КПД трансформатора. Устройство и работа

Министерство образования Российской Федерации

Реферат

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.-