РАСЧЕТ СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА | Техника и Программы

Классический теоретический расчет трансформатора достаточно сложен Для его выполнения необходимо знать такие характеристики, как магнитная проницаемость используемых для сердечника пластин трансформаторной стали, длина магнитных силовых линий в сердечнике, средняя длина витка обмотки и другие параметры Профессиональному разработчику НИИ все эти параметры известны, так как он обладает сертификатами применяемых в трансформаторе материалов Радиолюбитель же вынужден использовать для трансформатора совершенно случайно попавший к нему сердечник, характеристики которого ему неизвестны

По указанной причине для расчета трансформатора предлагается эмпирический метод, многократно проверенный радиолюбителями и основанный на практическом опыте Расчет элементарно прост и требует лишь знания простейших основ арифметикиПринцип действия трансформатора

Рис 61 Трансформатор: а – общий вид б – условное обозначение

Трансформатор был изобретен П Н Яблочковым в 1876 году Устройство трансформатора показано на рис 61а, а его схематическое обозначение – на рис 616

Трансформатор состоит из стального сердечника и обмоток, намотанных изолированным обмоточным проводом

Сердечник собирается из тонких пластин специальной электротехнической стали для снижения потерь энергии

Обмотка, предназначенная для подключения к сети переменного тока, называется первичной Нагрузка подключается к вторичной обмотке, которых в трансформаторе может быть несколько Номера обмоток обычно проставляются римскими цифрами Часто обмоткам присваивают номера их выводов

Работа трансформатора основана на магнитном свойстве электрического тока При подключении концов первичной обмотки к электросети по этой обмотке протекает переменный ток, который создает вокруг ее витков и в сердечнике трансформатора переменное магнитное поле Пронизывая витки вторичной обмотки, переменное магнитное поле индуцирует в них ЭДС Соотношение количества витков первичной и вторичной обмоток определяет получаемое напряжение на выходе трансформатора Если количество витков вторичной обмотки больше, чем первичной, выходное напряжение трансформатора будет больше напряжения сети Такая обмотка называется повышающей Если же вторичная обмотка содержит меньше витков, чем первичная, выходное напряжение окажется меньше сетевого (понижающая обмотка)

Трансформатор – это пассивный преобразователь энергии Его коэффициент полезного действия (КПД) всегда меньше единицы Это означает, что мощность, потребляемая нагрузкой, которая подключена к вторичной обмотке трансформатора, меньше, чем мощность, потребляемая нагруженным трансформатором от сети Известно, что мощность равна произведению силы тока на напряжение, следовательно, в повышающих обмотках сила тока меньше, а в понижающих – больше силы тока, потребляемого трансформатором от сети

Параметры и характеристики трансформатора

Два разных трансформатора при одинаковом напряжении сети могут быть рассчитаны на получение одинаковых напряжений вторичных обмоток Но если нагрузка первого трансформатора потребляет большой ток, а второго – маленький, значит, первый трансформатор характеризуется по сравнению со вторым большей мощностью Чем больше сила тока в обмотках трансформатора, тем больше и магнитный поток в его сердечнике, поэтому сердечник должен быть толще Кроме того, чем больше сила тока в обмотке, тем более толстым проводом она должна быть намотана, а это требует увеличения окна сердечника Поэтому габариты трансформатора зависят от его мощности И наоборот, сердечник определенного размера пригоден для изготовления трансформатора только до определенной мощности, которая называется габаритной мощностью трансформатора

Количество витков вторичной обмотки трансформатора определяет напряжение на ее выводах Но это напряжение зависит также и от количества витков первичной обмотки При определенном значении напряжения питания первичной обмотки напряжение вторичной зависит от отношения количества витков вторичной обмотки к количеству витков первичной Это отношение и называется коэффициентом трансформации

Если напряжение на вторичной обмотке зависит от коэффициента трансформации, можно ли выбирать количество витков одной из обмоток, например первичной, произвольно Оказывается, нельзя Дело в том, что чем меньше габариты сердечника, тем больше должно быть количество витков каждой обмотки Поэтому размеру сердечника трансформатора соответствует вполне определенное количество витков его обмоток, приходящееся на один вольт напряжения, меньше которого брать нельзя Эта характеристика называется количеством витков на один вольт

Как и всякий преобразователь энергии, трансформатор обладает коэффициентом полезного действия – отношением мощности, потребляемой нагрузкой трансформатора, к мощности, которую нагруженный трансформатор потребляет от сети

КПД маломощных трансформаторов, которые обычно применяются для питания бытовой электронной аппаратуры, колеблется в пределах от 0,8 до 0,95 Более высокие значения имеют трансформаторы большей мощности

Электрический расчет трансформатора

Прежде чем начать электрический расчет силового трансформатора, необходимо сформулировать требования, которым он должен удовлетворять Они и будут являться исходными данными для расчета Технические требования к трансформатору определяются также путем расчета, в результате которого определяются те напряжения и токи, которые должны быть обеспечены вторичными обмотками Поэтому перед расчетом трансформатора производится расчет выпрямителя для определения напряжений каждой из вторичных обмоток и потребляемых от этих обмоток токов Если же напряжения и токи каждой из обмоток трансформатора уже известны, то они и являются техническими требованиями к трансформатору

Для определения габаритной мощности трансформатора необходимо определить мощности, потребляемые от каждой вторичной обмотки, и сложить их, учитывая также КПД трансформатора Мощность, потребляемую от любой обмотки, определяют умножением напряжения между выводами этой обмотки на силу потребляемого от нее тока:

где Р – мощность, потребляемая от обмотки, Вт

U – эффективное значение напряжения, снимаемого с этой обмотки, В

I – эффективное значение силы тока, протекающего в этой же обмотке, А

Суммарная мощность, потребляемая, например, тремя вторичными обмотками, вычисляется по формуле:

Для определения габаритной мощности трансформатора полученное значение суммарной мощности P_s нужно разделить на КПД трансформатора:

где Р_г – габаритная мощность трансформатора

η – КПД трансформатора

Заранее рассчитать КПД трансформатора нельзя, так как для этого нужно знать величину потерь энергии в обмотках и в сердечнике, которые зависят от параметров самих обмоток (диаметры проводов и их длина) и параметров сердечника (длина магнитной силовой линии и марка стали) И те и другие параметры становятся известны только после расчета трансформатора Поэтому с достаточной для практического расчета точностью КПД трансформатора можно определить из табл 61

Таблица 61 Определение КПД трансформатора

Суммарная мощность, Вт	10-20	20-40	40-100	100-300
кпд трансформатора	0,8	0,85	0,88	0,92

Допустим, что нужно рассчитать трансформатор, имеющий три вторичные обмотки со следующими исходными данными:

U, = 6,3 В I, = 1,5 А

U, = 12 В I, = 0,3 А

U₃ = 120 ΒΊ₃ = 59 мА

Находим суммарную мощность, потребляемую от вторичных обмоток:

P_s = Ιφφ + U,I, + U₃I₃ = 6,3 x 1,5 + 12 x 0,3 + 120 x 0,059 = 20,13 Вт

Обращаем внимание на то, что при расчете сила тока третьей обмотки, которая в исходных данных указана в миллиамперах, обязательно должна переводиться в амперы: 59 мА = 0,059 А

Из табл 61 находим КПД трансформатора η = 0,85 и определяем его габаритную мощность:

Наиболее распространены две формы сердечника: О-образная (рис, 62а) и Ш-образная (рис, 626) На сердечнике О-образной формы обычно располагаются две катушки, а на сердечнике Ш-образной формы – одна (рис, 63) Зная габаритную мощность трансформатора, находят сечение рабочего керна его сердечника, на котором находится катушка:

Сечением рабочего керна сердечника, как показано на рис, 62, является произведение ширины рабочего керна а и толщины пакета с Размеры а и с выражены в сантиметрах, а сечение – в квадратных сантиметрах

Рис 62 Формы сердечника трансформатора

Рис 63 Расположение катушек на сердечнике

После этого выбирают тип пластин трансформаторной стали и определяют толщину пакета сердечника Сначала находят приблизительную ширину рабочего керна сердечника по формуле:

Затем по полученному значению а производят выбор типа пластин трансформаторной стали из числа имеющихся в наличии и находят фактическую ширину рабочего керна а, после чего определяют толщину пакета сердечника с:

Количество витков, приходящихся на 1 вольт напряжения, определяется сечением рабочего керна сердечника трансформатора по формуле:

где η – количество витков на 1 В

к – коэффициент, определяемый свойствами сердечника

S – сечение рабочего керна сердечника, см²

Из приведенной формулы видно, что чем меньше коэффициент к, тем меньше витков будут иметь все обмотки трансформатора Однако произвольно выбирать коэффициент к нельзя Его значение обычно лежит в пределах от 35 до 60 В первую очередь оно зависит от свойств пластин трансформаторной стали, из которых собран сердечник Для сердечников С-образной формы, витых из тонкой ленты, можно брать к = 35 Если используется сердечник О-образной формы, собранный из П- или Г-образных пластин без отверстий по углам, берут к = 40 Такое же значение к и для пластин типа УШ, у которых ширина боковых кернов больше половины ширины среднего керна Если используются пластины типа Ш без отверстий по углам, у которых ширина среднего керна ровно вдвое больше ширины средних кернов, целесообразно взять к = 45, а если Ш-образные пластины имеют отверстия, то к = 50 Наконец, коэффициент к берется равным 60 при использовании Ш-образных пластин толщиной 0,5 мм с отверстиями, в то время как меньшие значения к соответствуют толщине пластин 0,35 мм Следует заметить, что выбор к в значительной мере условен и им можно в некоторых пределах варьировать, если учесть, что уменьшение к облегчает намотку, но ужесточает режим трансформатора При применении пластин из высококачественной трансформаторной стали этот коэффициент можно немного уменьшать, а при низком качестве стали приходится его увеличивать

Зная необходимое напряжение каждой обмотки и количество витков на 1 В, легко определить количество витков обмотки, перемножив эти величины:

Такое соотношение справедливо только для первичной обмотки, а при определении количества витков вторичных обмоток нужно дополнительно вводить приближенную поправку для учета падения напряжения на самой обмотке от протекающего по ее проводу тока нагрузки:

Коэффициент ш зависит от силы тока, протекающего по данной обмотке (см табл 62)

Если сила тока меньше 0,2 А, можно принимать ш = Е

Толщина провода, которым наматывается обмотка трансформатора, определяется силой тока, протекающего по этой обмотке Чем больше ток, тем толще должен быть провод, подобно тому как для

Сила тока вторичной обмотки, А	0,2-0,5	0,5-1,0	1,0-2,00	2,0-4,0
m	1,02	1,03	1,04	1,06

увеличения потока воды требуется использовать более толстую трубу Дело в том, что от толщины провода зависит сопротивление обмотки Чем тоньше провод, тем больше сопротивление обмотки, следовательно, увеличивается выделяемая на ней мощность и она сильнее нагревается Для каждого типа обмоточного провода существует предел допустимого нагрева, который зависит от свойств эмалевой изоляции Поэтому диаметр провода может быть определен по формуле:

d = pVf,

где d – диаметр провода по меди, мм

I – сила тока в обмотке, А

р – коэффициент (табл 63), который учитывает допустимый нагрев той или иной марки провода

Таблица 63 Выбор диаметра провода

М арка провода	ПЭЛ	ПЭВ-1	ПЭВ-2	ПЭТ
Р	0,8	0,72	0,69	0,65

Выбрав коэффициент р, можно определить диаметр провода каждой обмотки Найденное значение диаметра округляют до большего стандартного

Сила тока в первичной обмотке определяется с учетом габаритной мощности трансформатора и напряжения сети:

Пример электрического расчета

Произведем расчет трансформатора по тем исходным данным, которые были приведены ранее

Находим сечение сердечника трансформатора:

Находим приближенное значение ширины рабочего керна:

Выбираем пластины трансформатора типа Ш-19, для которых а = 1,9 см, и находим толщину пакета:

Фактически полученное сечение рабочего керна сердечника:

Определяем коэффициент к Допустим, что используются пластины трансформаторной стали типа Ш-19 без отверстий по углам Тогда к = 45

Находим количество витков на 1 В:

Определяем количество витков первичной обмотки при питании от сети напряжением 127 В:

а также при питании от сети напряжением 220 В:

Определяем количество витков дополнительной секции первичной обмотки, которую необходимо подключить к обмотке, рассчитанной на 127 В, для питания напряжением 220 В:

Находим из табл 62 коэффициент ш для каждой из вторичных обмоток:

при ф = 1,5 А пр = 1,04

при 1₂ = 0,3 А ш₂ = 1,02

при 1₃ = 0,059 А ш₃ = 1,00

Определяем количество витков каждой из вторичных обмоток с округлением до ближайшего целого числа:

Находим силу тока в первичной обмотке при питании от сети напряжением 127 В:

то же при напряжении сети 220 В:

Находим диаметр провода первичной обмотки для секции, рассчитанной на напряжение 127 В при использовании провода марки ПЭВ-1 (коэффициент р = 0,72 берем из табл 63):

то же для секции на 220 В:

Находим диаметры проводов вторичных обмоток

Для этого составляем схему трансформатора (рис, 64) и таблицу намоточных данных (табл 64), где диаметры проводов по меди выбраны из ближайших больших стандартных значений, а диаметры проводов в изо ляции взяты на 10% больше, чем диаметры проводов по меди

Таблица 64 Намоточные данные трансформатора

Нем ера вы водов	Количество витков, W	Диаметр провода по меди, d, мм	Диаметр провода по изоляции, мм
1-2	970	СО О	t СО О
2-3	710	0,25	0,275
4-5	50	0,9	0,99
6-7	94	0,41	0,45
8-9	917	0,18	0,2

Конструктивный расчет трансформатора

Окно сердечника, предназначенное для размещения катушки с обмотками, имеет размеры, соответствующие толщине катушки b и ее ширине h (рис, 62) Однако не вся площадь окна может быть занята обмотками, необходимо оставить место и для каркаса катушки Кроме того, обмотки нельзя наматывать вплотную к щечкам каркаса, так как это иногда приводит к «проваливанию» витков верхних слоев намотки в пространство, занятое нижними слоями, в результате чего может возникнуть пробой между витками, появятся короткозамкнутые витки и во время работы трансформатора его обмотки сгорят Поэтому в зависимости от конструкции каркаса и толщины материала, из которого он будет изготовлен, а также с учетом расстояния между щечкой каркаса и началом намотки каждого слоя выбираются эффективные размеры окна Ь_э и h

Обмотки трансформатора наматываются рядовой намоткой виток к витку с прокладками между слоями для обеспечения электрической изоляции одного слоя по отношению к соседнему, иначе возникнет пробой между витками обмоток Ведь между началом одного слоя и концом следующего, которые оказываются расположенными один под другим, действует значительное напряжение, соответствующее количеству витков двух слоев намотки и многократно превышающее допустимое напряжение для эмалевой изоляции Поэтому между слоями используются прокладки в виде одного слоя кабельной бумаги толщиной d, а между обмотками – три слоя такой же бумаги Иногда, если прочность электрической изоляции какой-либо обмотки нужно специально увеличить, между этой обмоткой и другими прокладывают дополнительно один или несколько слоев лакоткани

При определении толщины обмотки сначала нужно подсчитать количество витков W , которое можно намотать в одном слое Для этого эффективную ширину окна следует разделить на диаметр провода по изоляции:

Полученный результат округляют до ближайшего меньшего целого числа Затем находят количество слоев η , которое займет обмотка, разделив общее количество ее витков W на количество витков W_c одного слоя:

Полученное значение п,округляют до ближайшего большего целого числа, после чего определяют толщину обмотки t:

где (η – 1) – количество бумажных прокладок между слоями

Для определения толщины катушки нужно сложить значения толщины каждой обмотки и к результату прибавить толщину прокладок между обмотками:

где t, t, t и тд – толщина каждой обмотки d – толщина бумаги для прокладок η – количество обмоток

Полученная толщина катушки Т должна быть меньше, чем эффективный размер окна b Теоретически этого достаточно для вывода: катушка сможет разместиться в окне сердечника Однако на практике существуют некоторые факторы, которые трудно учесть в процессе инженерного расчета Одним из таких факторов является невозможность, а иногда просто неумение намотчика укладывать при намотке витки вплотную один к другому В результате уменьшается количество витков в слое относительно расчетного, а следовательно, увеличивается количество слоев, что ведет к увеличению фактической толщины катушки Кроме того, форма витка обычно не получается прямоугольной, а напоминает эллипс, что также приводит к увеличению толщины катушки Поэтому следует установить некоторый запас по толщине катушки Так, при ручной намотке и низкой квалификации намотчика полученное значение Т должно быть по крайней мере в 2 раза меньше, чем Ь_э Когда намотка производится на станке и квалификация намотчика достаточно высока, Т может быть в 1,2 раза меньше b Если такие соотношения не получаются, необходимо произвести перерасчет трансформатора, увеличив размер окна путем выбора другого типоразмера пластин или увеличив сечение рабочего керна за счет увеличения толщины пакета Это снизит количество витков на 1 В, уменьшится количество витков всех обмоток, и толщина катушки Т станет меньше

Пример конструктивного расчета

Произведем конструктивный расчет трансформатора, который должен следовать за электрическим расчетом, проведенным ранее

Для пластин трансформаторной стали типа Ш-19 размеры окна: b = 17 мм h = 46 мм

Допустим, что каркас катушки выполнен из гетинакса толщиной 0,5 мм Тогда эффективная ширина окна должна быть уменьшена на толщину каркаса, то есть Ь_э = 16,5 мм Эффективная ширина намотки может быть найдена, если из высоты окна h вычесть толщину двух щечек каркаса и двойное расстояние между щечками и крайними витками обмоток, которое можно принять равным 2 мм Тогда Ь_э = 41 мм

Выберем для прокладок между слоями и между обмотками бумагу толщиной d = ОД мм Найдем количество витков в слое для секции первичной обмотки, предназначенной для напряжении сети 127 В:

Находим количество слоев этой обмотки:  и ее толщину:

Количество витков в слое для дополнительной секции, рассчитанной на 220 В:

Количество слоев:

Толщина обмотки:

То же для вторичной обмотки № 1:

Для вторичной обмотки № 2:

Для вторичной обмотки № 3:

Находим толщину катушки трансформатора:

Определим запас размещения катушки в окне сердечника:

Полученный результат позволяет сделать вывод о том, что намотка может быть выполнена вручную при средней квалификации намотчика

Источник: Виноградов Ю А и др, Практическая радиоэлектроника-М: ДМК Пресс – 288 с: ил (В помощь радиолюбителю)

Расчет полной мощности трансформатора.

Силовой трансформатор

При проектировании трансформаторов основным параметром является его мощность. Именно она определяет габариты трансформатора. При этом основным определяющим фактором будет полная мощность, отдаваемая в нагрузку:

Для трансформатора с большим количеством вторичных обмоток полную мощность можно определить, просуммировав мощности, потребляемые нагрузками, подключенными ко всем его обмоткам:

(2)

При полностью резистивной нагрузке (отсутствие индуктивной и емкостной составляющей в токе) потребляемая мощность активна и равна отдаваемой мощности S 2 . При расчете трансформатора важным параметром является типовая или габаритная мощность трансформатора. В этом параметре кроме полной мощности учитывается мощность, потребляемая трансформатором от сети по первичной обмотке. Типовая мощность трансформатора вычисляется следующим образом:

(3)

Определим типовую мощность для трансформатора с двумя обмотками. Полная мощность первичной обмотки S 1 = U 1 I 1 , где U 1 , I 1 — действующие значения напряжения и тока Именно этой мощностью определяются габариты первичной обмотки. При этом число витков первичной обмотки трансформатора зависит от входного напряжения, сечение провода от протекающего по ней максимального тока (действующее значение). Габаритная мощность трансформатора определяет необходимое сечение сердечника s с. Ее можно рассчитать следующим образом:

(4)

Напряжение на первичной обмотке трансформатора можно определить из выражения U 1 = 4k ф W 1 fs B m , где s – площадь сечения сердечника магнитопровода, определяемая как произведение ширины сердечника на его толщину. Эквивалентная площадь сечения сердечника трансформатора обычно меньше и зависит от толщины пластин или ленты и расстояния между ними, поэтому при расчете трансформатора вводится коэффициент заполнения сердечника, который определяется как отношение эквивалентной площади сечения сердечника магнитопровода к его геометрической площади . Его значение обычно равно k c = 1 … 0,5 и зависит от толщины ленты. Для прессованных сердечников (изготовленных из феррита, альсифера или карбонильного железа) k c = 1. Таким образом, s = k c s c и выражение для напряжения первичной обмотки трансформатора принимает следующий вид:

U 1 = 4k ф k c W 1 fs c B m (5)

Аналогичное выражение можно записать и для вторичной обмотки. В трансформаторе с двумя обмотками мощность первичной обмотки и типовая мощность трансформатора равны. Мощность первичной обмотки можно определить по следующему выражению:

U 1 = U 1 I 1 = 4k ф k c fs c B m W 1 I 1 (6)

При этом типовая мощность трансформатора будет рассчитываться по следующей формуле:

(7)

Отношение тока в проводе обмотки к его сечению называется плотностью тока. В правильно рассчитанном трансформаторе плотность тока во всех обмотках одинакова:

(8) где s обм1 , s обм2 — площади сечения проводников обмоток.

Заменим токи I 1 = js обм1 и I 2 = js обм2 , тогда сумма в скобках выражения (7) может быть записана следующим образом: W 1 I 1 + W 2 I 2 = , j (s обм1 W 1 + s обм2 W 2) = js м, где s м — сечение всех проводников (меди) в окне сердечника трансформатора. На рисунке 1 приведена упрощенная конструкция трансформатора, где отчетливо видны площадь сердечника s с, площадь окна магнитопровода s ок и площадь, занимаемая проводниками первичной и вторичной обмоток s м.

Рисунок 1 Упрощенная конструкция трансформатора

Введём коэффициент заполнения окна медью . Его величина находится в пределах k м = 0,15 … 0,5 и зависит от толщины изоляции проводов, конструкции каркаса обмоток, межслойной изоляции, способа намотки провода. Тогда js м = jk м s ок и выражение для типовой мощности трансформатора можно записать следующим образом:

(9)

Из выражения (9) следует, что типовая мощность определяется произведением s с s ок. При увеличении линейного размера трансформатора в m раз, его объём (масса) увеличится в m³ раз, а мощность возрастёт в m 4 раз. Поэтому, удельные массо-габаритные показатели трансформаторов улучшаются с увеличением номинальной мощности. С этой точки зрения предпочтительны многообмоточные трансформаторы по сравнению с несколькими двухобмоточными.

При разработке конструкции трансформаторов стараются увеличить коэффициент заполнения окна сердечника обмотками, так как при этом возрастает значение номинальной мощности S тип. Для достижения этой цели применяются обмоточные проводники с прямоугольным сечением. Следует отметить, что при практических расчетах формулу (9) преобразуют к более удобному виду.

(10)

При расчете трансформатора по заданной мощности на нагрузке исходя из выражения (10) определяется произведение s с s ок. Затем по справочнику выбирается конкретный тип и размер магнитопровода трансформатора, у которого этот параметр будет больше или равен рассчитанному значению. Затем приступают к расчету количества витков в первичной и вторичной обмотках. Рассчитывают диаметр провода и проверяют, помещаются ли обмотки в окне магнитопровода.

Литература:

Вместе со статьей «Мощность трансформатора» читают:

http://сайт/BP/KlassTransf/

http://сайт/BP/SxZamTransf/

В домашнем хозяйстве бывает необходимо оборудовать освещение в сырых помещениях: подвале или погребе и т. д. Эти помещения имеют повышенную степень опасности поражения электрическим током.
В этих случаях следует пользоваться электрооборудованием рассчитанным на пониженное напряжение питания, не более 42 вольт .
Можно пользоваться электрическим фонарем с батарейным питанием или воспользоваться понижающим трансформатором с 220 вольт на 36 вольт.
Рассчитаем и изготовим однофазный силовой трансформатор 220/36 вольт, с выходным напряжением 36 вольт с питанием от электрической сети переменного тока напряжением 220 вольт.

Для освещения таких помещений подойдет электрическая лампочка на 36 Вольт и мощностью 25 — 60 Ватт. Такие лампочки с цоколем под обыкновенный электропатрон продаются в магазинах электротоваров.
Если вы найдете лампочку на другую мощнось, например на 40 ватт , нет ничего страшного — подойдет и она. Просто трансформатор будет выполнен с запасом по мощности.

СДЕЛАЕМ УПРОЩЕННЫЙ РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА 220/36 ВОЛЬТ.

Мощность во вторичной цепи: Р_2 = U_2 · I_2 = 60 ватт

Где:
Р_2 – мощность на выходе трансформатора, нами задана 60 ватт ;
U _2 — напряжение на выходе трансформатора, нами задано 36 вольт ;
I _2 — ток во вторичной цепи, в нагрузке.

КПД трансформатора мощностью до 100 ватт обычно равно не более η = 0,8 .
КПД определяет, какая часть мощности потребляемой от сети идет в нагрузку. Оставшаяся часть идет на нагрев проводов и сердечника. Эта мощность безвозвратно теряется.
Определим мощность потребляемую трансформатором от сети с учетом потерь:

Р_1 = Р_2 / η = 60 / 0,8 = 75 ватт .

Мощность передается из первичной обмотки во вторичную через магнитный поток в магнитопроводе.Поэтому от значения Р_1 , мощности потребляемой от сети 220 вольт, зависит площадь поперечного сечения магнитопровода S .

Магнитопровод – это сердечник Ш – образной или О – образной формы, набранный из листов трансформаторной стали. На сердечнике будут располагаться первичная и вторичная обмотки провода.

Площадь поперечного сечения магнитопровода рассчитывается по формуле:

S = 1,2 · √P_1.

Где:
S — площадь в квадратных сантиметрах,
P _1 — мощность первичной сети в ваттах.

S = 1,2 · √75 = 1,2 · 8,66 = 10,4 см².

По значению S определяется число витков w на один вольт по формуле:

w = 50/S

В нашем случае площадь сечения сердечника равна S = 10,4 см.кв.

w = 50/10,4 = 4,8 витка на 1 вольт.

Рассчитаем число витков в первичной и вторичной обмотках.

Число витков в первичной обмотке на 220 вольт:

W1 = U_1 · w = 220 · 4.8 = 1056 витка.

Число витков во вторичной обмотке на 36 вольт:

W2 = U_2 · w = 36 · 4,8 = 172.8 витков ,

округляем до 173 витка .

В режиме нагрузки может быть заметная потеря части напряжения на активном сопротивлении провода вторичной обмотки. Поэтому для них рекомендуется число витков брать на 5-10 % больше рассчитанного. Возьмем W2 = 180 витков.

Величина тока в первичной обмотке трансформатора:

I_1 = P_1/U_1 = 75/220 = 0,34 ампера .

Ток во вторичной обмотке трансформатора:

I_2 = P_2/U_2 = 60/36 = 1,67 ампера.

Диаметры проводов первичной и вторичной обмоток определяются по значениям токов в них исходя из допустимой плотности тока, количества ампер на 1 квадратный миллиметр площади проводника. Для трансформаторов плотность тока, для медного провода, принимается 2 А/мм² .

При такой плотности тока диаметр провода без изоляции в миллиметрах определяется по формуле: d = 0,8√I .

Для первичной обмотки диаметр провода будет:

d_1 = 0,8 · √1_1 = 0,8 · √0,34 = 0,8 · 0,58 = 0,46 мм. Возьмем 0,5 мм .

Диаметр провода для вторичной обмотки:

d_2 = 0,8 · √1_2 = 0,8 · √1,67 = 0,8 · 1,3 = 1,04 мм. Возьмем 1,1 мм.

ЕСЛИ НЕТ ПРОВОДА НУЖНОГО ДИАМЕТРА, то можно взять несколько, соединенных параллельно, более тонких проводов. Их суммарная площадь сечения должна быть не менее той, которая соответствует рассчитанному одному проводу.

Площадь поперечного сечения провода определяется по формуле:

s = 0,8 · d².

где : d — диаметр провода .

Например: мы не смогли найти провод для вторичной обмотки диаметром 1,1 мм.

Площадь поперечного сечения провода диаметром 1,1 мм. равна:

s = 0,8 · d² = 0,8 · 1,1² = 0,8 · 1,21 = 0,97 мм² .

Округлим до 1,0 мм².

Из таблицы выбираем диаметры двух проводов сумма площадей сечения которых равна 1.0 мм².

Например, это два провода диаметром по 0,8 мм . и площадью по0,5 мм² .

Или два провода:
— первый диаметром 1,0 мм . и площадью сечения 0,79 мм² ,
— второй диаметром 0,5 мм . и площадью сечения 0,196 мм² .
что в сумме дает: 0,79 + 0,196 = 0,986 мм².

Намотка катушки ведется двумя проводами одновременно, строго выдерживается равное количество витков обоих проводов. Начала этих проводов соединяются между собой. Концы этих проводов также соединяются.

Получается как бы один провод с суммарным поперечным сечением двух проводов.

Смотрите статьи:
— «Как намотать трансформатор на Ш-образном сердечнике».
— «Как изготовить каркас для Ш — образного сердечника».

Электрический аппарат — трансформатор используется для преобразования поступающего переменного напряжения в другое — исходящее, к примеру: 220 В в 12 В (конкретно это преобразование достигается использованием понижающего трансформатора). Прежде чем разбираться с тем, как рассчитать трансформатор, вы в первую очередь должны обладать знаниями о его структуре.

Простейший трансформатор является компоновкой магнитопровода и обмоток 2-х видов: первичной и вторичной, специально намотанных на него. Первичная обмотка воспринимает подающееся переменное напряжение от сети (н-р: 220 В), а вторичная обмотка, посредством индуктивной связи создает другое переменное напряжение. Разность витков в обмотках влияет на выходное напряжение.

Расчет ш-образного трансформатора

1. Рассмотрим на примере процесс расчета обычного Ш-образного трансформатора. Предположим, даны параметры: сила тока нагрузки i2=0,5А, выходное напряжение (напряжение вторичной обмотки) U2=12В, напряжение в сети U1=220В.
2. Первым показателем определяется мощность на выходе: P2=U2ˣi2=12ˣ0,5=6 (Вт). Это значит, что подобная мощность предусматривает использование магнитопровода сечением порядка 4 см² (S=4).
3. Потом определяют количество витков, необходимых для одного вольта. Формула для данного вида трансформатора такая: К=50/S=50/4=12,5 (витков/вольт).
4. Затем, определяют количество витков в первичной обмотке: W1=U1ˣK=220ˣ12,5=2750 (витков). А затем количество витков, расположенных во вторичной обмотке: W2=U2ˣK=12ˣ12,5=150.
5. Силу тока, возникающую в первичной обмотке, рассчитайте так: i1=(1,1×P2)/U1=(1,1×6)/220=30мА.Это позволит рассчитать размер диаметра провода, заложенного в первичную обмотку и не оснащенного изоляцией. Известно, что максимальная сила тока для провода из меди равна 5-ти амперам на мм², из чего следует, что: d1=5А/(1/i1)=5A/(1/0,03А)=0,15 (мм).
6. Последним действием будет расчет диаметра провода вторичной обмотки с использованием формулы d2=0,025ˣ√i2 , причем значение i2 используется в миллиамперах (мА): d2=0,025ˣ22,4=0,56 (мм).

Как рассчитать мощность трансформатора

1. Напряжение, имеющееся на вторичной обмотке, и max ток нагрузки узнайте заранее. Затем умножьте коэффициент 1,5 на ток максимальной нагрузки (измеряемый в амперах). Так вы определите обмотку второго трансформатора (также в амперах).
2. Определите мощность, которую расходует выпрямитель от вторичной обмотки рассчитываемого трансформатора: умножьте максимальный ток, проходящий через нее на напряжение вторичной обмотки.
3. Подсчитайте мощность трансформатора посредством умножения максимальной мощности на вторичной обмотке на 1,25.

Если вам необходимо определить мощность трансформатора, который потребуется для конкретных целей, то нужно суммировать мощность установленных энергопотребляющих приборов с 20%-ми, для того, чтобы он имел запас. Например, если у вас имеется 10м светодиодной полосы, потребляющей 48 ватт, то вам необходимо к этому числу прибавить 20%. Получится 58 ватт – минимальная мощность трансформатора, который нужно будет установить.

Как рассчитать трансформатор тока

Основной характеризующей чертой трансформатора является коэффициент трансформации, который указывает, насколько изменятся основные параметры тока, вследствие его прохождения через это устройство.

Если коэффициент трансформации превышает 1, значит, трансформатор является понижающим, а если меньше этого показателя, то повышающим.

1. Обычный трансформатор образован из двух катушек. Определитесь с количеством витков катушек N1 и N2, которые соединены магнитопроводом. Узнайте коэффициент трансформации k посредством деления количества витков первичной катушки N1, подключенной к источнику тока, на число витков катушки N2, к которой подключена нагрузка: k=N1/N2.
2. Проведите измерение электродвижущей силы (ЭДС) на обоих трансфорсматорных обмотках ε1 и ε2, если отсутствует возможность узнать число витков в них. Сделать это можно так: к источнику тока подключите первичную обмотку. Получится так называемый холостой ход. Используя тестер, определите напряжение на каждой обмотке. Оно будет соответствовать ЭДС измеряемой обмотки. Не забывайте, что возникающие потери энергии из-за сопротивления обмоток настолько малы, что ими можно пренебречь. Коэффициент трансформации рассчитывается через отношение ЭДС первичной обмотки к ЭДС вторичной: k= ε1/ε2.
3. Узнайте коэффициент трансформации находящегося в работе трансформатора, когда потребитель присоединен к вторичной обмотке. Определите его путем деления тока в первичной I1 обмотке, на возникший ток во вторичной I2 обмотке. Измерьте ток посредством последовательного присоединения тестера (переключенного в режим работы амперметра) к обмоткам: k=I1/I2.

В быту и технике широко применяется низковольтная аппаратура. Этот факт требует использования устройств, понижающих стандартное напряжение до необходимого уровня. Нужно создать прибор, который соответствует предъявляемым нормам. Перед электриком встаёт задача, как определить мощность трансформатора. Знание элементарных физических законов помогает решить проблему.

Теория и история

Латинское слово transformare переводится на русский язык как «превращение». Трансформатор предназначен для изменения уровня входного напряжения на определённую величину. Устройство состоит из одной или нескольких обмоток на замкнутом магнитопроводе. Катушки наматываются из алюминиевого или медного провода. Сердечник набирается из пластин с повышенными ферромагнитными свойствами.

Первичная обмотка присоединяется к электрической сети переменного тока. Во вторичную обмотку включается устройство, которому требуется напряжение другой величины.

После подключения к трансформатору питания в магнитопроводе появляется замкнутый магнитный поток, который индуцирует в каждой катушке переменную электродвижущую силу. Закон Фарадея гласит, что ЭДС равна скорости изменения магнитного потока, который проходит через электромагнитный контур. Знак «минус» указывает на противоположность направлений магнитного поля и ЭДС.

Формула e = − n (∆Ф ∕ ∆ t) объединяет следующие понятия:

• Электродвижущая сила e, исчисляемая в вольтах.
• Количество витков n в индукторе.
• Магнитный поток Ф, единица измерения которого называется вебером.
• Время t, необходимое для одной фазы изменения магнитного поля.

Учитывая незначительность потерь в катушке индуктивности, ЭДС приравнивается к напряжению в обмотке. Отношение напряжений в первичной и вторичной обмотке равно отношению количества витков в двух катушках. Отсюда выводится формула трансформатора:

K ≈ U ₁ ∕ U ₂ ≈ n ₁ ∕ n ₂.

Коэффициент K всегда больше единицы. В трансформаторе изменяется только напряжение и сила тока. Умноженные друг на друга, они определяют мощность прибора, постоянную величину для конкретного устройства. Соотношение тока и напряжения в обмотках раскрывает формула:

K = n₁ ∕ n₂ = I ₂ ∕ I₁ = U₁ ∕ U₂.

Иначе говоря, во сколько раз уменьшено напряжение во вторичной обмотке в сравнении с напряжением в первичной катушке, во столько раз сила тока во вторичной катушке больше тока в первичной обмотке. Различное напряжение устанавливается количеством витков в каждом индукторе. Формула, описывающая коэффициент K, объясняет, как рассчитать трансформатор.

Трансформатор предназначен для работы в цепи переменного напряжения. Постоянный ток не индуцирует ЭДС в магнитопроводе, и электрическая энергия не передаётся в другую обмотку.

Ещё в 1822 году Фарадей озаботился мыслью, как превратить магнетизм в электрический ток. Многолетние исследования приводят к созданию цикла статей, в которых описывалось физическое явление электромагнитной индукции. Фундаментальный труд публиковался в научном журнале английского Королевского общества.

Суть опытов состояла в том, что исследователь намотал два куска медной проволоки на кольцо из железа. К одной из катушек подключался постоянный ток. Гальванометр, соединённый с контактами другой обмотки, фиксировал кратковременное появление напряжения. Чтобы восстановить индукцию, экспериментатор отключал источник питания, а затем вновь замыкал контакты на батарею.

Работу Майкла Фарадея высоко оценило научное сообщество Великобритании. В 1832 году физик удостоился престижной награды. За выдающиеся работы в области электромагнетизма учёный награждён медалью Копли.

Однако устройство, собранное Фарадеем, ещё трудно назвать трансформатором. Аппарат, который действительно преобразовывал напряжение и ток, запатентован в Париже 30 ноября 1876 года. В 80-х годах позапрошлого столетия автор изобретения и конструктор трансформатора П. Н. Яблочков жил во Франции. В это же время выдающийся русский электротехник представил миру и прообраз прожектора — «свечу Яблочкова».

Расчёт параметров прибора

Иногда в руки к электрику попадает прибор без описания технических характеристик. Тогда специалист определяет мощность трансформатора по сечению магнитопровода. Площадь сечения находится перемножением ширины и толщины сердечника. Полученное число возводится в квадрат. Результат укажет на примерную мощность устройства.

Желательно, чтобы площадь магнитопровода немного превышала расчётное значение. Иначе тело сердечника попадёт в область насыщения магнитного поля, что приведёт к падению индуктивности и сопротивления катушки. Этот процесс увеличит уровень проходящего тока, вызовет перегрев устройства и поломку.

Практический расчёт силового трансформатора не займёт много времени. Например, перед домашним мастером стоит задача осветить рабочий уголок в гараже. В помещении имеется бытовая розетка на 220 В, в которую необходимо подключить светильник с лампой мощностью 40 Вт на 36 В. Требуется рассчитать технические параметры понижающего трансформатора.

Определение мощности

Во время работы устройства неизбежны тепловые потери. При нагрузке, не превышающей 100 Вт, коэффициент полезного действия равен 0,8. Истинная потребная мощность трансформатора P₁ определяется делением мощности лампы P₂ на КПД:

P₁ = P₂ ∕ μ = 40 ∕ 0‚8 = 50

Округление осуществляется в бо́льшую сторону. Результат 50 Вт.

Вычисление сечения сердечника

От мощности трансформатора зависят размеры магнитопровода. Площадь сечения определяется следующим образом.

S = 1‚2∙√P₁ = 1‚2∙ 7‚07 = 8‚49

Поперечное сечение сердечника должно иметь площадь не менее 8‚49 см².

Расчёт количества витков

Площадь магнитопровода помогает определить количество витков провода на 1 вольт напряжения:

n = 50 ∕ S = 50 ∕ 8‚49 = 5‚89.

Разности потенциалов в один вольт будут соответствовать 5‚89 оборотам провода вокруг сердечника. Поэтому первичная обмотка с напряжением 220 В состоит из 1296 витков, а для вторичной катушки потребуется 212 витков. Во вторичной обмотке происходят потери напряжения, вызванные активным сопротивлением провода. Вследствие этого специалисты рекомендуют увеличить количество витков в выходной катушке на 5−10%. Скорректированное число витков будет равно 233.

Токи в обмотках

Следующий этап — нахождение силы тока в каждой обмотке, которое вычисляется делением мощности на напряжение. После нехитрых подсчётов получается требуемый результат.

В первичной катушке I₁ = P₁ ∕ U₁ = 50 ∕ 220 = 0‚23 ампера, а во вторичной катушке I₂ = P₂ ∕ U₂ = 40 ∕ 36 = 1‚12 ампера.

Диаметр провода

Расчёт обмоток трансформатора завершается определением толщины провода, сечение которого вычисляется по формуле: d = 0‚8 √ I. Слой изоляции в расчёт не берётся. Проводник входной катушки должен иметь диаметр:

d₁ = 0‚8 √I₁ =0‚8 √0‚23 = 0‚8 ∙ 0‚48 = 0‚38.

Для намотки выходной обмотки потребуется провод с диаметром:

d₂ = 0‚8 √I₂ =0‚8 √1‚12 = 0‚8 ∙ 1‚06 = 0‚85.

Размеры определены в миллиметрах. После округления получается, что первичная катушка наматывается проволокой толщиной 0‚5 мм, а на вторичную обмотку подойдёт провод в 1 мм.

Виды и применение трансформаторов

Области использования трансформаторов разнообразны. Устройства, повышающие напряжение, эксплуатируются в промышленных целях для транспортировки электроэнергии на значительные расстояния. Понижающие трансформаторы используются в радиоэлектронике и для подсоединения бытовой техники.

Некоторые народные умельцы, недовольные пониженным напряжением в сети, рискуют включать бытовые приборы через повышающий трансформатор. Спонтанный скачок напряжения может привести к тому, что яркий комнатный свет заменит очень яркое пламя пожара.

По задачам, которые решает трансформатор, приборы делятся на основные виды:

Любое изменение параметров электричества в цепи связано с трансформатором. Специалисту, проектирующему электронные схемы, необходимо знание природы электромагнетизма. Технология расчёта обмоток трансформатора основана на базовых формулах физики.

Электротехнику, занятому рутинным делом намотки трансформатора, стоит помянуть добрым словом дядюшку Фарадея, который открыл замечательный закон электромагнитной индукции. Глядя на готовое устройство, следует также вспомнить великого соотечественника, русского изобретателя Павла Николаевича Яблочкова.

Трансформаторы используются в блоках питания различной аппаратуры для преобразования переменного напряжения. Блоки питания, собранные по трансформаторной схеме, постепенно снижают распространенность благодаря тому, что современная схемотехника позволяет понизить напряжение без самого громоздкого и тяжелого элемента системы питания. Трансформаторы для блока питания актуальны в тех случаях, когда габариты и масса не критичны, а требования к безопасности велики. Обмотки (кроме автотрансформатора) осуществляют гальваническое разделение и изоляцию цепей первичного (или сетевого) и вторичного (выходного) напряжений.

Jpg?x15027″ alt=»Трансформатор»>

Трансформатор

Принцип действия и разновидности трансформаторов

Работа устройства основана на всем известном явлении электромагнитной индукции. Переменный ток, проходящий через провод первичной обмотки, наводит переменный магнитный поток в стальном сердечнике, а он, в свою очередь, вызывает появление напряжения индукции в проводе вторичных обмоток.

Совершенствование трансформатора с момента его изобретения сводится к выбору материала и конструкции сердечника (магнитопровода).

Типы сердечников

Металл для магнитопровода должен иметь определенные технические характеристики, поэтому были разработаны специальные сплавы на основе железа и особая технология производства.

Для изготовления трансформаторов наибольшее распространение получили следующие типы магнитопроводов:

• броневые;
• стержневые;
• кольцевые.

Силовой трансформатор низкой частоты, как понижающий, так и повышающий, имеет сердечник из отдельных пластин трансформаторного железа. Такая конструкция выбрана из соображения минимизации потерь из-за образования вихревых токов в сердечнике, которые нагревают его и снижают КПД трансформатора.

Броневые сердечники наиболее часто выполняются из Ш-образных пластин. Стержневые магнитопроводы могут изготавливаться из П-образных, Г-образных или прямых пластин.

Кольцевые магнитопроводы выполняются из тонкой ленты трансформаторной стали, намотанной на оправку и скрепленной клеящим составом.

Из ленты также могут выполняться броневые и стержневые сердечники, причем такая технология наиболее часто встречается у маломощных устройств.

Jpg?x15027″ alt=»Виды магнитопроводов»>

Виды магнитопроводов

Ниже приведена методика расчета трансформатора, где показано:

• как рассчитать мощность трансформатора;
• как выбрать сердечник;
• как определить количество витков и сечение (диаметр) проводов обмоток;
• как собрать и проверить готовую конструкцию.

Исходные данные, необходимые для расчета

Расчет сетевого трансформатора начинается с определения его полной мощности. Поэтому, перед тем, как рассчитать трансформатор, нужно определиться с мощностью потребления всех, без исключения, вторичных обмоток. Согласно мощности выбирается сечение сердечника. Опять же, от мощности определенным образом зависит и КПД. Чем больше полная мощность, тем выше КПД. Принято в расчетах ориентироваться на такие значения:

• до 50 Вт – КПД 0.6;
• от 50 Вт до 100 Вт – КПД 0.7;
• от 100 Вт до 150 Вт – КПД 0.8;
• выше 150 Вт – КПД 0.85.

Количество витков сетевой и вторичной обмоток рассчитывается уже после выбора магнитопровода. Диаметр или поперечное сечение проводов каждой обмотки определяется на основании протекающих через них токов.

Выбор магнитопровода сердечника

Минимальное сечение сердечника в см2 определяется из габаритной мощности. Габаритная мощность трансформатора – это суммарная полная мощность всех вторичных обмоток с учетом КПД.

Итак, мощность трансформатора можно определить, это полная суммарная мощность всех вторичных обмоток:

Data-lazy-type=»image» data-src=»http://elquanta. ru/wp-content/uploads/2017/10/formula-1.jpg?x15027″ alt=»»>

Умножая полученное значение на КПД, завершаем расчет габаритной мощности.

Определение площади стержня сердечника производится после того, как произведен расчет габаритной мощности трансформатора из такого выражения:

Зная площадь сечения центрального стержня магнитопровода, можно подбирать нужный из готовых вариантов.

Важно! Сердечник, на котором будут располагаться обмотки, должен иметь, по возможности, сечение, как можно более близкое к квадрату. Площадь сечения должна быть равной или несколько больше расчетного значения.

Качество работы и технологичность сборки также зависит от формы магнитопровода. Наилучшим качеством обладают конструкции, выполненные на кольцевом магнитопроводе (тороидальные). Их отличает максимальный КПД для заданной мощности, наименьший ток холостого хода и минимальный вес. Основная сложность заключается в выполнении обмоток, которые в домашних условиях приходится мотать исключительно вручную при помощи челнока.

Проще всего делать трансформаторы на разрезных ленточных магнитопроводах типа ШЛ (Ш-образный) или ПЛ (П-образный). Как пример, можно привести мощный трансформатор блока питания старого цветного телевизора.

Jpg?x15027″ alt=»Трансформатор телевизора УЛПЦТИ»>

Трансформатор телевизора УЛПЦТИ

Трансформаторы старого времени выпуска или современные дешевые выполнены с использованием отдельных Ш,- или П-образных пластин. Технологичность выполнения обмоток у них такая же, как у ленточных разрезных, но трудность состоит в сборке магнитопровода. Такие устройства практически всегда будут иметь повышенный ток холостого хода, особенно, если используемое железо низкого качества.

Расчет количества витков и диаметра проводов

Расчет трансформатора начинается с определения необходимого количества витков обмоток на 1 В напряжения. Найденное значение будет одинаковым для любых обмоток. Для собственных целей можно применить упрощенный метод расчета. Посчитать, сколько надо витков на 1 В можно, подставив площадь сечения стержня магнитопровода в см2 в формулу:

Data-lazy-type=»image» data-src=»http://elquanta. ru/wp-content/uploads/2017/10/formula-2.jpg?x15027″ alt=»»>

где k – коэффициент, зависящий от формы магнитопровода и его материала.

На практике с достаточной точностью приняты следующие значения коэффициента:

• 60 – для магнитопровода из Ш,- и П-образных пластин;
• 50 – для ленточных магнитопроводов;
• 40 – для тороидальных трансформаторов.

Большие значения связаны с невозможностью плотного заполнения сердечника отдельными металлическими пластинами. Как видно, наименьшее количество витков будет иметь тороидальный трансформатор, отсюда и выигрыш в массе изделия.

Зная, сколько витков нужно на 1 В, можно легко узнать количество витков каждой из обмоток:

Data-lazy-type=»image» data-src=»http://elquanta.ru/wp-content/uploads/2017/10/formula-3.jpg?x15027″ alt=»»>где U – значение напряжения холостого хода на обмотке.

У маломощных трансформаторов (до 50 Вт) нужно получившееся количество витков первичной обмотки увеличить на 5%. Таким образом, компенсируется падение напряжения, которое возникает на обмотке под нагрузкой (в понижающих трансформаторах первичная обмотка всегда имеет большее количество витков, чем вторичные).

Диаметр провода рассчитываем с учетом минимизации нагрева вследствие протекания тока. Ориентировочным значением считается плотность тока в обмотках 3-7 А на каждый мм2 провода. На практике расчет диаметра проводов обмоток можно упростить, используя простые формулы, что дает допустимые значения в большинстве случаев:

Data-lazy-type=»image» data-src=»http://elquanta.ru/wp-content/uploads/2017/10/formula-4.jpg?x15027″ alt=»Трансформатор телевизора УЛПЦТИ»>

Меньшее значение применяется для расчета диаметров проводов вторичных обмоток, поскольку у понижающего трансформатора они располагаются ближе к поверхности и имеют лучшее охлаждение.

Зная расчетное значение диаметра обмоточных проводов, нужно выбрать из имеющихся такие, диаметр которых наиболее близок к расчетному, но не менее.

После определения количества витков во всех обмотках, расчет обмоток трансформатора не лишним будет дополнить проверкой, поместятся ли обмотки в окно магнитопровода. Для этого подсчитайте коэффициент заполнения окна:

Data-lazy-type=»image» data-src=»http://elquanta.ru/wp-content/uploads/2017/10/formula-5.jpg?x15027″ alt=»»>

Для тороидальных сердечников c внутренним диаметром D формула имеет вид:

Data-lazy-type=»image» data-src=»http://elquanta.ru/wp-content/uploads/2017/10/formula-6.jpg?x15027″ alt=»»>

Для Ш,- и П-образных магнитопроводов коэффициент не должен превышать 0.3. Если это значение больше, то разместить обмотку не получится.

Jpg?.jpg 489w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2017/10/4-toroidalnyj-transformator.jpg 600w»>

Тороидальный трансформатор

Выходом из ситуации будет выбор сердечника с большим сечением, но это если позволяют габариты конструкции. В крайнем случае, можно уменьшить количество витков одновременно во всех обмотках, но не более чем на 5%. Несколько возрастет ток холостого хода, и не избежать повышенного нагрева обмоток, но в большинстве случаев это не критично. Также можно немного уменьшить провода по сечению, увеличив тем самым плотность тока в обмотках.

Важно! Увлекаться увеличением плотности тока нельзя, поскольку это вызовет сильный рост нагрева и, как следствие, нарушение изоляции и перегорание обмоток.

Изготовление обмоток

Намотка провода обмотки трансформатора производится на каркас, изготовленный из плотного картона или текстолита, за исключением тороидальных сердечников, в которых обмотка ведется непосредственно на магнитопровод, который перед намоткой нужно тщательно заизолировать. Можно использовать готовый пластиковый, который продается вместе с магнитопроводом.

Jpg?x15027″ alt=»Сборный каркас обмотки»>

Сборный каркас обмотки

Data-lazy-type=»image» data-src=»http://elquanta.ru/wp-content/uploads/2017/10/6-plastikovyj-karkas-600×427.jpg?x15027″ alt=»Пластиковый каркас»>

Пластиковый каркас

Между отдельными обмотками нужно прокладывать межобмоточную изоляцию. Важнее всего – хорошо заизолировать вторичную обмотку от первичной. В качестве изоляции можно использовать трансформаторную бумагу, лакоткань, фторопластовую ленту. Ленту из фторопласта нужно использовать с осторожностью. Несмотря на высочайшие электроизоляционные качества, тонкая лента фторопласта под действием натяжения или давления (особенно межу первичной и вторичной обмотками) способна «потечь» и обнажить отдельные витки обмотки. Особенно этим страдает лента для уплотнения сантехнических изделий.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2017/10/6-ftoroplastovaja-lenta-1-150×150.jpg 150w»>

Фторопластовая лента

В отдельных, ответственных случаях, в процессе намотки можно пропитать первичную обмотку (если трансформатор понижающий) изоляционным лаком. Пропитка готового устройства в домашних условиях эффекта почти не даст, поскольку лак не попадет в глубину обмотки. Для этих целей на производствах существует аппаратура вакуумной пропитки.

Выводы обмоток делаются отрезками гибкого изолированного провода для проводов, диаметр которых менее 0. 5 мм. Более толстый провод можно выводить напрямую. Места пайки гибкого и обмоточного проводов нужно дополнительно проложить несколькими слоями изоляции.

Обратите внимание! При пайке выводов нельзя оставлять на месте спайки острые концы проводов или застывшего припоя. Такие места нужно аккуратно обрезать бокорезами.

Сборка трансформатора

При сборке нужно учитывать следующие нюансы:

1. Пакет сердечника должен собираться плотно, без щелей и зазоров;
2. Отдельные части ленточного магнитопровода подогнаны друг к другу, поэтому менять местами их нельзя. Требуется аккуратность, поскольку при отслоении отдельных лент их невозможно будет установить на место;
3. Деформированные пластины сборного сердечника нельзя выравнивать молотком – трансформаторная сталь теряет свои свойства при механических нагрузках;
4. Пакет пластин сборного сердечника должен быть собран максимально плотно, поскольку при работе рыхлого сердечника будет издаваться сильный гул, увеличивающийся при нагрузке;
5. Весь пакет сердечника любого типа нужно плотно стянуть по той же причине.

Обратите внимание! Качество сборки будет лучше, если торцы ленточного разрезного сердечника перед сборкой покрыть лаком. Также готовый собранный сердечник перед окончательной утяжкой можно покрыть лаком.

При этом можно добиться значительного понижения постороннего звука.

Проверка готового трансформатора заключается в измерении тока холостого хода и напряжения обмоток под номинальной нагрузкой и на нагрев при максимальной нагрузке. Все измерения рассчитанного и собранного трансформатора нужно проводить только после полной сборки, поскольку с незатянутым сердечником ток холостого хода может быть больше обычного в несколько раз.

Ток холостого хода сильно различается в трансформаторах различных типов и составляет от 10 мА для тороидальных трансформаторов, до 200 мА – с Ш-образным сердечником из низкокачественного трансформаторного железа.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2017/10/7-izmerenie-holostogo-toka-210×140.jpg 210w»>

Измерение холостого тока

Приведен расчет трансформатора, который при наличии навыков можно произвести за пару десятков минут. Для тех, кто сомневается в своих силах или боится сделать ошибку, расчет силового трансформатора можно выполнить, используя калькулятор для расчета, который может работать как в off-line, так и в on-line режимах. Согласно данной методике возможна перемотка перегоревшего трансформатора. Для неисправного трансформатора расчет также ведется от имеющегося сердечника и значения напряжения вторичных обмоток.

Видео

Расчет силового трансформатора

Трансформатор – это пассивный преобразователь энергии. Его коэффициент полезного действия (КПД) всегда меньше единицы. Это означает, что мощность потребляемая нагрузкой, которая подключена к вторичной обмотке трансформатора, меньше, чем мощность, потребляемая нагруженным трансформатором от сети. Известно, что мощность равна произведению силы тока на напряжение, следовательно, в повышающих обмотках сила тока меньше, а в понижающих – больше силы тока, потребляемого трансформатором от сети.

Параметры и характеристики трансформатора.

Два разных трансформатора при одинаковом напряжении сети могут быть рассчитаны на получение одинаковых напряжений вторичных обмоток. Но если нагрузка первого трансформатора потребляет больший ток, а второго маленький, значит, первый трансформатор характеризуется по сравнению со вторым большей мощностью. Чем больше сила тока в обмотках трансформатора, тем больше и магнитный поток в его сердечнике, поэтому сердечник должен быть толще. Кроме того, чем больше сила тока в обмотке, тем более толстым проводом она должна быть намотана, а это требует увеличения окна сердечника. Поэтому габариты трансформатора зависят от его мощности. И наоборот, сердечник определенного размера пригоден для изготовления трансформатора только до определенной мощности, которая называется габаритной мощностью трансформатора. Количество витков вторичной обмотки трансформатора определяет напряжение на ее выводах. Но это напряжение зависит также и от количества витков первичной обмотки. При определенном значении напряжения питания первичной обмотки напряжение вторичной зависит от отношения количества витков вторичной обмотки количеству витков первичной. Это отношение и называется коэффициентом трансформации. Если напряжение на вторичной обмотке зависит от коэффициента трансформации нельзя произвольно выбирать количество витков одной из обмоток. Чем меньше габариты сердечника, тем больше должно быть количество витков каждой обмотки. Поэтому размеру сердечника трансформатора соответствует вполне определенное количество витков его обмоток, приходящееся на один вольт напряжения, меньше которого брать нельзя. Эта характеристика называется количеством витков на один вольт..

Как и всякий преобразователь энергии, трансформатор обладает коэффициентом полезного действия – отношением мощности, потребляемой нагрузкой трансформатора, к мощности, которую нагруженный трансформатор потребляет от сети. КПД маломощных трансформаторов, которые обычно применяются для питания бытовой электронной аппаратуры, колеблется в пределах от 0,8 до 0,95. Более высокие значения имеют трансформаторы большей мощности.

Электрический расчет трансформатора

Перед расчетом трансформатора необходимо сформулировать требования, которым он должен удовлетворять. Они и будут являться исходными данными для расчета. Технические требования к трансформатору определяются также путем расчета, в результате которого определяются те напряжения и токи, которые должны быть обеспечены вторичными обмотками. Поэтому перед расчетом трансформатора производится расчет выпрямителя для определения напряжений каждой из вторичных обмоток и потребляемых от этих обмоток токов. Если же напряжения и токи каждой из обмоток трансформатора уже известны, то они являются техническими требованиями к трансформатору. Для определения габаритной мощности трансформатора необходимо определить мощности, потребляемые от каждой из вторичных обмоток и сложить их, учитывая также КПД трансформатора. Мощность, потребляемую от любой обмотки, определяют умножением напряжения между выводами этой обмотки на силу потребляемого от нее тока:

P– мощность, потребляемая от обмотки, Вт;

U– эффективное значение напряжения, снимаемого с этой обмотки, В;

I– эффективное значение силы тока, протекающего в этой же обмотке, А.

Суммарная мощность, потребляемая, например, тремя вторичными обмотками, вычисляется по формуле:

P S =U 1 I 1 +U 2 I 2 +U 3 I 3

Для определения габаритной мощности трансформатора, полученное значение суммарной мощности P S нужно разделить на КПД трансформатора:P г = , где

P г – габаритная мощность трансформатора; η – КПД трансформатора.

Заранее рассчитать КПД трансформатора нельзя, так как для этого нужно знать величину потерь энергии в обмотках и в сердечнике, которые зависят от параметров самих обмоток (диаметры проводов и их длина) и параметров сердечника (длина магнитной силовой линии и марка стали). И те и другие параметры становятся известными только после расчета трансформатора. Поэтому с достаточной для практического расчета точностью КПД трансформатора можно определить из таблицы 6.1.

Таблица 6.1

Суммарная мощность, Вт
КПД трансформатора

Наиболее распространены две формы сердечника: О – образная и Ш – образная. На сердечнике О – образной формы обычно располагаются две катушки, а на сердечнике Ш – образной формы — одна. Зная габаритную мощность трансформатора, находят сечение рабочего керна его сердечника, на котором находится катушка:

Сечением рабочего керна сердечника является произведение ширины рабочего керна а и толщины пакета с. Размеры а и с выражены в сантиметрах, а сечение – в квадратных сантиметрах.

После этого выбирают тип пластин трансформаторной стали и определяют толщину пакета сердечника. Сначала находят приблизительную ширину рабочего керна сердечника по формуле: a= 0,8

Затем по полученному значению а производят выбор типа пластин трансформаторной стали из числа имеющихся в наличии и находят фактическую ширину рабочего керна а. после чего определяют толщину пакета сердечника с:

Количество витков, приходящихся на 1 вольт напряжения, определяется сечением рабочего керна сердечника трансформатора по формуле: n=k/S, гдеN– количество витков на 1 В;k– коэффициент, определяемый свойствами сердечника;S- сечение рабочего керна сердечника, см 2 .

Из приведенной формулы видно, что чем меньше коэффициент k, тем меньше витков будут иметь все обмотки трансформатора. Однако произвольно выбирать коэффициентkнельзя. Его значение обычно лежит в пределах от 35 до 60. В первую очередь оно зависит от свойств пластин трансформаторной стали, из которых собран сердечник. Для сердечников С-образной формы, витых из тонкой ленты, можно братьk= 35. Если используется сердечник О — образной формы, собранный из П- или Г – образных пластин без отверстий по углам, берутk= 40. Такое же значениеkи для пластин типа УШ, у которых ширина боковых кернов больше половины ширины среднего керна.. Если используются пластины типа Ш без отверстий по углам, у которых ширина среднего керна ровно вдвое больше ширины крайних кернов, целесообразно взятьk= 45, а если Ш – образные пластины имеют отверстия, тоk= 50. Таки образом, выборkв значительной мере условен и им можно в некоторых пределах варьировать, если учесть, что уменьшениеkоблегчает намотку, но ужесточает режим трансформатора. При применении пластин из высококачественной трансформаторной стали этот коэффициент можно немного уменьшать, а при низком качестве стали приходится его увеличивать.

Зная необходимое напряжение каждой обмотки и количество витков на 1 В, легко определить количество витков обмотки, перемножим эти величины: W=Un

Такое соотношение справедливо только для первичной обмотки, а при определении количества витков вторичных обмоток нужно дополнительно вводить приближенную поправку для учета падения напряжения на самой обмотке от протекающего по ее проводу тока нагрузки: W=mUn

Коэффициент mзависит от силы тока, протекающего по данной обмотке (см. таблицу 6.2). Если сила тока меньше 0,2 А, можно приниматьm= 1. Толщина провода, которым наматывается обмотка трансформатора определяется силой тока, протекающей по этой обмотке. Чем больше ток, тем толще должен быть провод, подобно тому как для увеличения потока воды требуется использовать более толстую трубу. От толщины провода зависит сопротивление обмотки. Чем тоньше провод, тем больше сопротивление обмотки, следовательно, увеличивается выделяемая в ней мощность и она сильнее нагревается. Для каждого типа обмоточного провода существует предел допустимого нагрева, который зависит от свойств эмалевой изоляции. Поэтому диаметр провода может быть определен по формуле:d=p, гдеd– диаметр провода по меди, м;I- сила тока в обмотке, А;p- коэффициент, (таблица 6.3) который учитывает допустимый нагрев той или иной марки провода.

Таблица 6.2: Определение коэффициента m

Таблица 6.3: Выбор диаметра провода.

Марка провода

Выбрав коэффициент pможно определить диаметр провода каждой обмотки. Найденное значение диаметра округляют до большего стандартного.

Сила тока в первичной обмотке определяется с учетом габаритной мощности трансформатора и напряжения сети:

Практическая работа:

U 1 = 6,3 В,I 1 = 1,5 А;U 2 = 12 В,I 2 = 0,3 А;U 3 = 120 В,I 3 = 59 мА

Читайте также…

Расчет маломощных трансформаторов напряжения — Эл. справочники — Справочники — Каталог статей

 

Наиболее важными электрическими параметрами трансформаторов напряжения являются: выходное напряжение, номинальная мощность, КПД, падение напряжения.

 

Номинальной мощностью трансформатора питания называют сумму номинальных мощностей вторичных обмоток.

 

КПД трансформатора

где Р_ном — номинальная мощность трансформатора; Р_мп — мощность потерь в магнитопроводе; Р_об — мощность потерь в обмотках.

 

Падение напряжения AU, выраженное в относительных единицах, показывает степень изменения выходного напряжения при полном изменении тока нагрузки от нуля до номинального значения:

 

Масса и габаритные размеры трансформатора зависят от номинальной мощности, напряжения, КПД и допустимой температуры перегрева трансформатора.

 

Порядок расчета трансформатора следующий. Определяем номинальную мощность трансформатора

где P_i = U_i I_i . Вычисляем произведение

где S_m — площадь сечения магнитопровода, см²; S_oк — площадь окна магнитопровода, см²; Р_ном — номинальная мощность, Вт; f — частота питающей сети, Гц; B_m — амплитуда магнитной индукции в магнитопроводе, Т; j — плотность тока в обмотках, А/мм²; k_oк — коэффициент заполнения окна магнитопровода; k_м — коэффициент заполнения сечения магнитопровода. Коэффициент B_m можно выбрать по графику (рис. 1) в зависимости от значения габаритной мощности трансформатора и марки стали.

 

Габаритная мощность определяется как

 

 

Рис. 1. График для выбора индукции в зависимости от габаритной мощности трансформатора при частоте тока 50 Гц для стали: 1 — Э41, Э43; 2, 3 — Э310 (2 — магнитопровод из пластин; 3 — ленточный магнитопровод)

 

Плотность тока в обмотках выбирается от 2 (при Р_ном ≥ 200 В·А) до 6 А/мм² (при Р_ном = 10 В·А и менее). Коэффициент k_ок (табл. 1) тем меньше, чем тоньше провода обмоток (чем меньше номинальная мощность трансформатора). Коэффициент k_м зависит от толщины листов и вида их изоляции (табл. 2).

 

Таблица 1. Значение коэффициента k_ок

 

Рном , В·А	15-50	50-150	>150
kок	0,22-0,28	0,28-0,34	0,35-0,38

 

 

Таблица 2. Значение коэффициента k_м для Ш-образных пластин

 

Вид изоляции	Толщина пластин
	0,1	0,2
Лак	0,7	0,85
Фосфатная пленка	0,75	0,89

 

Выбираем размеры магнитопровода (см. «Сердечники (магнитопроводы) трансформаторов»). Для маломощных трансформаторов рекомендуются броневые магнитопроводы, позволяющие без особых хлопот и денежных затрат изготовить трансформаторы не больших размеров и массы.

Для выбранного магнитопровода должно выполняться условие yy₁bh > S_мS_ок.

Отношение у₁/у не должно превышать 2-2,5. В противном случае следует выбрать пластины большего размера.

Для кольцевых магнито-проводов должно выполняться условие (D – d)d²b > 3S_мS_ок.

Определяем число витков обмоток

где U_i — напряжение на i-й обмотке, В; f — частота, Гц; B_m — амплитуда магнитной индукции, Т; S_m — площадь, см². Число витков вторичных обмоток следует увеличить на 2-5%, чтобы учесть внутреннее падение напряжения. Наибольшее значение относится к трансформаторам с номинальной мощностью до 10 В·А, наименьшее — к трансформаторам с номинальной мощностью не менее 200 В·А.

Определяем диаметры проводов обмоток

где I_i — ток в i-й обмотке, А; j — плотность тока, А/мм².

Ток в первичной обмотке приметно равен 1,1P_ном /U_i

Выбираем ближайшие стандартные, большие значения диаметров проводов (см. «Медные обмоточные провода» таблица П4.).

Проверяем размещение обмоток на магнитопроводе.

Число витков в слое цилиндрической обмотки ω_сл=[h — 2(δ_к + 1)] /1,3δ_из , где h — высота окна, мм; δ_к — толщина материала каркаса, мм; δ_из — диаметр провода с изоляцией, мм.

Число слоев обмотки N = ω/ω_cл , где ω — число витков обмотки.

Толщина обмотки δ_об = N_cл(δ_из + δ_из) , где δ_из — толщина изоляции между слоями.

Должно выполняться следующее условие: b ≥ δ_к+∑δ_об+δ_пр , где ∑δ_об — суммарная толщина всех обмоток; δ_пр — суммарная толщина всех прокладок между обмотками; b — ширина окна. Если это условие не выполняется, следует увеличить размеры магнитопровода и сделать повторный расчет трансформатора.

 

 

 

При изготовлении малогабаритной радиоэлектронной аппаратуры лучше всего использовать трансформаторы с тороидальным магнито-проводом. По сравнению с броневыми сердечниками из Ш-образных пластин они имеют меньший вес и габариты, обладают повышенным КПД, а их обмотка лучше охлаждается. Кроме того, при равномерном распределении обмоток по периметру сердечника практически отсутствует поле рассеяния и в большинстве случаев отпадает необходимость в экранировании трансформаторов.

 

Полный расчет силовых трансформаторов на тороидальных сердечниках громоздок и сложен, поэтому здесь приводится таблица, с помощью которой легко рассчитать тороидальный трансформатор мощностью до 120 Вт. Точность расчетов достаточна для любительской практики. Расчет параметров тороидального трансформатора, не вошедших в таблицу, аналогичен расчету трансформатора на Ш-образном сердечнике.

 

Таблицей можно пользоваться при расчете трансформаторов на сердечниках из холоднокатаной стали Э340, Э350, Э360 с толщиной ленты 0,05-0,1 мм при частоте питающей сети 50 Гц. При намотке трансформаторов допустимо применять лишь межобмоточную и наружную изоляции. Хотя межслоевая изоляция и позволяет добиться более ровной укладки провода обмоток, из-за различия наружного и внутреннего диаметров сердечника при ее применении неизбежно увеличивается толщина намотки по внутреннему диаметру.

 

Для намотки тороидальных трансформаторов необходимо применять обмоточные провода с повышенной механической и электрической прочностью изоляции. При намотке вручную следует пользоваться проводами ПЭЛШО, ПЭШО. В крайнем случае, можно применить провод ПЭВ-2. В качестве межобмоточной и внешней изоляции можно применять фторопластовую пленку ПЭТ толщиной 0,01-0,02 мм, лакоткань ЛШСС толщиной 0,06-0,012 мм или батистовую ленту.

 

Пример расчета трансформатора. Дано напряжение питающей сети U_c = 220 В, выходное напряжение U_вых = 12 В, ток нагрузки I_н = 3,6 А. Сначала определяем мощность вторичной обмотки:

Далее определяем габаритную мощность трансформатора:

Величину КПД и другие необходимые для расчета данные выбираем в табл. 3. из нужной графы ряда габаритных мощностей. Находим площадь сечения сердечника:

Подбираем размеры сердечника D, d и h:

Ближайший стандартный тип сердечника ОЛ50/80-40, площадь сечения которого равна

(не менее расчетной).

 

Таблица 3. Таблица для расчета тороидальных трансформаторов

 

Рг , Вт	ω1	ω2	S , см2	Δ , А×мм2	η , %
До 10	41 S	38 S	vPг	4,5	0,8
20-30	36 S	32 S	vPг 1,1	4	0,9
30-50	33,3 S	29 S	vPг 1,2	3,5	0,92
50-120	32 S	28 S	vPг 1,25	3	0,95

 

*Примечание: Р_г — габаритная мощность трансформатора, ω₁ — число витков на вольт для стали Э310, Э320, Э330, ω₂ — число витков на вольт для стали Э340, Э350, Э360, S — площадь сечения сердечника, Δ — допустимая плотность тока в обмотках, η — КПД трансформатора.

 

При определении внутреннего диаметра сердечника должно быть выполнено условие d ≥ d^l

то есть 5 > 3,8.

Предположим, выбран сердечник стали Э320, тогда число витков на вольт определяют по формуле

Находим расчетные числа количества витков первичной и вторичной обмоток:

Так как в тороидальных трансформаторах поток рассеяния весьма мал, то падение напряжения в обмотках определяется практически лишь активным сопротивлением, вследствие чего относительная величина падения напряжения в обмотках тороидального трансформатора значительно меньше, чем в трансформаторах стержневого и броневого типов. Поэтому для компенсации потерь на сопротивлении вторичной обмотки необходимо увеличить количество ее витков лишь на 3%.

Определяем диаметры проводов обмоток. Диаметр провода первичной обмотки:

где I₁ — ток первичной обмотки трансформатора, вычисленный по формуле

Выбираем ближайший диаметр провода в сторону увеличения (0,31 мм). Диаметр провода вторичной обмотки

Расчет тороидального трансформатора закончен.

 

На какую мощность рассчитываются обмотки трансформатора. Расчет трансформатора с тороидальным магнитопроводом. Подключение обмоток трансформаторов ТПП

Иногда приходится самостоятельно изготовлять силовой трансформатор для выпрямителя. В этом случае простейший расчет силовых трансформаторов мощностью до 100-200 Вт проводится следующим образом.

Зная напряжение и наибольший ток, который должна давать вторичная обмотка (U2 и I2), находим мощность вторичной цепи: При наличии нескольких вторичных обмоток мощность подсчитывают путем сложения мощностей отдельных обмоток.

Мощность передается из первичной обмотки во вторичную через магнитный поток в сердечнике. Поэтому от значения мощности Р1 зависит площадь поперечного сечения сердечника S, которая возрастает при увеличении мощности. Для сердечника из нормальной трансформаторной стали можно рассчитать S по формуле:

где s — в квадратных сантиметрах, а Р1 — в ваттах.

По значению S определяется число витков w» на один вольт. При использовании трансформаторной стали

Если приходится делать сердечник из стали худшего качества, например из жести, кровельного железа, стальной или железной проволоки (их надо предварительно отжечь, чтобы они стали мягкими), то следует увеличить S и w» на 20-30 %.

и т.д.

В режиме нагрузки может быть заметная потеря части напряжения на сопротивлении вторичных обмоток. Поэтому для них рекомендуется число витков брать на 5-10 % больше рассчитанного.

Ток первичной обмотки

Диаметры проводов обмоток определяются по значениям токов и исходя из допустимой плотности тока, которая для трансформаторов принимается в среднем 2 А/мм2. При такой плотности тока диаметр провода без изоляции любой обмотки в миллиметрах определяется по табл. 1 или вычисляется по формуле:

Когда нет провода нужного диаметра, то можно взять несколько соединенных параллельно более тонких проводов. Их суммарная площадь сечения должна быть не менее той, которая соответствует рассчитанному одному проводу. Площадь поперечного сечения провода определяется по табл. 1 или рассчитывается по формуле:

Для обмоток низкого напряжения, имеющих небольшое число витков толстого провода и расположенных поверх других обмоток, плотность тока можно увеличить до 2,5 и даже 3 А/мм2, так как эти обмотки имеют лучшее охлаждение. Тогда в формуле для диаметра провода постоянный коэффициент вместо 0,8 должен быть соответственно 0,7 или 0,65.

В заключение следует проверить размещение обмоток в окне сердечника. Общая площадь сечения витков каждой обмотки находится (умножением числа витков w на площадь сечения провода, равную 0,8d2из, где dиз — диаметр провода в изоляции. Его можно определить по табл. 1, в которой также указана масса провода. Площади сечения всех обмоток складываются. Чтобы учесть ориентировочно неплотность намотки, влияние каркаса изоляционных прокладок между обмотками и их слоями, нужно найденную площадь увеличить в 2-3 раза. Площадь окна сердечника не должна быть меньше значения, полученного из расчета.

Таблица 1

В качестве примера рассчитаем силовой трансформатор для выпрямителя, питающего некоторое устройство с электронными лампами. Пусть трансформатор должен иметь обмотку высокого напряжения, рассчитанную на напряжение 600 В и ток 50 мА, а также обмотку для накала ламп, имеющую U = 6,3 В и I = 3 А. Сетевое напряжение 220 В.

Определяем общую мощность вторичных обмоток:

Мощность первичной цепи

Находим площадь сечения сердечника из трансформаторной стали:

Число витков на один вольт

Ток первичной обмотки

Число витков и диаметр проводов обмоток равны:

Для первичной обмотки

Для повышающей обмотки

Для обмотки накала ламп

Предположим, что окно сердечника имеет площадь сечения 5×3 = 15 см2 или 1500 мм2, а у выбранных проводов диаметры с изоляцией следующие: d1из = 0,44 мм; d2из = 0,2 мм; d3из = 1,2 мм.

Проверим размещение обмоток в окне сердечника. Находим площади сечения обмоток:

Для первичной обмотки

Для повышающей обмотки

Для обмотки накала ламп

Общая площадь сечения обмоток составляет примерно 430 мм2.

Как видно, она в три с лишним раза меньше площади окна и, следовательно, обмотки разместятся.

Расчет автотрансформатора имеет некоторые особенности. Его сердечник надо рассчитывать не на полную вторичную мощность Р2, а только на ту ее часть, которая передается магнитным потоком и может быть названа трансформируемой мощностью Рт.

Эта мощность определяется по формулам:

— для повышающего автотрансформатора

— для понижающего автотрансформатора, причем

Если автотрансформатор имеет отводы и будет работать при различных значениях n, то в расчете надо брать значение п, наиболее отличающееся от единицы, так как в этом случае значение Рт будет наибольшее и надо, чтобы сердечник мог передать такую мощность.

Затем определяется расчетная мощность Р, которая может быть принята равной 1,15 Рт. Множитель 1,15 здесь учитывает КПД автотрансформатора, который обычно несколько выше, чем у трансформатора. Д

алее применяются формулы расчета площади сечения сердечника (по мощности Р), числа витков на вольт, диаметров проводов, указанные выше для трансформатора. При этом надо иметь в виду, что в части обмотки, являющейся общей для первичной и вторичной цепей, ток равен I1 — I2, если автотрансформатор повышающий, и I2 — I1 если он понижающий.

Трансформаторы используются в блоках питания различной аппаратуры для преобразования переменного напряжения. Блоки питания, собранные по трансформаторной схеме, постепенно снижают распространенность благодаря тому, что современная схемотехника позволяет понизить напряжение без самого громоздкого и тяжелого элемента системы питания. Трансформаторы для блока питания актуальны в тех случаях, когда габариты и масса не критичны, а требования к безопасности велики. Обмотки (кроме автотрансформатора) осуществляют гальваническое разделение и изоляцию цепей первичного (или сетевого) и вторичного (выходного) напряжений.

Jpg?x15027″ alt=»Трансформатор»>

Трансформатор

Принцип действия и разновидности трансформаторов

Работа устройства основана на всем известном явлении электромагнитной индукции. Переменный ток, проходящий через провод первичной обмотки, наводит переменный магнитный поток в стальном сердечнике, а он, в свою очередь, вызывает появление напряжения индукции в проводе вторичных обмоток.

Совершенствование трансформатора с момента его изобретения сводится к выбору материала и конструкции сердечника (магнитопровода).

Типы сердечников

Металл для магнитопровода должен иметь определенные технические характеристики, поэтому были разработаны специальные сплавы на основе железа и особая технология производства.

Для изготовления трансформаторов наибольшее распространение получили следующие типы магнитопроводов:

• броневые;
• стержневые;
• кольцевые.

Силовой трансформатор низкой частоты, как понижающий, так и повышающий, имеет сердечник из отдельных пластин трансформаторного железа. Такая конструкция выбрана из соображения минимизации потерь из-за образования вихревых токов в сердечнике, которые нагревают его и снижают КПД трансформатора.

Броневые сердечники наиболее часто выполняются из Ш-образных пластин. Стержневые магнитопроводы могут изготавливаться из П-образных, Г-образных или прямых пластин.

Кольцевые магнитопроводы выполняются из тонкой ленты трансформаторной стали, намотанной на оправку и скрепленной клеящим составом.

Из ленты также могут выполняться броневые и стержневые сердечники, причем такая технология наиболее часто встречается у маломощных устройств.

Jpg?x15027″ alt=»Виды магнитопроводов»>

Виды магнитопроводов

Ниже приведена методика расчета трансформатора, где показано:

• как рассчитать мощность трансформатора;
• как выбрать сердечник;
• как определить количество витков и сечение (диаметр) проводов обмоток;
• как собрать и проверить готовую конструкцию.

Исходные данные, необходимые для расчета

Расчет сетевого трансформатора начинается с определения его полной мощности. Поэтому, перед тем, как рассчитать трансформатор, нужно определиться с мощностью потребления всех, без исключения, вторичных обмоток. Согласно мощности выбирается сечение сердечника. Опять же, от мощности определенным образом зависит и КПД. Чем больше полная мощность, тем выше КПД. Принято в расчетах ориентироваться на такие значения:

• до 50 Вт – КПД 0.6;
• от 50 Вт до 100 Вт – КПД 0.7;
• от 100 Вт до 150 Вт – КПД 0.8;
• выше 150 Вт – КПД 0.85.

Количество витков сетевой и вторичной обмоток рассчитывается уже после выбора магнитопровода. Диаметр или поперечное сечение проводов каждой обмотки определяется на основании протекающих через них токов.

Выбор магнитопровода сердечника

Минимальное сечение сердечника в см2 определяется из габаритной мощности. Габаритная мощность трансформатора – это суммарная полная мощность всех вторичных обмоток с учетом КПД.

Итак, мощность трансформатора можно определить, это полная суммарная мощность всех вторичных обмоток:

Data-lazy-type=»image» data-src=»http://elquanta.ru/wp-content/uploads/2017/10/formula-1.jpg?x15027″ alt=»»>

Умножая полученное значение на КПД, завершаем расчет габаритной мощности.

Определение площади стержня сердечника производится после того, как произведен расчет габаритной мощности трансформатора из такого выражения:

Зная площадь сечения центрального стержня магнитопровода, можно подбирать нужный из готовых вариантов.

Важно! Сердечник, на котором будут располагаться обмотки, должен иметь, по возможности, сечение, как можно более близкое к квадрату. Площадь сечения должна быть равной или несколько больше расчетного значения.

Качество работы и технологичность сборки также зависит от формы магнитопровода. Наилучшим качеством обладают конструкции, выполненные на кольцевом магнитопроводе (тороидальные). Их отличает максимальный КПД для заданной мощности, наименьший ток холостого хода и минимальный вес. Основная сложность заключается в выполнении обмоток, которые в домашних условиях приходится мотать исключительно вручную при помощи челнока.

Проще всего делать трансформаторы на разрезных ленточных магнитопроводах типа ШЛ (Ш-образный) или ПЛ (П-образный). Как пример, можно привести мощный трансформатор блока питания старого цветного телевизора.

Jpg?x15027″ alt=»Трансформатор телевизора УЛПЦТИ»>

Трансформатор телевизора УЛПЦТИ

Трансформаторы старого времени выпуска или современные дешевые выполнены с использованием отдельных Ш,- или П-образных пластин. Технологичность выполнения обмоток у них такая же, как у ленточных разрезных, но трудность состоит в сборке магнитопровода. Такие устройства практически всегда будут иметь повышенный ток холостого хода, особенно, если используемое железо низкого качества.

Расчет количества витков и диаметра проводов

Расчет трансформатора начинается с определения необходимого количества витков обмоток на 1 В напряжения. Найденное значение будет одинаковым для любых обмоток. Для собственных целей можно применить упрощенный метод расчета. Посчитать, сколько надо витков на 1 В можно, подставив площадь сечения стержня магнитопровода в см2 в формулу:

Data-lazy-type=»image» data-src=»http://elquanta.ru/wp-content/uploads/2017/10/formula-2.jpg?x15027″ alt=»»>

где k – коэффициент, зависящий от формы магнитопровода и его материала.

На практике с достаточной точностью приняты следующие значения коэффициента:

• 60 – для магнитопровода из Ш,- и П-образных пластин;
• 50 – для ленточных магнитопроводов;
• 40 – для тороидальных трансформаторов.

Большие значения связаны с невозможностью плотного заполнения сердечника отдельными металлическими пластинами. Как видно, наименьшее количество витков будет иметь тороидальный трансформатор, отсюда и выигрыш в массе изделия.

Зная, сколько витков нужно на 1 В, можно легко узнать количество витков каждой из обмоток:

Data-lazy-type=»image» data-src=»http://elquanta.ru/wp-content/uploads/2017/10/formula-3.jpg?x15027″ alt=»»>где U – значение напряжения холостого хода на обмотке.

У маломощных трансформаторов (до 50 Вт) нужно получившееся количество витков первичной обмотки увеличить на 5%. Таким образом, компенсируется падение напряжения, которое возникает на обмотке под нагрузкой (в понижающих трансформаторах первичная обмотка всегда имеет большее количество витков, чем вторичные).

Диаметр провода рассчитываем с учетом минимизации нагрева вследствие протекания тока. Ориентировочным значением считается плотность тока в обмотках 3-7 А на каждый мм2 провода. На практике расчет диаметра проводов обмоток можно упростить, используя простые формулы, что дает допустимые значения в большинстве случаев:

Data-lazy-type=»image» data-src=»http://elquanta.ru/wp-content/uploads/2017/10/formula-4.jpg?x15027″ alt=»Трансформатор телевизора УЛПЦТИ»>

Меньшее значение применяется для расчета диаметров проводов вторичных обмоток, поскольку у понижающего трансформатора они располагаются ближе к поверхности и имеют лучшее охлаждение.

Зная расчетное значение диаметра обмоточных проводов, нужно выбрать из имеющихся такие, диаметр которых наиболее близок к расчетному, но не менее.

После определения количества витков во всех обмотках, расчет обмоток трансформатора не лишним будет дополнить проверкой, поместятся ли обмотки в окно магнитопровода. Для этого подсчитайте коэффициент заполнения окна:

Data-lazy-type=»image» data-src=»http://elquanta.ru/wp-content/uploads/2017/10/formula-5.jpg?x15027″ alt=»»>

Для тороидальных сердечников c внутренним диаметром D формула имеет вид:

Data-lazy-type=»image» data-src=»http://elquanta.ru/wp-content/uploads/2017/10/formula-6.jpg?x15027″ alt=»»>

Для Ш,- и П-образных магнитопроводов коэффициент не должен превышать 0.3. Если это значение больше, то разместить обмотку не получится.

Jpg?.jpg 489w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2017/10/4-toroidalnyj-transformator.jpg 600w»>

Тороидальный трансформатор

Выходом из ситуации будет выбор сердечника с большим сечением, но это если позволяют габариты конструкции. В крайнем случае, можно уменьшить количество витков одновременно во всех обмотках, но не более чем на 5%. Несколько возрастет ток холостого хода, и не избежать повышенного нагрева обмоток, но в большинстве случаев это не критично. Также можно немного уменьшить провода по сечению, увеличив тем самым плотность тока в обмотках.

Важно! Увлекаться увеличением плотности тока нельзя, поскольку это вызовет сильный рост нагрева и, как следствие, нарушение изоляции и перегорание обмоток.

Изготовление обмоток

Намотка провода обмотки трансформатора производится на каркас, изготовленный из плотного картона или текстолита, за исключением тороидальных сердечников, в которых обмотка ведется непосредственно на магнитопровод, который перед намоткой нужно тщательно заизолировать. Можно использовать готовый пластиковый, который продается вместе с магнитопроводом.

Jpg?x15027″ alt=»Сборный каркас обмотки»>

Сборный каркас обмотки

Data-lazy-type=»image» data-src=»http://elquanta.ru/wp-content/uploads/2017/10/6-plastikovyj-karkas-600×427.jpg?x15027″ alt=»Пластиковый каркас»>

Пластиковый каркас

Между отдельными обмотками нужно прокладывать межобмоточную изоляцию. Важнее всего – хорошо заизолировать вторичную обмотку от первичной. В качестве изоляции можно использовать трансформаторную бумагу, лакоткань, фторопластовую ленту. Ленту из фторопласта нужно использовать с осторожностью. Несмотря на высочайшие электроизоляционные качества, тонкая лента фторопласта под действием натяжения или давления (особенно межу первичной и вторичной обмотками) способна «потечь» и обнажить отдельные витки обмотки. Особенно этим страдает лента для уплотнения сантехнических изделий.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2017/10/6-ftoroplastovaja-lenta-1-150×150.jpg 150w»>

Фторопластовая лента

В отдельных, ответственных случаях, в процессе намотки можно пропитать первичную обмотку (если трансформатор понижающий) изоляционным лаком. Пропитка готового устройства в домашних условиях эффекта почти не даст, поскольку лак не попадет в глубину обмотки. Для этих целей на производствах существует аппаратура вакуумной пропитки.

Выводы обмоток делаются отрезками гибкого изолированного провода для проводов, диаметр которых менее 0.5 мм. Более толстый провод можно выводить напрямую. Места пайки гибкого и обмоточного проводов нужно дополнительно проложить несколькими слоями изоляции.

Обратите внимание! При пайке выводов нельзя оставлять на месте спайки острые концы проводов или застывшего припоя. Такие места нужно аккуратно обрезать бокорезами.

Сборка трансформатора

При сборке нужно учитывать следующие нюансы:

1. Пакет сердечника должен собираться плотно, без щелей и зазоров;
2. Отдельные части ленточного магнитопровода подогнаны друг к другу, поэтому менять местами их нельзя. Требуется аккуратность, поскольку при отслоении отдельных лент их невозможно будет установить на место;
3. Деформированные пластины сборного сердечника нельзя выравнивать молотком – трансформаторная сталь теряет свои свойства при механических нагрузках;
4. Пакет пластин сборного сердечника должен быть собран максимально плотно, поскольку при работе рыхлого сердечника будет издаваться сильный гул, увеличивающийся при нагрузке;
5. Весь пакет сердечника любого типа нужно плотно стянуть по той же причине.

Обратите внимание! Качество сборки будет лучше, если торцы ленточного разрезного сердечника перед сборкой покрыть лаком. Также готовый собранный сердечник перед окончательной утяжкой можно покрыть лаком.

При этом можно добиться значительного понижения постороннего звука.

Проверка готового трансформатора заключается в измерении тока холостого хода и напряжения обмоток под номинальной нагрузкой и на нагрев при максимальной нагрузке. Все измерения рассчитанного и собранного трансформатора нужно проводить только после полной сборки, поскольку с незатянутым сердечником ток холостого хода может быть больше обычного в несколько раз.

Ток холостого хода сильно различается в трансформаторах различных типов и составляет от 10 мА для тороидальных трансформаторов, до 200 мА – с Ш-образным сердечником из низкокачественного трансформаторного железа.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2017/10/7-izmerenie-holostogo-toka-210×140.jpg 210w»>

Измерение холостого тока

Приведен расчет трансформатора, который при наличии навыков можно произвести за пару десятков минут. Для тех, кто сомневается в своих силах или боится сделать ошибку, расчет силового трансформатора можно выполнить, используя калькулятор для расчета, который может работать как в off-line, так и в on-line режимах. Согласно данной методике возможна перемотка перегоревшего трансформатора. Для неисправного трансформатора расчет также ведется от имеющегося сердечника и значения напряжения вторичных обмоток.

Видео

Содержание:

Каждый электроприбор характерен номинальной электрической мощностью. Она обеспечивается источником питания. Он может располагаться либо внутри электроприбора, либо снаружи как внешнее устройство. Наглядный пример — ноутбук, телефон и многие другие приборы. В них содержится батарея, от которой питается устройство в автономном режиме. Но ее ресурс ограничен, и когда он исчерпывается, прибор подключается через адаптер к электросети 220 В.

Некоторые батареи обеспечивают напряжение всего лишь в 3–5 вольт. Поэтому адаптер служит для того, чтобы напряжение уменьшилось и стало равным батарейным параметрам. Основную функцию в изменении величины напряжения выполняют трансформаторы. Эта статья будет полезна тем читателям, у которых появится желание своими руками изготовить источник питания с трансформатором для тех или иных целей.

Немного теории

Напомним вкратце о том, как трансформатор устроен и что в нем происходит. Довольно давно, если судить по меркам человеческой жизни, было открыто явление электромагнитной индукции. Оно основано на принципиальном отличии электрических свойств прямого проводника от витка, если по ним пропускать один и тот же переменный ток. Так появился параметр индуктивности. С каждым новым витком индуктивность увеличивается. Дополнительное ее увеличение достигается заполнением внутреннего пространства витков материалом с магнитными свойствами (сердечником).

Однако влияние сердечника на силу тока ограничено. Как только он полностью намагничивается, эффект от его использования исчезает.

• Граничное состояние сердечника, соответствующее полному его намагничиванию, называется насыщением.

Витки, расположенные поверх сердечника, называются обмоткой. Если на нем расположены две одинаковые обмотки, но переменное напряжение подается только на одну из них (первичную), на выводах другой обмотки (вторичной) будет напряжение по частоте и величине такое же, как и на первой обмотке. В этом проявляется трансформация электроэнергии, а само устройство называется трансформатором. Если между обмотками существует электрический контакт, устройство называется автотрансформатором.

• Основа свойств трансформатора — это его сердечник (магнитопровод). Поэтому расчет трансформатора всегда выполняется в связи с материалом и формой магнитопровода.

Выбор материала определяют вихревые токи и потери, связанные с ними. Они увеличиваются с частотой напряжения на выводах первичной обмотки. На низких частотах (50–100 Гц) применяются пластины из трансформаторной стали. На более высоких частотах (единицы килогерц) — пластины из специального сплава, например, пермаллоя. Десятки и сотни килогерц — это область применения ферритовых сердечников. Виды (форма и размеры, особенно сечение по витку) магнитопровода определяют величину мощности, которую можно получить во вторичной обмотке.

Выбор магнитопровода

Геометрические пропорции промышленно выпускаемых сердечников стандартны. Поэтому их выбирают по размерам сечения внутри витка. Еще один параметр, который влияет на выбор магнитопровода — это индуктивность рассеяния. Она меньше у броневых и тороидальных конструкций. Что-либо вычислять не стоит — в многочисленных справочниках приводятся таблицы, а в интернете на тематических сайтах их аналоги.

Например, необходимо присоединить к сети нагрузку мощностью 100 Вт 12 В. По базовой таблице, показанной далее, выбирается типоразмер магнитопровода. Но учитываем то, что мощность ВТ меньше, чем ВА плюс неполная нагрузка для надежности. Поэтому используем коэффициент 1,43. Искомая мощность и типоразмер получатся как произведение, т.е. 143 ВА. По таблице выбираем ближайшее большее значение габаритной мощности и магнитопровод:

Пример расчета

Выбираем 150 ВА и ШЛ25х32. В таблице также приведено рекомендованное число витков на 1 вольт — W0: 3,9. Следовательно, число витков W1 первичной обмотки будет равно произведению напряжения сети на W0:

Раз число витков на 1 вольт известно, легко рассчитать и вторичную обмотку. В рассматриваемом случае три витка мало, а четыре много. Чтобы не ошибиться, наматываем три витка и оставляем запас провода для добавления после испытания трансформатора под нагрузкой. Для провода сетевой обмотки диаметр рассчитываем, используя силу тока. Ее определяем на основе мощности в первичной обмотке и сетевого напряжения. В сетевой обмотке расчетная сила тока составит:

Во вторичной обмотке сила тока составит:

Затем по таблице выбираем диаметр провода при плотности тока 2,5 А/мм кв:

Для первичной обмотки диаметр провода получается 0,59 мм, для вторичной — 2,0 мм. После этого надо выяснить, помещаются ли обмотки в окна магнитопровода. Это несложно определить на основе числа витков и диаметров проводов с учетом толщины каркасов катушек и слоев дополнительной изоляции. Рекомендуется сделать эскиз для наглядного расчета.

Если вторичных обмоток несколько, должны быть известны мощности для каждой из них. Они суммируются для получения параметров первичной обмотки. Затем расчет выполняется аналогично рассмотренному выше примеру. Но определение токов делается по мощности каждой вторичной обмотки.

Расчетные данные в виде таблиц приведены в справочниках для всех типов сердечников, но при определенных частотах напряжений первичной обмотки:

Для рассматриваемой нагрузки 100 Вт выбираем ПЛ20х40-50

Если требуемые параметры не совпадают с табличными значениями, придется использовать формулы:

S0 – площадь окна в магнитопроводе,

Sc – сечение материала магнитопровода по витку,

Рг – габаритная мощность,

kф – коэффициент формы напряжения на первичной обмотке,

f – частота напряжения на первичной обмотке,

j – плотность тока в проводе обмотки,

Bm – индукция насыщения магнитопровода,

k0 – коэффициент заполнения окна магнитопровода,

kс – коэффициент заполнения стали.

Упрощенные формулы справедливы только для тех случаев, которые эти упрощения определяют. Поэтому они не могут охватить все возможные ситуации и не будут обеспечивать приемлемую точность в большинстве из них.

Каждый из нас знает, что такое трансформатор. Он служит для преобразования напряжения в большее или меньшее значение. Когда мы приобретаем трансформатор в специализированных магазинах, как правило, в инструкции к ним имеется полное техническое описание. Вам нет необходимости считать все его параметры и измерять их, так как они все уже подсчитаны и выведены заводом-изготовителем. В инструкции вы сможете найти такие параметры, как мощность трансформатора, входное напряжение, выходное напряжение, количество вторичных обмоток, если их количество превышает одну.

Что делать, если вы приобрели б/у оборудование?

Но если к вам в руки попало уже использовавшееся оборудование и его функциональность вам неизвестна, необходимо самостоятельно рассчитать обмотку трансформатора и его мощность. Но как рассчитать обмотку трансформатора и его мощность хотя бы приблизительно? Стоит отметить, что такой параметр, как мощность трансформатора, очень важный показатель для данного устройства, так как от него будет зависеть, насколько функциональным будет устройство, собранное из него. Чаще всего его используют для создания блоков питания.

В первую очередь следует обозначить, что мощность трансформатора зависит от потребляемого тока и напряжения, которые необходимы для его функционирования. Для того чтобы подсчитать мощность, вам необходимо перемножить эти два показателя: силу потребляемого тока и напряжение питания устройства. Данная формула знакома каждому еще со школьной скамьи, выглядит она следующим образом:

P=Uн*Iн, где

Uн — напряжение питания, измеряется в вольтах, Iн — сила потребляемого тока, измеряется в амперах, P — потребляемая мощность, измеряется в ваттах.

Если у вас имеется трансформатор, который вы бы хотели измерить, то можете делать это прямо сейчас по следующей методике. Для начала необходимо осмотреть сам трансформатор и определиться с его типом и используемыми в нем сердечниками. Всматриваясь в трансформатор, необходимо понять, какой тип сердечника в нем используется. Самым распространенным считается Ш-образный тип сердечника.

Данный сердечник используется в не самых лучших трансформаторах, с точки зрения коэффициента полезного действия, но их вы можете легко найти на прилавках магазинов по продаже электротехники или выкрутить у старой и неисправной техники. Доступность и достаточно низкая цена делают их достаточно популярными среди любителей собрать устройство своими руками. Также можете приобрести тороидальный трансформатор, который иногда называют кольцевым. Он значительно дороже первого и обладает лучшим коэффициентом полезного действия и другими качественными показателями, используется в достаточно мощных и высокотехнологичных устройствах.

Вернуться к оглавлению

Самостоятельный расчет обмотки мощности трансформатора

Воспользовавшись книгами по радиотехнике и электронике, мы можем самостоятельно рассчитать со стандартным Ш-образным сердечником. Для того чтобы рассчитать мощность такого устройства, как трансформатор, необходимо правильно рассчитать сечение магнитопровода. Что касается стандартных трансформаторов с Ш-образным сердечником, размер сечения магнитопровода будет измеряться длиной поставленных пластин, выполненных из специальной электротехнической стали. Итак, для того чтобы определить сечение магнитопровода, необходимо перемножить два таких показателя, как толщина набора пластин и ширина центрального лепестка Ш-образной пластины.

Взяв линейку, мы сможем измерить ширину набора излучаемого трансформатора. Очень важно, что лучше всего все измерения проводить в сантиметрах, как и вычисления. Это сможет исключить появления ошибок в формулах и избавит вас от ненужных вычислений в переводы с сантиметров на метры. Итак, образно возьмем ширину рядов, равную трем сантиметрам.

Дальше необходимо измерить ширину его центрального лепестка. Данная задача может стать проблемной, так как многие трансформаторы могут по своим технологическим особенностям быть закрыты пластиковым каркасом. В таком случае вам будет нельзя, предварительно не видя реальной ширины, сделать какие-либо расчеты, которые хотя бы близко будут походить на реальные. Для того чтобы измерить данный параметр, вам понадобится поискать такие места, где это было бы возможно сделать. В ином случае можно аккуратно разобрать его корпус и измерить данный параметр, но стоит делать это с ювелирной точностью.

Вернуться к оглавлению

Формула расчета мощности

Найдя открытое место или разобрав прибор, вы сможете измерить толщину центрального лепестка. Абстрактно возьмем данный параметр, равный двум сантиметрам. Стоит напомнить, что, примерно рассчитывая мощность, следует как можно точнее проводить измерения. Далее вам необходимо перемножить размер набора магнитопровода, равного трем сантиметрам, и толщину лепестка пластины, равную двум сантиметрам. В итоге мы получаем сечение магнитопровода в шесть квадратных сантиметров. Чтобы делать дальнейший расчет, вам необходимо ознакомиться с такой формулой, как S=1,3*√Pтр, где:

1. S — это площадь сечения магнитопровода.2=20.35 Вт

   После всех подсчетов получаем абстрактное значение в 20,35 ватт, которое будет тяжело найти в трансформаторах с Ш-образным сердечником. Реальные значения колеблются в области семи ватт. Данной мощности будет вполне достаточно, чтобы собрать блок питания для аппаратуры, работающей на звуковых частотах и имеющей мощность в пределах от 3 до 5 ватт.

   Содержание:

   Многие электронные и радиотехнические устройства получают питание от нескольких источников постоянного напряжения. Они относятся к так называемым вторичным источникам питания. В качестве первичных источников выступают сети переменного тока, напряжением 127 и 220 вольт, с частотой 50 Гц. Для обеспечения аппаратуры постоянным напряжением, вначале требуется выполнить повышение или понижение сетевого напряжения до необходимого значения. Чтобы получить требуемые параметры, необходимо произвести расчет трансформатора, который выполняет функцию посредника между электрическими сетями и приборам, работающими при постоянном напряжении.

   Расчет силового трансформатора

   Для точного расчета трансформатора требуются довольно сложные вычисления. Тем не менее, существуют упрощенные варианты формул, используемые радиолюбителями при создании силовых трансформаторов с заданными параметрами.

   В начале нужно заранее рассчитать величину силы тока и напряжения для каждой обмотки. С этой целью на первом этапе определяется мощность каждой повышающей или понижающей вторичной обмотки. Расчет выполняется с помощью формул : P 2 = I 2 xU 2 ; P 3 = I 3 xU 3 ;P 4 = I 4 xU 4 , и так далее. Здесь P 2 , P 3 , P 4 являются мощностями, которые выдают обмотки трансформатора, I 2 , I 3 , I 4 — сила тока, возникающая в каждой обмотке, а U 2 , U 3 , U 4 — напряжение в соответствующих обмотках.

   Определить общую мощность трансформатора (Р) необходимо отдельные мощности обмоток сложить и полученную сумму умножить на коэффициент потерь трансформатора 1,25. В виде формулы это выглядит как: Р = 1,25 (Р 2 + Р 3 + Р 4 + …).

   Исходя из полученной мощности, выполняется расчет сечения сердечника Q (в см2). Для этого необходимо извлечь квадратный корень из общей мощности и полученное значение умножить на 1,2: . С помощью сечения сердечника необходимо определить количество витков n 0 , соответствующее 1 вольту напряжения: n 0 = 50/Q.

   На следующем этапе определяется количество витков для каждой обмотки. Вначале рассчитывается первичная сетевая обмотка, в которой количество витков с учетом потерь напряжения составит: n 1 = 0,97 xn 0 xU 1 . Вторичные обмотки рассчитываются по следующим формулам: n 2 = 1,03 x n 0 x U 2 ; n 3 = 1,03 x n 0 x U 3 ;n 4 = 1,03 x n 0 x U 4 ;…

   Любая обмотка трансформатора имеет следующий диаметр проводов:
   где I — сила тока, проходящего через обмотку в амперах, d — диаметр медного провода в мм. Определить силу тока в первичной (сетевой) обмотке можно по формуле: I 1 = P/U 1. Здесь используется общая трансформатора.

   Далее выбираются пластины для сердечника с соответствующими типоразмерами. В связи с этим, вычисляется площадь, необходимая для размещения всей обмотки в окне сердечника. Необходимо воспользоваться формулой: S м = 4 x (d 1 2 n 1 + d 2 2 n 2 +d 3 2 n 3 + d 4 2 n 4 + …), в которой d 1 , d 2 , d 3 и d 4 — диаметр провода в мм, n 1 , n 2 , n 3 и n 4 — количество витков в обмотках. В этой формуле берется в расчет толщина изоляции проводников, их неравномерная намотка, место расположения каркаса в окне сердечника.

   Полученная площадь S м позволяет выбрать типоразмер пластины таким образом, чтобы обмотка свободно размещалась в ее окне. Не рекомендуется выбирать окно, размеры которого больше, чем это необходимо, поскольку это снижает нормальную работоспособность трансформатора.

   Заключительным этапом расчетов будет определение толщины набора сердечника (b), осуществляемое по следующей формуле: b = (100 xQ)/a, в которой «а» — ширина средней части пластины. После выполненных расчетов можно выбирать сердечник с необходимыми параметрами.

   Как рассчитать мощность трансформатора

   Чаще всего необходимость расчета мощности трансформатора возникает при работе со сварочной аппаратурой, особенно когда технические характеристики заранее неизвестны.

   Мощность трансформатора тесно связана с силой тока и напряжением, при которых аппаратура будет нормально функционировать. Самым простым вариантом будет умножение значения напряжения на величину силы тока, потребляемого устройством. Однако на практике не все так просто, прежде всего из-за различия в типах устройств и применяемых в них сердечников. В качестве примера рекомендуется рассматривать Ш-образные сердечники, получившие наиболее широкое распространение, благодаря своей доступности и сравнительно невысокой стоимости.

   Для расчета мощности трансформатора понадобятся параметры его обмотки. Эти вычисления проводятся по такой же методике, которая рассматривалась ранее. Наиболее простым вариантом считается практическое измерение обмотки трансформатора. Показания нужно снимать аккуратно и максимально точно. После получения всех необходимых данных можно приступать к расчету мощности.

   Ранее, для определения площади сердечника применялась формула: S=1,3*√Pтр. Теперь же, зная площадь сечения магнитопровода, эту формулу можно преобразовать в другой вариант: Р тр = (S/1,3)/2. В обеих формулах число 1,3 является коэффициентом с усредненным значением.

   Расчёт трансформатора по сечению сердечника

   Конструкция трансформатора зависят от формы магнитопровода. Они бывают стержневыми, броневыми и . В стержневых трансформаторах обмотки наматываются на стержни сердечника. В броневых — магнитопроводом только частично обхватываются обмотки. В тороидальных конструкциях выполняется равномерное распределение обмоток по магнитопроводу.

   Для изготовления стержневых и броневых сердечников используются отдельные тонкие пластины из трансформаторной стали, изолированные между собой. Тороидальные магнитопроводы представляют собой намотанные рулоны из ленты, для изготовления которых также используется трансформаторная сталь.

   Важнейшим параметром каждого сердечника считается площадь поперечного сечения, оказывающая большое влияние на мощность трансформатора. КПД стержневых трансформаторов значительно превышает такие же показатели у броневых устройств. Их обмотки лучше охлаждаются, оказывая влияние на допустимую плотность тока. Поэтому в качестве примера для расчетов рекомендуется рассматривать именно эту конструкцию.

   В зависимости от параметров сердечника, определяется значение габаритной мощности трансформатора. Она должна превышать электрическую, поскольку возможности сердечника связаны именно с габаритной мощностью. Эта взаимная связь отражается и в расчетной формуле: S о хS с = 100 хР г /(2,22 * В с х j х f х k о х k c). Здесь S о иS с являются соответственно площадями окна и поперечного сечения сердечника, Рг — значение габаритной мощности, Вс — показатель магнитной индукции в сердечнике, j — в проводниках обмоток, f — частота переменного тока, k о и k c — коэффициенты заполнения окна и сердечника.

   Как определить число витков обмотки трансформатора не разматывая катушку

   При отсутствии данных о конкретной модели трансформатора, количество витков в обмотках определяется при помощи одной из функций мультиметра.

   Мультиметр следует перевести в режим . Затем определяются выводы всех имеющихся обмоток. Если между магнитопроводом и катушкой имеется зазор, то сверху всех обмоток наматывается дополнительная обмотка из тонкого провода. От количества витков будет зависеть точность результатов измерений.

   Один щуп прибора подключается к концу основной обмотки, а другой щуп — к дополнительной обмотке. По очереди выполняются измерения всех обмоток. Та из них, у которой наибольшее сопротивление, считается первичной. Полученные данные позволяют выполнить расчет трансформатора и вместе с другими параметрами выбрать наиболее оптимальную конструкцию для конкретной электрической цепи.

   Габаритная мощность трансформатора » Радиоэлектроника

   Формула для расчета габаритной мощности сердечника имеет последующий вид:

   где:

   Pгаб — габаритная мощность, Вт,

   ? — КПД трансформатора,

   Sc — площадь поперечного сечения сердечника, см2,

   So — площадь поперечного сечения окна, см2,

   f — рабочая частота трансформатора, Гц,

   B — магнитная индукция, T,

   j — плотность тока в проводе обмоток, A/мм2,

   Km — коэффициент наполнения окна сердечника медью,

   Kc — коэффициент наполнения сечения сердечника сталью.

   При конструировании и расчете трансформатора выбором размеров сердечника достигают, чтоб его габаритная мощность была равна либо больше нужной электронной мощности трансформатора. Типоразмер сердечника и, соответственно, его габаритную мощность выбирают больше, если витки обмоток (катушка трансформатора) не умещаются в окне нужного сердечника номинального типоразмера.

   Электронная мощность трансформатора выражается последующей формулой:

   где:

   Pтр — электронная мощность трансформатора, Вт,

   P1 — мощность первичной обмотки, Вт,

   P2 — сумма мощностей вторичных обмоток, Вт.

   Нам нет необходимости на данный момент рассчитывать габаритные мощности сердечников по вышеприведенной формуле. Всё это посчитано за нас и сведено в таблицы. Пример таковой таблицы приведен на Рис.1. В данной таблице габаритная мощность обозначена как P50, другими словами мощность при частоте питающей сети 50 Гц. Нужно держать в голове, что при увеличении частоты питающей сети габаритная мощность такого же сердечника пропорционально возрастает, исходя из формулы, приведенной в самом начале статьи.

   Таблица 1. Витые разрезные магнитопроводы.

   Если у Вас появился вопрос относительно марок сердечников ШЛ…. и ПЛ…. можно посмотреть на Рис.1. Думаю, в нем всё ясно и без комментариев.

   Рис 1. Витые разрезные магнитопроводы.

   Познание габаритной мощности сердечника поможет нам приблизительно, с 1-го взора (либо измерением геометрических размеров) оценить мощность трансформатора, сделанного с его применением.

   Давайте попробуем провести эту операцию над трансформаторами, показанными на Рис.2.

   Рис 2. Трансформаторы.

   Измерения габаритов сердечников проводились при помощи штангенциркуля (либо линейки) и сведены в Таблицу 2.

   Таблица 2. Результаты измерений.

   Сопоставляя измеренные данные — Таблица 2 и данные соответственных размеров из Таблицы 1, избираем более близкие значения и смотрим величину P50 в этой строке. Это и будет значением габаритной мощности для нашего сердечника (трансформатора).

   Габаритная мощность — Энциклопедия по машиностроению XXL

   Электропривод главных механизмов осуществляется на постоянном токе с управлением по системе генератор-двигатель и с применением силовых магнитных усилителей для возбуждения генераторов. Принятая система управления, в отличие от систе-М.Ы трехобмоточного генераторного двигателя на экскаваторах СЭ-3 и ЭКГ-4, обладает простотой исполнения и наладки, высокой надежностью, малым количеством реле и контактов. Более полно используются габаритные мощности генераторов, сокращается время разгона, торможения и всего рабочего цикла машины. Возбудители собственных нужд имеют термомагнитные шунты. Этим достигается постоянство характеристик независимо от изменения наружной температуры воздуха и нагрузки. Новая система обеспечивает- максимальное совпадение статических и динамических характеристик.  [c.16]
   Бы ю изготовлено и испытано 12 таких двигателей мощностью 5—30 кВт с разной конструкцией наружного радиатора и различными способами его охлаждения [127, 128, 130, 133]. Применение ЦТТ привело к снижению перегрева статорной обмотки на 20—40 %, что позволяет повысить габаритную мощность таких двигателей на 15—20 % или существенно расширить диапазон изменения частоты вращения регулируемых двигателей. Отмечено существенное (на 1,5—2,5 %) повышение КПД этих двигателей.  [c.136]

   Экономическая эффективность использования ЦТТ во многом зависит от исходной стоимости машины и до-лп греющих потерь в роторе. Чем выше эти показатели, тем больше экономия. Степень снижения температуры обмотки, а также повышения габаритной мощности не являются единственным критерием эффективности применения ЦТТ в этих машинах. Экономический эффект от повышения КПД асинхронных двигателей может быть во много раз больше, чем от увеличения габаритной мощности.  [c.137]

   Двигатели типа М50 по удельному весу и габаритной мощности превосходят все отечественные и зарубежные образцы.  [c.18]

   Габаритная мощность характеризует максимальную производительность единицы габаритного объема двигателя.  [c.66]

   После умножения и деления выражения габаритной мощности (см. формулу 25) на литраж У двигателя получим следующую формулу габаритной мощности  [c.66]

   Наиболее рациональной для дорожных машин с четырьмя мотор-колесами является схема главной цепи с жестким последовательно-параллельным соединением тяговых двигателей независимого возбуждения (рис. 13). Расположение электрических машин, тормозных сопротивлений Ш и 2Я и контактов 1КТ и 2КТ на схеме соответствует рекомендуемому их размещению в плане на машине. По сравнению с другими возможными вариантами такая схема имеет следующие преимущества оптимальные значения габаритных мощностей генератора и двигателей мотор-колес при одноступенчатых редукторах  [c.52]

   При типовых заданиях на расчет и == 0,1 или = 50° С при частоте 50 или 400 Гц) для каждого из этих условий и для всех типоразмеров УС рассчитаны мощности трансформаторов Р , которые им соответствуют. Они сведены в расчетные таблицы ( 12.7, табл. 12.42—12.47) для всех рядов УС. При проектировании выбирают ближайший типоразмер УС, для которого Я. > Рг. где Рг — требуемая габаритная мощность.  [c.401]

   Выбор типа сердечника Д производится так же, как в случае силовых Т по габаритной мощности ( 12.2).  [c.418]

   Удельная (габаритная) мощность двигателя  [c.41]

   Широкое использование турбокомпрессоров дало возможность увеличить габаритную мощность отечественных тепловозных двигателей в 1,5—2,5 раза (табл. 1).  [c.5]

   
   Появление и развитие этих двигателей оказалось неизбежным в результате общей для техники тенденции к повышению габаритной мощности при высокой экономичности.  [c.9]

   Известно, что габаритные размеры дизелей, устанавливаемых в корпусных машинах, оцениваются показателем габаритной мощности  [c.148]

   Как следует из дайной формулы, габаритная мощность дает лишь относительную оценку занимаемого двигателем объема. В дополнение к этому габаритному параметру, как правило, резко ограничивается размер по вертикали, что вытекает из стремления снизить общую высоту машины.  [c.149]

   В результате габаритная мощность у дизеля с воздушным охлаждением меньше, чем у дизеля с жидкостным охлаждением (на 40— 50%).  [c.371]

   Показатели совершенства конструкции. При сравнении различных двигателей наряду с индикаторными и эффективными показателями пользуются такими параметрами, как поршневая (кВт/дм2) и литровая мощности ЛГд (кВт/л), удельная масса (кг/кВт) и габаритная мощность N. 6 двигателя (кВт/мЗ).  [c.264]

   Важной характеристикой совершенства конструкции является габаритная мощность, представляющая собой отношение эффективной мощности к объему описанного параллелепипеда, грани которого касаются крайних точек контура двигателя = Ng/ LBH).  [c.264]

   Применение электроприводов с ПЧИ позволяет обеспечить требуемые скорости, а также регулирование в зоне скоростей выше номинальной. В таких системах достигается максимальное использование габаритной мощности двигателя, однако сложность ПЧИ ограничивает их область применения. В системах только с частотным управлением на систему регулирования преобразователя возлагаются сложные функции регулирования напряжения и частоты по требуемому закону и с целью оптимизации режима работы электропривода.  [c.225]

   Мощность Рс.а, потребляемая трансформатором выпрямителя от сети, развивает на потребителе истинную мощность Р , часть из которой Рн.ср — условная мощность — является полезной для потребителя. Определим размеры трансформатора для обеспечения условной мощности Рн ср на выходе выпрямителя. Эти размеры определяются так называемой типовой или габаритной мощностью трансформатора, равной среднеарифметической величине, из его расчетных мощностей  [c.80]

   Габаритная мощность трансформатора  [c.205]

   Уточняем габаритную мощность-трансформатора  [c.207]

   По рис. 5.3 для сердечника типа Ш габаритной мощностью 400 В. А находим произведение Q Qq -= 500 см». Ширина среднего стержня  [c.207]

   Любой механизм на тепловозе, являющийся источником энергии, ее преобразователем или потребителем, представляет собой источник колебаний, в том числе звуковых. Чем больше мощность механизма на единицу объема или его поверхности, тем больше вызываемый им шум. С ростом удельной габаритной мощности и быстроходности дизелей вопрос о снижении и мерах борьбы с распространением шумов становится все более актуальным. Шум, как известно, представляет собой сложный звуковой процесс с богатым спектром звуковых волн. Учитывая отчетливо выраженную способность человеческого уха оценивать не абсолютное, а относительное изменение силы звука, за единицу ( объективную ) измерения разности логарифмических уровней силы звука принимают децибел, равный 0,1 бела, а уровень шума дизелей в соответствии с ОСТ 24.060.12—72 оценивается величиной уровня звукового давления, вычисляемого по формуле  [c.217]

   При заданных габаритных диаметрах наблюдается стабильное оптимальное соотношение длин сельсина (42%) и КВТ (58%). Оптимальное соотношение мощностей сельсина и КВТ зависит от габаритного диаметра. С увеличением габаритного диаметра доля активной мощности, потребляемой собственно сельсином, увеличивается.  [c.204]

   Если последовательности (7.18) — (7.20) рассматривать как дискретные аналоги непрерывных функций, то путем построения кривых по заданным точкам легко получить характеристики опти- мального ряда типа Но(Р), Zi(P) …, Zp P). Аналогичным путем можно построить зависимости от Р для. любых расчетных проектных данных, однозначно определяемых через Zi,. .., Zp. В качестве Р может рассматриваться как мощность электромеханического преобразователя, так и другие данные, например габаритные диаметры и т. п. Ниже приводятся два примера построения закономерностей оптимального ряда, которые более подробно изложены  [c.205]

   Основные геометрические размеры в функции мощности представлены на рис. 7.2, б. Эти характеристики не учитывают ограничения на габаритные разме-  [c.206]

   
   Среди низковольтных асинхронных двигателей доля греющих потерь в роторе по отношению к суммарным максимальна в двигателях с массивным ротором, где она достигает 60—80 %. Изготовлено и испытано три таких двигателя мощностью 1,5 3,5 и 7 кВт с разной конструкцией наружного радиатора и различными способами его охлаждения (самовентиляцией или вентилятором с независимым приводом) [126, 129, 132]. Применение ЦТТ в этих двигателях позволило в 1,5—2 раза увеличить их габаритную мощность и существенно улучшить КПД (на 5—10%). Например, у двигателя мощностью 7 кВт, изготовленного на базе серийного асинхронного двигателя 4А160М4 [126], КПД достигал  [c.134] На рис. 42, в [134] показана зависимость возможного увеличения габаритной мощности машин за счет применения тепловой трубы в валу от доли греющих потерь Б роторе. Эта зависимость относится к машинам, мощность которых близка к оптимальной для применошя ЦТТ, Эффективность их применения значительно возрастает, если исходный двигатель не имеет наружного обдува, что характерно для двигателей с глубоким регулированием частоты вращения.  [c.136]

   Однако при сравнении двух судовых моторных установок (газотурбинной трехвальной установки Роллс-Ройс мощностью 5400 л. с., с общей степенью повышения давления около 18, с двумя степенями промежуточного охлаждения и регенерацией, и установки с турбопоршневым двигателем, с противоположно двигающимися поршнями такой же мощности) оказалось, что габаритная мощность у турбопоршневого двигателя в 1,5 раза больше, чем у газотурбинного, удельный расход в 2 раза меньше при одинаковом весе двигателей.  [c.135]

   Одно из основных тактико-технических требований к танковому двигателю — малый габарит. Поэтому главнейшим оценочным параметром, характеризующим форсирование танкового двигателя, служит так называемая габаритная мощность. Габаритная мощность есть отношение максимальной эффективной мощности двигателя к его габаритному объему, то есть  [c.66]

   Конструктивная компактность двпгателей характерпзуется габаритной мощностью (в кВт/м )  [c.370]

   После деления п умнончсния на рабочий объем цилиндров V габаритная мощность выразится через произведение коэффициента компактности г ) = VJVr на литровую мощность Na, т. е. Nr = = N д.  [c.370]

   Габаритная мощность V-образных дизелей с жидкостным охлаждением значительно выше (270—325 кВт/ы ), чем при воздушном (155—185 кВт/м ). С увеличением числа цплиндров N заметно возрастает, например, при жидкостном охлаждении с 270 кВт/м (шестицилиндровые двигатели) до 325 кВт/м (двенадцатицилиндровые). У однорядных дизелей мощность N в среднем достигает 190 кВт/м (четырехцилиндровые) и 215 кВт/м (шестицилиндровые).  [c.370]

   Дроссель Ь9 в цепи накала намотан одновременно тремя проводами иа ферг ритовом стержне диаметром 12 мм и длиной 140 мм из материала Ф-600. Число витков — 40. Диаметр крайних проводов дросселя, через которые проходит ток накала, 1,5 мм,, диаметр среднего провода, пропускающего катодный ток, 0,5 мм. Накальный трансформатор Т1 обеспечивает напряжение 2 X 6,5 В при токе 8 А. Его габаритная мощность 110 Вт. Катушки Ь1…Ы, намотанные на резисторах Я1…Я4 типа МЛТ-2, содержат 5 витков провода ПЭВ-2 циаметром 0,62 мм.. Анодный дроссель 1 намотан проводом ПЭЛШО-0,35 на фарфоровом каркасе диаметром 20—25 мм и высотой 150 мм. Число витков — 150, ближние к аноду 50 иитков намотаны с шагом 0,5 мм. Дроссели Ь7 и любого типа.  [c.172]

   Габаритную мощность трансформатора можно определить по рис. 5.3, вычислив произведение QДo Кривые для сердечников типа П и ШЛ з анимают промежуточное положение между кривыми для сердечников Ш и ПЛ. По этим Же кривым, зная необходимую мощность трансформатора и выбрав тип сердечника, можно определить необходимое произведение Ширину стержня  [c.203]

   Габаритную мощность трансформаторов, питающих усилители мощности ТЛГ и ОМ сигналов в режимах С и В, которые характеризуются малым потреблением энергии в паузах сигнала, с точки зрения теплового режима можио снизить на 30—40 %. Однако это влечет за собой увеличение сопротивления трансформатора, что приводит к возрастанию нестабильности напряжения питания. В высоковольтных трансформаторах толщина шате-риала каркаса (в миллиметрах) должна быть не менее максимального напря жения обмотки (в киловольтах.).  [c.204]

   Транспортные ГТУ щироко применяются в качестве главных и форсажных двигателей самолетов (турбореактивных и турбовинтовых) и судов морского флота. Это связано с возможностью получения рекордных показателей по удельной мощности и габаритным размерам по сравнению с другими типами двигателей, несмотря на несколько завыщенные расходы топлива. Газовые турбины весьма перспективны как двигатели локомотивов, где их незначительные габариты и отсутствие потребности в воде являются особенно ценными. Транспортные ГТУ работают в щироком диапазоне нагрузок и пригодны для кратковременных форсировок.  [c.176]

   Конструктивные особенности деталей из композитиюнных материалов обусловлены физико-механическими и технологическим свойствами, способами их получения. Прочностные и точностные характеристики деталей во многом зависят от их конструктивного оформления. Следует всегда стремиться к упрощению конструкции детали как по технологическим и эксплуатационным, так и по экономическим соображениям. Чем проще конструкция детали, тем дешевле технологическая оснастка, ниже себестоимость, выше производительность труда, точность и качество получаемых деталей. Габаритные размеры деталей определяют мощность оборудования (пресса, литьевой машины и т, д.). При проектировании деталей  [c.438]

   
   Для полного использования мощности станка необходимо выбирать станок в соответствии с габаритными размерами обрабатываемоц детали и работать с такими режимами резания, чтобы мощность на резце, затрачиваемая для снятия стружки, с учетошкоэффициента полезного действия (к. п д.) станка максимально приближалась, к мощности установленного на станке электродвигателя. Особенно необходимо добиваться полного использования мощности станка, исходя из которой и рассчитывается его конструкция, при обдирочных работах. При чистовой, отделочной обработке это требование не всегда удается выполнить, так как выбор элементов режима резания находится в зависимости от необходимой степени точности и класса шероховатости обрабатываемой поверхности.  [c.123]

   Рабочая компоновка. После сравнительного анализа и выбора окончательного варианта составляют рабочую компоновку, служашую исходньии материалом для рабочего проектирования. На рабочей компоновке (рис. 28) проставляют основные увязочные, присоединительные и габаритные размеры, размеры посадочных и центрирующих соединений, тип посадок и классы точности, номера шарикоподшипников. Указывают также максимальный и минимальный уровень масла в маслоотстойнике. На поле чертежа приводят основные характеристики агрегата (производительность, напор, частоту и направление вращения, потребляемую мощность, марку электродвигателя) и технические требования (проверка водяных полостей насЬса гидропробой, испытание крыльчатки на прочность под действием центробежных сил и др.). На основании рабочей компоновки производят проверочный расчет на Прочность.  [c.99]

   Анализ и обобщение результатов оптимизации для различных значений габаритных размеров и потребляемой мощности позволяют получить ряд рекомендаций по выбору конструктивных данных сельсинов рассматриваемого типл. Обмотки роторов собственно сельсинов и КВТ следует выполнять проводами с максимально возможными по технологическим условиям сечениями, что обеспечивает минимальное число витков и снижает потери >ющности. Рабочие зазоры сельсина и КВТ целесообразно выполнять на минимально допустимых уровнях.  [c.203]

   ---

   Тульский завод трансформаторов

   В конечном счете, мощность трансформатора определяется его допустимым нагревом. Нагрев трансформатора вызван нагревом его магнитопровода (сердечника) и нагревом проводов обмоток. Нагрев сердечника определяется свойствами электротехнической стали (так называемыми удельными потерями, которые зависят от величины электромагнитной индукции) и не зависит от величины нагрузки, подключенной к трансформатору. Нагрев проводов обмоток определяется величиной тока, протекающего через обмотки, и удельного сопротивления материала обмоток (как правило, используются медные провода, реже — алюминиевые). Мощность нагрева обмоток пропорциональна квадрату силы тока и омическому (активному) сопротивлению обмотки. Таким образом, минимальный нагрев трансформатора будет иметь место в режиме холостого хода, когда нагрев обмоток минимален — через первичную обмотку протекает только ток холостого хода, а через вторичную обмотку ток совсем не протекает.

   Большинством производителей проектируют трансформаторы таким образом, чтобы при полной нагрузке перегрев трансформатора (то есть превышение его температуры над температурой окружающей среды) не превышал 50…70 °. Если нагрузка трансформатора превысит номинальную, то температура перегрева превысит расчетную величину. Это приведет к ускоренному старению материалов трансформатора и к уменьшению срока его службы. При дальнейшем увеличении температуры перегрева трансформатор выйдет из строя. Однако температура перегрева может быть снижена применением принудительного охлаждения трансформатора — например, с помощью воздушного охлаждения (обдув вентилятором) или водяного охлаждения (прокачка холодной воды через специальную систему охлаждения, совмещенную с магнитопроводом или обмотками трансформатора). Следовательно, применение дополнительного охлаждения позволяет увеличить мощность, которую трансформатор способен отдать в нагрузку.

   Можно также снизить нагрев применением проводов большего сечения. Однако для их размещения потребуется магнитопровод больших размеров (габаритов), и в результате получится трансформатор большей габаритной (номинальной) мощности. Поэтому увеличение номинальной мощности трансформатора сопряжено с увеличением его размеров (при сохранении температуры перегрева в допустимых пределах). Следует также заметить, что увеличение размеров трансформатора приводит к увеличению площади поверхности теплоотдачи и дает возможность рассеиванию большей тепловой мощности потерь в окружающую среду.

   Нет, не зависит. Мощность, отдаваемая в нагрузку (номинальная мощность трансформатора) определяется только током и напряжением нагрузки (или вторичной обмотки, что одно и то же). Поскольку мощность трансформатора, как было показано выше (в ответе на вопрос 1) определяется допустимым нагревом обмоток, который, в свою очередь, пропорционален квадрату тока, для работы трансформатора не имеет значения, какая доля тока является активной, а какая реактивной. Как известно, соотношение активной и реактивной составляющей тока (а также напряжения или мощности) количественно определяется косинусом ФИ (Cosφ). При выборе трансформатора имеет значение только полная мощность, которую потребляет нагрузка и которая измеряется в ВА (вольт-амперы) и не имеет значения величина Cosφ.

   В режиме холостого хода нагрев трансформатора определяется потерями мощности в стали магнитопровода. Нагрев провода катушек на холостом ходу отсутствует, поскольку ток в цепи вторичной обмотки не протекает, а через первичную обмотку протекает незначительный ток холостого хода, который практически не нагревает обмотку. В режиме холостого хода перегрев трансформатора составляет от 5 ° до 15 °, если трансформатор рассчитан правильно, а напряжение сети соответствует номинальному. Если же напряжение сети превышает номинальное, то нагрев увеличится, поскольку увеличатся потери в стали сердечника за счет увеличения величины индукции. При значительном (более 10…15 %) увеличении питающего напряжения возникнет насыщение стали магнитопровода. При этом, помимо резкого увеличения мощности потерь в сердечнике, резко увеличится также и ток холостого хода, что вызовет существенный нагрев обмоток. При длительном воздействии повышенного напряжения трансформатор выйдет из строя из-за перегрева.

   Нет, нельзя. Мощность потерь на холостом ходу равна произведению напряжения и активной составляющей тока холостого хода. Ток холостого хода равен векторной сумме активной и реактивной составляющих, и без применения специальных измерительных приборов эти токи определить невозможно. Приблизительно можно руководствоваться следующей информацией: для тороидальных трансформаторов активная составляющая тока составляет 40…60 % от величины полного тока холостого хода; для трансформаторов с магнитопроводом из пластин активная составляющая тока равна 5…20 % от общего тока холостого хода.

   Увеличение числа витков первичной обмотки трансформатора при заданном магнитопроводе и заданном питающем напряжении приведет к снижению величины индукции и, следовательно, — к уменьшению величины тока холостого хода. Однако увеличение числа витков увеличит сопротивление обмоток трансформатора, что увеличит потери мощности в обмотках. Поскольку мощность потерь в обмотках нагруженного трансформатора в несколько раз больше мощности потерь в магнитопроводе, при увеличении числа витков КПД трансформатора уменьшится.

   Иногда для подбора выходного напряжения трансформатора прибегают к уменьшению или увеличению числа витков первичной обмотки. При этом следует знать следующее. Уменьшение числа витков приведет к увеличению величины индукции в стали магнитопровода и может привести к насыщению магнитопровода, следствием чего может быть перегрев трансформатора и выход его из строя (см. также ответ на вопрос 3). Увеличение числа витков приведет к увеличению нагрева трансформатора под нагрузкой, однако при этом будет повышена устойчивость трансформатора при возможных повышениях питающего напряжения — трансформатор в этом случае не войдет в насыщение. Кроме того, увеличение числа витков уменьшает пусковой ток включения трансформатора. Однако увеличение числа витков приводит к увеличению массы и стоимости трансформатора.

   Известно, что расчетная плотность тока уменьшается с увеличением габаритной мощности трансформатора. Так для трансформаторов мощностью 5…25 ВА плотность тока может составлять 5…10 А/мм2, а для трансформаторов мощностью 4…5 кВА она не превышает 1…2 А/мм2. Плотность тока выбирается из условий обеспечения требуемой температуры перегрева и зависит от множества факторов: соотношения размеров магнитопровода, условий охлаждения трансформатора, расчетной величины индукции и др. Поэтому она может быть определена путем решения сложной системы уравнений, описывающих работу трансформатора. Величины плотности тока применительно к трансформаторам на конкретных сердечниках приведены в книге Котенева С.В., Евсеева А.Н. «Расчет и оптимизация тороидальных трансформаторов и дросселей» (М.: Горячая линия — Телеком, 2013).

   Можно. Но при этом надо помнить, что при включении в питающую сеть наименьшего числа витков первичной обмотки (что соответствует наибольшему напряжению вторичной обмотки) трансформатор не должен входить в насыщение. Трансформатор должен быть рассчитан так, чтобы при подключении к питающей сети секции первичной обмотки с наименьшим числом витков величина индукции не превышала бы номинальную. Тогда при подключении к сети всей обмотки индукция будет иметь значение меньше номинального. При этом свойства электротехнической стали будут использоваться не в полном объеме, а трансформатор будет иметь избыточность (увеличенное число витков первичной обмотки). Вследствие этого — увеличенная масса, большая стоимость. К такому способу прибегают в тех случаях, когда сделать отводы во вторичной обмотке затруднительно по технологическим соображениям, а также для более точной подгонки выходного напряжения.

   Практически не зависит. Для заданного магнитопровода величина индукции зависит от числа витков и величины ЭДС (электродвижущей силы), действующей в обмотке. При работе трансформатора на нагрузку величина ЭДС несколько уменьшается, поскольку ток первичной обмотки вызывает падение напряжения на омическом сопротивлении этой обмотки. Величина этого падения составляет 1…5 %, примерно на такую же величину уменьшается и индукция в магнитопроводе трансформатора.

   Да, может работать. При увеличении частоты, например, в два раза величина индукции также снижается в два раза. Это следует из формулы (2.25) названной выше книги. Однако увеличение частоты магнитного потока приводит к увеличению потерь в стали магнитопровода (это следует из формулы (2.27) книги). Потери растут пропорционально степени 3/2 частоты и степени 2 (квадрату) индукции, поэтому при повышении частоты потери в магнитопроводе будут уменьшаться. Разумеется, все написанное верно при неизменном питающем напряжении. Часто возникает вопрос о возможности работы трансформаторов, рассчитанных на 50 Гц в сети с частотой 60 Гц (в ряде стран в сети именно такая частота). Из сказанного выше следует, что увеличение частоты сети с 50 Гц до 60 Гц никак не повлияет на работоспособность трансформатора.

   В тех случаях, когда мощности одного трансформатора недостаточно для питания потребителей, можно прибегнуть к параллельному или последовательному соединению обмоток трансформаторов. В зависимости от способа соединения первичной и вторичной обмоток возможны четыре различных варианта соединения трансформаторов. Варианты соединения сведены в таблицу.

   Способы соединения первичных и вторичных обмоток
   Первичные обмотки соединены:	Вторичные обмотки соединены:
   	Последовательно	Параллельно
   Последовательно	Одинаковость обмоток не требуется	Допустимо. Мощность нагрузки между трансформаторами распределяется пропорционально напряжением вторичных обмоток; если вторичные обмотки одинаковы, то мощности их равны
   Параллельно	Допустимо во всех случаях. Мощность нагрузки между трансформаторами распределяется пропорционально напряжениям вторичных обмоток; если вторичные обмотки одинаковы, то мощности их равны	Допустимо при одинаковости первичных и вторичных обмоток

   Действительно, иногда возникает ситуация, когда необходимо запитать однофазных потребителей от стандартной промышленной трехфазной сети. Задача преобразования трех фаз в одну довольно часто встречается, например, на различных производствах с мощными однофазными станками. В частном секторе также часто возникают проблемы невозможности равномерного распределения бытовых и профессиональных потребителей по трем фазам питающей сети частного дома.

   Казалось бы, можно однофазную нагрузку подключить к любой фазе сети. Но при этом, если потребитель достаточно мощный, а нагрузка по двум остальным фазам небольшая, может возникнуть так называемый перекос фаз: уменьшение напряжения на той фазе, к которой подключена нагрузка, и увеличение напряжения на двух других фазах. Чтобы этого не происходило, следует применять специальные трансформаторы, преобразующие трехфазное напряжение в однофазное. Такие трансформаторы решают проблему перекоса фаз, а также обеспечивают гальваническую развязку потребителей от питающей сети.

   Последовательное и параллельное соединение дросселей позволяет увеличить суммарную индуктивность и суммарный рабочий ток. Формулы для вычисления индуктивности и тока приведены в таблице. В таблице приняты следующие обозначения: L₁, L₂ и i₁, i₂ — соответственно номинальные значения индуктивности и тока первого и второго дросселей; L и I — суммарные значения индуктивности и тока двух дросселей, соединенных последовательно или параллельно.

   Вид соединения	Формулы для вычисления
   	Индуктивности	Тока
   последовательное	L = L1 + L2	i = i1 = i2
   параллельное		i = i1 + i2

   Пропитка трансформаторов и дросселей электротехническим лаком (Тульский завод трансформаторов использует лак марки МЛ-92) преследует несколько целей. Во-первых, пленка лака после высыхания обладает очень высокой электрической прочностью (то есть способностью без электрического пробоя выдерживать высокое напряжение) — для данного лака 40…65 кВ/мм. Во-вторых, лаковое покрытие обеспечивает определенную влагозащиту трансформатора от воздействия окружающей среды. В-третьих, пропитка лаком уменьшает подвижность витков магнитопровода и провода обмоток и несколько снижает уровень шума трансформатора или дросселя.

   На Тульском заводе трансформаторов пропитке подвергаются все дроссели и трансформаторы мощностью более 0,1 кВА.

   Как известно, в нашей стране питающая трехфазная сеть 380/220 В обязательно заземляется, то есть имеет, как говорят, гальваническую связь с землей. Поэтому в электрической бытовой розетке два провода неравнозначны: связанный с землей провод называется нулевым (или нейтральным) проводом, а второй провод называется фазным проводом. При касании фазного провода индикаторной отверткой индикатор светится, а при касании нулевого провода — нет. Если человек прикоснется рукой или другой частью тела к фазному проводу, через его тело будет протекать переменный ток. Величина этого тока будет зависеть от сопротивления тела человека и переходного сопротивления между телом и землей. Уменьшению переходного сопротивления способствует влажность обуви, пола, одежды. Человек начинает чувствовать ток величиной от 0,1…0,3 мА, а ток более 100 мА считается смертельным.

   Применение разделительного трансформатора позволяет значительно снизить риск поражения электрическим током, поскольку вторичная обмотка такого трансформатора не имеет гальванической связи с землей. Применение разделительного трансформатора необходимо также для обеспечения нормальной работы некоторых типов газовых котлов.

   Иногда в наличии оказывается трансформатор, рассчитанный на более высокое напряжение, чем напряжение питающей сети. Например, трансформатор рассчитан на напряжение 380 В, а его требуется подключить к сети 220 В, при этом напряжение вторичной обмотки оказывается достаточным для питания нагрузки. В таком случае следует иметь в виду, что трансформатор не сможет отдать в нагрузку номинальную мощность. Это связано с тем, что мощность равна произведению напряжения и тока; при уменьшении напряжения для сохранения мощности неизменной следует увеличить ток. Однако при увеличении тока через обмотки трансформатора будет увеличиваться нагрев обмоток, поскольку мощность потерь в обмотках будет возрастать пропорционально квадрату силы тока. Следовательно, при питании трансформатора пониженным напряжением необходимо так рассчитать режим работы, чтобы токи в обмотках не превышали номинальных величин. При этом мощность нагрузки снизится, то есть трансформатор не сможет отдать номинальную мощность.

   Два наиболее распространённых примера питания нагрузки током несинусоидальной формы: регулирование мощности в нагрузке с помощью тиристорного регулятора с фазоимпульсным управлением и зарядное устройство для автомобильного аккумулятора. В первом случае форма напряжения представляет собой резаную вертикальной линией синусоиду, поскольку тиристор открывается с задержкой относительно нуля напряжения. Во втором случае форма тока представляет собой набор узких импульсов, поскольку ток заряда течёт только в те моменты времени, когда мгновенное значение напряжения на выходе зарядного устройства превышает напряжение заряжаемого аккумулятора.

   При питании трансформатора напряжением, форма которого отличается от синусоидального, в общем случае нагрев трансформатора увеличится. Во-первых, увеличатся потери в стали магнитопровода. Это связано с тем, что в спектре несинусоидального напряжения имеются гармонические составляющие частот, кратных частоте основной гармоники 50 Гц. Как было показано в ответе на вопрос 10, увеличение частоты магнитного потока приводит к росту потерь в стали.

   Во-вторых, возрастут потери в проводах обмоток при том же среднем значении тока, что и для сигнала синусоидальной формы. Количественно это характеризуется коэффициентом формы напряжения или тока. Попросту говоря, ток синусоидальной формы способен перенести большее количество энергии, чем ток такой же величины, но несинусоидальной формы. Это следует учитывать при выборе номинальной мощности трансформатора.

   Удельное сопротивление алюминия в полтора раза больше, чем удельное сопротивление меди. Поэтому, для сохранения температуры перегрева трансформатора неизменной, сечение алюминиевого провода должно быть в полтора раза больше, чем сечение медного провода. Для укладки алюминиевого провода в общем случае необходим магнитопровод большего размера, чем для размещения медного провода. Следует также учитывать, что плотность (удельная масса) алюминия в три раза меньше аналогичного параметра меди; обмотки из алюминиевого провода при прочих равных условиях будут иметь массу примерно вдвое меньшую, чем обмотки из медного провода. Однако необходимость применения магнитопровода большего размера может привести к увеличению массы трансформатора. Кроме того, паять алюминий гораздо сложнее, чем медь, необходимо применять специальные флюсы и припои. В то же время трансформатор с обмотками из алюминиевого провода будет несколько дешевле, нежели его аналог с медными проводами.

   Исходя из возможностей намоточного оборудования, разные производители для трансформаторов одной и той же мощности могут применять магнитопроводы с разным соотношением высоты к диаметру. Это первая причина различия в размерах трансформаторов одинаковой номинальной мощности. Другая причина — разные производители могут задавать разные температуры перегрева трансформатора. Выше, в ответе на вопрос 1, было показано, что увеличение температуры перегрева трансформатора приводит к снижению его размеров и массы. Поэтому, если имеются два трансформатора одинаковой номинальной мощности, но разных размеров, можно с уверенностью утверждать: меньший трансформатор будет сильнее нагреваться во время работы.

   Если не рассматривать заведомо неверно рассчитанный и неправильно изготовленный трансформатор, то есть две главные группы причин выхода из строя трансформаторов: 1) неосторожное обращение при транспортировке и монтаже и 2) неправильная эксплуатация трансформатора. Трансформаторы боятся ударов, поскольку при ударе деформируются провода обмоток, а эмалевая изоляция повреждается; это может вызвать замыкание соседних витков обмоток, что приводит к локальным коротким замыканиям и резкому повышению температуры в местах таких замыканий. При этом величина выходного напряжения трансформатора будет отличаться от своего номинального значения. При монтаже трансформаторов следует помнить, что вся поверхность тороидального трансформатора образована витками проводов обмоток, и производить затяжку крепежных элементов (чашек) следует крайне осторожно. На Тульском заводе трансформаторов для трансформаторов мощностью 1,6 кВА и выше (а по желанию заказчика — и на меньшую мощность) применяются методы крепления, полностью исключающие механическое воздействие на витки обмоток.

   При эксплуатации трансформаторов мощность подключённой нагрузки не должна превышать номинальную мощность трансформатора. Температура окружающей среды должна быть такой, чтобы температура трансформатора не превысила 120 °С (предельная температура нагрева эмальпровода). Чем меньше температура, тем медленнее происходит старение проводов обмоток. Одной из наиболее частых причин выхода из строя трансформаторов является их длительный перегрев по причине короткого замыкания в цепи нагрузки или подключения нагрузки с мощностью, превышающей номинальную мощность трансформатора. При таком перегреве происходит осыпание эмалевой изоляции проводов обмоток, что приводит к замыканию витков, ещё большему нагреву и, в конечном итоге, к расплавлению провода обмотки. Предохранитель в таких случаях срабатывает не всегда, поскольку перегрев может происходить при незначительном, но длительном превышении номинального тока.

   Нет, нельзя. В основе работы трансформатора лежит закон электромагнитной индукции, который предусматривает изменение магнитного потока по величине и направлению. Это можно обеспечить подачей только переменного напряжения на первичную обмотку трансформатора. Напряжение автомобильного аккумулятора (равно как и любого другого химического источника электроэнергии) является постоянным (по величине и направлению). Для преобразования постоянного напряжения в переменное, пригодное для подачи на трансформатор, следует применять специальные коммутаторы на механических или электронных элементах. Устройство, включающее в себя коммутатор и трансформатор и предназначенное для преобразования постоянного напряжения в переменное, называется инвертором.

   Такой вопрос иногда возникает, и он не так банален, как может показаться на первый взгляд. Возникает он обычно потому, что первичная обмотка трансформатора напоминает обмотку дросселя. Можно ли обмотку трансформатора использовать в качестве дросселя?

   Вначале — о различиях. Главная функция трансформатора — изменять величину напряжения, подводимого к первичной обмотке. Главная функция дросселя — обеспечивать определённую (и постоянную) величину индуктивности в диапазоне токов от нуля до некоторого номинального значения. Невозможность дросселя выполнить функцию трансформатора обусловлена отсутствием в дросселе вторичной обмотки. В то же время, первичная обмотка трансформатора в некоторых условиях может выполнять функцию дросселя, но индуктивность такого «дросселя» будет существенно зависеть от величины протекающего тока. Чтобы исключить такую нежелательную зависимость, дроссели на сердечниках из трансформаторной стали обязательно имеют немагнитный зазор, который уменьшает относительную магнитную проницаемость, но позволяет обеспечить неизменность величины индуктивности во всём диапазоне рабочих токов дросселя. Кстати, существуют устройства, имеющие свойства и трансформаторов, и дросселей. Их называют трансреакторами. Реактор — одно из названий дросселя. Трансреакторы выполняются на магнитопроводах с немагнитным зазором и имеют первичную и вторичную обмотки. Подробно о трансреакторах написано в разделе «Информация».

   ::: SKM Power * Tools ::: ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДЛЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ

   	Кривые повреждения оборудования Трансформаторы
   	Информация, представленная в этом руководстве по применению, предназначена для просмотра, утверждения, интерпретации и применения только зарегистрированным профессиональным инженером.SKM не несет никакой ответственности, связанной с использованием и интерпретацией этой информации. Воспроизведение этого материала разрешено при условии получения надлежащей ссылки на SKM Systems Analysis Inc. Цель Цель данного руководства — предоставить основную информацию о кривых повреждений трансформатора при коротком замыкании и характерных ориентирах, необходимых для своевременного нанесения на график. -токовые кривые для максимальной токовой защиты оборудования.Кривые повреждений определены в стандартах IEEE в расчете на единицу номинальной базовой мощности (кВА) трансформатора и не корректируются с изменениями сердечника, материала обмотки или метода охлаждения. Ампер полной нагрузки (FLA) FLA — это номинальная длительная допустимая токовая нагрузка трансформатора при заданной температуре окружающей среды и допустимом повышении температуры, см. Таблицу 1. Ярлык FLA расположен на кривой время-ток (TCC). ) в первой декаде на 1000 секунд. Общее повышение температуры трансформатора OA 65 ° C при средней / максимальной температуре окружающей среды 30/40 ° C составляет 110/120 ° C. Эти температуры превышают номинал изоляции трансформатора 105 ° C и разрешены стандартами.
   	Таблица 1 Температурные характеристики трансформатора
   	Охлаждение Метод авен. / Макс. Amb.Темп. Горячая точка Темп. Темп. Подъем Общая темп. Подъем Insul. Темп. Макс.намотка SC Темп. AA 30 ° C / 40 ° C 15 ° С 20 ° С 25 ° С 30 ° С 30 ° С 75 ° С 90 ° С 115 ° С 130 ° С 150 ° С 120 ° С / 130 ° С 140 ° С / 150 ° С 170 ° С / 180 ° С 190 ° С / 200 ° С 210 ° С / 220 ° С 130 ° С 150 ° С 180 ° С 200 ° С 220 ° С 300 ° С 350 ° С 400 ° С 425 ° С 450 ° С ОНАН (ОА) 30 ° C / 40 ° C 10 ° С 15 ° С 55 ° С 65 ° С 95 ° C / 105 ° C 110 ° С / 120 ° С 105 ° С 200 ° C-Al 250 ° C-CU
   	Кривые стойкости (повреждения) SC ANSI C57.109 определяет характеристики повреждения маслонаполненных силовых трансформаторов, см. Таблицы 2-5. ANSI C57.12.59 определяет характеристики повреждения сухих трансформаторов, см. Таблицы 6 и 7. Кривые повреждения при сквозном токе повреждения не предназначены для перегрузки. В стандартах указано: «Если ток короткого замыкания выходит за пределы кривой теплового повреждения, может быть повреждена изоляция, или если ток короткого замыкания выходит за пределы кривой механического повреждения, может возникнуть совокупное механическое повреждение. Достоверность этих кривых пределов повреждения не может быть продемонстрирована испытанием, так как эффекты прогрессируют в течение срока службы трансформатора.Они основаны главным образом на обоснованной инженерной оценке и благоприятном историческом полевом опыте «.
   	Кривые повреждений нанесены на верхние 3 декады TCC от 2 до 1000 секунд.
   	Таблица 2 Жидкостные трансформаторы категории I 5-500 кВА 1-φ 15-500 кВА 3-φ Частые (механические повреждения) или нечастые неисправности (термическое повреждение) x Номинальный ток Время I2t 1-φ 3-φ (А стр.ед.) (сек) (А о.е.-сек) (кВА) (кВА) 2 1800 7200 5-500 15-500 3 300 2700 5-500 15-500 4,75 60 1354 5-500 15-500 6.3 30 1191 5-500 15-500 11,3 10 1277 5-500 15-500 25 2 1250 5-500 15-500 35 1.02 1250 5-100 15-300 40 0.78 1250 5-75 15-75
   	Таблица 3 Жидкостные трансформаторы категории II 501-1667 кВА 1-φ 501-5000 кВА 3-φ Редкие неисправности (термическое повреждение) x Номинальный ток Время I2t (А стр.ед.) (сек) (А о.е.-сек) 2 1800 7200 3 300 2700 4,75 60 1354 6.3 30 1191 11,3 10 1277 25 2 1250 Частые неисправности (включая нечастые баллы плюс) Очки механических повреждений x Номинальный ток Время I2t (А стр.ед.) (сек) (А о.е.-сек) 0,7 / Z 2551 Z2 1250 0,7 / Z 4,08 К 1.0 / Z 2 К
   	Таблица 4 Жидкостные трансформаторы категории III 1668-10,000 кВА 1-φ 5001-30,000 кВА 3-φ Редкие неисправности (термическое повреждение) x Номинальный ток Время I2t (А стр.ед.) (сек) (А о.е.-сек) 2 1800 7200 3 300 2700 4,75 60 1354 6.3 30 1191 11,3 10 1277 25 2 1250 Частые неисправности (включая нечастые баллы плюс) Очки механических повреждений x Номинальный ток Время I2t (А стр.ед.) (сек) (А о.е.-сек) 0,5 / Z 5000 Z2 1250 0,5 / Z 8 К 1.0 / Z 2 К
   	Таблица 5 Жидкостные трансформаторы категории IV Более 10,000 кВА 1-φ Свыше 30,000 кВА 3-φ Частые (механические повреждения) или нечастые неисправности (термическое повреждение) x Номинальный ток Время I2t (А стр.ед.) (сек) (А о.е.-сек) 2 1800 7200 3 300 2700 4,75 60 1354 6.3 30 1191 11,3 10 1277 25 2 1250 Частые (механические повреждения) или нечастые неисправности (термическое повреждение) x Номинальный ток Время I2t (А стр.ед.) (сек) (А о.е.-сек) 0,5 / Z 5000 Z2 1250 0,5 / Z 8 К 1.0 / Z 2 К
   	IEEE Std C57.12.01 определяет 3 категории сухих трансформаторов. Однако IEEE Std C57.12.59 определяет кривые повреждения только для трансформаторов категорий I и II. Кривые повреждения трансформаторов категории III, 1668–10 000 кВА 1-φ, 5001–30 000 кВА 3-φ не определены.
   	Таблица 6 Сухие трансформаторы категории I 1-500 кВА 1-φ 15-500 кВА 3-φ Частые (механические повреждения) или нечастые неисправности (термическое повреждение) x Номинальный ток Время I2t (А стр.ед.) (сек) (А о.е.-сек) 3,5 100 1250 11,2 10 1250 25 2 1250
   	Таблица 7 Сухие трансформаторы категории II 501-1667 кВА 1-φ 501-5000 кВА 3-φ Редкие неисправности (термическое повреждение) x Номинальный ток Время I2t (А стр.ед.) (сек) (А о.е.-сек) 3,5 100 1250 11,2 10 1250 25 2 1250 Частые неисправности (включая нечастые баллы плюс) Очки механических повреждений x Номинальный ток Время I2t (А стр.ед.) (сек) (А о.е.-сек) 0,7 / Z 2551 Z2 1250 0,7 / Z 4,08 625 1.0 / Z 2 625
   	Точка (точки) пускового тока намагничивания Одна или несколько точек пускового тока могут быть нанесены на TCC.Пусковые токи выражаются в пиковых амперах. Чаще всего встречается 8–12-кратный номинальный FLA за 0,1 секунды. Другой менее распространенный момент — это 25-кратный номинальный FLA при 0,01 секунды. Пример 1 Постройте характерные ориентиры для маслонаполненного трансформатора подстанции 1000 кВА, 65 ° C, 4160–480 / 277 В, Δ-YG с импедансом 6,0%. Учитывайте как частые, так и редкие случаи неисправностей для этого приложения. Решение Шаг 1. Рассчитайте FLA FLA = 1000 кВА / (1.732 x 4,16 кВ) = 139 ампер Шаг 2 — Определите применимую категорию Это трансформатор категории II с номинальной мощностью 1000 кВА. Шаг 3 — Рассчитайте точки данных о нечастых неисправностях из таблицы 3 I 1800 сек = 2 x 139 ампер = 278 ампер I 300 сек = 3 x 139 ампер = 417 ампер I 60 сек = 4,75 x 139 ампер = 660 ампер I 30 сек = 6,3 x 139 ампер = 876 ампер I 10 сек = 11.3 x 139 ампер = 1571 ампер I 2 сек = 25 x 139 ампер = 3475 ампер Поскольку трансформатор подключен по схеме Δ-YG, для устройств защиты первичной стороны необходимо рассчитать отдельный набор точек данных. Устройства на первичной стороне обнаруживают только 58% коротких замыканий на вторичной стороне между одной линией и землей. I 1800 сек = 0,58 x 2 x 139 ампер = 161 ампер I 300 сек = 0,58 x 3 x 139 ампер = 242 ампера I 60 сек = 0,58 x 4,75 x 139 ампер = 383 ампер I 30 сек = 0.58 x 6,3 x 139 ампер = 508 ампер I 10 сек = 0,58 x 11,3 x 139 ампер = 911 ампер I 2 секунды = 0,58 x 25 x 139 ампер = 2016 ампер Шаг 4 — Рассчитайте точки данных о частых сбоях из таблицы 3 I 2 сек = 139 ампер / Z = 139 ампер / 0,06 = 2316 ампер I 4,08 с = 0,7 x 139 ампер / Z = 97,3 ампер / 0,06 = 1622 ампер t 1622 А = 2551 (0,06) 2 = 9,2 секунды Снова сместите точки данных на 0.58. I 2 с = 0,58 x 139 ампер / 0,06 = 1344 ампер I 4,08 с = 0,58 x 97,3 ампер / 0,06 = 941 ампер Шаг 5 — Расчет точек броска 12 x пусковой ток = 12 x 139 ампер = 1668 ампер 25 x пусковой ток = 25 x 139 ампер = 3475 ампер Результаты представлены на рисунке 1. Пример 2 Повторите пример 1, но теперь предположим, что вторичная обмотка заземлена с высоким сопротивлением (HRG). Решение Шаг 1 — То же, что и в примере 1 Шаг 2 — То же, что и в примере 1 Шаг 3 — То же, что и в примере 1 Для вторичной обмотки HRG смещения кривой повреждения не требуется. В этом случае защитные устройства первичной стороны не обнаружат замыкания на землю на вторичной стороне. Величины замыкания на землю всегда будут намного ниже уровней тока нагрузки. Шаг 4 — То же, что и в примере 1 Опять же, смещения точек данных не требуется. Шаг 5 — То же, что и в примере 1 Результаты представлены на рисунке 2.
   	Рис.1 1000 кВА, Δ-YG, кривые повреждения жидкостного трансформатора
   	Рис.2 Кривые повреждения трансформатора, погруженного в жидкость, 1000 кВА, Δ-YG (HRG)
   	Пример 3 Постройте характерные ориентиры для трансформатора подстанции 1500 кВА, 150 ° C, 13800–480 / 277 В, Δ-Δ, сухого типа с импедансом 5,75%. Рассмотрим нечастый случай отказа для этого приложения. Решение Шаг 1. Расчет FLA FLA = 1500 кВА / (1.732 x 13,8 кВ) = 62,8 ампер Шаг 2 — Определите применимую категорию Это трансформатор сухого типа категории II с номинальной мощностью 1500 кВА. Шаг 3 — Рассчитайте точки данных о нечастых неисправностях из таблицы 7 I 100 сек = 3,5 x 62,8 ампер = 220 ампер I 10 сек = 11,2 x 62,8 ампера = 703 ампера I 2 сек = 25 x 62,8 ампер = 1570 ампер Поскольку трансформатор подключен по схеме Δ-Δ, необходимо рассчитать отдельный набор точек данных для устройств защиты первичной стороны.Устройства на первичной стороне обнаруживают только 87% межфазных неисправностей на вторичной стороне. I 100 сек = 0,87 x 3,5 x 62,8 ампер = 191 ампер I 10 сек = 0,87 x 11,2 x 62,8 ампер = 612 ампер I 2 сек = 0,87 x 25 x 62,8 ампер = 1366 ампер Шаг 4 — Расчет точек броска 12 x Пусковой ток = 12 x 62,8 А = 754 А 25 x пусковой ток = 25 x 62,8 ампер = 1570 ампер Результаты представлены на рисунке 3.
   	Рис. 3 Кривые повреждения сухого трансформатора 1500 кВА, Δ- Δ
   	Список литературы
   	• Другие руководства по применению, предлагаемые SKM Systems Analysis на сайте www.skm.com • Теория и применение релейной защиты АББ, 2-е издание, 2004 г.
   	Последняя редакция:
   	• IEEE Std 242, Рекомендуемая практика IEEE для защиты и координации промышленных и коммерческих систем питания (IEEE Buff Book) • EEE Std C57.12.00, Стандартные общие требования IEEE для распределительных, силовых и регулирующих трансформаторов, погруженных в жидкость, • IEEE Std C57.12.01, Стандартные общие требования IEEE для сухих распределительных и силовых трансформаторов, включая трансформаторы с цельнолитыми и / или залитыми смолой обмотками • IEEE Std C57.12.59, Руководство IEEE по продолжительности сквозного тока короткого замыкания сухого трансформатора • IEEE Std C57.109, Руководство IEEE для жидкостного трансформатора с продолжительностью короткого замыкания
   	Изоляционные материалы
   	Изоляция Класс Максимум Температура Изоляционные материалы Y 90 ° С Хлопок, шелк, бумага, дерево, целлюлоза, без волокна пропитка или иммерсионное масло А 105 ° С Класс Y, пропитанный натуральными смолами, эфиры целлюлозы, изоляционные масла и т. д., также клееная древесина, лакированная бумага Гибридный A 110 ° С TInsuldur® InsulationT Крафт-бумага на эпоксидном связующем активируется под давлением E 120 ° С Эмали на основе синтетических смол, хлопок и бумажные ламинаты с формальдегидной связкой B 130 ° С Слюда, стекловолокно, асбест и др., с подходящее связующее вещество; строительная слюда, стеклопластиковые и асбестовые ламинаты Ф. 155 ° С Материалы класса В с более термостойкие связующие H 180 ° С Стекловолокно и асбестовые материалы, и наростной слюды, с соответствующей Силиконовые смолы К > 180 ° С Слюда, керамика, стекло, кварц и асбест без связующих или с силиконом смолы с превосходной термостойкостью > H 220 ° С Изоляция TNOMEX®, лак окунание и вакуум под давлением пропитанный (VPI)
   	назад к руководствам по приложениям

   Оценка серьезности неисправности силового трансформатора на основе анализа растворенного газа и метода образования энергии повреждения

   Принятие решения о состоянии изоляции трансформатора на основе оцененных зарождающихся неисправностей и напряжений старения было нормой для многих управляющих активами.Несмотря на то, что это широко применяемая методология обнаружения зарождающихся неисправностей силовых трансформаторов, только методы анализа растворенного газа (DGA) не могут количественно определить серьезность обнаруженных неисправностей. Серьезность неисправности — это ключевое свойство в рейтинге технического обслуживания трансформаторов. В данной статье представлена ​​методология нечеткой логики для определения неисправностей трансформатора и степени их серьезности за счет использования энергии образования неисправностей выделяющихся газов во время повреждения трансформатора. Кроме того, энергия образования разломов является температурно-зависимым фактором для всех связанных выделяющихся газов.Вместо использования взвешенного по энергии DGA для определения серьезности используется рассчитанная полная энергия соответствующей зарождающейся неисправности. Серьезность неисправностей, обнаруженных методом ключевого газа на основе нечеткой логики, оценивается с использованием данных, собранных с нескольких работающих и неисправных трансформаторов. Результаты DGA образцов масла, взятых из трансформаторов различных спецификаций и возраста, используются для проверки модели. Результаты моделирования показывают, что правильное определение типа неисправности и определение ее серьезности на основе общей энергии, выделяемой во время неисправностей, может улучшить принятие решений при определении приоритетов обслуживания неисправных трансформаторов.

   1. Введение

   Силовые трансформаторы являются важным оборудованием для жизнеспособной и надежной работы энергосистемы. Следовательно, их бесперебойная работа — это повседневная задача электроэнергетических компаний. Соответственно, их своевременное обслуживание, основанное на обнаруженных зарождающихся неисправностях и / или состоянии износа, имеет важное значение для достижения этой цели. Когда обнаруживается проявление неисправности в трансформаторе, последующее планирование технического обслуживания имеет первостепенное значение; в противном случае возникают сбои в работе, которые могут повлиять на отказ системы.

   Трансформатор, долго находящийся в эксплуатации, выделяет газы даже при нормальных рабочих условиях. Однако с течением времени он регулярно подвергается электрическим, механическим, химическим и термическим воздействиям, которые вызывают высокую скорость выделения газов в системе изоляции трансформатора [1]. Однако содержание газа возрастает при наличии аномалии. Внутренние неисправности обычно проявляются разложением масла с образованием таких газов, как водород (H ₂ ), метан (CH ₄ ), ацетилен (C ₂ H ₂ ), этилен (C ₂ H ₄ ). и этан (C ₂ H ₆ ), а при разложении целлюлозы образуются метан (CH ₄ ), водород (H ₂ ), монооксид углерода (CO) и диоксид углерода (CO ₂ ).Окись углерода (CO) и двуокись углерода (CO ₂ ) выявляют дефекты, связанные с деградацией бумаги, этилен (C ₂ H ₄ ) и этан (C ₂ H ₆ ) являются значительными, что указывает на увеличение температура масла, частичный разряд является низким уровнем энергии дает водород (H ₂ ) и метан (CH ₄ ), а возникновение дуги можно признать, отметив выделение ацетилена (C ₂ H ₂ ) и водорода (H ₂ ) [1–8].

   Анализ уровней и соотношений растворенных горючих газов в изоляционных жидкостях трансформатора с помощью неинтрузивного DGA в процессе эксплуатации превратился в один из наиболее распространенных методов диагностики возможных неисправностей трансформатора. Поскольку DGA — это процесс, для его интерпретации использовалось несколько методов, выделенных в [8]. Однако эти разные методы интерпретации иногда дают разные результаты. Обычно это одна из основных сложных задач управляющего активами при обнаружении неисправностей трансформатора.В конкретных подходах к диагностике значимых неисправностей, например, в треугольниках и пятиугольниках Дюваля, МЭК и газовых соотношениях Роджерса, оксиды углерода не участвуют в идентификации неисправностей [9–11]. Их просто используют в качестве попутных газов, чтобы оценить, связана ли неисправность с бумажной изоляцией. Таким образом, важная информация, которую они характеризуют в отношении повреждения изоляции, упускается из виду. Таким образом, в этой статье используется метод диагностики ключевых газов для учета каждого газового образования разлома для интерпретации серьезности разлома на основе общей энергии газов разлома, выделяемых во время разломов.Кроме того, исключительно в зависимости от DGA невозможно количественно оценить серьезность неисправности, что важно при определении рейтинга технического обслуживания парка неисправных трансформаторов. В литературе методы мягких вычислений применялись для повышения точности традиционных методов DGA [12–17]. Эти интеллектуальные методы позволили классифицировать типы неисправностей; тем не менее, информация о серьезности игнорируется. DGA, интегрированный с методом термодинамики, был реализован также при идентификации неисправностей, включая их серьезность [18].Однако подход, основанный на теории термодинамики, был полностью основан на расщеплении углеводородов в нефти. Впредь участие углекислого газа в количественной оценке серьезности неисправности не учитывается. В [19], благодаря использованию процесса разложения n -октана, влияние диоксида углерода не учитывалось при установлении серьезности повреждения трансформатора. Концепция термодинамического подхода показывает, что проявление разных растворенных газов в минеральных маслах требует разной энергии образования.Термодинамическая теория определила серьезность неисправности с помощью относительного коэффициента коррекции энергии, присвоенного каждому из горючих газов, исключительно для пяти газов (H ₂ , CH ₄ , C ₂ H ₆ , C _2). H ₄ и C ₂ H ₂ ) [19]. В [20] нечеткий метод, интегрированный с термодинамической теорией, предлагается для прогнозирования неисправностей и серьезности трансформаторов. Модель показала интересные результаты. Однако в их модели для разработки нечетких правил использовались коды IEC.Таким образом, вклад оксидов углерода в обнаружение неисправностей не учитывается. Кроме того, серьезность неисправности трансформатора определяется на основе соотношения между удельными энергозатратами только для трех газов, то есть CH ₄ , C ₂ H ₄ и C ₂ H ₂ .

   В этой статье разработана модель обнаружения неисправностей с нечеткой логикой, основанная на семи ключевых газах (DGA), связанных с общей энергией, участвующей в процессе разлома. Модель обнаружения неисправностей основана на семи ключевых газах в качестве входных данных, а тип неисправности является выходом модели нечеткой логики.Кроме того, выходной сигнал также указывает на критичность напряжения повреждения. Вместо использования относительного коэффициента коррекции энергии или взвешенного отношения энергии газов в этой статье предлагается использовать полную энергию, участвующую в образовании разлома, для определения серьезности разлома. Хотя в диагностике на основе DGA есть методы, которые могут точно диагностировать неисправности с меньшим количеством газов, например три газа в треугольниках или пятиугольниках Дюваля, в этом исследовании используется подход семи ключевых газов, главным образом для того, чтобы повлиять на точную количественную оценку степени серьезности обнаруженных газов. неисправности, которые связаны с этими характерными ключевыми газами.Использование общей энергии повреждения помогает количественно оценить серьезность неисправности, особенно в том случае, если более одного трансформатора имеют один и тот же тип неисправности. Соответственно, на ухудшение и повреждение изоляции влияет степень возникновения неисправности. Изоляция трансформатора, подвергшаяся повреждению с высокой энергией, подвергается большим нагрузкам, вызывая ускоренное ухудшение изоляции. Кроме того, подход с использованием энергии короткого замыкания также может помочь в определении серьезности нескольких зарождающихся отказов, одновременно происходящих в трансформаторе.Например, предлагаемая нечеткая модель DGA может обнаруживать высокую энергию дугового замыкания, но в то же время изоляция испытывает тепловое повреждение, и его серьезность демонстрируется значительным количеством энергии теплового повреждения масла, и это означает, что трансформатор неисправен. столкновение с множественными неисправностями, серьезность которых может быть хорошо определена количественно с помощью подхода энергии неисправности. Таким образом, решение управляющего активами будет зависеть не только от дугового замыкания, но и от серьезности теплового замыкания.По этой причине в системах мониторинга состояния трансформатора следует учитывать тип повреждения и общую энергию повреждения, определяемую величиной выделяющихся газов. В зависимости от количества энергии, задействованной в процессе неисправности, управляющие активами могут решить, поддерживать ли трансформатор в оперативном или автономном режиме в зависимости от критичности неисправностей.

   2. Термодинамическое разложение изоляционных масел

   Сырая нефть является источником обычно используемой жидкой изоляции в масляных трансформаторах, то есть минерального масла.Это изоляционное масло в основном состоит из алканов, ароматических и углеводородных продуктов в различных количествах. В [18–22] отмечается, что ароматические и углеводородные кольцевые цепи значительно устойчивы к термическим и электрическим напряжениям, но поддаются ранним реакциям окисления. Хотя парафиновые соединения термически и электрически нестабильны, чем ароматические и нафтеновые кольца, они обладают превосходными изоляционными способностями и более устойчивы во время реакций окисления. Однако именно эти алканы под действием электрических и термических нагрузок их побочными продуктами являются растворенные в дефектах газы.В [18, 19, 21, 22] n -октан (C ₈ H ₁₈ ) был использован в качестве первичного композита процесса разрушения для демонстрации термодинамической теоремы, хотя C ₈ H ₁₈ было удалено в процессе разложения сырой нефти. В этой статье другой исходный материал для разложения в виде эйкозана (C ₂₀ H ₄₂ ), предложенный в [20], используется для иллюстрации термодинамического подхода к определению серьезности разлома по энергии образования.

   Ненавязчивый подход DGA, состоящий из семи газов, используется при диагностике неисправностей трансформатора. Из молекулы эйкозана (C ₂₀ H ₄₂ ) используются пять реакций, чтобы представить, как разложение минерального масла приводит к выделению H ₂ , CH ₄ , C ₂ H ₆ , C ₂ H ₄ и C ₂ H ₂ газы внутри трансформатора [20]: где и представляют собой жидкое и газообразное состояния, соответственно.

   Термическое разложение бумажной изоляции, состоящей в основном из целлюлозного материала, приводит к образованию оксидов углерода. Когда гликозидные связи в целлюлозе разрушаются, окись углерода является одним из побочных продуктов, как показано реакцией в следующем уравнении [20–22]: где представляет собой твердое состояние.

   Окисление окиси углерода в присутствии кислорода приводит к образованию двуокиси углерода в качестве побочного продукта, как показано в следующем уравнении:

   2.1. Предлагаемое моделирование серьезности неисправности

   Серьезность неисправности, электрической и / или тепловой, в трансформаторе может быть определена путем учета возрастающей концентрации газа, ответственного за неисправность [2].Однако этот метод не включает количество энергии, задействованной во время процесса разлома, поскольку разные газы требуют разной энергии образования в случае разломов. Предполагается, что эти различия в энергии следует учитывать при установлении серьезности неисправности.

   Количество энергии, необходимое для выпуска дефектных газов из сырой нефти во время процесса разлома, учитывается при определении серьезности неисправности трансформатора. Эта энергия разрушения рассчитывается с использованием изменения энтальпии реакции (ΔH ^o реакции), как в следующем выражении [18–22]: где () — энтальпия образования продуктов или реагентов.

   В стандартном состоянии изменение энергии, которое вызывает образование одного моля молекулы из ее основных композитов, характеризуется как стандартная энтальпия образования () [23]. В таблице 1 представлены энтальпии образования продуктов реакций разложения, обозначенные в уравнениях (1) — (5).

   Молекула (кДж / моль) Молекула (кДж / моль) 05.8 −30007 −30003 −74,8 −357,9 0 −345.9 226,8 226,8 −314,1 −84,7 1273,4 −110,5 0 −393.5

   Стандартное изменение энтальпии химической реакции характеризует энергию повреждения, участвующую в образовании растворенных газов. Чтобы проиллюстрировать расчет энергии неисправности реакции, вызванной газом CH ₄ (уравнение (1)), (кДж / моль) вычисляется с использованием уравнения (8):

   Аналогичным образом изменение энтальпии реакции для оставшихся растворенных газов можно вычислить. Расчетные изменения энтальпий реакций растворенных газов с использованием реакций разложения эйкозана выделены в таблице 2.

   Реакция в уравнении Газ (кДж / моль) 1 10 10 10 10 10 3 268 4 93,5 5 57 6 9.7 7 283

   Как указано в [19], при стандартных состояниях (STP) 273 K и 101,3 кПа моль газа занимает 22,4 л • При преобразовании частей на миллион (ppm) в моль / л при STP, ppm умножается на моль / 22,4 л. Поскольку энергия неисправности реакции измеряется в кДж / моль, полученная энергия должна быть преобразована в кДж / кЛ. Обычно анализ растворенных газов проводится при нестандартной температуре () градусов Цельсия.В данной статье эта нестандартная температура рассматривалась как измеренная температура отбора проб масла для DGA. Таким образом, коэффициент температурной поправки следует умножить на кДж / кл.

   Следовательно, полная энергия повреждения (T.F.E) в кДж / кл, оцененная с помощью анализа растворенного газа, определяется уравнением (10). По этому уравнению жесткость трансформатора определялась по следующему уравнению: где — расчетные энтальпии реакции соответствующего растворенного газа, образующегося при повреждении, и представляет собой текущую концентрацию газа в миллионных долях.

   3. Диагностика неисправностей Модель

   Неисправность силовых трансформаторов обычно проявляется при превышении пределов прочности электрической и тепловой изоляции. Анализ растворенного газа (DGA) обычно используется для диагностики этих зарождающихся неисправностей в масляном трансформаторе. Поскольку зарождающиеся неисправности трансформатора подразделяются на электрические и тепловые, каждая категория неисправности выделяет определенные характерные газы. В этой статье определение неисправности достигается путем ввода концентрации ключевых газов, определенной DGA, в диагностический инструмент нечеткой логики.Диагностический инструмент с нечеткой логикой разработан на основе данных, полученных на Рисунке 1, для определения неисправностей трансформатора, классифицированных в Таблице 3. Во время нормальной работы трансформатора также выделяются газы, неисправность через проявление растворенных газов реализуется при превышении допустимых пределов выделяемого газа. . В таблице 4 приведены пределы растворенного газа.

   
   

   № Характеристика Тип неисправности 1 F0 Частичный разряд (ЧР) 3 F2 Тепловой отказ в диапазоне низких температур T <300 ° C (LTH) 4 F3 Тепловой отказ в диапазоне средних температур 300 ° C < T <700 ° C (MTH) 5 F4 Разряд (дуга) низкой энергии (светодиод) 6 F5 Температурный отказ в диапазоне высоких температур T > 700 ° C (HTH) 7 F6 Разряд (дуга) высокой энергии (HED)

   9000 > 150 Выделившийся газ Нормальные пределы (приемлемые) (ppm) Крайние пределы (неприемлемые) (ppm) Водород Метан <120 > 1000 Ацетилен <1 > 35 Этилен <50 > 200 9000 Окись углерода <350 > 1400 Двуокись углерода <2500 > 10 000

   9180 9180 9180. Оценка ошибок на основе нечеткой логики

   Аспект искусственного интеллекта (ИИ) в форме нечеткой логики демонстрирует природу рационального и точного принятия решений человеком на основе лингвистического разъяснения в ситуациях решения проблем. Модель нечеткой логики создается на основе диаграммы оценки неисправности трансформатора на Рисунке 1, которая имеет 8 входов, каждый из которых характеризуется величиной концентрации, обнаруженной в определенное время и при определенной температуре. Эти переменные подразделяются на наборы в зависимости от их взаимной корреляции в обозначении типа неисправности в трансформаторе.В этой статье трапециевидные функции принадлежности (MF) выбраны для представления как входных, так и выходных переменных для всех нечетких моделей. Трапецеидальные МП предпочтительны из-за их простоты и вычислительной эффективности [6, 25]. Пять лингвистических меток, используемых для всех входов и функций принадлежности выходных напряжений при отказе, являются нормальным, безопасным, умеренным, высоким и критическим. Функции принадлежности выхода к типу неисправности были присвоены следующие метки: отсутствие неисправности (F0), частичные разряды (F1), тепловые неисправности низкого уровня (F2), тепловые неисправности среднего уровня (F3), разряды низкой энергии (F4), высокие -уровневые тепловые повреждения (F5) и разряды высокой энергии (F6).

   Был разработан набор интуитивно понятных правил, которые определяют отображение ввода-вывода. В отличие от математических моделей, правила разрабатываются в лингвистической форме операторов IF-THEN. В этой статье опыт экспертов, опирающийся на субъективные рассуждения, был принят при присвоении весов различным атрибутам во время формулировки нечетких правил разработанных нечетких моделей. Критерии формулировки нечетких правил могут различаться в зависимости от опыта экспертов и весов, присвоенных различным переменным.Типичные примеры сформулированных правил читаются следующим образом: ЕСЛИ (этилен является нормальным) и (этан безопасен), ТО (уровень термического повреждения масла безопасен) ЕСЛИ (ацетилен безопасен) и (водород высокий), ТО (уровень дугового разряда) безопасен) ЕСЛИ (термическое воздействие на бумагу высокое) и (термическое воздействие на масло среднее), ТО (высокий уровень дефектов бумаги и масла) ЕСЛИ (термическое воздействие является критическим) и (высокое электрическое напряжение), ТО (напряжение повреждения высокое и тип неисправности это F5)

   3.1.1. Температурные неисправности, связанные с маслом

   Поскольку минеральное масло трансформатора подвергается термическому перенапряжению, оно разрушается и выделяет C ₂ H ₄ и C ₂ H ₆ в качестве основных газов.Эти газы растворимы в масле; их величина определяет степень, до которой достигает напряжение разлома. Подмодель уровня термического разлома нефти создана на основе этих двух ключевых газов. Два входа (C ₂ H ₄ ) и (C ₂ H ₆ ) вселенной дискурса были измерены по шкале 0–200 частей на миллион и 0–150 частей на миллион, соответственно. Уровень термического повреждения масла отображается по шкале от 0 до 1 и отмечается как серьезный при достижении 1.

   3.1.2. Тепловые неисправности, связанные с бумагой

   Перегрев твердой изоляции трансформатора приводит к неисправностям, связанным с бумагой, которые проявляются в трансформаторе в виде высоких концентраций окиси углерода и двуокиси углерода.Величина и скорость увеличения количества этих газов определяют степень повреждения бумаги в трансформаторе. CO и CO ₂ являются первичными входными переменными для нечеткой логической модели уровня теплового повреждения бумаги. Лингвистические метки для CO и CO ₂ разделены по шкале от 0 до 1800 частей на миллион и от 0 до 12000 частей на миллион соответственно, в то время как выходные данные уровня неисправности находятся в диапазоне от 0 до 1.

   3.1.3. Дуговой разряд

   Когда в трансформаторе возникает электрическая дуга, рекомендуется не оставлять трансформатор в рабочем состоянии до тех пор, пока не будет выполнено надлежащее техническое обслуживание.Дуговой разряд — это высокоэнергетический электрический разряд, который приводит к выделению C ₂ H ₂ и H ₂ в качестве основных газов в системе изоляции трансформатора. Соответственно, C ₂ H ₂ и H ₂ — это два входа, лингвистические метки которых разделены в диапазоне 0–50 ppm и 0–1800 ppm соответственно. В результате термодинамического разложения минерального масла для образования ацетилена требуется больше энергии, чем для образования водорода; таким образом, весовые коэффициенты 0.8 и 0,2 во время формулировки нечеткого правила были отнесены к ацетилену и водороду соответственно. Выход модели с функциями принадлежности от 0 до 1 характеризует рост электрической дуги с увеличением величины концентрации входных переменных.

   3.1.4. Частичный разряд (ЧР)

   Электрический разряд в трансформаторе в форме низкой энергии количественно определяется как частичный разряд (ЧР). Эта активность внутри трансформатора приводит к образованию CH ₄ и H ₂ в качестве основных газов в системе изоляции трансформатора.Величина этих газов указывает на количество накопленных частичных разрядов в трансформаторе. Входные переменные H ₂ и CH ₄ нарисованы по шкале 0–1800 ppm и 0–1200 ppm соответственно, в то время как вселенная выходных переменных дискурса для уровня PD измеряется по шкале от 0 до 1. Критичность электрического разряда (ЧР) считается серьезной при достижении 1.

   3.1.5. Уровень теплового сбоя

   Тепловые повреждения трансформатора могут быть подтверждены перегревом бумажно-масляного покрытия или, в худших случаях, расплавлением проводника и / или взрывом трансформатора.Долгосрочные возникающие термические разломы можно оценить, рассматривая ключевые газы, растворенные в масле, что свидетельствует о перегреве бумаги (CO и CO ₂ ) и масла (C ₂ H ₆ и C ₂ H ₄ ). ). Таким образом, объединяя термическое напряжение бумаги и масла, результирующее напряжение теплового повреждения, прикладываемое к трансформатору, можно оценить с помощью нечеткой модели. Входными данными для модели полного термического разлома являются термическое напряжение масла и термическое напряжение бумаги (выходные данные уровня термического напряжения масляных и бумажных нечетких моделей, отображаемые по шкале от 0 до 1).Благодаря субъективным рассуждениям и знаниям, полученным от экспертов по энергетике, при формулировании нечетких правил используются присвоенные веса 0,6 и 0,4 для термического уровня в бумаге и масле, соответственно. Уровню термического напряжения бумаги было присвоено большее значение, поскольку он считался опасным, поскольку бумажная изоляция находится в прямом контакте с токоведущими проводниками. Таким образом, выход из строя бумажной изоляции может привести к катастрофическому выходу трансформатора из строя. Выходной уровень теплового повреждения также находится в диапазоне от 0 до 1. Уровень теплового напряжения трансформатора для масляной бумаги для различных наборов входных переменных также можно вывести из поверхностного графика, рисунок 2.

   
   

   3.1.6. Электрические неисправности

   Напряжения электрического повреждения вызываются локализованным чрезмерным полем, приводящим к неисправности, проявляющейся в виде частичного разряда, прихватывания, образования деревьев, искрения, пробоев и короткого замыкания [26]. Результирующий уровень электрического повреждения определяется путем объединения нечетких моделей частичного разряда и дуги. Входные данные для модели электрического повреждения включают уровень дугового разряда и уровень частичного разряда. И входные, и выходные функции принадлежности имеют диапазон от 0 до 1.Дуга является высокоэнергетическим коротким замыканием, которое может привести к катастрофическим повреждениям по сравнению с частичным разрядом, поэтому его вес в формулировке нечеткого правила составлял 0,7 и 0,3 для частичного разряда. Внешний вид общего уровня электрического повреждения выделен на Рисунке 3.

   
   

   3.1.7. Общая оценка неисправности

   В работающем трансформаторе могут возникнуть электрические и / или тепловые неисправности. Общее определение напряжения и серьезности повреждения было достигнуто после включения нечетких моделей уровня тепловых и электрических повреждений.Входные и тепловые и электрические функции принадлежности устанавливаются по шкале от 0 до 1, как показано на рисунках 4 и 5. Поскольку обе неисправности оказывают сильное разрушающее воздействие на систему изоляции трансформатора, формулировка нечеткого правила взвешивает как электрические, так и тепловые неисправности. воспринимается равным (0,5). Функции принадлежности выходных напряжений к повреждениям измеряются по шкале от 0 до 1 (от нормального до критического), в то время как функции принадлежности выходных напряжений к типам сбоев варьируются от 0 до 12, как показано на рисунках 6 и 7.

   
   
   
   
   

   Общий уровень напряжения повреждения трансформатора для различных наборов входов также можно интерпретировать с помощью средства просмотра поверхности нечетких правил, как показано на рисунке 8.

   
   

   На основе концентрации растворенных ключевых газов Разработанная в системе изоляции трансформатора, была создана модель определения неисправности и серьезности. Модель разлома зависит от диагностического прибора нечеткой логики-DGA, в то время как определение серьезности основывалось на расчетной энергии образования во время разлома.Выходные данные нечеткой модели показывают предполагаемый тип повреждения и уровень напряжения повреждения (состояние системы изоляции). Сформулированное уравнение для серьезности неисправности такое же, как в уравнении (10). Таким образом, с использованием уравнения (10), масла, энергии теплового повреждения бумаги, энергия дугового замыкания, энергия частичного разряда и общая энергия напряжения повреждения были оценены на основе соответствующих газов, ответственных за повреждение, что также зависит от температуры отбора проб масла. Например, энергия разряда частичных разрядов складывается из энергии образования газообразного водорода и газообразного метана.С термодинамической точки зрения энтальпия реакции изменяется в зависимости от реальной рабочей температуры с учетом теплоемкости реагирующих агентов. Однако в этой статье температуры отбора проб масла использовались при формулировании энергии неисправности, поскольку автономный DGA использовался для количественной оценки концентрации растворенных газов. Метки серьезности НИЗКАЯ, СРЕДНЯЯ и ВЫСОКАЯ были установлены после определения допустимых нижних и верхних пределов энергии повреждения для различных типов повреждения в соответствии с заданной температурой с использованием уравнения (10).Рекомендуемые пределы для соответствующих растворенных газов выделены в таблице 4. Если вычисленная фактическая общая энергия повреждения при данной конкретной температуре находится в пределах диапазона нижнего предела, этому конкретному повреждению присваивается метка серьезности LOW. В противном случае неисправность помечается как ВЫСОКАЯ, если она приближается к верхнему пределу энергии повреждения или превышает его.

   Общая предложенная модель, разработанная на платформе MATLAB / Simulink, изображена на рисунке 9, где t — время шага для моделирования нечеткой модели.

   
   

   4. Результаты и обсуждение

   Для оценки применимости предложенной методологии для идентификации неисправностей и определения серьезности, в качестве первичных данных были представлены несколько проб масла из трансформаторов разной мощности и различных интервалов обслуживания. Анализ растворенного газа был проведен во всех пробах нефти, в которых была определена концентрация выделяемого газа. Поскольку было трудно вывести неточности отдельных инструментов и человеческие ошибки каждого набора данных из разных источников, для учета этих неопределенностей был принят уровень достоверности 95%.Результат разработанной нечеткой модели DGA был основан на допустимых пределах IEEE для ключевых газов, как указано в таблице 4. Кроме того, предложенная математическая модель определения серьезности неисправности была создана после разложения сырой нефти, в которой эйкозан (C ₂₀ H ₄₂ ) использовали в качестве исходного материала для разложения. Таким образом, было достигнуто изменение энтальпии выделяющихся газов реакции с использованием предлагаемого продукта разложения. Входными данными для нечеткой модели были концентрации семи ключевых газов, выделяющихся в системе изоляции трансформатора.Тип неисправности и уровень напряжения разлома представлены выходными данными модели. В Таблице 5 показан DGA (в миллионных долях) для 20 проб масла из различных трансформаторов, выполненных при различных температурах отбора проб, и полученные результаты нечеткой логической модели, включая серьезность неисправности. Определение серьезности неисправности основывалось на энергии, участвующей в образовании газов, присутствующих во время неисправности. Кроме того, выходные данные нечеткой модели уровня напряжения повреждения также помогают обозначить серьезность напряжения, которому подвергается система изоляции, таким образом, косвенно определяя серьезность повреждения.

   Данные испытаний Результаты моделирования Tx. нет. H 2 CH 4 C 2 H 2 C 2 H 6 C 2 H 4 7 13 CO Темп. A.FAULT E.FAULT A.F.E.L.L (кДж / кл) A.ЭНЕРГИЯ (кДж / кл) TFE (кДж / кл) Уровень серьезности 1 234 300 52 56 35 50 F4 F4 1,3 3,7 15,7 Низкий 2 607 119 0 192 9325 1 40,8 143250005 9325 9327 242 9325 9325 100327 12325 9327 93273 192 192 192 F4 F4 1.3 6,7 44,0 Низкий 3 11 4 1 4 4 558 7624 9327 9325 7624 9327 9325 116,3 116 Среднее 4 74 65 35 194 172 1272 10529 55 F3 136,2 137,6 Высокий 5 71 347 18 127 79 504 24000 9327 2481 42,5 Низкая 6 16 34 10 14 16 188 1656 44 44 F0000 24.8 — 7 979 236 112 183 180 1843 8492 63 F5 12,6 156,5 Высокая 8 113 24 61 20 57 32 871 36 F4 36 F45 1,4 14,9 Низкая 9 294 748 6 212 1348 242 2286 2286 9327 4,4 46,0 Низкий 10 163 106 9 298 1517 213 1303 58 F35 8,6 31,8 Высокая 11 151 8 8 151 10 86 1538 9327 1538 48000 — 25,3 — 12 678 368 163 92 108 216 2211 52 2211 52 F5 5,8 43,5 Высокая 13 893 724 1 6 18 350 2207 55327 55 9000 F1 9000 5,5 22,8 Высокая 14 195 660 22 127 79 607 3674 50 50 F49 102 Высокая 15 440 522 183 31 62 428 1232 48 48 48 F000 33,0 Высокая 16 15 8 0 9 5 168 1549 53 F0 F0 F0 F0 — 17 1176 3426 0 1178 2931 299 3400 51 F2 9000 и F2 9325 и 39,8 18,6 89,3 Высокая 18 441 678 0 73 62 302 492 47 F17 3,5 13,9 Низкий 19 358 260 5 66 55 4288 11492 38000 11492 38000 187,5 192,1 Высокая 20 1498 395 92 323 395 487 3176 42 3176 427 4 и 1,2 2,8 и 17,1 68,8 Низкий / высокий

   В таблице 5 неисправности идентифицируются следующим образом: нормальное состояние или отсутствие неисправности (F0), частичные разряды ( F1), тепловые неисправности низкого уровня (F2), тепловые неисправности среднего уровня (F3), разряды низкой энергии (F4), тепловые неисправности высокого уровня (F5) и разряды высокой энергии (F6). Кроме того, в таблице 5 показаны фактическая неисправность (A.FAULT), оценочная неисправность (E.FAULT), фактическая энергия, задействованная во время повреждения (A.F.ENERGY), нижний предел фактической энергии повреждения (A.F.L.L) и общая энергия повреждения (T.F.E). Энергия, задействованная во время неисправности, была получена при различных температурах, которые в данном исследовании приняты за температуру отбора проб масла DGA. Нижний предел энергии образования был установлен на основе допустимого нижнего предела (Таблица 4) отдельного ключевого газа, задействованного во время разломов.

   В качестве иллюстрации результаты модели трансформатора 7 также показаны на рисунке 9.По высокому значению 0,9925 видно, что общий уровень напряжения является значительным, а серьезность разлома — высокой; Таким образом, трансформатор требует немедленного внимания. Такой высокий уровень напряжения короткого замыкания обусловлен высокой концентрацией ключевых газов, выделяющихся в трансформаторе. Выходные данные модели для трансформаторов 7, 17 и 20 показывают наличие двух типов неисправностей. О существовании этих разломов свидетельствует высокая концентрация основных газов, выделяемых в процессе разлома. Эти различные типы разломов также подтверждаются значительным количеством общей энергии разлома, выделяемой во время этих соответствующих разломов.Это показывает, что энергия повреждения также может быть использована для определения наличия в трансформаторе нескольких неисправностей. Из предложенного выходного паттерна модели можно заметить, что большая часть диагностики неисправностей соответствует стандартной интерпретации неисправностей МЭК, используемой экспертом по энергоснабжению, за исключением трансформатора 9. Для трансформатора 9 предлагаемая модель на основе нечеткого DGA интерпретирует неисправность является неисправностью разряда с низким уровнем энергии (F4), в то время как диагностика специалиста по электроснабжению представляет собой тепловую неисправность среднего уровня (F3).Хотя фактическая неисправность трансформатора была F4, модель показывает F3, на что указывают высокие следы поврежденных основных газов (H ₂ и CH ₄ ). Хотя состояние трансформаторов 6 и 11 отражает отсутствие неисправности трансформатора, энергия образования дефектных газов показывает, что даже при нормальных рабочих условиях растворенные газы все еще присутствуют внутри трансформатора.

   В таблице 6 показано сравнение результатов диагностики, выполненной для различных типов неисправностей с использованием различных диагностических подходов.Он также показывает процентную диагностическую точность для каждого типа неисправности. Результаты показывают, что метод Fuzzy Duval-EWR обеспечивает высокую точность обнаружения неисправностей. Однако предложенная газовая модель TFE с нечетким ключом также способна удовлетворительно обнаруживать типы зарождающихся неисправностей трансформатора. Кроме того, в таблице 7 показано сравнение точности моделей диагностики неисправностей. Точность серьезности определялась по правильно диагностированным известным неисправностям. Предложенный газовый TFE с нечетким ключом показывает, что использование полной энергии, участвующей в образовании разлома, для определения серьезности разлома улучшает точность определения серьезности по сравнению с использованием поправочного коэффициента энергии или взвешенного по энергии отношения газов, предложенного другими две модели.

   000 неисправности Тип неисправности Всего случаев неисправности Нечеткий метод Дюваля-EWR [22] Нечеткий метод IEC-EWR [20] Предлагаемый метод нечеткого ключа Правильный диагноз % точность Правильный диагноз % точность Правильный диагноз % точность Частичные разряды 7 100327 7 7 100 Разряды малой энергии 11 10 91.9 10 91,9 9 81,8 Высокоэнергетические разряды 22 21 95.9 21 95.9 10 90. 13 12 92,3 13 100 13 100 Тепловые повреждения среднего уровня 19 16 84.2 16 84,2 15 78,9 Тепловые повреждения высокого уровня 12 10 83,3 10 83,3 07 9

   Метод Нечеткий метод Дюваля-EWR [22] Нечеткий метод IEC-EWR [20] Предлагаемый метод нечеткого ключевого газа 9475 9 TFE Всего проверенных случаев неисправности 87 87 87 No.правильной диагностики неисправных случаев 79 78 75 % Точность обнаружения неисправностей 90,8 89,7 86,2 Серьезность неисправности% точности

   Преимущества учета энергии, задействованной во время отказов, заключаются в том, что серьезность отдельного отказа от множественных отказов может быть легко отмечена.Кроме того, общая энергия повреждения может помочь управляющим активами количественно оценить общую серьезность неисправных трансформаторов, чтобы ранжировать их для обслуживания. Неисправность, приводящая к высокой энергоемкости, вызывает серьезные повреждения системы изоляции.

   5. Выводы

   Раннее обнаружение внутренних неисправностей силовых трансформаторов жизненно важно и эффективно для минимизации повреждений оборудования, экономических потерь и влияния на надежность всей энергосистемы. Тип неисправности можно определить по природе и концентрации выделяющегося газа.В этой статье был разработан диагностический инструмент на основе нечеткого DGA для обнаружения неисправностей и состояния трансформатора, в то время как энергия неисправности задействованных газов неисправности использовалась для определения серьезности неисправности. Семь ключевых газов, спаренных в соответствии с их взаимной корреляцией в обозначении природы неисправностей, были использованы в качестве входных данных для разработанной модели нечеткой логики. Для определения степени тяжести была установлена ​​энергия энтальпии изменения реакции дефектных газов для эйкозана (C ₂₀ H ₄₂ ) в качестве исходного материала разложения.Результаты моделирования показывают, что модели удалось правильно обнаружить неисправности, с которыми сталкиваются различные трансформаторы. Кроме того, энергия, задействованная во время повреждения, оказалась эффективным методом определения серьезности повреждения, поскольку она может отражать степень повреждения изоляции. Поскольку основной задачей управляющих активами является обеспечение надежной работы своих активов, так что в случае неисправностей рекомендуется, чтобы объединение типа неисправности и энергии неисправности могло быть эффективным методом классификации неисправных трансформаторов, подлежащих ремонту.

   Доступность данных

   Данные анализа растворенного газа (DGA), использованные для подтверждения результатов этого исследования, включены в статью (Таблица 5).

   Конфликт интересов

   Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

   Благодарности

   Это исследование было поддержано Институтом фундаментальных наук, технологий и инноваций Панафриканского университета в форме финансирования исследований аспирантов.

   Границы | Модель гибридного силового электронного трансформатора для количественной оценки преимуществ на уровне системы в системах распределения энергии тепловые насосы увеличивают нагрузку на существующие системы распределения, создавая такие проблемы, как повышение напряжения, тепловая перегрузка, более высокое присутствие гармоник и более высокие потери в системе (Walling et al., 2008; Прокопью и Очоа, 2017). Распределительные сети традиционно проектировались исходя из предположения, что единственным источником энергии в сети является первичная подстанция, и поэтому наличие сильно изменчивых распределенных энергетических ресурсов (DER) приводит к рабочим ситуациям, которые не были предусмотрены в традиционных системах (Walling и др., 2008). В этом отношении распределительный трансформатор, один из наиболее важных и надежных компонентов, работающих на стыке между системами передачи и распределения, имеет ограниченные возможности справляться с воздействием этих новых технологий на электрическую сеть, что приводит к потенциально увеличению эксплуатационных расходов и потери (Aeloiza et al., 2003). Дополнение сети интеллектуальным и активным контролем представляется хорошим вариантом для решения некоторых из предполагаемых проблем и потенциального снижения потребности в усилении сети (Bala et al., 2012; Navarro-Espinosa A. and Ochoa L. F., 2015). В настоящее время многие решения, предлагаемые для достижения более гибкой, управляемой и стабильной сети, основаны на силовых электронных устройствах для их реализации, таких как активные фильтры, HVDC, FACTS-устройства, электронные выключатели и, в частности, силовые электронные трансформаторы (PET) (Liserre и другие., 2016).

   ПЭТ — относительно новое устройство, в котором используются силовые электронные преобразователи для преобразования электроэнергии не только между разными уровнями переменного напряжения, но также и различными частотами и формами (например, преобразование переменного тока в постоянный и постоянного в переменный). Среди нескольких различных предложенных топологий и реализаций ПЭТ, возможно, наиболее изученным подходом является трехступенчатый ПЭТ из-за его высокого уровня управляемости и гибкости (Wang et al., 2012; Yang et al., 2016; Ferreira Costa et al. ., 2017). PET обеспечивает новые функции активного управления для распределительных сетей переменного тока с точки зрения, например, управления потоком мощности, регулирования напряжения и ограничения нейтральных токов и токов короткого замыкания, которые не могут быть реализованы с помощью традиционных низкочастотных трансформаторов железо-медь (LFT) ( She et al., 2013; Chen et al., 2019). Кроме того, становится возможна более удобная интеграция распределенной генерации постоянного тока, аккумуляторов и нагрузок постоянного тока с трехступенчатым ПЭТ, поскольку эти устройства могут быть напрямую подключены к портам постоянного тока трансформатора, повышая эффективность и снижая затраты за счет исключения ступеней преобразования (Hunziker и Шульц, 2017).В более широкой перспективе, ПЭТ предлагает возможности для онлайн-автоматического управления и децентрализованной работы в интеллектуальных сетях, снижая эксплуатационные расходы и повышая надежность энергосистем в условиях серьезных разрушительных сложных явлений, таких как каскадные отказы (Pournaras and Espejo-Uribe, 2017).

   Помимо этого, есть важные аспекты, которые следует учитывать при сравнении полного ПЭТ с обычным LFT. Хотя топологии, методы управления и технологии, применяемые к конструкции ПЭТ, постоянно совершенствуются, его высокая стоимость и относительно низкая эффективность по-прежнему являются одними из проблем, с которыми сталкивается это устройство при широком использовании в существующей электрической системе (Huber and Kolar , 2014).Целевой максимальный КПД для современных конструкций из ПЭТ составляет от 95 до 98%, в то время как для маслозаполненных LFT мощностью более 500 кВА он обычно превышает 99% (She et al., 2013). Как следствие, общая стоимость владения (TCO) ПЭТ в настоящее время крайне неблагоприятна по сравнению с совокупной стоимостью владения LFT; капитальные затраты на ПЭТ оцениваются как минимум в пять раз выше (Huber and Kolar, 2014), и ожидается, что эксплуатационные расходы также увеличатся из-за более длительного обслуживания в течение срока службы ПЭТ.

   Гибридная версия силового электронного трансформатора возникает как возможное решение некоторых основных ограничений, которые имеет полный ПЭТ в приложениях сети переменного тока.Гибридный ПЭТ (HPET) — это особый тип трансформатора, полученный в результате комбинации обычного низкочастотного трансформатора (LFT) с одним или несколькими электронными преобразователями. Чтобы поддерживать максимально высокий КПД, электронный преобразователь рассчитан на обработку только части номинальной мощности LFT, обеспечивая некоторый уровень управляемости, в то время как общий КПД не подвергается значительному влиянию (Burkard and Biela, 2015; Huber and Kolar , 2019). Ожидается, что капитальные затраты на HPET будут значительно ниже капитальных затрат на ПЭТ, а повышенная эффективность приведет к значительному снижению общих потерь в течение срока службы HPET, что приведет к гораздо более выгодной совокупной стоимости владения.Кроме того, в случае отказа электронного преобразователя HPET имеет возможность обойти электронный преобразователь и остаться работоспособным как обычный трансформатор, что приведет к более высокой надежности. Вышеупомянутые преимущества делают HPET жизнеспособной альтернативой полноценному ПЭТ в сетях переменного тока. Тем не менее, очевидно, что из-за пониженного номинала управляемой силовой электронной части, HPET будет иметь более строгие ограничения на управление, которое он может осуществлять.

   В предыдущих работах было изучено влияние ПЭТ в сетях низкого и среднего напряжения с использованием упрощенных моделей при моделировании потока мощности (Guerra and Martinez-Velasco, 2017; Hunziker and Schulz, 2017; Huber and Kolar, 2019).Эти исследования пришли к выводу, что, хотя ПЭТ является наиболее удобным вариантом для сетей постоянного тока и гибридных сетей, необходимо дальнейшее повышение эффективности и надежности, чтобы ПЭТ был экономически эффективной альтернативой в системах переменного тока. В связи с этим можно провести аналогичные исследования, чтобы изучить преимущества системы, которые могут иметь различные топологии HPET в возможных будущих сценариях. Однако разработка моделей, необходимых для такого рода анализа, еще не освещена в текущей литературе по HPET.Чтобы устранить этот пробел, в данной работе представлена ​​методология разработки упрощенных моделей среднего потока мощности для HPET и демонстрируется интеграция этих моделей в моделирование потока мощности. Эти модели облегчают количественную оценку требований к управляемости для напряжения, активной и реактивной мощности, становясь новым инструментом для определения наиболее полезных функций и топологий HPET.

   Предлагаемая методология обладает гибкостью для представления важных характеристик электронного преобразователя, влияющих на системный уровень, таких как различные номинальные мощности и потери для каждого из преобразователей и различные стратегии для регулируемых переменных.Внося небольшие изменения в представленную модель, можно представить различные конфигурации схем и топологий HPET, а затем протестировать их в симуляциях потока мощности в моделях распределительных сетей. Таким образом, предлагаемая методология моделирования HPET становится полезным инструментом не только для оценки и количественной оценки некоторых преимуществ системного уровня, которые могут быть получены с этими устройствами, но и для разработки сетевых проектов HPET. Разработанная модель вместе с платформой моделирования, созданной для получения результатов, представленных в этой работе, остается разработкой с открытым исходным кодом на Python и находится в свободном доступе для академического сообщества и утилит распространения (Prystupczuk et al., 2021).

   2 Инструменты топологии и моделирования HPET

   2.1 Комбинированный шунтирующий блок HPET

   В этом разделе представлена ​​концепция HPET с использованием синусоидального установившегося состояния. Для ясности в этом разделе используются уравнения без потерь; представление потерь HPET будет рассмотрено позже в разделе 3. Однофазная принципиальная схема комбинированного HPET с последовательным шунтом представлена ​​на рисунке 1. Эта комбинированная топология с последовательным шунтом состоит из объединения двух электронных модулей в задней части. конфигурация с обратной связью (BtB) с трехобмоточным LFT: модуль 1 электромагнитно соединен с LFT посредством шунтирующего соединения с третичной обмоткой, а модуль 2 подключен последовательно со вторичной обмоткой.

   РИСУНОК 1 . Однофазная схема HPET с преобразователем BtB с магнитной связью.

   Шунтирующий преобразователь постоянного тока в переменный может обеспечивать реактивную мощность в сеть низкого напряжения через третичную обмотку LFT. Эту функцию можно использовать для поддержки напряжения в вышестоящей сети или для компенсации реактивной мощности за счет ввода реактивной мощности, аналогично D-STATCOM (Liu et al., 2009; Hunziker and Schulz, 2017; Burkard and Biela, 2018). Выходное напряжение модуля 1, v⃗C1, фактически создается трансформатором, поэтому преобразователь может действовать только как источник тока, управляющий потоком PQ.Модуль 1 может обеспечивать управляемую реактивную мощность Q _{C 1} , которая подается от конденсатора промежуточного контура. В то же время, как в прямом, так и в обратном потоке мощности, модуль 1 с параллельным подключением работает как порт питания постоянного напряжения, который регулирует напряжение конденсатора постоянного тока путем управления активной мощностью P _{C 1} . Этот поток активной мощности установлен для регулирования напряжения промежуточного контура для любых изменений, вызванных активной мощностью P _{C 2} , потребляемой модулем 2, а также для компенсации потерь во всем электронном преобразователе.Потоки реактивной мощности в Модуле 1 и Модуле 2 развязаны благодаря конденсатору промежуточного контура (Яздани и Иревани, 2010).

   С другой стороны, модуль 2 преобразователя с источником напряжения (VSC) последовательно соединен с вторичной обмоткой LFT, действуя как источник напряжения, который подает напряжение v⃗C2 последовательно с v⃗T для регулирования напряжения v⃗LV во вторичной обмотке. . Комбинированное последовательное соединение шунтов обеспечивает путь для прохождения активной мощности через преобразователь BtB, позволяя HPET независимо управлять потоками активной и реактивной мощности и управлять ими.Благодаря последовательному соединению ток во вторичной обмотке и ток в модуле 2 одинаковы. Доля α , которая представляет собой соотношение между максимальной мощностью модуля 2 и номинальной мощностью вторичной обмотки, может быть выражена согласно (уравнение 1).

   Где:

   S _{C 2 max} Максимально допустимая полная мощность модуля 2

   S _Tmax Номинальная мощность вторичной обмотки.

   Поскольку комбинированная топология может одновременно регулировать напряжение на вторичной стороне и поток реактивной мощности на первичной стороне, возможность компенсации реактивной мощности будет зависеть от фактической активной мощности, мгновенно вырабатываемой электронным преобразователем.Таким образом, уравнения для компенсации полной реактивной мощности на первичной стороне следующие:

   QC1avail = (α⋅STmax) 2 − PC12 (2) QMV = 0if (QT≤QC1avail) QT − QC1availif (QT> QC1avail) (4 )

   Где:

   Q _{C 1 avail} Реактивная мощность, доступная для компенсации в модуле 1

   Альтернативная комбинированная топология серии шунтов HPET может быть достигнута путем использования двухобмоточного LFT с электронным преобразователем. подключены параллельно вторичной обмотке, как показано на рисунке 2.В этом случае необходимо включить инжекционный трансформатор для адаптации номинального напряжения электронного преобразователя к желаемому последовательному напряжению v⃗C2 на выводе низкого напряжения. Инжекционный трансформатор также может быть подключен между вторичной обмоткой и модулем 2, поэтому модуль 1 будет напрямую подключен к LFT. Это изменение приведет к снижению тока и повышению номинального напряжения электронного преобразователя. Преимущество этой топологии состоит в том, что она может быть реализована с использованием обычного двухобмоточного распределительного трансформатора, что позволяет на практике усовершенствовать установленные в настоящее время устройства с добавлением преобразователя BtB.

   РИСУНОК 2 . Однофазная схема комбинированной топологии HPET с прямым подключением.

   2.2 Моделирование потока мощности

   Для проведения моделирования потока мощности с использованием разработанных моделей HPET был использован имитатор открытой системы распределения OpenDSS. Этот инструмент моделирования с открытым исходным кодом может выполнять почти все синусоидальные стационарные анализы, которые обычно используются в исследованиях распределительных систем, такие как несбалансированный многофазный поток энергии, квазистатические временные ряды, анализ неисправностей, гармонический анализ, анализ мерцания и т. Д. и т.п.Интерфейс модели компонентных объектов (COM) также предоставляется для облегчения новых типов исследований и пользовательских режимов решения и функций из внешнего программного обеспечения. Например, OpenDSS может полностью управляться внешними программами, написанными на Python или Matlab, что позволяет использовать все функции OpenDSS внутри внешнего программного обеспечения (Dugan and Montenegro, 2020). Следовательно, OpenDSS дает возможность практично и гибко реализовывать модели ПЭТ с различными функциями и анализировать их влияние в сети с помощью различных инструментов анализа синусоидальных устойчивых состояний.

   В платформе OpenDSS также предусмотрены различные типы моделей трансформаторов. В то время как программное обеспечение предлагает специальные определения для обычных многофазных многообмоточных трансформаторов, можно сделать различные варианты, соединив несколько из этих трансформаторов в один трансформатор. Например, трехфазный трансформатор можно смоделировать, используя его специальное определение или также используя три однофазных трансформатора, правильно соединяя каждую из их обмоток. Этот подход полезен для выполнения нетрадиционного последовательного соединения вторичной обмотки HPET, показанного на рисунках 1 и 2.OpenDSS также обеспечивает представление потерь в сердечнике и обмотке трансформатора с помощью параметров % Noloadloss и % Loadloss соответственно. Параметр % Noloadloss представляет собой процент потерь при номинальном напряжении без нагрузки и вызывает добавление резистивной параллельной ветви в модели трансформатора. Параметр % Loadloss представляет собой процент потерь при номинальной нагрузке и добавляет процентное сопротивление для каждой обмотки на базе номинальной кВА.Процент намагничивающего тока можно также смоделировать с помощью параметра % imag , который включает индуктивность, параллельную резистивной ветви, которая представляет потери в сердечнике. Все эти параметры, наконец, встроены в модель трансформатора, поскольку вычисляется примитивная матрица Y (формулировка узловой проводимости модели трансформатора) (Dugan and Montenegro, 2020).

   3 метода. Модель HPET для моделирования потока мощности

   В этом разделе представлена ​​полная разработка синусоидальной стационарной модели трехфазного HPET.Цель этой модели — служить инструментом в исследованиях потока мощности распределительных систем, направленных на оценку возможностей HPET с точки зрения системного уровня. Эта новая модель была разработана в OpenDSS путем реализации комбинированной топологии последовательного шунта, показанной на рисунке 1, и основана на работе, представленной Геррой и Мартинес-Веласко (2017). Принципиальная схема модели представлена ​​на рисунке 3 в трехфазном представлении. Обратно-обратный преобразователь был смоделирован как комбинация трехфазной управляемой нагрузки и трехфазного управляемого источника напряжения.Как видно на рисунке 3, трехфазный элемент Load устанавливает потоки активной и реактивной мощности P _{C 1} , Q _{C 1} во вспомогательной обмотке, а Элемент Vsource устанавливает величину и фазу напряжения v⃗C2, обеспечивая при этом P _{C 2} , Q _{C 2} . Оба элемента Load и Vsource связаны потоком активной мощности, как это описано в уравнениях 5, 6.Таким образом, элементы Load и Vsource имитируют поведение модуля 1 и модуля 2 соответственно в преобразователе BtB на рисунке 1. Величины v⃗C2 и Q _{C 1} являются управляющими переменными, которые решаются. согласно принятой стратегии контроля.

   РИСУНОК 3 . Полная трехфазная модель комбинированного ТЭТ с последовательным шунтом с магнитной связью.

   Трехфазный трехобмоточный трансформатор железо-медь, включенный в HPET на Рисунке 3, был смоделирован с использованием трех моделей однофазных трехобмоточных трансформаторов в OpenDSS.Эти модели включают представление потерь в обмотке и сердечнике с помощью параметров % LoadLoss и % NoLoadLoss соответственно, а также процентных реактивных сопротивлений трансформатора с помощью параметров X12 , X23 и X13 (Dugan и Черногория, 2020). В случае реальных железо-медных трансформаторов все эти параметры обычно можно найти в таблицах технических характеристик производителя или каталогах (Siemens, 2017).

   Одним из ключевых моментов, которые следует учитывать при анализе преимуществ HPET на системном уровне, являются потери преобразователя.По этой причине представление потерь электронного преобразователя включено в разработанную модель HPET путем присвоения кривой эффективности каждому из двух электронных модулей, показанных на рисунке 1. Кривая эффективности может зависеть от различных факторов, таких как уровень нагрузки, температура, частота переключения, напряжение промежуточного контура и т. д., в зависимости от глубины, необходимой при моделировании. Уровень нагрузки — это параметр, который имеет наибольшее влияние на КПД электронного преобразователя, и это тот параметр, который учитывается в модели потока мощности.

   Разработанная модель может иметь дело с двунаправленным потоком мощности, где для обратной мощности элемент Load на рисунке 3 становится отрицательным, вводя активную мощность в трансформатор (Guerra and Martinez-Velasco, 2017). В уравнениях 5, 6 активная мощность в электронном преобразователе выражается соответственно для операций прямого и обратного потока мощности. Таким же образом, как это было описано в разделе 2, потоки реактивной мощности Q _{C 1} и Q _{C 2} на Рисунке 3 разделены между собой и могут независимо контролироваться каждым модулем системы. электронный преобразователь.

   Прямой поток мощности: PC1 = PC2 + Ploss (5) Обратный поток мощности: PC1 = PC2-Ploss (6)

   После того, как модель HPET интегрирована в модель распределительной сети в OpenDSS, необходимо выполнить ряд вычислений в последовательном способ получения решения для каждого временного шага, как это описано в блок-схеме на рисунке 4. Первоначально элементы Vsource и Load пассивированы, что означает, что v⃗C2 = 0, P _{C 1} = 0 и Q _{C 1} = 0.Следовательно, на первом временном шаге только первичная и вторичная обмотки LFT передают энергию. Для любого нового временного шага все значения, полученные в предыдущем решении, будут уже установлены в OpenDSS (шаг 1), и поэтому требование, соответствующее текущему временному шагу, должно быть обновлено (шаг 2). Решение на шаге 3 обеспечит новое потребление и результирующие напряжения на каждой обмотке трансформатора. На этапе 4 вторичное напряжение регулируется путем изменения напряжения элемента Vsource на фиг. 3 в соответствии с принятой стратегией регулирования напряжения.Расчет необходимого напряжения реализован в виде алгоритма во внешнем программном обеспечении (см. Подраздел 3.1), а полученные значения загружаются в конфигурацию элемента Vsource в OpenDSS. Затем необходим новый анализ потока мощности (шаг 5), чтобы найти новые результирующие требования и напряжения в цепи. На этом этапе значения P _{C 1} , Q _{C 1} для элемента Load на Рисунке 3 вычисляются алгоритмом во внешнем программном обеспечении в соответствии с принятой компенсацией реактивной мощности. стратегия (см. подраздел 3.2). Расчетное значение P _{C 1} также учитывает потери в электронном преобразователе, полученные с помощью модели эффективности, описанной в подразделе 3.3. Новое решение запускается на шаге 7 с использованием новых заданных значений в OpenDSS. Шаги с 4 по 7 повторяются до тех пор, пока относительные инкрементные ошибки напряжения и реактивной мощности, ϵ _В и _Q соответственно, не станут ниже определенного предела (в данном случае 0,01).

   РИСУНОК 4 . Рабочий процесс для получения каждого временного шага решения с использованием модели HPET, показанной на рисунке 3.

   3.1 Регулировка напряжения на вторичном выводе

   В этом подразделе описывается алгоритм регулирования напряжения v⃗LV на вторичном выводе HPET. Расчеты выполняются независимо с использованием фазовых комплексных векторов, как это подробно описано в уравнениях 7, 8 и на рисунке 5. Вектором напряжения V̄C2 можно управлять с помощью элемента Vsource (рисунок 3), чтобы довести вторичное напряжение V̄LV до заданного значения. целевое значение.На рисунке 5 V̄T (t − 1) и V̄C2 (t − 1) представляют векторы напряжения, унаследованные от решения предыдущего временного шага. Во время шага 3 рабочего процесса моделирования (рисунок 4) новое решение потока мощности, возникающее в результате текущего требования временного шага, обеспечивает новое значение вторичного напряжения, которое необходимо регулировать, обозначенное как V̄LV (шаг 3) на рисунке 5. На шаге 4 новый вектор V̄C2 (t) вычисляется согласно (7) и (8), чтобы привести V̄LV к целевому значению.

   V̄T (t) = V̄LV (step3) −V̄C2 (t − 1) (7) V̄C2 (t) = V̄LVtarget − V̄T (t) (8)

   Где:

   V̄T (t) Вектор результирующего напряжения на вторичной обмотке для текущего временного шага

   V̄C2 (t) Результирующий вектор напряжения на элементе Vsource для текущего временного шага

   V̄C2 (t − 1) Вектор напряжения на Vsource элементе, вычисленный на предыдущем временном шаге

   V̄LV (этап 3) Вектор напряжения на вторичном выводе HPET, вычисленный на промежуточном этапе 3

   V̄LVtarget Вектор желаемого напряжения на вторичном выводе HPET

   РИСУНОК 5 .Пофазное векторное представление алгоритма регулирования выходного напряжения.

   3.2 Компенсация реактивной мощности

   В этом подразделе описывается алгоритм компенсации реактивной мощности первичной стороны. Этот алгоритм соответствует расчетам, которые выполняются на этапе 4 блок-схемы, описанной на рисунке 4. Стратегия регулирования реактивной мощности направлена ​​на обеспечение компенсации для поддержания единичного коэффициента смещаемой мощности (DPF) на первичной стороне, когда это возможно. .Как поясняется в разделе 2.1, подключенный к шунту модуль 1 (рисунок 1) может управлять Q _{C 1} независимо от Q _{C 2} благодаря развязке, обеспечиваемой промежуточным звеном постоянного тока. конденсатор. Реактивная мощность, доступная для компенсации, зависит от номинальной мощности S _{C 1 max} модуля 1 и фактической активной мощности P _{C 1} , подаваемой в промежуточный контур, как есть описанный в формуле.9. В схемах рисунков 1 и 2 реактивная мощность, вводимая электронным преобразователем, должна быть отрицательной по отношению к реактивной мощности, выдаваемой вторичной обмоткой, чтобы компенсировать реактивную мощность в первичной обмотке, как это описано в формуле . 11.

   QC1avail = SC1max2 − PC12 (9) QC1 = −QTif | QT | ≤QC1avail− | QT | QTQC1availif | QT |> QC1avail (11)

   3.3 Моделирование потерь в электронном преобразователе

   В большинстве соответствующих публикаций, Расчет потерь получается путем умножения потока активной мощности на КПД преобразователя в рабочей точке, причем КПД зависит от уровня нагрузки и DPF (Qin and Kimball, 2010; Guerra and Martinez-Velasco, 2017; Rocha et al. al., 2019; Longo et al., 2020). Хотя этот подход может обеспечить точные результаты при моделировании с высокими значениями DPF, он может привести к нереально низким потерям в ситуациях с низким DPF, поскольку он рассматривает только поток активной мощности как источник потерь внутри преобразователя. В случае представленной модели HPET элемент Load на рисунке 3 будет работать с очень низким DPF большую часть времени, когда он компенсирует реактивную мощность. Следовательно, в этом случае необходим другой подход к моделированию потерь.

   Для разработки более точного представления потерь, которое учитывает зависимость потерь от потока реактивной мощности, в Matlab / Simulink была разработана трехполюсная модель инвертора, состоящая из шести силовых полевых МОП-транзисторов VMO1200-01F IXYS, включая потери в полупроводниках и тепловые модель, представленная Giroux et al. (2021 г.). Был проведен ряд моделирования при различных уровнях нагрузки, при изменении DPF при сохранении постоянного уровня нагрузки. Полученные результаты можно увидеть на Рисунке 6, где полная мощность S _из , выдаваемая инвертором, и потери инвертора P _потери измеряются при различных уровнях нагрузки.Из полученных кривых видно, что вариации для различных DPF незначительны, и поскольку при единичном DPF количество S _из / ( S _из + P _потерь ) равно КПД инвертора, то для расчета входной мощности плюс потери можно использовать одну кривую КПД, даже если инвертор выдает в основном реактивную мощность. Это приводит к подходу к моделированию потерь, описанному уравнениями 12–17 и рис. 7 для случая прямого потока мощности.

   Ploss1 = Pdc2 + QC121η1−1 (16)

   РИСУНОК 6 . S _out / ( S _out + P _loss ) кривые, полученные для различных сажевых фильтров при постоянной полной мощности.

   РИСУНОК 7 . Активный и реактивный прямой поток мощности через преобразователь BtB.

   Представленный подход к моделированию потерь был продемонстрирован с использованием инвертора MOSFET, но он также применим к другим типам устройств, таких как IGBT, из-за природы потерь, генерируемых внутри полупроводников.Этот метод представляет собой практический способ реализации расчета потерь при моделировании потока мощности для любой ситуации DPF с использованием единой кривой эффективности, которая обычно приводится в технических данных различных преобразователей силовой электроники.

   4 Результаты

   Чтобы охарактеризовать диапазон возможностей регулирования напряжения и компенсации реактивной мощности в зависимости от номинала модуля PET, были выполнены два тестовых примера, и соответствующие результаты показаны в этом разделе.В обоих моделированиях используется гибридный ПЭТ мощностью 800 кВА, 10 кВ – 400 В. В подразделе 4.1 описываются возможности регулирования напряжения и компенсации реактивной мощности разработанной модели HPET с использованием простой настройки, показанной на Рисунке 8 в OpenDSS. Моделирование состоит из независимой развертки v⃗MV и Q _LV в диапазонах, которые значительно шире, чем при нормальной работе в реальной распределительной сети, и эти развертки повторяются для различных номинальных значений мощности α преобразователя BtB (см. Рисунок 1).Поведение HPET при превышении возможностей регулирования напряжения и компенсации реактивной мощности показано на Рисунке 9.

   РИСУНОК 8 . Настройка в OpenDSS для тестирования возможностей регулирования напряжения и компенсации реактивной мощности разработанной модели HPET.

   РИСУНОК 9 . Результаты регулирования выходного напряжения по | v⃗LV | против | v⃗MV | а Q _{C 1} = 0 (A) . Компенсация реактивной мощности первичной стороны при В _МВ = 1 пу (B) .DPF первичной стороны и DPF вторичной стороны, а В _MV = 1pu (C) . Пунктирными линиями показаны теоретические значения, полученные с помощью уравнения. 4.

   В подразделе 4.2 моделирование потока мощности во временном ряду выполняется с использованием одной из моделей распределительных сетей, разработанных компанией Electricity North West и Манчестерским университетом для проекта LVNS, полученных из данных ГИС реальных распределительных сетей в г. север Англии (Navarro-Espinosa A.и Очоа Л., 2015). Это второе моделирование использовалось для сравнения производительности разработанной модели HPET на Рисунке 3 с существующей моделью PET (Guerra and Martinez-Velasco, 2017) и традиционной моделью LFT, представленной в OpenDSS, с точки зрения регулирования напряжения, коррекции DPF. , и потери. Модели, скрипты и все данные, упомянутые в этом разделе, используемые для получения представленных результатов, общедоступны в репозитории HPET_PowerFlow_Model GitHub (Prystupczuk et al., 2021).

   4.1 Тестовый пример 1. Автономное регулирование напряжения и компенсация реактивной мощности

   Используя схему на Рисунке 8, алгоритм регулирования напряжения, представленный в подразделе 3.1, тестируется путем линейного изменения амплитуды v⃗MV между 1,0 и 0,6 о.е., в то время как реактивная мощность, вводимая электронный преобразователь во вспомогательную обмотку LFT поддерживается на нуле. Трехфазная нагрузка, подключенная к вторичной клемме, остается постоянной, поэтому она требует номинальной мощности HPET. На рисунке 9A полученные результаты представлены в виде амплитуды напряжения низкого напряжения (которая в идеале должна регулироваться на уровне 1 о.е.) для различных коэффициентов номинальной мощности α электронного преобразователя.Кривые показывают, как HPET регулирует v⃗LV, когда v⃗MV начинает уменьшаться: вторичное напряжение успешно регулируется до тех пор, пока не превышаются максимальные возможности по мощности и напряжению электронного преобразователя. В этом случае, когда потребление установлено на постоянное значение, когда электронный преобразователь достигает своего максимального напряжения, HPET не может регулировать напряжение, и v⃗LV приводит к значению ниже номинального. Нанесенные на график значения соответствуют измерениям, выполненным с использованием элементов монитора OpenDSS, подключенных непосредственно к терминалам HPET.

   Алгоритм компенсации реактивной мощности, представленный в формуле. 11 был аналогичным образом протестирован путем линейного изменения реактивной мощности Q _LV на вторичной клемме от 0,0 до 0,6 о.е. В этом моделировании входное напряжение на первичной стороне v⃗MV поддерживается на уровне 1 о.е., что означает, что вторичное напряжение не требует компенсации. Следовательно, модуль 2 не потребляет активную мощность, и способность электронного преобразователя к компенсации реактивной мощности максимальна, как показано в формуле.9. На фиг. 9B показана взаимосвязь между реактивной мощностью на первичной и вторичной сторонах для различных номинальных мощностей α электронного преобразователя. Кривые показывают, как HPET компенсирует Q _MV , когда Q _LV начинает увеличиваться с нуля: реактивная мощность первичной стороны успешно компенсируется до тех пор, пока максимальная мощность электронного преобразователя составляет не превышено, т.е. Q _LV ≤ S _{C 1 max} .Здесь стоит напомнить, что дробь α определяется как соотношение между номинальной мощностью вторичной обмотки LFT S _Tmax и номинальной мощностью электронного преобразователя S _{C 2 max} , как указано в формуле. 1. Поскольку на рисунке 9B основой для обозначения единиц измерения является общая номинальная мощность HPET (т. Е. Сумма номинальных мощностей вторичной обмотки и электронного преобразователя), можно видеть, что электронный преобразователь с номинальной мощностью 30% обеспечит меньше 0.3 о.е. компенсации реактивной мощности. Это также является причиной неравномерного промежутка между дорожками на фиг. 9В, в то время как разница между номинальными значениями мощности электронного преобразователя фактически одинакова.

   На рисунке 9C представлены первичный и вторичный DPF, которые являются результатом моделирования развертки, где измеренные значения (сплошные линии) сравниваются с теоретически рассчитанными значениями (пунктирные линии) из уравнения. 4. В случае DPF первичной стороны, PF _MV , разница наблюдается как следствие потерь, которые присутствуют в LFT, которые вызывают увеличение DPF на стороне MV из-за более высокий поток активной мощности.Результаты, полученные в этом тестовом примере, демонстрируют, что разработанная модель может эффективно и точно отображать поведение гибридного ПЭТ в широком диапазоне рабочих точек. Они также количественно показывают ограничения, налагаемые номинальной мощностью электронного преобразователя.

   4.2 Контрольный пример 2. Моделирование потока мощности в распределительной сети Модель

   Чтобы проиллюстрировать, как модель HPET может быть включена в моделирование потока мощности в распределительной сети, была использована сетевая модель № 12, разработанная в проекте LVNS. занятые (Navarro-Espinosa A.и Очоа Л., 2015). Этот тестовый пример направлен на демонстрацию производительности разработанной модели HPET, а также на сравнение возможностей HPET для регулирования напряжения и управления реактивной мощностью с возможностями полной модели PET, представленной Guerra и Martinez-Velasco (2017). Для сравнения также включены результаты, полученные с использованием стандартной модели LFT (без регулирования напряжения или компенсации реактивной мощности), доступной в OpenDSS. Технические характеристики трех используемых моделей трансформаторов приведены в таблице 1.Модель используемой сети вместе с другими 24 моделями распределительных сетей публично доступна на сайте Electricity North West (2014).

   ТАБЛИЦА 1 . Параметры, используемые в различных моделях трансформаторов.

   Для моделирования потерь PET и HPET использовалась модель потерь, представленная в подразделе 3.3, но смоделированная кривая на рисунке 6 была заменена кривой эффективности имеющегося в продаже инвертора (рисунок 10) для более реалистичных результатов. В случае HPET одна и та же кривая была назначена как модулю 1, так и модулю 2 преобразователя BtB (рис. 1), поэтому результирующая эффективность BtB является продуктом эффективности каждого модуля; е.g., поскольку пиковая эффективность кривой для инвертора равна 0,9918, пиковая эффективность всего преобразователя BtB составляет 0,9837. Для полного ПЭТ используется только одна кривая для представления всей эффективности ПЭТ в соответствии с моделью, представленной Геррой и Мартинес-Веласко (2017). Но поскольку это трехступенчатое устройство (AD-DC, DC-DC и DC-AC), следует ожидать более низкого уровня эффективности, поэтому кривая на Рисунке 11 была масштабирована для получения максимальной эффективности 0,975. для используемой модели ПЭТ, что соответствует экспериментальным результатам, полученным Ferreira Costa et al., 2017.

   РИСУНОК 11 . Напряжение между фазой и нейтралью В _LV на вторичной клемме трансформатора (A) . Общий поток реактивной мощности Q _MV на первичном выводе трансформатора (B) . Итоговые внутренние потери в трех проанализированных моделях трансформаторов (C) . Пофазный поток активной мощности P _MV через линию MV (D) .Активная мощность P _{C 1} и реактивная мощность Q _{C 1} задаются элементом Load (E) . Активная мощность P _{C 2} и реактивная мощность Q _{C 2} устанавливается элементом Vsource (F) .

   Важно подчеркнуть, что для представленного моделирования потока мощности LFT и HPET рассчитаны на 800 кВА, а PET — на 400 кВА.Обычные железо-медные трансформаторы обычно рассчитываются на основе метода пиковой нагрузки, который учитывает самый высокий спрос в течение, например, прошлого года, в результате чего трансформаторы увеличенного размера, которые большую часть времени работают около точки максимального КПД (Luze, 2009). . В случае полного ПЭТ принятие той же номинальной мощности будет означать, что электронные преобразователи будут большую часть времени работать в нижней части кривой эффективности, что приведет к увеличению потерь по сравнению с LFT.Таким образом, если размер ПЭТ составляет половину размера LFT, уровень нагрузки в этом моделировании потока мощности колеблется между 15% и 80% для ПЭТ и между 10% и 40% для LFT и HPET. случаев, примерно.

   Распределительная сеть LVNS № 12, которая использовалась для моделирования потока мощности с тремя различными моделями трансформатора, первоначально состояла из радиальной сети низкого напряжения с 330 бытовыми потребителями и одним трансформатором 800 кВА, 10 кВ – 400 В. .Чтобы допустить колебания напряжения на первичной стороне трансформатора, исходная сеть была дополнена линией среднего напряжения длиной 10 км, которая соединяет трансформатор с подстанцией, обозначенной в OpenDSS как резервная шина системы. Набор профилей нагрузки, состоящий из коэффициентов ZIP с разрешением 5 минут, полученных из Ригони и Кин (2020), используется для моделирования спроса на каждом временном шаге от каждого из 330 клиентов. Платформа моделирования, используемая для этого второго тестового примера, была разработана с использованием Python и OpenDSS на основе модели Open-DSOPF, представленной Ригони и Кин (2020).Open-DSOPF — это основанная на Python модель с открытым исходным кодом, интегрированная с OpenDSS, для постановки задач несбалансированного трехфазного оптимального потока мощности в распределительных сетях.

   Полученные результаты можно увидеть на Рисунке 11. Напряжение на вторичной стороне трансформаторов показано по фазам на Рисунке 11. Принятая стратегия регулирования напряжения направлена ​​на поддержание вторичного напряжения на уровне 1 о.е., хотя и другое напряжение. цель может использоваться в зависимости от потребностей исследования.Как видно, как модели PET, так и HPET обеспечивают идеальное регулирование напряжения в течение всего времени моделирования.

   На рисунке 11 показан результирующий поток реактивной мощности на стороне среднего напряжения. Принятая стратегия компенсации заключается в поддержании единства первичного сажевого фильтра. Зеленая кривая показывает общую реактивную мощность (т. Е. Сумму трех фаз), которая протекает через линию среднего напряжения при использовании обычного LFT. Модель PET обеспечивает компенсацию полной реактивной мощности в течение всего моделирования.С другой стороны, модель HPET, оснащенная электронным преобразователем с номиналом α = 0,1, не может компенсировать весь поток реактивной мощности в некоторых точках моделирования временных рядов. В таких ситуациях способность HPET компенсировать реактивную мощность ограничивается фактической активной мощностью, обрабатываемой электронным преобразователем. Причина такого поведения объясняется в формуле. 9, и его можно наблюдать на рисунке 11, где нескомпенсированная реактивная мощность появляется в моменты более высокой активной мощности, потребляемой модулем 2 (см. Рисунок 11).

   Потери в трансформаторе и результирующий поток активной мощности в линии СН соответственно представлены на Рисунке 11 соответственно. Кроме того, расчет энергии и потерь в различных точках системы представлен в таблице 2. Как и ожидалось, полный корпус из ПЭТ дает самый высокий уровень потерь (примерно в 7,9 раз выше, чем в случае обычного LFT), в то время как вариант HPET приводит к потерям, немного превышающим потери в обычном случае LFT (примерно в 1,3 раза выше), как видно в таблице 2.Общие системные потери, то есть потери в распределительном трансформаторе плюс потери в линии в остальной части сети, в 3,1 раза выше для PET и в 1,1 раза выше для HPET. На рисунке 11 поток активной мощности в линии среднего напряжения нанесен по фазам, демонстрируя балансирующий эффект компенсации реактивной мощности от PET и HPET, а также более высокий уровень мощности, протекающей через линию среднего напряжения из-за более высокого уровня мощности. потери в ПЭТ.

   ТАБЛИЦА 2 . Результаты расчетов энергии и потерь при моделировании перетока мощности.

   Наконец, на рисунке 11 показаны потоки активной и реактивной мощности через модуль 1 и модуль 2 HPET соответственно. Как можно видеть, в то время как модуль 2 все время работает с очень низким уровнем нагрузки, модуль 1 выдает большое количество реактивной мощности, чтобы поддерживать DPF первичной стороны в единицу. Из рисунка 11 очевидно, что подход к моделированию потерь, который учитывает только DPF и поток активной мощности, не обеспечит точное представление потерь, вызванных большими реактивными токами, которые имеют место в модуле 1.Отсюда необходимость в предлагаемой модели потерь, представленной в подразделе 3.3. На рисунке 11 также можно увидеть, что между 10-м и 12-м часами, а также между 18-м и 20-м часами моделирования временного ряда компенсация реактивной мощности модуля 1 достигает максимума, что приводит к появлению красных всплесков, которые можно увидеть на рис. Рисунок 11. Возможность компенсации реактивной мощности может быть увеличена за счет увеличения номинальной мощности модуля 1 с возможным увеличением потерь BtB.

   Результаты, представленные в этом разделе, демонстрируют полезность разработанной модели для количественной оценки преимуществ на уровне системы от включения гибридных силовых электронных трансформаторов в систему распределения.В этом кратком примере можно увидеть, что HPET, оснащенный преобразователем BtB с номиналом 10%, может обеспечивать регулирование напряжения и коррекцию DPF почти в той же степени, что и полный PET, но со значительно меньшими потерями. Потоки мощности, представленные на рисунке 11, показывают, что в этом конкретном примере существует большое несоответствие между мощностью, поставляемой модулем 1 и модулем 2 в предлагаемом сценарии (см. Рисунок 1). Это говорит о том, что возможно оптимальную конфигурацию BtB можно найти, используя разные номинальные мощности для двух модулей BtB.

   Что касается возможных ограничений и улучшений представленной модели HPET, как это можно увидеть в рабочем процессе на Рисунке 4, необходимо несколько снимков потока мощности, чтобы получить одно окончательное решение для каждого временного шага, что, возможно, делает подход к моделированию неадекватным в течение длительного времени. краткосрочные исследования или моделирование с высоким разрешением. Возможное улучшение, которое могло бы дать более быстрые решения, — это создание настраиваемого модуля HPET в OpenDSS с использованием преимуществ открытого исходного кода инструмента путем встраивания уравнений и алгоритмов, описанных в этой работе, в общедоступный код OpenDSS.Таким образом, алгоритмы, представляющие поведение HPET, объединяются в один моментальный снимок.

   Также важно упомянуть, что дальнейшие улучшения могут быть сделаны в отношении моделирования эффективности полного ПЭТ, поскольку в этом представленном случае используется оптимистическая единственная кривая эффективности для всего устройства. Более реалистичный подход рассматривает модульную реализацию полного ПЭТ, в которой его номинальная мощность может изменяться путем включения и отключения внутренних модулей в зависимости от фактической потребляемой мощности (Андресен и др., 2016).

   5 Заключение

   Активное и интеллектуальное управление в распределительной сети представляется хорошим вариантом для решения некоторых из предполагаемых проблем, создаваемых растущим присутствием распределенной генерации и новыми типами управляемых нагрузок, которые увеличивают нагрузку на электрическую сеть. сетки. Растет интерес к возможностям замены пассивных распределительных трансформаторов активными интеллектуальными устройствами на основе силовой электроники, такими как силовые электронные трансформаторы (ПЭТ).Однако, хотя эти устройства обеспечивают высокий уровень управляемости и гибкости сети, их стоимость, потери и надежность по-прежнему являются основными препятствиями, препятствующими их широкой интеграции в сеть. Необходимо адекватно количественно оценить чистую выгоду, которую могут обеспечить полные и гибридные ПЭТ, используя трансформаторы и сетевые модели для проведения моделирования в различных будущих сетевых сценариях.

   По этой причине в данной работе представлен подход к моделированию гибридных силовых электронных трансформаторов (HPET) для исследования потока мощности вместе с новым представлением потерь в силовых электронных преобразователях.Модель потока мощности HPET, изображенная в разделе 3, позволяет моделировать стационарное поведение на основной частоте HPET в распределительной сети, что позволяет проводить различные исследования на уровне системы, направленные на количественную оценку чистых преимуществ системы. Моделирование потерь, представленное в подразделе 3.3, обеспечивает точные результаты даже в случаях низкого коэффициента мощности, а также практический способ моделирования потерь различных топологий преобразователя с использованием единой кривой эффективности, которая легко интегрируется в представленную модель HPET.

   Представленные результаты демонстрируют, как модель HPET работает в различных диапазонах напряжения, активной и реактивной мощности, а также как модель HPET, интегрированная в симуляцию сети, облегчает сравнение между различными типами трансформаторов. Эта работа представляет собой полезный инструмент, который позволяет проводить полные исследования сети, которые могут количественно оценить преимущества гибридных ПЭТ на системном уровне с точки зрения управления напряжением, снижения потерь в сети, управления перегрузками и снижения нагрузки, и он находится в свободном доступе в открытом доступе. -развитие источников (Prystupczuk et al., 2021). Несмотря на то, что разработка была выполнена с использованием OpenDSS, предложенная методология действительна для любого другого решателя анализа потока мощности.

   Хотя гармонический анализ не был включен в эту работу, анализ гармонического потока доступен в OpenDSS, а разработанная модель потока мощности HPET способна обрабатывать гармоники. Проведение гармонического анализа было бы желательно не только для улучшения представления нагрузки, но также для изучения и количественной оценки преимуществ для системы от дополнительных услуг, которые могут быть предоставлены HPET, таких как подавление гармоник.Этот анализ оставлен для будущего исследования.

   Заявление о доступности данных

   Наборы данных, созданные для этого исследования, можно найти в репозитории HPET PowerFlow Model на GitHub: https://github.com/fprystupczuk/HPET_PowerFlow_Model.

   Вклад авторов

   FP, VR, AN и TO внесли свой вклад в концепцию и дизайн исследования. Компания FP разработала модель HPET, модель потерь инвертора, разработала платформу моделирования потока мощности, провела моделирование и написала рукопись.RA разработала модель инвертора Simulink, используемую в представленной модели потерь. Все авторы внесли свой вклад в доработку рукописи, прочитали и одобрили представленную версию.

   Финансирование

   Эта работа была поддержана Научным фондом Ирландии под номером гранта SFI / 16 / IA / 4496.

   Конфликт интересов

   Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

   Примечание издателя

   Все претензии, выраженные в этой статье, принадлежат исключительно авторам и не обязательно относятся к их аффилированным организациям или заявлению издателя, редакторов и рецензентов. Любой продукт, который может быть оценен в этой статье, или заявление, которое может быть сделано его производителем, не подлежат гарантии или одобрению со стороны издателя.

   Ссылки

   Aeloiza, E.C., Enjeti, P. N., Morán, L.A., and Pitel, I. (2003). «Распределительный трансформатор нового поколения: для решения проблемы качества электроэнергии для критических нагрузок», в отчете PESC — Ежегодная конференция специалистов по силовой электронике IEEE, Акапулько, Мексика, 15–19 июня 2003 г., 1266–1271.doi: 10.1109 / PESC.2003.1216771

   CrossRef Полный текст | Google Scholar

   Андресен, М., Коста, Л. Ф., Бутикки, Г., и Лизер, М. (2016). «Надежность и эффективность интеллектуальных трансформаторов за счет модульности», 8-я Международная конференция по силовой электронике и управлению движением IEEE, 2016 г., IPEMC-ECCE Asia 2016, Хэфэй, Китай, 22–26 мая 2016 г. (IEEE), 3241–3248. doi: 10.1109 / IPEMC.2016.7512814

   CrossRef Полный текст | Google Scholar

   Bala, S., Das, D., Aeloiza, E., Maitra, A., и Раджагопалан, С. (2012). «Гибридный распределительный трансформатор: разработка концепции и демонстрация на местах», Конгресс и выставка IEEE Energy Conversion 2012, ECCE 2012, Роли, США, 15–20 сентября 2012 г. (IEEE), 4061–4068. doi: 10.1109 / ECCE.2012.6342271

   CrossRef Полный текст | Google Scholar

   Буркард Дж. И Биела Дж. (2015). Оценка топологий и оптимальная конструкция гибридного распределительного трансформатора в 2015 году 17-я Европейская конференция по силовой электронике и приложениям, EPE-ECCE Europe 2015, Женева, Швейцария, 8-10 сентября.2015 (Совместно принадлежит Ассоциации EPE и IEEE PELS), 1–10. doi: 10.1109 / EPE.2015.7309097

   CrossRef Полный текст | Google Scholar

   Burkard, J., and Biela, J. (2018). «Гибридные трансформаторы для повышения качества электроэнергии в распределительных сетях — сравнение с альтернативными концепциями» в NEIS 2018; Конференция по устойчивому энергоснабжению и системам хранения энергии, Гамбург, Германия, 20–21 сентября 2018 г., стр. 1–6.

   Google Scholar

   Чен, Дж., Янг, Т., О’Лафлин, К., и О’Доннелл, Т.(2019). Управление минимизацией нейтрального тока для твердотельных трансформаторов при несимметричных нагрузках в распределительных системах. IEEE Trans. Ind. Electron. 66, 8253–8262. doi: 10.1109 / TIE.2018.2883266

   CrossRef Полный текст | Google Scholar

   Dugan, R., and Montenegro, D. (2020). [Набор данных]. Справочное руководство. Симулятор открытой системы распространения (OpenDSS).

   Google Scholar

   Электричество Северо-Запад (2014). [Набор данных]. Решения для сетей низкого напряжения (LVNS).

   Google Scholar

   Феррейра Коста, Л., Де Карне, Г., Бутикки, Г., и Лизер, М. (2017). Интеллектуальный трансформатор: твердотельный трансформатор, предназначенный для предоставления дополнительных услуг распределительной сети. IEEE Power Electron. Mag. 4, 56–67. doi: 10.1109 / mpel.2017.26

   CrossRef Полный текст | Google Scholar

   Giroux, P., Sybille, G., and Tremblay, O. (2021). [Набор данных]. Расчет потерь в трехфазном трехуровневом инверторе с использованием SimPowerSystems и Simscape.

   Google Scholar

   Герра, Г., и Мартинес-Веласко, Дж. А. (2017). Модель твердотельного трансформатора для расчета потока мощности. Внутр. J. Electr. Power Energ. Syst. 89, 40–51. doi: 10.1016 / j.ijepes.2017.01.005

   CrossRef Полный текст | Google Scholar

   Хубер, Дж. Э. и Колар, Дж. У. (2019). Применимость твердотельных трансформаторов в сегодняшних и будущих распределительных сетях. IEEE Trans. Умная сеть электроснабжения. 10, 317–326. DOI: 10.1109 / TSG.2017.2738610

   CrossRef Полный текст | Google Scholar

   Хубер, Дж. Э. и Колар, Дж. У. (2014). «Сравнение объема / веса / стоимости твердотельного преобразователя 10 кВ / 400 В мощностью 1 МВА с обычным низкочастотным распределительным трансформатором» на конгрессе и выставке IEEE Energy Conversion 2014, ECCE 2014, Питтсбург, Пенсильвания, США, 14-18 сентября. 2014 (IEEE), 4545–4552. doi: 10.1109 / ECCE.2014.6954023

   CrossRef Полный текст | Google Scholar

   Hunziker, C., and Schulz, N. (2017). Возможности твердотельных трансформаторов для оптимизации сети в существующих низковольтных сетевых средах. Electric Power Syst. Res. 146, 124–131. doi: 10.1016 / j.epsr.2017.01.024

   CrossRef Полный текст | Google Scholar

   KACO New Energy (2021). [Набор данных]. Инверторы KACO Blueplanet. Расширенные технические данные.

   Google Scholar

   Liserre, M., Buticchi, G., Andresen, M., De Carne, G., Costa, L.F., and Zou, Z.-X. (2016). Интеллектуальный трансформатор: влияние на электрическую сеть и технологические проблемы. EEE Ind. Electron. Mag. 10, 46–58. DOI: 10.1109 / mie.2016.2551418

   CrossRef Полный текст | Google Scholar

   Лю, Х., Мао, К., Лу, Дж. И Ван, Д. (2009). Электронный силовой трансформатор с системой хранения суперконденсаторов. Electric Power Syst. Res. 79, 1200–1208. doi: 10.1016 / j.epsr.2009.02.012

   CrossRef Полный текст | Google Scholar

   Longo, L., Bruno, S., De Carne, G., and Liserre, M. (2020). «Моделирование и оценка характеристик интеллектуального трансформатора в распределительных сетях», на Общем собрании IEEE Power & Energy Society (PESGM) 2020 г., Монреаль, Квебек, Канада, 2-6 августа.2020 (IEEE), 1–5. doi: 10.1109 / PESGM41954.2020.46

   CrossRef Полный текст | Google Scholar

   Люз, Дж. Д. (2009). «Оптимизация размеров распределительных трансформаторов путем прогнозирования нагрузки на электроэнергию потребителей», на конференции IEEE Rural Electric Power 2009, Форт-Коллинз, Колорадо, США, 26-29 апреля 2009 г. (IEEE). doi: 10.1109 / REPCON.2009.46

   CrossRef Полный текст | Google Scholar

   Наварро-Эспиноза, А. и Очоа, Л. (2015a). Документ для распространения «Модели низковольтных сетей и профили низкоуглеродных технологий» .Манчестер: Тех. представитель Манчестерского университета и ENWL.

   Наварро-Эспиноза, А., и Очоа, Л. Ф. (2015b). «Повышение емкости фотоэлектрических хостов для сетей низкого напряжения: трансформаторы с РПН по сравнению с подкреплением», конференция IEEE Power and Energy Society по инновационным технологиям интеллектуальных сетей, ISGT 2015, Вашингтон, округ Колумбия, США, 18–20 февраля 2015 г. (IEEE) , 1–5. doi: 10.1109 / ISGT.2015.7131856

   CrossRef Полный текст | Google Scholar

   Pournaras, E., and Espejo-Uribe, J. (2017). Самовосстанавливающиеся интеллектуальные сети через онлайн-координацию интеллектуальных трансформаторов. IEEE Trans. Ind. Inf. 13, 1783–1793. doi: 10.1109 / TII.2016.2625041

   CrossRef Полный текст | Google Scholar

   Procopiou, A. T., and Ochoa, L. F. (2017). Контроль напряжения в сетях низкого напряжения PV-Rich без удаленного мониторинга. IEEE Trans. Power Syst. 32, 1224–1236. doi: 10.1109 / TPWRS.2016.25

   CrossRef Полный текст | Google Scholar

   Prystupczuk, F., Rigoni, V., Nouri, A., Ali, R., Keane, A., and O’Donnell, T. (2021). [Набор данных]. HPET_PowerFlow_Model

   Google Scholar

   Цинь, Х.и Кимбалл, Дж. У. (2010). «Сравнительное исследование эффективности твердотельных трансформаторов на основе кремния», в Конгрессе и выставке по преобразованию энергии IEEE в 2010 г., Атланта, Джорджия, США, 12–16 сентября 2010 г. (IEEE), 1458–1463. doi: 10.1109 / ECCE.2010.5618255

   CrossRef Полный текст | Google Scholar

   Ригони В. и Кин А. (2020). «Open-DSOPF: оптимальная формула потока мощности с открытым исходным кодом, интегрированная с OpenDSS», на Общем собрании IEEE Power & Energy Society (PESGM) 2020 г., Монреаль, Квебек, Канада, 2-6 августа.2020 (IEEE), 1–5. doi: 10.1109 / pesgm41954.2020.25

   CrossRef Полный текст | Google Scholar

   Rocha, C., Peppanen, J., Radatz, P., Rylander, M., and Dugan, R. (2019). Моделирование инвертора. Тех. респ., EPRI. Пало-Альто, Калифорния, США: Исследовательский институт электроэнергетики, Inc.

   Сименс А.Г. (2017). Руководство по энергетике. Тех. респ. Эрланген, Германия: Siemens AG.

   Уоллинг, Р. А., Сент, Р., Дуган, Р. К., Берк, Дж., И Кожович, Л.А. (2008). Краткое изложение влияния распределенных ресурсов на системы энергоснабжения. IEEE Trans. Power Deliv. 23, 1636–1644. doi: 10.1109 / TPWRD.2007.5

   CrossRef Полный текст | Google Scholar

   Ван, X., Лю, Дж., Сюй, Т., и Ван, X. (2012). «Сравнение различных трехкаскадных трехфазных каскадных модульных топологий для силовых электронных трансформаторов», на конгрессе и выставке преобразования энергии IEEE 2012 г., Роли, Северная Каролина, США, 15-20 сентября 2012 г. (IEEE), 1420–1425 .doi: 10.1109 / ECCE.2012.6342648

   CrossRef Полный текст | Google Scholar

   Xu She, X., Huang, A.Q., and Burgos, R. (2013). Обзор технологий твердотельных трансформаторов и их применения в системах распределения электроэнергии. IEEE J. Emerg. Sel. Верхний. Power Electron. 1, 186–198. doi: 10.1109 / jestpe.2013.2277917

   CrossRef Полный текст | Google Scholar

   Янг, Т., Мир, Р., О’Локлин, К., и О’Доннелл, Т. (2016). «Характеристики твердотельных трансформаторов при несимметричных нагрузках в распределительных системах», конференция и выставка IEEE Applied Power Electronics 2016 (APEC), Лонг-Бич, Калифорния, США, 20-24 марта 2016 г. (IEEE), 2629–2636.doi: 10.1109 / APEC.2016.7468235

   CrossRef Полный текст | Google Scholar

   Яздани А. и Иравани Р. (2010). Преобразователи напряжения в энергосистемах: моделирование, управление и приложения . Хобокен, Нью-Джерси, США: John Wiley & Sons.

   Объем рынка силовых трансформаторов, анализ долей | Прогноз роста

   ГЛАВА 1: ВВЕДЕНИЕ

   1.1. Описание отчета

   1.1.1. Основные преимущества для заинтересованных сторон

   1.2. Ключевые сегменты рынка
   1.3. Методология исследования

   1.3.1. Первичное исследование
   1.3.2. Вторичное исследование
   1.3.3. Инструменты и модели аналитика

   ГЛАВА 2: КРАТКИЙ ОБЗОР

   2.1.CXO Perspective

   ГЛАВА 3: РЫНОЧНЫЙ ПЕЙЗАЖ

   3.1. Определение и объем рынка
   3.2. Основные выводы

   3.2.1. Верхние инвестиционные карманы
   3.2.2. Анализ пяти сил Портера

   3.3. Динамика рынка

   3.3.1. Драйверы

   3.3.1.1. Возрастающий спрос для электричества во всем мире
   3.3.1.2. Замена существующих сетей передачи
   3.3.1.3. Расширение внедрения интеллектуальных сетей

   3.3.2. Ограничение

   3.3.2.1. Высокая стоимость установки, логистики и вспомогательной инфраструктуры трансформатора

   3.3.3. Возможности

   3.3.3.1. Расширение использования возобновляемых и нетрадиционных источников энергии

   ГЛАВА 4: РЫНОК ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ТРАНСФОРМАТОРОВ, РЕЙТИНГ

   4.1. Обзор

   4.1.1. Размер рынка и прогноз

   4.2. Низкий (от 5 МВА до 100 МВА)

   4.2.1. Основные рыночные тенденции, факторы роста и возможности
   4.2.2. Размер рынка и прогноз по регионам

   4.3. Средний (от 100 МВА до 500 МВА)

   4.3.1. Основные рыночные тенденции, факторы роста и возможности
   4.3.2.Размер рынка и прогноз по регионам

   4.4.Высокий (более 500 МВА)

   4.4.1.Основные рыночные тенденции, факторы роста и возможности
   4.4.2.Размер рынка и прогноз по регионам

   ГЛАВА 5: РЫНОК СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ ПО РЕГИОНАМ

   5.1.Обзор

   5.1.1.Размер рынка и прогноз

   5.2.Северная Америка

   5.2.1.Основные рыночные тенденции, факторы роста и возможности
   5.2.2.Размер и прогноз рынка, по рейтингу
   5.2.3 .Анализ рыночной доли по странам
   5.2.4.US

   5.2.4.1.Размер рынка и прогноз, по рейтингу

   5.2.5.CANADA

   5.2.5.1.Размер и прогноз рынка, по рейтингу

   5.2.6.МЕКСИКА

   5.2.6.1.Размер рынка и прогноз , по рейтингу

   5.3. Европа

   5.3.1. Основные рыночные тенденции, факторы роста и возможности
   5.3.2. Объем и прогноз рынка, по рейтингу
   5.3.3. Анализ доли рынка, по странам
   5.3.4. РОССИЯ

   5.3 .4.1.Размер и прогноз рынка, по рейтингу

   5.3.5.ГЕРМАНИЯ

   5.3.5.1.Размер и прогноз рынка, по рейтингу

   5.3.6.ФРАНЦИЯ

   5.3.6.1.Размер и прогноз рынка, по рейтингу

   5.3.7.UK

   5.3.7.1. Объем и прогноз рынка, по рейтингу

   5.3.8.ITALY

   5.3.8.1. Объем и прогноз рынка, по рейтингу

   5.3.9. ОСТАЛЬНАЯ ЕВРОПА

   5.3.9.1. Размер и прогноз рынка, по рейтингу

   5.4. Азиатско-Тихоокеанский регион

   5.4.1 .Основные рыночные тенденции, факторы роста и возможности
   5.4.2.Размер и прогноз рынка, по рейтингу
   5.4.3.Анализ доли рынка, по странам
   по рейтингу

   5.4.5.INDIA

   5.4.5.1.Размер и прогноз рынка, по рейтингу

   5.4.6.ЯПОНИЯ

   5.4.6.1.Размер и прогноз рынка, по рейтингу

   5.4.7.АВСТРАЛИЯ

   5.4.7.1.Размер и прогноз рынка, по рейтингу

   .8.1.Размер рынка и прогноз, по рейтингу

   5.5.LAMEA

   5.5.1.Основные рыночные тенденции, факторы роста и возможности
   5.5.2.Размер и прогноз рынка, по рейтингу
   5.5.3.Анализ доли рынка по странам
   5.5.4 БРАЗИЛИЯ

   5.5.4.1. Объем и прогноз рынка, по рейтингу

   5.5.5.SOUTH AFRICA

   5.5.5.1.Размер рынка и прогноз по рейтингу

   5.5.6.СРЕДНИЙ ВОСТОК

   5.5.6.1.Размер и прогноз рынка по рейтингу

   5.5.7.REST OF LAMEA

   5.5 .7.1.Размер и прогноз рынка, по рейтингу

   ГЛАВА 6: КОНКУРЕНТНЫЙ ЛАНДШАФТ

   6.1. ВВЕДЕНИЕ

   6.1.1. ПОЗИЦИОНИРОВАНИЕ ИГРОКА НА РЫНКЕ, 2019

   6.2. СТРАТЕГИИ ВЫИГРЫША
   6.3. КАРТА ПРОДУКЦИИ
   ТОП-10 ИГРОКОВ 6.4 КОНКУРСНАЯ ТЕПЛОВАЯ КАРТА
   6.5.КЛЮЧЕВЫЕ СОБЫТИЯ

   6.5.1. Слияния и поглощения

   ГЛАВА 7: КОНКУРЕНТНЫЙ ЛАНДШАФТ

   7.1. ВВЕДЕНИЕ

   7.1.1. ПОЛОЖЕНИЕ ИГРОКА НА РЫНКЕ, 2019

   7.2. ЛУЧШИЕ СТРАТЕГИИ ВЫИГРЫША

   7.3.
   7.4.COMPETITIVE HEATMAP
   7.5. КЛЮЧЕВЫЕ РАЗРАБОТКИ

   7.5.1. Слияния и поглощения

   ГЛАВА 8: ПРОФИЛИ КОМПАНИИ:

   8.1.CG Power and Industrial Solutions Ltd.

   8.1.1. Обзор компании
   8.1.2. Обзор компании
   8.1.3. Операционные бизнес-сегменты
   8.1.4. Портфель продукции
   8.1.5. Эффективность бизнеса

   8.2. Siemens AG

   8.2.1. Обзор компании
   8.2.2. Обзор компании
   8.2. 3. Операционные бизнес-сегменты
   8.2.4. Портфель продукции
   8.2.5. Производственные показатели

   8.3.Schneider Electric SE

   8.3.1. Обзор компании
   8.3.2. Обзор компании
   8.3.3. Операционные бизнес-сегменты
   . 8.3.4.Продукция
   8.3.5. Эффективность бизнеса

   8.4.TBEA Co. Ltd.

   8.4.1. Обзор компании
   8.4.2. Обзор компании
   8.4.3. Портфель продукции

   8.5. EMCO Ltd.

   8.5.1. Обзор компании.
   8.5.2. Обзор компании
   8.5.3. Портфель продукции
   8.5.4. Эффективность бизнеса

   8.6. Kirloskar Electric Co. Ltd.

   8.6.1. Обзор компании
   8.6.2. Обзор компании
   8.6.3 .Продукция

   8.7.Toshiba Corporation

   8.7.1.Обзор компании
   8.7.2. Обзор компании
   8.7.3. Операционные бизнес-сегменты
   8.7.4. Портфель продукции
   8.7.5. Результаты деятельности

   8.8.Hitachi Ltd.

   8.8.1. Обзор компании
   8.8.2 Обзор компании
   8.8.3. Операционные сегменты бизнеса
   8.8.4. Портфель продукции
   8.8.5. Показатели бизнеса
   8.8.6. Ключевые стратегические шаги и разработки

   8.9.Bharat Heavy Electricals Ltd.

   8.9.1. Обзор компании
   8.9.2. Обзор компании
   8.9.3. Операционные бизнес-сегменты
   8.9.4. Портфель продуктов
   8.9.5. Производственные показатели

   8.10. General Electric Company

   8.10.1. Обзор компании
   8.10.2. Обзор компании
   8.10.3. Операционные бизнес-сегменты
   8.10.4. Портфель продукции
   8.10.5. Показатели бизнеса

   СПИСОК ТАБЛИЦ

   ТАБЛИЦА 01. ГЛОБАЛЬНЫЙ РЫНОК ТРАНФОРМАТОРОВ ЭНЕРГЕТИКИ, ПО РЕЙТИНГАМ, 2019–2027 гг. (МЛРД $)
   ТАБЛИЦА 02. MVA), ПО РЕГИОНАМ, 2019–2027 гг. (МЛРД $)
   ТАБЛИЦА 03.ТРАНСФОРМЕРМАРКЕТ МОЩНОСТИ ДЛЯ СРЕДНИХ (от 100 МВА до 500 МВА), ПО РЕГИОНАМ, 2019–2027 (МЛРД ДОЛЛАРОВ)
   ТАБЛИЦА 04. РЫНОК ТРАНСФОРМАТОРМ ПИТАНИЯ ДЛЯ ВЫСОКОГО (ВЫШЕ 500 МВА), ПО РЕГИОНАМ, 2019–2027 (МЛРД ДОЛЛАРОВ)
   ТАБЛИЦА 05. ГЛОБАЛЬНЫЙ РЫНОК ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ТРАНФОРМАТОРОВ, ПО РЕГИОНАМ, 2019–2027 (МЛРД. ДОЛЛ. 2026 г. (МЛРД $)
   ТАБЛИЦА 08. США РЫНОК ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ТРАНФОРМАТОРОВ ПО РЕЙТИНГАМ, 2019–2027 гг. (МЛРД $)
   ТАБЛИЦА 09.РЫНОК ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ТРАНФОРМАТОРОВ КАНАДЫ, ПО РЕЙТИНГАМ, 2019–2027 (МЛРД ДОЛЛ. МЛРД ДОЛЛ. ПО РЕЙТИНГАМ, 2019–2027 (МЛРД ДОЛЛАРОВ)
   ТАБЛИЦА 15. РЫНОК ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ТРАНФОРМАТОРОВ ФРАНЦИИ, ПО РЕЙТИНГАМ, 2019–2027 гг. (МЛРД ДОЛЛАРОВ)
   ТАБЛИЦА 16.РЫНОК ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ТРАНФОРМАТОРОВ В Великобритании, ПО РЕЙТИНГАМ, 2019–2027 (МЛРД. ДОЛЛАРОВ)
   ТАБЛИЦА 17. 2027 г. (МЛРД. ДОЛЛ. РЫНОК ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ТРАНФОРМАТОРОВ, 2019–2027 гг. (МЛРД ДОЛЛ.РЫНОК ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ТРАНФОРМАТОРОВ В ЯПОНИИ, ПО РЕЙТИНГАМ, 2019–2027 (МЛРД. ДОЛЛ. 2027 (МЛРД. ДОЛЛАРОВ)
   ТАБЛИЦА 26. РЫНОК ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ТРАНФОРМАТОРОВ LAMEA, 2019–2027 гг. (МЛРД ДОЛЛ. РЫНОК ПО РЕЙТИНГАМ, 2019–2027 (МЛРД ДОЛЛАРОВ)
   ТАБЛИЦА 29. Южноафриканский рынок ТРАНФОРМАТОРОВ ПО РЕЙТИНГАМ, 2019–2027 (МЛРД ДОЛЛАРОВ)
   ТАБЛИЦА 30.РЫНОК ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ТРАНФОРМАТОРОВ БЛИЖНЕГО ВОСТОКА, ПО РЕЙТИНГАМ, 2019–2027 (МЛРД. ДОЛЛАРОВ)
   ТАБЛИЦА 31. РЫНОК ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ТРАНФОРМАТОРОВ REST OF LAMEA, ПО РЕЙТИНГАМ, 2019–2027 (МЛРД ДОЛЛАРОВ)
   ТАБЛИЦА 32. ОСНОВНЫЕ СЛИЯНИЯ И ПРИОБРЕТЕНИЯ (2016-2019)
   ТАБЛИЦА 33. ОСНОВНЫЕ СЛИЯНИЯ И ПРИОБРЕТЕНИЯ (2016-2019)
   ТАБЛИЦА 34.CG: ОПЕРАЦИОННЫЕ СЕГМЕНТЫ
   ТАБЛИЦА 35.AECI: ОПЕРАЦИОННЫЕ СЕГМЕНТЫ
   ТАБЛИЦА 36.CG: ПОРТФЕЛЬ ПРОДУКЦИИ
   ТАБЛИЦА 37. ОБЩЕЕ ФИНАНСОВОЕ СОСТОЯНИЕ (МЛРД ДОЛЛАРОВ)
   38.SIEMENS: ОБЗОР КОМПАНИИ
   ТАБЛИЦА 39.SIEMENS: РАБОЧИЕ СЕГМЕНТЫ
   ТАБЛИЦА 40.SIEMENS: ПОРТФЕЛЬ ПРОДУКТОВ
   ТАБЛИЦА 41. ОБЩЕЕ ФИНАНСОВОЕ СОСТОЯНИЕ (МЛРД $)
   ТАБЛИЦА 42. SCHNEIDER: КОМПАНИЯ SNAPSHOT
   ТАБЛИЦА 43.SCHNEIDER: ОПЕРАЦИОННЫЕ СЕГМЕНТЫ
   ТАБЛИЦА 44.
   ТАБЛИЦА 46.TBEA: ОБЗОР КОМПАНИИ
   ТАБЛИЦА 47.TBEA: ПОРТФЕЛЬ ПРОДУКЦИИ
   ТАБЛИЦА 48.EMCO: ОБЗОР КОМПАНИИ
   ТАБЛИЦА 49.EMCO: ПОРТФЕЛЬ ПРОДУКЦИИ
   ТАБЛИЦА 50. ОБЩЕЕ ФИНАНСОВОЕ СОСТОЯНИЕ (МЛРД ДОЛЛАРОВ КОМПАНИИ)
   ТАБЛИЦА 51.KI SNAPSHOT
   ТАБЛИЦА 52.KIRLOSKAR: ПОРТФЕЛЬ ПРОДУКТОВ
   ТАБЛИЦА 53. TOSHIBA: КОМПАНИЯ SNAPSHOT
   ТАБЛИЦА 54. TOSHIBA: ОПЕРАЦИОННЫЕ СЕГМЕНТЫ
   ТАБЛИЦА 55. TOSHIBA: ПОРТФЕЛЬ ПРОДУКТОВ
   ТАБЛИЦА 56. ОБЩЕЕ ФИНАНСОВОЕ СОСТОЯНИЕ КОМПАНИИ (МЛРД. .HITACHI: ОПЕРАЦИОННЫЕ СЕГМЕНТЫ
   ТАБЛИЦА 59.HITACHI: ПОРТФЕЛЬ ПРОДУКЦИИ
   ТАБЛИЦА 60. ОБЩЕЕ ФИНАНСОВОЕ СОСТОЯНИЕ (МЛРД ДОЛЛАРОВ)
   ТАБЛИЦА 61.HITACHI: ОСНОВНЫЕ СТРАТЕГИЧЕСКИЕ ДВИЖЕНИЯ И РАЗВИТИЯ
   ТАБЛИЦА 62. СЕГМЕНТЫ
   ТАБЛИЦА 64.BHEL: ПОРТФЕЛЬ ПРОДУКЦИИ
   ТАБЛИЦА 65. ОБЩЕЕ ФИНАНСОВОЕ СОСТОЯНИЕ (МЛРД ДОЛЛ.)
   ТАБЛИЦА 66.GE: КОМПАНИЯ SNAPSHOT
   ТАБЛИЦА 67.GE: ОПЕРАЦИОННЫЕ СЕГМЕНТЫ
   ТАБЛИЦА 68.GE: ПРОДУКТОВЫЙ ПОРТФЕЛЬ
   ТАБЛИЦА 69. ОБЩЕЕ ФИНАНСОВОЕ СОСТОЯНИЕ ДОЛЛАРОВ

   ПЕРЕЧЕНЬ ЦИФР.УГРОЗА НОВЫХ ЗАЯВИТЕЛЕЙ
   РИСУНОК 07. УГРОЗА ЗАМЕСТИТЕЛЕЙ
   РИСУНОК 08. НАКОПИТЕЛЬНОСТЬ КОНКУРЕНЦИИ
   РИСУНОК 09. ДОГОВОРНАЯ МОЩНОСТЬ ПОКУПАТЕЛЕЙ
   РИС. МЛРД ДОЛЛ. )
   РИСУНОК 14.СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ДОЛИ РЫНКА ТРАНСФОРМАТОРОВ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ДЛЯ ВЫСОКИХ СТРАН, 2019 и 2027 (МЛРД ДОЛЛ. США) ПОЗИЦИОНИРОВАНИЕ ИГРОКОВ НА РЫНКЕ, 2019 г.
   РИСУНОК 19. КАРТА ПРОДУКЦИИ 10 ЛУЧШИХ ИГРОКОВ
   РИСУНОК 20. КОНКУРСНАЯ КАРТА КЛЮЧЕВЫХ ИГРОКОВ
   РИСУНОК 21.CG: ДОХОДЫ, 2016–2018 гг. , 2018 (%)
   РИСУНОК 23.CG: ДОЛЯ ВЫРУЧКИ ПО РЕГИОНАМ, 2018 г. (%)
   РИСУНОК 24. ДИАГРАММА: ДОЛЯ ВЫРУЧКИ, 2017–2019 гг. (МЛРД ДОЛЛ. США)
   РИСУНОК 25. РЕГИОН, 2019 г. (%)
   РИСУНОК 27.SCHNEIDER: ЧИСТЫЕ ПРОДАЖИ, 2017–2019 гг. (МЛРД $)
   РИСУНОК 28.SCHNEIDER: ДОЛЯ ВЫРУЧКИ ПО СЕГМЕНТАМ, 2019 г. (%)
   РИСУНОК 29. %)
   РИСУНОК 30.EMCO: ВЫРУЧКА, 2015–2017 гг. (МЛРД $)
   РИСУНОК 31.EMCO: ДОЛЯ ВЫРУЧКИ ПО РЕГИОНАМ, 2017 г. (%)
   РИСУНОК 32.TOSHIBA: ВЫРУЧКА, 2016–2018 (МЛРД ДОЛЛАРОВ)
   РИСУНОК 33. TOSHIBA: ДОЛЯ ВЫРУЧКИ ПО СЕГМЕНТАМ, 2018 (%)
   РИСУНОК 34.HITACHI: ВЫРУЧКА, 2016–2018 гг. (МЛРД ДОЛЛ. СЕГМЕНТ, 2018 г. (%)
   РИСУНОК 36.HITACHI: ДОЛЯ ВЫРУЧКИ ПО РЕГИОНАМ, 2018 г. (%)
   РИСУНОК 37.BHEL: ВЫРУЧКА, 2016–2018 гг. (МЛРД $)
   РИСУНОК 38.BHEL: ДОЛЯ ВЫРУЧКИ ПО СЕГМЕНТАМ, 2018 г. (%) )
   РИСУНОК 39.BHEL: ДОЛЯ ДОХОДА ПО РЕГИОНАМ, 2018 (%)
   РИСУНОК 40.GE: ДОХОДЫ, 2017–2019 гг. (МЛРД $)
   РИСУНОК 41.GE: ДОЛЯ ВЫРУЧКИ ПО СЕГМЕНТАМ, 2019 г. (%)
   РИСУНОК 42.GE: ДОЛЯ ВЫРУЧКИ ПО РЕГИОНАМ, 2019 г. (%)
   

   Консультанты по электротехнике | Процентное сопротивление | Трансформеры

   Сопротивление трансформатора в процентах является измеренным значением. отпечатано на паспортной табличке и фактически является измерением напряжения. Это проверенное значение, которое производители делают для силовых распределительных трансформаторов и используется при расчете тока короткого замыкания. Это важно для координация устройств защиты от сверхтоков (OCPD), анализ короткого замыкания, гармонический анализ и исследования вспышки дуги.

   Импеданс в процентах — это процент от номинального напряжения, необходимого для протекания номинального тока, когда вторичные обмотки закорочены при номинальном напряжении и частоте.

   Щелкните изображение, чтобы увидеть паспортную табличку.

   Пример процентного сопротивления

   Если трансформатор имеет полное сопротивление 6,33%, потребуется 6,33% входного первичного напряжения, чтобы вызвать 100% номинального тока на вторичные обмотки при возникновении наихудшего отказа.В электрических распределительных системах наихудший случай неисправности возникает, когда металл с низким сопротивлением стержень замыкает линии и называется разломом с болтовым креплением.

   Теперь, если 100% напряжения приложено к первичному входу, то приблизительно 100 / 6,33 = 15,8-кратный номинальный ток будет течь во вторичном обмотка при худшем случае неисправности. Это максимальный ток короткого замыкания, который может быть в вашей системе.

   Тестирование процентного сопротивления

   Наихудший случай неисправности испытан со вторичными выводами трансформатора, скрепленными вместе болтами, а на самом деле скрепленными медными шинами. с амперметром, установленным последовательно.

   Очень осторожно, напряжение на первичных линиях повышается до тех пор, пока не будет достигнут вторичный ток полной нагрузки.

   Например, этот трансформатор 2500 кВА, 12,47 кВ на 600/347 В, показанный на фото:

   Когда вторичный ток достигает 2406А, на первичной обмотке снимается напряжение, чтобы увидеть, какое входное напряжение требуется для достижения этого значения. номинальный ток полной нагрузки на вторичной обмотке. В этом случае техник прочитал бы 789,35 В.

   Проведение простого расчета:

   Важное примечание для инженеров-электриков:
   Всегда считывайте измеренный% импеданса с паспортной таблички, а не из таблицы данных.На этом трансформатор в Эдмонтоне, Альберта, на паспортной табличке указано 6,33, в то время как в сопроводительной литературе указано только 6%. Разница была небольшая, но точность важна по электрическим оценкам.

   Типичные значения импеданса в процентах

   Как инженеры-консультанты по электрике, это типичные уровни импеданса, которые мы видел на трансформаторах.

   Типичные значения импеданса в процентах

   Размер трансформатора (кВА)	Типичные значения% Z
   0-150	Менее 4%
   151-300	4%
   301-600	5%
   601-2500	6%
   2501-5000	6.5%
   5001-7500	7,5%
   7501-10000	8,5%
   Более 10 кВА	9,5%

   Простой неразрушающий тест импеданса трансформатора в процентах дает точные показания для расчета неисправностей.

   Стандарты эффективности Министерства энергетики на 2016 год: распределительные трансформаторы низкого напряжения

   Распределительный трансформатор обеспечивает окончательное преобразование напряжения в системе распределения электроэнергии за счет снижения тока высокого напряжения от линии электропередачи до более низкого напряжения для использования в здании.Министерство энергетики (DOE) регулирует уровень энергоэффективности низковольтных сухих распределительных трансформаторов с 2007 года. Начиная с 2016 года, будут внесены новые поправки в стандарты энергоэффективности распределительных трансформаторов, утвержденные на федеральном уровне. Компания MGM Transformer Company находится в авангарде этого нового стандарта и с 1 января 2016 года будет предлагать новую эффективность своей продукции. Это постановление применяется к трехфазным низковольтным сухим распределительным трансформаторам общего назначения 1 января 2016 г.Трансформаторы, отвечающие текущим требованиям к эффективности в США (NEMA TP-1), которые физически находятся в США, могут и дальше продаваться и устанавливаться на законных основаниях после 1 января 2016 года. Это включает блоки, хранящиеся на складах производителей, на складе дистрибьюторов, на рабочих площадках. и др.

   ---

   Сравнение различных стандартов эффективности: NEMA TP-1, NEMA PREMIUM CSL-3 и DOE 2016

   В таблице ниже перечислены минимальные значения КПД низковольтных сухих трехфазных распределительных трансформаторов, требуемых для их номинальной мощности в кВА.Стандарты для трансформаторов, изготовленных 1 января 2007 г. или позднее, известны как NEMA TP-1 (или маркировка Energy Star). В мае 2010 года были введены стандарты NEMA CSL-3 с более высокими показателями эффективности, чем NEMA TP-1. Преимуществами трансформаторов CSL-3 являются уменьшенные электрические и тепловые потери, более низкая совокупная стоимость владения (TCO), большая экономия энергии и экологичный дизайн / LEED. Эти функции полезны для центров обработки данных, медицинских учреждений, школ и колледжей, экологически чистых приложений, зданий LEED и государственных проектов.Стандарт эффективности CSL-3 никогда не утверждался на федеральном уровне. Трансформаторы, изготовленные 1 января 2016 г. или позднее, должны соответствовать минимальным показателям эффективности DOE 2016, перечисленным ниже. Эти стандарты будут утверждены на федеральном уровне.

   кВА (трехфазный)	NEMA TP-1 (Energy Star) Утверждено на федеральном уровне	NEMA PREMIUM CSL-3 * Не утвержден на федеральном уровне	DOE 2016 Стандарты Федеральное обязательство
   15 кВА	97.0	97,90	97,89
   30 кВА	97,5	98,25	98,23
   45 кВА	97,7	98,39	98,40
   75 кВА;	98,0	98,60	98,60
   112,5 кВА	98,2	98,74	98,74
   150 кВА	98,3	98,81	98.83
   225 кВА	98,5	98,95	98,94
   300 кВА	98,6	99,02	99,02
   500 кВА	98,7	99,09	99,14
   750 кВА	98,8	99,16	99,23
   1000 кВА	98,9	99,23	99,28

   * Опубликованные проценты эффективности CSL-3 могут различаться в зависимости от производителя.

   Примечание. Все значения КПД приведены для 35 процентов номинальной нагрузки, указанной на паспортной табличке, и определены в соответствии с Методом испытаний DOE для измерения энергопотребления распределительных трансформаторов согласно Приложению A к подразделу K 10 CFR, часть 431.

   .

   No related posts.