Построение кривой изменения КПД трансформатора в зависимости от нагрузки

Коэффициент полезного действия трансформатора при любой нагрузке определяют по формуле:

где S_н - полная номинальная мощность трансформатора, кВ·А;

P₀ - мощность потерь холостого хода при номинальном напряжении, Вт; P_к - мощность потерь короткого замыкания, Вт.

КПД трансформатора рассчитывают для значений коэффициента нагрузки k_нг, равных 0,25; 0,50; 0,75; 1,25 от номинального вторичного тока I_2н. Значение cosφ₂ берут из таблицы 1.

Максимальное значение коэффициента полезного действия имеет место при условии Отсюда коэффициент нагрузки, соответствующий максимальному КПД:

По полученному значению k_{нг max} (из графика) определяют максимальное значение коэффициента полезного действия.

По результатам расчётов (таблица 3) построим зависимости η = f (k_нг) для каждого вида нагрузки:

Таблица 3 - Таблица расчётов зависимости КПД от коэффициента нагрузки.

Коэффициент нагрузки, kнг	КПД, η
активная нагрузка, cosφ2 = 1	индуктивная нагрузка, cosφ2 = 0,56	ёмкостная нагрузка, cosφ2 = 0,56
0,25	0,976252	0,958370	0,958370
0,47 (kнг max)	0,980341	0,965429	0,965429
0,5	0,980316	0,965385	0,965385
0,75	0,978299	0,961898	0,961898
1,25	0,970687	0,948833	0,948833

Рисунок 3.Зависимости η = f (k_нг) для активной нагрузки.

Рисунок 4.Зависимости η = f (k_нг) для индуктивной нагрузки.

Рисунок 5.Зависимости η = f (k_нг) для ёмкостной нагрузки.

Определение изменения напряжения трансформатора при нагрузке

U_ка% – активная составляющая напряжения короткого замыкания при номинальном токе, выраженная в %:

U_кр% – реактивная составляющая напряжения короткого замыкания, выраженная в %:

При практических расчетах изменение вторичного напряжения трансформатора в процентах от номинального определяют по формуле:

Результаты изменения вторичного напряжения трансформатора в процентах от номинального, для всех трех типов нагрузки, при значениях k_нг равных 0,25; 0,50; 0,75;1,00; 1,25, сведены в таблицу 5.

Таблица 4 - Результаты расчетов изменения вторичного напряжения

Коэффициент нагрузки, kнг	ΔU%
активная нагрузка, cosφ2 = 1	индуктивная нагрузка, cosφ2 = 0,56	ёмкостная нагрузка, cosφ2 = 0,56
0,25	0,55	0,925	0,925
0,5	1,11	1,85	1,85
0,75	1,665	2,775	2,775
	2,22	3,7	3,7
1,25	2,775	4,625	4,625

Построение внешней характеристики трансформатора

Внешнюю характеристику трансформатора получают как арифметическую разность между вторичным напряжением при холостом ходе U'₂₀=E'₂ и изменением вторичного напряжения ΔU. Поскольку изменение напряжения при нагрузке трансформатора зависит от величины тока нагрузки, напряжения короткого замыкания и характера нагрузки, внешние характеристики неодинаковы при разных характерах нагрузки.

Внешнюю характеристику трансформатора строят по двум точкам: одну откладывают на оси U'₂, а вторую на линии, соответствующей k_нг = 1, откладывая вверх значение U'₂, рассчитанное по формуле:

где

Проведём расчёты для трёх видов нагрузки:

а) активная нагрузка:

б) активно-индуктивная нагрузка:

в) активно-ёмкостная нагрузка:

По результатам расчётов построим внешнюю характеристику трансформатора. Внешняя характеристика трансформатора представлена в Приложении А.

Заключение

В данной работе определили параметры схемы замещения трансформатора в режиме холостого хода, а также определили параметраы схемы замещения трансформатора в режиме короткого замыкания. Построили векторные диаграммы. Построили кривую изменения КПД трансформатора в зависимости от активной, индуктивной и ёмкостной нагрузок. Определили изменения напряжения трансформатора при нагрузке. Построили внешнюю характеристику трансформатора.

Список литературы

1. Тихомиров П.М. Расчет трансформаторов. Учебное пособие для вузов. Издание пятое, переработанное и дополненное. М.: Энергоатомиздат, 1986. – 528 с.

2. Брускин Д.Э., Зорохович А.Е., Хвостов В.С. Электрические машины: Учеб. для вузов. Ч.1.-М.: Высш.шк.,1987.- 319с.

3. Костенко М.П., Пиотровский Л.М. Электрические машины. Ч.1.-Л.: Энергия, 1972.- 544с.

4. СТО-13-2016. Стандарт организации. Студенческие работы. Общие требования к оформлению. Липецк: ЛГТУ, 2016. - 36 с.