Определение потерь холостого хода трансформатора

Режим работы трансформатора при питании одной из обмоток от источника с переменным напряжением при разомкнутой другой обмотке называется режимом холостого хода. Потери, возникающие в трансформаторе в режиме холостого хода при номинальном напряжении на первичной обмотке и номинальной частоте называются потерями холостого хода.

Потери холостого хода трансформатора Р_x состоят из:

магнитных потерь, т.е. потерь в активном материале (стали магнитной системы);

потерь в стальных элементах конструкции остова трансформатора, вызванных частичным ответвлением главного магнитного потока);

основных потерь в первичной обмотке, вызванных током холостого хода;

Диэлектрические потери в изоляции могут играть заметную роль только в трансформаторах, работающих при повышенной частоте, а в силовых трансформаторах рассчитанных на частоту 50 Гц, обычно малы и могут не учитываться. Также не учитываются в силовых трансформаторах основные потери в первичной обмотке, составляющие обычно менее 1 % потерь холостого хода. Потери в элементах конструкции трансформатора при холостом ходе относительно невелики и учитываются вместе с другими добавочными потерями.

Магнитные потери – потери в активной стали магнитной системы – составляют основную часть потерь холостого хода и могут быть разделены на потери от гистерезиса и вихревых токов. Для современной холоднокатаной электротехнической стали с толщиной 0,35 и 0,30 мм первые из них составляют до 25 – 35% и вторые до 75 – 65% полных потерь.

В практике при частоте 50 Гц обычно определяют магнитные потери, не разделяя их, и пользуются экспериментально установленной зависимостью между индукцией и удельными потерями в стали. Поскольку при заданной частоте и равномерном распределении индукции потери в единице массы стали однозначно определяются индукцией, эту зависимость выражают в форме потерь в единице массы стали ΔР, Вт/кг, при заданной индукции. Данные экспериментального исследования стали сводятся в таблицы или изображаются кривой удельных потерь ΔР=ƒ(В). Удельные, а также общие потери в стали изменяются с изменением индукции В и частоты ƒ [10].

Магнитная индукция в стержнях и ярмах плоской шихтованной магнитной системы определяется для рассчитанного напряжения витка обмотки и окончательно установленных значений активных сечений стержня П_с и ярма П_я, Тл:

П_с и П_я – установленные значения активных сечений стержня и ярма, м².

При расчете потерь в плоской шихтованной магнитной системе, собранной из пластин холоднокатаной текстурованной анизотропной стали, необходимо учитывать свойства самой стали и ряд конструктивных и технологических факторов. К конструктивным факторам следует отнести: форму стыком пластин в углах системы, форму поперечного сечения ярма и способ прессовки. Из технологических факторов наибольшее влияние на потери в магнитной системе оказывают: резка рулонов стали на пластины, удаление заусенцев, образующихся при резке, отжиг пластин, покрытие их лаком, прессовка магнитной системы при сборке и перешихтовка верхнего ярма при установке обмоток [9]. По рассчитанной согласно формулам 7.12 и 7.13 магнитной индукции, определяем удельные потери соответственно в стержне – р_с и в ярме – р_я магнитопровода.

Удельные потери в 1 кг стали при частоте 50 Гц и индукции от 0,2 до 2,0 Тл для современных марок холоднокатаной анизотропной стали по ГОСТ 21427-83 приведены в таблице 7.2.

Таблица 7.2 - Удельные потери в стали - р и в зоне шихтованного стыка - р₃ для холоднокатаной стали марок 3404 и 3405 и толщиной 0,35 и 0,30 мм при различных индукциях и ƒ = 50 Гц

Для плоской трехфазной магнитной системы с взаимным расположением стержней и ярм, собранной из пластин холоднокатаной анизотропной стали, потери холостого хода могут быть рассчитаны по формуле, Вт:

Определим все необходимые коэффициенты, входящие в формулу 7.14.

Итак, при расчете плоской магнитной системы из рулонной холоднокатаной стали сначала должен быть выбран план шихтовки пластин. Наименьшие потери и ток холостого хода могут быть получены при шихтовке с косыми стыками пластин в шести углах (рис.7.1,а). Существенно проще технология заготовки и сборки магнитной системы по рис. 7.1,б с косыми стыками в четырех и прямыми в двух углах при несколько более высоких потерях и токе холостого хода. Средней по технологической сложности и параметрам холостого хода является схема по рис. 7.1,в с косыми стыками в четырех и комбинированными «полукосыми» в двух углах. Наибольшее распространение получила схема по рис 7.1 б.

Рисунок 7.1 - Варианты плана шихтовки магнитной системы:

а - косые стыки в шести углах; б- косые стыки в четырех и прямые – в двух углах; в – сочетание косых стыков с комбинированными

При сборке магнитной системы из пластин прямоугольной формы с прямыми стыками по рисунку 7.2 а, б в углах магнитной системы, т.е. в частях ярм, заштрихованных на этом рисунке, угол α между вектором магнитной индукции и направлением прокатки будет изменяться от 0⁰ до 90⁰. Общее увеличение удельных потерь по всему объему заштрихованных частей в углах магнитной системы можно оценить коэффициентом k_п.у., зависящим от формы стыка, марки стали, толщины пластин и индукции. При косых стыках по рисунку 7.2 в, в углах магнитной системы также возникают добавочные потери, меньшие, чем при прямых стыках [5].

Коэффициент k_п.у. для прямых и косых стыков может быть принят по таблице 7.3.

Рисунок 7.2 - Части магнитной системы, в которых возникают увеличенные потери в холоднокатаной стали при прямых и косых стыках

Таблица 7.3 - Значения коэффициента k_п.у., для различного числа углов с косыми и прямыми стыками пластин плоской шихтованной магнитной системы для стали разных марок при В=0,9 – 1,7 Тл

Форма сечения ярма может влиять на распределение индукции по сечению ярма и стержня. Так как число ступеней в сечении ярма равно или отличается на одну-две ступени от числа ступеней в сечении стержня, то распределение индукции в ярме и стержне можно считать равномерным и принять коэффициент увеличения потерь, зависящий от формы сечения ярма k_п.я=1.

Для прессовки стержней и ярм при сборке остова трансформатора используются его различные конструктивные детали. В зависимости от мощности трансформатора способ прессовки может быть выбран в соответствии с рекомендациями таблицы 7.4. В этой же таблице приведены коэффициенты k_п.п и k_т.п для учета влияния прессовки на потери и ток холостого хода.

Таблица 7.4 - Способы прессовки стержня и ярма и коэффициенты k_п.п и k_т.п для учета влияния прессовки на потери и ток холостого хода

Некоторые технологические факторы также оказывают влияние на потери холостого хода. Продольная резка полосы рулона стали на ленты и поперечная резка ленты на пластины приводят к возникновению внутренних механических напряжений в пластинах и увеличению удельных потерь в стали. Это увеличение может быть учтено введением коэффициента k_п.р., который для отожженной стали марок 3404 и 3405 может быть принят равным 1,05 и для неотожженной - 1,11.

При нарезке пластин из полосы рулона на линии среза образуются заусенцы. Удаление этих заусенцев при помощи ножей приводит к повышению удельных потерь, которое может быть учтено коэффициентом k_п.з _.: k_п.з.=1 для отожженных пластин и k_п.з.=1,02 для неотожженных.

Перешихтовка верхнего ярма остова при установке обмоток приводит к увеличению потерь, учитываемому коэффициентом k_п.ш _. При мощности трансформатора до 250 кВ·А k_п.ш=1,01, при 400-630 кВ·А k_п.ш=1,02, при 1000-6300 кВ·А k_п.ш=1,04-1,08.

Выражение ∑р_з·n_з·П_з определяет потери в зоне стыков пластин магнитной системы с учетом числа стыков различной формы, площади зазора П_з для прямых и косых стыков, индукции в зазоре В_з и удельных потерь р_з при этой индукции.

Непосредственно в зоне стыка в шихтованной системе происходит увеличение индукции и часть индукционных линий из одной пластины в другую переходит перпендикулярно поверхности пластин. Вследствие этого возникают добавочные потери - р_з. Эти удельные потери для холоднокатаной стали приведены в таблице 7.2.

Индукция для определения добавочных удельных потерь р_з для холоднокатаной стали при прямых стыках принимается равной индукции в стержне – В_з= В_с, для косых стыков следует принимать:

Площадь зазора (стыка) П_з принимается для прямых стыков равной активному сечению стержня П_с или П_я, для косых стыков:

Например, если в курсовой работе студентом был принят план шихтовки магнитной системы согласно рисунку 7.1б. т.е. четыре косых стыка и два прямых, то расчет данного выражения (∑р_з·n_з·П_з) следует вести следующим образом:

Согласно значению индукции в стержне – В_с из таблицы 7.2 выбираем значение р_з.с[Вт/м²]. Аналогично по значению индукции в ярме - В_я выбираем значение потерь зазора - р_з.я[Вт/м²].

Далее по формуле 7.15 определяем индукцию на косом стыке - В_кос и находим по её значению потери - р_з.кос[Вт/м²].

Так как выбранная магнитная система имеет четыре угла на крайних и два на соседних стержнях, поэтому более подробно выражение ∑р_з·n_з·П_зможно расписать как:

После определения потерь холостого хода нужно найти отклонение расчетных потерь от заданных:

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: