КПД трансформатора. Устройство и работа



                Министерство образования Российской Федерации



                                   Реферат

                   КПД трансформатора. Устройство и работа



                                                   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.-