Przy projektowaniu transformatorów głównym parametrem jest jego moc. To określa wymiary transformatora. W tym przypadku głównym czynnikiem decydującym będzie pełna moc, podane do obciążenia:
Do transformatora z duża liczba uzwojeń wtórnych moc całkowitą można wyznaczyć sumując moce pobierane przez obciążenia podłączone do wszystkich jego uzwojeń:
(2)Przy całkowicie rezystancyjnym obciążeniu (brak elementów indukcyjnych i pojemnościowych w prądzie) pobór mocy jest aktywny i równy mocy wyjściowej S 2. Przy obliczaniu transformatora ważny parametr to typowa lub znamionowa moc transformatora. Oprócz mocy całkowitej parametr ten uwzględnia moc pobieraną przez transformator z sieci przez uzwojenie pierwotne. Typową moc transformatora oblicza się w następujący sposób:
(3)
Określmy typową moc transformatora z dwoma uzwojeniami. Całkowita moc uzwojenia pierwotnego S 1 = U 1 I 1 gdzie U 1 , I 1 - efektywne wartości napięcia i prądu To właśnie ta moc określa wymiary uzwojenia pierwotnego. W tym przypadku liczba zwojów uzwojenia pierwotnego transformatora zależy od napięcia wejściowego, przekroju drutu przez niego przepływającego maksymalny prąd(wartość efektywna). Całkowita moc transformatora określa wymagany przekrój rdzenia s c. Można to obliczyć w następujący sposób:
(4)
Napięcie na uzwojeniu pierwotnym transformatora można określić na podstawie wyrażenia U 1 = 4k F W 1 fsB m, gdzie s jest polem przekroju rdzenia magnetycznego, zdefiniowanym jako iloczyn szerokości rdzenia i jego grubości. Zastępcze pole przekroju poprzecznego rdzenia transformatora jest zwykle mniejsze i zależy od grubości płytek lub taśmy oraz odległości między nimi, dlatego przy obliczaniu transformatora wprowadza się współczynnik wypełnienia rdzenia, który definiuje się jako stosunek równoważnego pola przekroju poprzecznego rdzenia magnetycznego do jego obszar geometryczny. Jego wartość jest zwykle równa k c = 1...0,5 i zależy od grubości taśmy. Do rdzeni wytłaczanych (wykonanych z ferrytu, alsiferu lub żelaza karbonylowego) k c = 1. Zatem s = k C S c, a wyrażenie na napięcie uzwojenia pierwotnego transformatora ma następującą postać:
U 1 = 4k F k C W 1 fs C B m (5)Podobne wyrażenie można zapisać dla uzwojenia wtórnego. W transformatorze z dwoma uzwojeniami moc uzwojenia pierwotnego i typowa moc transformatora są równe. Moc uzwojenia pierwotnego można określić za pomocą następującego wyrażenia:
U 1 = U 1 I 1 = 4k F k C fs C B M W 1 I 1 (6)W takim przypadku typowa moc transformatora zostanie obliczona ze wzoru:
(7)Stosunek prądu w przewodzie uzwojenia do jego przekroju nazywa się gęstością prądu. W poprawnie obliczonym transformatorze gęstość prądu we wszystkich uzwojeniach jest taka sama:
(8) gdzie S obm1, S obm2 - powierzchnia przekroju przewodów uzwojenia.Wymieńmy prądy I 1 = js obm1 i I 2 = js wymiana2, wówczas sumę w nawiasach wyrażenia (7) można zapisać następująco: W 1 I 1 + W 2 I 2 = , J(S obm1 W 1 + S obm2 W 2) = js m., gdzie S m - przekrój wszystkich przewodów (miedzianych) w okienku rdzenia transformatora. Rysunek 1 przedstawia uproszczoną konstrukcję transformatora, w którym wyraźnie widoczny jest obszar rdzenia S s, powierzchnia okna obwodu magnetycznego S ok i obszar zajmowany przez przewody uzwojenia pierwotnego i wtórnego S M.
Rysunek 1 Uproszczona konstrukcja transformatora
Przedstawmy współczynnik wypełnienia okna miedzią. Jego wartość jest w środku k m = 0,15...0,5 i zależy od grubości izolacji drutu, konstrukcji ramy uzwojenia, izolacji międzywarstwowej oraz sposobu nawijania drutu. Następnie js m = jk M S ok, a wyrażenie na typową moc transformatora można zapisać w następujący sposób:
(9)Z wyrażenia (9) wynika, że moc typową wyznacza iloczyn S Z S OK. Gdy rozmiar liniowy transformatora zwiększy się m razy, jego objętość (masa) wzrośnie m3 razy, a jego moc wzrośnie m 4 razy. Dlatego ciężar właściwy i wymiary transformatorów poprawiają się wraz ze wzrostem mocy znamionowej. Z tego punktu widzenia lepsze są transformatory wielouzwojeniowe niż kilka dwuuzwojeniowych.
Opracowując konstrukcję transformatorów, starają się zwiększyć współczynnik wypełnienia okna rdzenia za pomocą uzwojeń, ponieważ zwiększa to wartość mocy znamionowej S typ. Aby osiągnąć ten cel, nawiń przewody za pomocą przekrój prostokątny. Należy zauważyć, że w praktycznych obliczeniach wzór (9) zostaje przekształcony do wygodniejszej postaci.
(10)
Obliczając transformator dla danej mocy obciążenia, na podstawie wyrażenia (10), wyznacza się iloczyn S Z S OK. Następnie korzystając z podręcznika dobiera się konkretny typ i wielkość rdzenia magnetycznego transformatora, dla którego parametr ten będzie większy lub równy obliczonej wartości. Następnie zaczynają obliczać liczbę zwojów w uzwojeniu pierwotnym i wtórnym. Oblicz średnicę drutu i sprawdź, czy uzwojenia mieszczą się w okienku obwodu magnetycznego.
Literatura:
Razem z artykułem „Moc transformatora” przeczytaj:
http://site/BP/KlassTransf/
http://site/BP/SxZamTransf/
Dla właściwy wybór transformator dowolnego typu w zależności od mocy podłączonych do niego urządzeń elektrycznych, musisz znać kilka ważne zasady. Dotyczy to zarówno opracowania materiału teoretycznego, jak i uwzględnienia lokalnych warunków, parametrów i wąskich gardeł lokalnej sieci elektroenergetycznej.
Z podstawy teoretyczne elektrotechnika wie, że moc znamionowa dowolnego uzwojenia prostego transformatora dwuuzwojeniowego jest taka sama i jest obliczana według wzoru SHOM = U*I (VA), jako iloczyn napięcia uzwojenia i prądu w nim. Jednak taki transformator sam w sobie składa się z dwóch cewek, a jego całkowita moc znamionowa składa się z dwóch elementów - czynnego i moc bierna. Wzór na obliczenie mocy całkowitej S2=P2+Q2, jego kwadrat równa sumie kwadratów składników, są one zwykle przedstawiane jako wektory pod kątem 900, przeciwprostokątna tego prawy trójkąt jest całkowitym wektorem mocy. Dla wygody obliczeń wprowadzono współczynnik obciążenia cosφ, Gdzie φ - kąt między wektorami mocy czynnej i całkowitej.
Możesz zapytać – po co nam to? I wszystko jest niezwykle proste - transformator dobiera się biorąc pod uwagę maksymalne dopuszczalne nagrzewanie uzwojeń (w przeciwnym razie izolacja szybko się starzeje i cały transformator ulega awarii), a ogrzewanie wytwarza tylko czynna składowa mocy, którą można obliczyć za pomocą formuła P = Ucosφ, wiemy już, co to jest cosφ, dla transformatora przyjmuje się jego obliczoną wartość cosφ=0,8. Oznaczający R w watach (W). całkowita moc wszystkie urządzenia elektryczne, które mają być podłączone do transformatora, ponieważ w zdecydowanej większości są odbiorcami obciążenia czynnego. Ale całkowita moc transformatora ( co jest zapisane w jego paszporcie) jest definiowany w jednostkach woltoamperów (VA, kVA) i jego związek z moc czynna Konsumentów wyjściowych można określić za pomocą wzoru S=P/0,8, czyli musisz wybrać moc transformatora o około 20% większą niż to, co zamierzasz do niego podłączyć. To tyle w teorii, ale to nie wszystko.
W przypadku transformatorów małej mocy ważne jest również wzięcie pod uwagę rozproszenia wewnętrznego i zewnętrznego pole magnetyczne. Znaczące jest również ogrzewanie z niego w ograniczonej przestrzeni i przy braku wymuszonego chłodzenia. Najlepsze osiągi pod tym względem zapewnia transformator toroidalny, w którym uzwojenia są równomiernie nawinięte wzdłuż rdzenia. Transformatory prętowe i autotransformatory wyglądają dobrze. I jeszcze jedno ważny punkt- jakość energii elektrycznej w sieci!
Jeśli transformator zostanie zakupiony do miejsc, w których często występuje spadek napięcia, należy zwiększyć rezerwę mocy, ponieważ przy obniżonym napięciu wzrasta składowa prądowa mocy i to ona zapewnia energię cieplną uzwojeń. Zatem na podstawie obliczeń teoretycznych i biorąc pod uwagę rzeczywisty stan sieci elektrycznej w rejonie, w którym transformator jest zainstalowany, zdecydowanie możemy polecić zakup transformatora z rezerwą mocy wynoszącą 30% obliczonego zużycia. Dzięki temu będzie działać długo i niezawodnie.
Chcę przynieść prawdziwy przykład wybór mocy transformator mocy w jednym z moich ostatnio wydanych projektów. Projekt przeszedł analizę i otrzymał komentarz dotyczący wyboru transformatora mocy, a raczej konieczne było uzasadnienie mocy transformatora mocy.
Przez specyfikacje techniczne W ramach trzeciej kategorii dostaw energii elektrycznej dopuszczono moc 180 kW. NA na tym etapie Zrobiłem tylko jedno stanowisko (magazyn) o poborze mocy 20 kW, pozostałe stanowiska zostaną zaprojektowane później.
Oczywiście wyboru transformatora mocy dokonałem w oparciu o moc 180 kW.
Pewnie pamiętacie, że mam artykuł:
Jest jeszcze jeden artykuł na ten temat:
Dlatego koniecznie sprawdź to, o czym pisałem wcześniej.
Ogólnie rzecz biorąc, istota jest taka, że jeśli wybierzesz transformator zgodnie z instrukcje metodologiczne, wtedy wystarczy nam moc transformatora mocy 160 kVA. To właśnie miał na myśli biegły. Wybrane w projekcie podstacja transformatorowa 250 kVA w metalowej obudowie. Najtańsza opcja.
Ja z kolei podałem link z TCH 45-4.04-297-2014 klauzula 11.20. Mówi, że współczynnik obciążenia podstacji z jednym transformatorem powinien wynosić 0,9-0,95. Mówi także, że wyboru transformatora należy dokonać na tej podstawie właściwości techniczne transformatory od producentów.
Obliczmy współczynnik obciążenia transformatora.
Kz=Sr/Str
Sp– całkowita moc projektowa, kVA;
St– moc transformatora mocy, kVA.
Sp=P/cos=180/0,8=225kVA.
Przyjąłem współczynnik mocy na 0,8.
Kz(250)=225/250=0,9
Kz(160)=225/160=1,4
A teraz wyobraźcie sobie, że jest lato, temperatura powietrza wynosi 30 stopni. Czy myślisz, że metalowa skorupa nagrzeje się bardzo na słońcu? W takich warunkach powietrze wokół transformatora moim zdaniem też będzie miało co najmniej 30 stopni, a najprawdopodobniej więcej, bo KTP będzie bezpośrednio promienie słoneczne. Nie potwierdzę, to tylko moje domysły.
Poniższa tabela pokazuje normy maksymalnych dopuszczalnych obciążeń systematycznych w temperaturze 30 stopni.
Sprawdźmy transformator 160 kVA. Sp=225 kVA - nie oznacza to jednak, że transformator będzie zawsze obciążony tą mocą. Będzie ładowany z tą wydajnością tylko przez kilka godzin dziennie. Przez resztę czasu będzie ładowany, powiedzmy 65% z tego moc projektowania.
225*0,65=146,25 kVA.
Wtedy K1=146,25/160=0,91, przyjmijmy wartość K1=0,9 – obciążenie początkowe transformatora.
Według podanej tabeli i w temperaturze środowisko 30 stopni, K1=0,9 Transformator o mocy 160 kVA w trybie normalnym o Sp=225 kVA (Kz=K2=1,4) może pracować około...0 godzin. W takich warunkach maksymalny współczynnik obciążenia transformatora wynosi 1,27 przez 0,5 godziny.
Oczywiście należy także podać tabelę norm dopuszczalnych przeciążeń awaryjnych.
Według tej tabeli nasz transformator może pracować nieco ponad 2 godziny.
Pomimo tego, że transformator jest w stanie wytrzymać przeciążenia awaryjne, należy pamiętać, że w takich trybach transformator bardzo się zużywa, a jego żywotność jest zmniejszona.
Oczywiście korzystając ze schematu obciążenia znacznie łatwiej jest dobrać moc transformatora mocy. Uważam, że w naszych warunkach projektowych zawsze powinien być niewielki margines bezpieczeństwa sprzętu (rezerwa mocy), w miarę rozwoju systemu elektroenergetycznego wzrasta ilość pobieranej energii elektrycznej i coraz częściej jedno z wymagań jest zapisane w specyfikacjach technicznych : sprawdzenie istniejących transformatorów, tj. Wiele podstacji jest przepełnionych, co może stanowić problem dla mniejszych firm.
Wniosek: transformator o mocy 160 kVA nie będzie mógł normalnie pracować w naszych warunkach eksploatacyjnych, dlatego do projektu wybrano transformator o mocy 250 kVA.
Nawiasem mówiąc, nadzór energetyczny zatwierdził transformator pakietowy bez żadnych problemów.
Zgadzacie się ze mną czy trzeba głupio trzymać się wytycznych?