для расчёта трансформатора нам нужно знать: желаемое напряжение на вторичной обмотке и ток нагрузки. Ели ток нагрузки не известен, но известна его мощность, то вычислить ток не составит труда — нужно мощность поделить на напряжение на вторичной обмотке.

Читайте так же:
Как крепится токарный патрон

1. Расчёт тока вторичной обмотки

I2 = 1,5*Iн, где

  • I2 — ток во вторичной обмотке, А,
  • Iн — ток нагрузки, А.

2. Определение мощности, потребляемой от вторичной обмотки

P2 = U2*I2, где

  • P2 — мощность вторичной обмотки, Вт,
  • U2 — напряжение вторичной обмотки, В,
  • I2 — ток вторичной обмотки, А.

Если необходимо несколько вторичных обмоток, то считаем мощность каждой обмотки, а затем складываем мощности всех вторичных обмоток и подставляем в следующую формулу.

3. Определение мощности трансформатора

Pт = 1,25*P2, где

  • Рт — общая мощность трансформатора, Вт,
  • Р2 — мощность вторичной обмотки, Вт.

4. Расчёт тока первичной обмотки

I1 = Pт/U1, где

  • I1 — ток в первичной обмотке трансформатора, А,
  • Pт — мощность трансформатора, Вт,
  • U1 — напряжение первичной обмотки, В.

5. Определение необходимого сечения сердечника магнитопровода

S = 1,3*, где

  • S — площадь сечения сердечника магнитопровода, см²,
  • Pт — мощность трансформатора, Вт.

Следует заметить, что магнитопровод нужно подбирать так, чтобы отношение ширины сердечника (центральной пластины) магнитопровода к толщине набора было в пределах 1 ÷ 2.

6. Расчёт числа витков в первичной обмотке

W1 = 50*U1/S, где

  • W1 — число витков первичной обмотки, шт,
  • U1 — напряжение первичной обмотки, В,
  • S — площадь сечения сердечника магнитопровода, см².

7. Расчёт числа витков во вторичной обмотке

W2 = 55* U2/S, где

  • W2 — число витков вторичной обмотки, шт,
  • U1 — напряжение вторичной обмотки, В,
  • S — площадь сечения сердечника магнитопровода, см².

8. Определение диаметров проводов обмоток трансформатора

d = 0,632* I, где

  • d — диаметр провода, мм,
  • I — ток обмотки, А (соответственно подставляем I1 и I2 для первичной и вторичной обмоток).

Расчёт приведён для медного провода.

9. Проверка заполняемости окон магнитопровода

После подбора пластин магнитопровода следует проверить влезет ли провод на каркас трансформатора.

Sо = 50*Pт, где

  • Sо — площадь, занимаемая намотанными проводами, в одном окне магнитопровода, мм 2 ,
  • Pт — мощность трансформатора, Вт.

Если площадь окна подобранного магнитопровода больше или равна вычисленной, то провод влезет.

Рекомендации по сборке и намотке трансформатора

Пластины магнитопровода нужно собирать вперекрышку, как это показано на рисунке вверху.

Магнитопровод следует стянуть обоймой или шпильками с гайками, шпильки необходимо обернуть бумагой или другим изоляционным материалом, чтобы шпильки не замыкали пластины. Если магнитопровод плохо стянут, то он будет гудеть.

Провода следует наматывать равномерно и плотно(иначе могут не влезть). Между каждым рядом надо прокладывать тонкую бумагу или лавсановую плёнку в 1-2 слоя и 3-4 слоя между обмотками.

Для удобства намотки можно сделать простое приспособление, показанное на рисунке:

prisposoblenie-dlja-namotki-transformatora

Приспособление для намотки трансформатора

Состоит устройство из двух фанерных стоек, закреплённых на общем основании и вставленного в них металлического прутка, с одного конца изогнутого в виде ручки. Одной рукой крутим ручку, второй направляем провод, катушку с проводом можно наподобие разместить ещё на одном прутке, но уже без ручки.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector