Что такое потери в трансформаторах и как их рассчитать?

Потери в трансформаторе в основном включают потери в сердечнике и потери в меди, а также некоторые дополнительные потери. Потери в сердечнике возникают в магнитопроводе и в основном состоят из потерь на гистерезис и потерь на вихревые токи. Потери на гистерезис возникают из-за потерь энергии при изменении направления намагничивания в переменном магнитном поле, в то время как потери на вихревые токи являются результатом индуцированных токов, вызванных переменным магнитным полем, что приводит к выделению тепла. Потери в меди возникают в обмотках и обусловлены резистивными потерями при протекании тока через обмотки, также известными как омические потери. Эти потери пропорциональны квадрату тока, что означает, что потери в меди увеличиваются с ростом нагрузки. Дополнительные потери включают паразитные потери и механические потери; паразитные потери возникают из-за потока рассеяния, в то время как механические потери связаны с внутренними вибрациями и шумом. Нагрузочные потери связаны с уровнем нагрузки, причем потери в меди увеличиваются с ростом нагрузки. Снижение этих потерь помогает повысить эффективность трансформатора.

1. Расчетные формулы потерь трансформатора

(1) Потери активной мощности: δ P = P0+KTβ2PK

(2) Потери реактивной мощности：δ Q = Q0+KTβ2QK

(3) Суммарные потери мощности: δ PZ = δ P+KQ δ Q

Q0≈Ｉ０％ＳＮ，ＱＫ≈ＵＫ％ＳＮ

Q0——Потери реактивной мощности холостого хода (квар)

P0 – Потери холостого хода (кВт)

PK——Потери короткого замыкания (кВт)

SN – Номинальная мощность трансформатора (кВА)

I0 % – процент тока холостого хода трансформатора.

UK %——Процент напряжения короткого замыкания

β – Средний коэффициент нагрузки

KT – коэффициент потерь от колебаний нагрузки

QK——Реактивная мощность потерь при номинальной нагрузке (квар)

KQ -- Экономический эквивалент реактивной мощности (кВт/квар)

2. Условия выбора каждого параметра следующие:

(1) KT = 1.05

(2) При отборе минимальной нагрузки от понижающего трансформатора 6кВ~10кВ городской сети и сети промышленного предприятия, его реактивная мощность эквивалентна KQ=0.1кВт/квар;

(3) Коэффициент средней нагрузки трансформатора: для сельскохозяйственных трансформаторов желательно β = 20%, а для промышленных предприятий, работающих в три смены, желательно β=75%;

(4) Время работы трансформатора T=8760ч, часы максимальных потерь нагрузки: T=5500ч;

(5) Потери холостого хода трансформатора P0、Потери при номинальной нагрузке PK、I0%、UK%

Во-вторых, характеристики потерь трансформатора

P0 - потери холостого хода, в основном потери в стали, включая потери на гистерезис и вихревые токи;

Потери на гистерезис пропорциональны частоте и квадрату коэффициента гистерезиса максимальной плотности магнитного потока.

Потери на вихревые токи пропорциональны произведению частоты, максимальной плотности магнитного потока и толщины листа электротехнической стали.

PC – Потери нагрузки, в основном это потери от протекания тока нагрузки через сопротивление обмотки, обычно называемые потерями в меди. Их величина изменяется в зависимости от тока нагрузки и пропорциональна квадрату тока нагрузки (выражается в виде преобразованного значения при стандартной температуре обмотки).

Потери нагрузки также зависят от температуры трансформатора, а магнитный поток рассеяния, вызванный током нагрузки, может создавать потери на вихревые токи в обмотках и добавочные потери в металлических частях вне обмоток.

Суммарные потери трансформатора δ P=P0+PC Коэффициент потерь трансформатора = PC/P0

КПД трансформатора = PZ/(PZ+δP), выражается в процентах, где PZ - выходная мощность на вторичной стороне трансформатора.

3. Расчет переменных потерь электроэнергии

Потери мощности в трансформаторе включают в себя потери в стали и потери в меди. Потери в стали зависят от времени работы, а потери в меди — от величины нагрузки. Поэтому потери электроэнергии следует рассчитывать отдельно.

1. Расчет мощности потерь в стали: для трансформаторов разных типов и мощностей формула расчета следующая: мощность потерь в стали (кВт·ч) = потери холостого хода (кВт) × время подачи питания (часы)

2. Расчет потерь в меди: при коэффициенте загрузки 40% и ниже, потребление электроэнергии за весь месяц (по показаниям счетчика) составляет 2%

3. Формула расчета: потери в меди (кВт·ч) = месячное потребление электроэнергии (кВт·ч) × 2%

4. Расчет потерь холостого хода, нагрузочных потерь и напряжения короткого замыкания

Потери холостого хода: когда вторичная обмотка трансформатора разомкнута, а к первичной обмотке приложено номинальное напряжение синусоидальной формы номинальной частоты, потребляемая активная мощность называется потерями холостого хода. Алгоритм расчета следующий: потери холостого хода = коэффициент технологических потерь холостого хода × удельные потери × масса магнитопровода.

Нагрузочные потери: когда вторичная обмотка трансформатора замкнута накоротко (установившийся режим), активная мощность, потребляемая при номинальном токе в первичной обмотке, называется нагрузочными потерями.

Алгоритм расчета следующий: нагрузочные потери = резистивные потери самой нагруженной пары обмоток + добавочные потери

Добавочные потери = потери на вихревые токи в обмотках + циркуляционные потери в параллельных проводниках обмоток + потери на рассеяние + потери в выводах

Напряжение короткого замыкания: когда вторичная обмотка трансформатора замкнута накоротко (установившийся режим), а по первичной обмотке протекает номинальный ток, приложенное напряжение называется напряжением короткого замыкания Uz. Обычно Uz выражается в процентах от номинального напряжения, т.е. Uz = (Uz/U1н)*100%

Вращение：u=4.44* F *B*At,V

JYW6100: Измеритель характеристик холостого хода и нагрузки трансформатора (для измерения потерь в магнитопроводе, потерь в обмотках, коэффициента мощности). Ð¨Ð¸Ñ€Ð¾ÐºÐ¾ применяется в отраслях производства трансформаторов, аморфных сплавов, генераторов, вентиляторных электродвигателей.

Измеритель коэффициента мощности трансформатора в режимах холостого хода и нагрузки

JYW6100

ООО «Кингран Трансформер Инструментс»

Другие измерители для трансформаторов от Kingrun