что такое потери холостого хода трансформатора

Понятие потерь холостого хода трансформатора и как их определить, формулы и таблицы

В результате энергопотерь происходит перерасход средств и материалов. Из-за этого электричество дорожает. Чтобы справиться с этой проблемой, стараются вовремя выявлять неполадки и предотвращать свои в работе. Негативно на работу устройства влияют потери на холостом ходу трансформатора. Для устранения данной проблемы постоянно разрабатываются новые методики.

Понятие холостого хода трансформатора

Когда у трансформатора наблюдается выделенное питание одной обмотки, а другие пребывают в разомкнутом состоянии. Этот процесс приводит к утечке энергии, что и называют потерями холостого хода. Его развитие происходит под влиянием ряда внешних и внутренних факторов.

Мощность трансформатора не используется в полной мере, а часть энергии утрачается по причине некоторых магнитных процессов, особенностями первичной обмотки и изоляционного слоя. Последний вариант влияет при использовании приборов, функционирующих на повышенной частоте.

Какие факторы влияют на потери

Современные трансформаторы в условиях полной нагрузки достигают 99% КПД. Но устройства продолжают совершенствовать, пытаясь снизить утрату энергии, которая практически равны сумме потерь холостого хода, возникающих под влиянием разнообразных факторов.

Изоляция

Если на стягивающих шпильках установлена плохая изоляция или ее недостаточно, возникает замкнутый накоротко контур. Это один из главных факторов данной проблемы трансформатора. Поэтому процессу изоляции следует уделять больше внимания, используя для этих целей качественные специализированные материалы.

Вихревые токи

Развитие вихревых токов связано с течением магнитного потока по магнитопроводу. Их особенность в перпендикулярном направлении по отношению к потоку. Чтобы их уменьшить, магнитопровод делают из отдельных элементов, предварительно изолированных. От толщины листа и зависит вероятность появления вихревых токов, чем она меньше, тем ниже риск их развития, приводящего к меньшим потерям мощности.

Чтобы уменьшить вихревые токи и увеличить электрическое сопротивление стали, в материал добавляют различные виды присадок.

Они улучшают свойства материала и позволяют снизить риск развития неблагоприятных процессов, плохо отражающихся на работе устройства.

Гистерезис

Как и переменный ток, магнитный поток также меняет свое направление. Это говорит о поочередном намагничивании и перемагничивании стали. Когда ток меняется от максимума до нуля, происходит размагничивание стали и уменьшение магнитной индукции, но с определенным опозданием.

При перемене направления тока кривая намагничивания формирует петлю гистерезиса. Она отличается в разных сортах стали и зависит от того, какие максимальные показатели магнитной индукции материал может выдержать. Петля охватывает мощность, которая постепенно перерасходуется на процесс намагничивания. При этом происходит нагревание стали, энергия, проводимая по трансформатору, превращается в тепловую и рассеивается в окружающую среду, то есть, она тратится зря, не принося никакой пользы всем пользователям.

Характеристики электротехнической стали

Для трансформаторов используют преимущественно холоднокатаную сталь. Но показатель потерь в ней зависит от того, насколько качественно собрали устройство, соблюдались ли все правила в ходе производственного процесса.

Для уменьшения потерь можно также немного добавить сечения проводам на обмотке. Но это не выгодно с финансовой точки зрения, ведь придется использовать больше магнитопровода и других важных материалов. Поэтому размер обмоточных проводов меняют редко. Пытаются найти другой, более экономичный способ решения этой проблемы.

Перегрев

В процессе работы трансформатора его элементы могут нагреваться. В этих условиях устройство не способно нормально выполнять свои функции. Все зависит от скорости этого процесса. Чем выше нагрев, тем быстрее прибор перестанет выполнять свои прямые функции и понадобится капитальный ремонт и замена определенных деталей.

В первичной обмотке

Если электрический ток по проводнику замыкается, то высокая вероятность утечки электрической энергии. Размер потерь зависит от величины тока в проводнике и его сопротивления, а также от показателя нагрузок, возлагаемых на прибор.

Как определить потери

Этот процесс можно измерить, воспользовавшись мощной установкой. Формула включает такие действия: необходимо умножить показатели их мощности друг на друга. При использовании этого способа необходимо учитывать наличие определенных погрешностей. Искажение связано с тем, что коэффициент мощности учесть точно нельзя. Этот показатель называют конус игла. Он достаточно важен для работы устройства.

Таблица потерь силовых трансформаторов по справочным данным в зависимости от номинала

Чаще всего проблема утечки электроэнергии связана с движением вихревых токов и перемагничиванием. Под влиянием этих факторов нагревается магнитопровод, который обуславливает основную часть потерь холостого хода независимо от тока нагрузки. Развитие этого процесса происходит независимо от того, в каком режиме функционирует устройство.

Постепенно, под влиянием определенных факторов могут меняться эти показатели в сторону значительного увеличения.

Проверка устройства в режиме ХХ

Для этого выполняют такие действия:

После получения показаний всех приборов выполняют расчеты, которые помогут в вычислении. Чтобы получить нужные данные, необходимо показатели первой обмотки разделить на вторую. С применением данных опыта ХХ с результатами короткозамкнутого режима определяют, насколько полно устройство выполняет свои действия.

Особенности режима ХХ в трехфазном трансформаторе

На функционирование трехфазного трансформатора в таком режиме влияют отличия в подключении обмоток: первичная катушка в виде треугольника и вторичная в форме звезды. Ток способствует созданию собственного потока.

Трехфазный ток в виде группы однофазных имеет такие особенности: замыкание ТГС магнитного потока происходит в каждой фазе за счет сердечника. Если напряжение будет постепенно увеличиваться, то в изоляции возникнет пробой и электроустановка рано или поздно выйдет из строя.

Если в трансформаторе используется бронестержневая магнитная система, то в нем можно наблюдать развитие похожих процессов.

Примеры определения потерь ХХ на реальных моделях

Чтобы определить показатель потерь в течение года на трансформаторе типа ТНД мощностью в 16МВА, необходимо воспользоваться эмпирической формулой:

Вывод

Энергопотери в условиях холостого хода трансформатора связаны с магнитными потерями, потерями в первичной обмотке и изоляционном слое. Для снижения этого показателя до сих пор ведутся работы, несмотря на то, что КПД современных трансформаторов в условиях повышенной нагрузки составляет 99%.

Для снижения показателя утечки энергии необходимо снизить влияние провоцирующих факторов. Чтобы добиться этого, постоянно усовершенствуют технологию создания устройств, используют только прочные материалы, проверяя их экспериментальным путем.

Источник

Что такое холостой ход трансформаторов, формулы и схемы

Трансформатор электрического тока является устройством преобразования энергии. Ток холостого хода трансформатора характеризует потери при отсутствии подключенной нагрузки. Величина данного параметра зависит от нескольких факторов:

При изготовлении преобразователей стремятся к максимально возможному снижению потерь холостого хода с целью повышения КПД, снижения нагрева, а также уменьшения паразитного поля магнитного рассеивания.

Общая конструкция и принцип работы трансформатора

Конструктивно трансформатор состоит из следующих основных частей:

Обмотки могут быть намотаны на жестком каркасе или иметь бескаркасное исполнение. В качестве сердечников трансформаторов напряжения промышленной частоты используется специальным образом обработанная сталь. В некоторых случаях встречаются устройства без сердечника, но они используются только в области высокочастотной схемотехники и в рамках данной темы рассматриваться не будут.

Принцип действия рассматриваемой конструкции заключается в следующем:

ЭДС индукции создается, в том числе, в первичной обмотке. Ее направление противоположно подключенному напряжению, поэтому они взаимно компенсируются и ток через обмотку при отсутствии нагрузки равен нулю. Соответственно, потребляемая мощность при отсутствии нагрузки равна нулю.

Понятие холостого хода

Приведенные выше рассуждения справедливы для идеального трансформатора. Реальные конструкции обладают следующими потерями (недостатками) на:

В результате, в реальных конструкциях трансформатора наводимая ЭДС индукции отличается от номинального напряжения первичной обмотки и не в состоянии его полностью скомпенсировать. В обмотке возникает некоторый ток холостого хода. При подключении нагрузки данное значение суммируется с номинальным током и характеризует общие потери в электрической цепи.

Потери снижают общий КПД трансформатора, в результате чего растет потребление мощности.

Меры по снижению тока холостого хода

Основным источником возникновения тока холостого хода является конструкция магнитопровода. В ферромагнитном материале, помещенном в переменное электрическое поле, наводятся вихревые токи электромагнитной индукции – токи Фуко, которые нагревают материал сердечника.

Для снижения вихревых потерь материал сердечника изготавливают из тонких пластин, отделенных друг от друга изолирующим слоем, которую выполняет оксидная пленка на поверхности. Сам материал производится по специальной технологии, с целью улучшения магнитных свойств (увеличения значения магнитного насыщения, магнитной проницаемости, снижения потерь на гистерезис).

Обратная сторона использования большого количества пластин состоит в том, что в местах стыков происходит разрыв магнитного потока, в результате чего возникает поле рассеивания. Поэтому для наборных сердечников важна тщательная подгонка отдельных пластин друг к другу. В ленточных разрезных магнитопроводах отдельные части подгоняются друг к другу при помощи шлифовки, поэтому при сборке конструкции нельзя менять местами части сердечника.

От указанных недостатков свободны О-образные магнитопроводы. Магнитное поле рассеивания у них стремится к нулю.

Поле рассеивания обмотки и междувитковую емкость снижают путем изменения конструкции обмоток и пространственного размещения их частей относительно друг друга.

Снижение потерь также достигается при возможно более полном заполнении свободного окна сердечника. При этом масса и габариты устройства стремятся к оптимальным показателям.

Как проводится опыт холостого хода

Опыт холостого хода подразумевает подачу напряжения на первичную обмотку при отсутствии нагрузки. При помощи подключенных измерительных приборов измеряются электрические параметры конструкции.

Для проведения опыта холостого хода первичную обмотку включают в сеть последовательно с прибором для измерения тока- амперметром. Параллельно зажимам подключается вольтметр.

Следует иметь в виду, что предел измерения вольтметра должен соответствовать подаваемому напряжению, а при выборе амперметра нужно учитывать ориентировочные значения измеряемой величины, которые зависят от мощности трансформатора.

Коэффициент трансформации

Наиболее просто определяется коэффициент трансформации. Для этого сравнивается входное и выходное напряжение. Расчет производится по следующей формуле:

Данное отношение справедливо для всех обмоток трансформатора.

Однофазные трансформаторы

В однофазных трансформаторах показания амперметра характеризуют потребляемый ток при отсутствии нагрузки. Данные показания являются конечными и нет необходимости в дальнейших вычислениях.

Трехфазные

Чтобы проверить трехфазный трансформатор, требуется усложнение схемы подключения. Необходимо наличие следующих приборов:

При проведении опыта холостого хода производятся следующие вычисления:

Коэффициент трансформации вычисляется по полученным значениям напряжения аналогично однофазной системе.

Измерение тока

При измерении тока можно определить только величину электрических потерь. Более полно определить параметры конструкции позволяет более сложная схема измерений.

Применение ваттметра

Подключив в первичную цепь ваттметр, можно определить мощность потерь трансформатора в режиме холостого хода. Суммируясь с мощностью нагрузки, найденная величина определяет габаритную мощность трансформатора.

Измерение потерь

При измерениях тока холостого хода и мощности потребления, можно сделать выводы о общих потерях холостого хода, которые приводят к следующему:

Схема замещения в режиме трансформатора

Прямой электрический расчет трансформатора сложен по той причине, что он представляет собой две электрических цепи, связанных между собой магнитной цепью.

Для упрощения расчетов удобнее пользоваться упрощенной эквивалентной схемой. В схеме замещения вместо обмоток используются комплексные сопротивления:

Каждое комплексное сопротивление состоит из последовательно соединенного активного сопротивления и индуктивности.

Активное сопротивление – это сопротивление проводов обмотки.

От чего зависит магнитный поток взаимоиндукции в режиме ХХ

Магнитный поток взаимоиндукции в трансформаторе зависит от способа размещения обмоток на сердечнике и их конструктивного исполнения.

Важную роль играет коэффициент заполнения окна магнитопровода, который показывает отношение общего пространства, к месту, занятому обмоткой.

Чем ближе данный коэффициент к единице, тем выше будет взаимоиндукция обмоток и меньше потери в трансформаторе.

Примеры расчетов и измерений в режиме ХХ

Измеряя ток, напряжение и мощность трансформатора в опыте холостого хода, можно рассчитать следующие дополнительные данные:

Найти ток холостого хода без применения амперметра можно по показаниям вольтметра и ваттметра:

Источник

Потери холостого хода трансформатора и их последствия

Энергопотери всегда приводят к перерасходу средств и материалов. Они являются главным источником удорожания энергии. Соответственно, борьба с ними основана на своевременном выявлении неполадок и профилактике возможных сбоев работоспособности в целом. Основной, самый распространенной проблемой принято считать потери холостого хода трансформатора.

Составляющие потерь холостого хода

Утрата мощностных показателей холостого хода трансформирующего устройства включают в себя несколько обязательных составляющих:

Стоит отметить, что диэлектрические «утечки» актуальны только для приборов, работающих при повышенных частотах. Для силовых же трансформаторов, которые рассчитаны на определенную среднюю частоту в 50 Гц, такие потери несущественны и, как правило, не берутся в расчет при комплексном анализе причин.

Меньше одного процента от потери холостого хода в том числе и в силовых устройствах составляют и утечки в первичной обмотке.

Основная, самая существенная доля «утечки» приходится на магнитные потери. Этот вид обсуждаемого явления также можно разделить на два типа: от гистерезиса и от вихревых токов. В современных устройствах, где используется холоднокатаная электротехническая сталь на первую причину приходится чуть менее трети всех объемов. А вот вихревые токи вытягивают до 75 процентов.

Значение качества электротехнической стали ↑

Для правильных исчислений, а при частоте 50 Гц, соотношение частей в магнитных потерях вычисляется математическим путем, используются эмпирически полученные данные характеристик различных видов стали.

Кроме того, большое значение играет конфигурация магнитной системы, ее массой, а также технологией производства пластик.

Совокупность всех факторов условно стоит разделить на конструктивные и технологические:

Кстати, еще одной из существенных причин увеличения потерь в уже эксплуатируемом трансформаторе могут являться нестабильные качественные характеристики используемой стали, а также небрежная сборка с допущением механических повреждений.

При этом, правильно рассчитанный и собранный трансформатор имеет отклонение фактических потерь от расчетных всего около пяти процентов. Это значение следует учитывать, контролируя предельные показатели ПХХ в рамках определенных технической документацией норм, которые соответствуют ГОСТ с прибавлением половины допуска. Кстати, по ГОСТу допуск потерь холостого хода в трансформаторных устройствах обозначен на уровне 15 процентов. То есть, нужно контролировать потери холостого хода в рамках половины этого значения, то есть 7,5 процентов.

На что влияют потери холостого хода трансформатора? ↑

На данный момент общий процент потерь от генерирующих мощностей до потребителя составляет порядка 18 процентов. Большая часть энергии теряется именно на этапе работы трансформаторных систем. На что влияют данные потерь и где применяются полученные в результате расчетов результаты?

Прежде всего такого рода информация учитывается при расчетах потери электроэнергии, а также при планировании модернизации оборудования и уровне затрат на обновление и ремонт.

От чего зависят потери холостого хода трансформатора? ↑

В середине прошлого столетия сталь горячей прокатки, используемую для производства основных трансформаторных узлов, заменили на холоднокатаный материал с ориентированной структурой зерен. Плюс новинки состоял в том, что она отличалась высокой магнитной проницаемостью и большей эффективностью. К началу XXI века характеристики используемой холоднокатаной стали в значительной мере улучшились. Причиной такого технологического роста стала очевидность соотнесения затрат с конечной стоимостью энергии.

В общем же снижению потерь в холостом режиме поспособствовали три важных причины:

Причины потери холостого хода трансформатора ↑

Используемые сегодня трансформаторы можно разделить на сухие и масляные. Масляные до недавнего времени довольно активно использовались практически во всех сферах. Но так как они имеют некоторые ограничения по размещению и нюансы обслуживания, а также низкую пожаробезопасность, в последнее время все большей популярностью стали пользоваться модели сухих трансформаторов, не использующих в системе охлаждения масляные составы.

Это далеко не все возможные причины потери холостого хода силового трансформатора, многое также зависит и от условий эксплуатации, и от уровня обслуживания устройства. Но это частные случаи, причины в которых следует искать индивидуально.

Источник

Потери холостого хода трансформаторов

Необходимо было переоборудовать одну из квартир в нашем доме под офис ТСЖ. По рекомендациям было принято решение обратиться в Энерджи.

Я-мама трех дочек. С переездом в новую квартиру в Москве столкнулись с проблемой, как разместить троих детей в одной комнате и при этом.

Моя детская мечта, обзавестись своим большим домом, и вот этот момент наступил! Мы с мужем начали думать над проектом, как все будет, что.

С женой решили переехать и заняться строительством нового дома. Понадобилась помощь в проектировании инженерных систем. Долго искали.

Заказывала дизайн-проект проект, для квартиры с инженерными проектами в комплекте. Сама не хотела ничего подобного делать и вообще в этом.

Давно с мужем мечтали о загородном доме. Купили участок с домом, но дизайн интерьера в нем нам совсем не нравился, мы решили сделать ремонт.

После приобретения квартиры столкнулись с необходимостью ремонта. По совету знакомых мы обратились в ENERGY-SYSTEM. В минимально сжатые.

Срочно понадобился проект перепланировки загородного дома. Перебрала кучу компаний, но везде дорого, либо не успевают сделать в назначенный.

Родители на свадьбу подарили нам трехкомнатную квартиру. Но сама квартира была в таком ужасном состоянии, что я даже не знала с чего начать.

Решила открыть частную стоматологию, о которой мечтала с детства. Взяла в аренду помещение, нужен был дизайн-проект, обратилась в Энерджи.

Что такое потери холостого хода трансформатора

Любые потери энергии могут приводить к перерасходу материалов и топлива, что приводит к значительному увеличению стоимости энергоресурсов. Чтобы потери не приводили к серьезным финансовым затратам, на трансформаторах должны периодически проводиться профилактические и электроизмерительные работы, которые позволяют своевременно выявить любые проблемы и неполадки в работе оборудования.

Самой распространенной причиной проблем в работе трансформаторов являются потери холостого хода. Холостым ходом называется один из режимов работы прибора, в процессе которого выделенное питание подается на одну обмотку устройства, в то время как остальные обмотки разомкнуты. Потери холостого хода трансформатора – это любые утечки и потери, возникающие во время такого режима работы оборудования. Утечки обязательно возникают при номинальных уровнях частоты, напряжения и других параметров электрической энергии. Потери холостого хода сказываются на качестве электроснабжения, о чем следует помнить при создании проектов реконструции электрики в домах и на других объектах.

Пример проекта технического отчета нежилого помещения

Потери в работе трансформатора

В режиме работы холостого хода устройства могут возникать различные утраты мощности. Чаще всего такие проблемы бывают связаны с магнитными потерями мощности в стальных элементах устройства, с потерями на первичной обмотке, а также с проблемами в изоляции оборудования.

Утечки, возникающие из-за проблем в изоляции, принято называть диэлектрическими. Такие неполадки возникают только на оборудовании, работающем на высоких частотах. Для стандартного силового оборудования, работающего со стандартной частотой, потери из-за изоляции не отличаются высокими характеристиками, а потому даже не берутся в расчет при исследовании трансформаторов специалистами. Утечки мощности на первичной обмотке могут отличаться большей величиной, но даже они не превышают 1% от величины потерь холостого хода.

Наиболее важной долей утечек и электрических потерь являются магнитные потери. Все магнитные потери в трансформаторах можно разделить на две большие группы: потери от вихревых токов и от гистерезиса. Потери от гистерезиса в современных трансформаторах обычно составляют не более 20-25%. Это обусловлено тем, что в современном оборудовании принято использовать высококачественную электротехническую сталь. Более 75% потерь на трансформаторах происходит из-за вихревых токов.

Качество стали

Чтобы правильно определить процентные потери из-за различных магнитных причин при нормальной работе трансформаторного оборудования, специалистам обязательно нужно будет учитывать характеристики электротехнической стали, используемой в устройстве. Для проведения измерений нужно учесть также технологические особенности магнитной системы, массу, методику производства стальных пластин и другие ее характеристики.

Все факторы, влияющие на потери трансформатора можно разделить на две группы: конструктивную и техническую. К конструктивной группе факторов принято относить форму, размеры и используемую методику крепежа металлических пластин, способ их прессовки, особенности обработки стержней и т.д. Технологическими факторами называют методику резки стальных пластин, используемые технологии для удаления заусенцев на них, методику отжига, материал лакировки и т.д.

Достаточно распространенными причинами потерь на трансформаторах являются ошибки при производстве элементов такого оборудования, а также ошибки в ходе сборки трансформаторного устройства.

Согласно нормам ГОСТа, правильно собранный трансформатор должен иметь уровень реальных потерь с отклонением не более 5% от расчетного уровня потерь, указанного в технической документации.

На что сказываются потери и от чего они зависят

В процессе транспортировки электрической энергии от объектов производства до конечного потребителя происходят серьезные потери. Объем потерь при транспортировке может составлять до 18%, причем, большая часть этих потерь приходится именно на трансформаторное оборудование.

Объем потерь обязательно должен учитываться проектировщиками при создании систем электрического потребления. От потерь будет зависеть себестоимость электрической энергии, стоимость обслуживания и ремонта электрического оборудования.

До середины XX века для производства трансформаторов использовалась сталь горячей прокатки, которая отличалась низкими техническими характеристиками. В 50-х годах прошлого столетия такую сталь начали постепенно заменять металлом холодной прокатки с зерновой структурой. Основным достоинством более современной стали являлся более высокий уровень магнитной проницаемости, а потому и большая эффективность трансформаторного оборудования в целом.

С тех пор и до наших дней технологии производства холоднокатаной стали постоянно улучшались и сегодня параметры таких материалов еще больше улучшились.

В настоящее время уровень потерь холостого хода трансформаторного оборудования значительно снизился за счет применения более современной и функциональной стали, улучшения конструкции магнитных систем и модернизации сердечников.

Если рассматривать особенности современной стали, используемой для создания пластин, то ее положительные свойства связаны с тем, что с течением времени производители улучшали ориентацию доменов, уменьшали толщину стальных листов при производстве. Кроме того, очистка доменов сегодня осуществляется за счет лазерной обработки, что также сказывается на технических характеристиках конечных изделий. Занимающиеся измерениями и выбором трансформаторного оборудования специалисты должны знать отличия трансформаторов от автотрансформаторов.

Причины потерь холостого хода

Сегодня используются масляные и сухие трансформаторные приборы. До недавнего времени, масляные трансформаторы были более распространены, но они имеют ряд серьезных недостатков, к примеру, низкую пожаробезопасность и сложность размещения, потому сегодня сухие трансформаторы используются гораздо чаще.

Среди основных причин потерь холостого хода в различных устройствах можно выделить следующие факторы:

Это лишь самые основные причины потерь холостого хода, с которыми специалисты сталкиваются чаще всего. Существуют и другие факторы, из-за которых величина потерь холостого хода может превышать допустимые пределы, из-за чего вырастет себестоимость эксплуатации электрических систем. Для определения причин потерь на отдельном трансформаторе, собственнику потребуется заказать услуги профессиональных электроизмерений.

Ниже вы можете воспользоваться онлайн-калькулятором для расчёта стоимости услуг электролаборатории.

Источник