Расчет характеристик. 7. 5. 1 расчет потерь холостого хода, Вт

7.5.1 Расчет потерь холостого хода, Вт

, (73)

, Вт.

Данная величина получилась на 3.4 % больше, чем в задании. Эту величину следует признать удовлетворительной, так как погрешность не превышает допустимой.

Отклонение действительных потерь в готовом трансформаторе от расчетных может быть также следствием нестабильности качества стали, большего или меньшего увеличения потерь вследствие механических воздействий при заготовке пластин и сборке системы и других причин. Влияние этих факторов может складываться или вычитаться, но, как правило, в правильно рассчитанном трансформаторе отклонение действительных потерь от расчетных составляет в среднем не более ±5-8%, Учитывая эти отклонения, в тех случаях, когда предельное значение потерь холостого хода трансформатора задано, расчетные потери следует выдерживать в пределах нормы ГОСТ или технических условий плюс половина допуска. Согласно ГОСТ 11677-75 для потерь холостого в готовом трансформаторе установлен допуск — 15%. Таким образом, в расчете следует выдерживать потери холостого хода в пределах нормы соответствующего ГОСT плюс 7.5%.

7.5.2 Расчет реактивной составляющей тока холостого хода, %

, (74)

Расчет реактивной (намагничивающей) составляющей тока холостого хода усложняется наличием в магнитной цепи трансформатора немагнитных зазоров, При этом расчете магнитная система трансформатора разбивается на четыре участка — стержни, ярма за исключением углов магнитной системы, углы и зазоры. Для каждого из этих участков подсчитывается требуемая намагничивающая мощность, суммируемая затем по всей магнитной системе. Также как и потери, ток холостого хода зависит от основных магнитных свойств стали магнитной системы и от ряда конструктивных и технологических факторов, оказывающих на ток холостого хода существенно большее влияние, чем на потери.

7.5.3 Расчет активной составляющей тока холостого хода, %

, (75)

7.5.4 Расчет тока холостого хода, %

, %.

Данная величина получилась меньше, чем в задании на 6.2 %, что вполне допустимо, так как погрешность не превышает допустимой.

Полученное значение тока холостого хода должно быть сверено с предельно допустимым значением по ГОСТ или по заданию на расчет трансформатора. Отклонение расчетного значения тока холостого хода от заданного гарантийного следует допускать не более чем на половину допуска, разрешенного по ГОСТ 11677-75 (разрешенный допуск равен +30 %).

При расчете тока холостого хода по намагничивающей мощности определяется среднее значение тока холостого хода для всех стержней трансформатора. В симметричных магнитных системах, например однофазных, это среднее значение будет совпадать с действительным значением тока холостого хода для каждого стержня. В несимметричных магнитных системах ток холостого хода для среднего стержня будет меньше, чем для крайних.

7.5.5 Расчет потерь КЗ в обмотках, Вт

, (76)

, Вт.

7.5.6 Расчет потерь в отводах, Вт

, (77)

, Вт.

7.5.7 Расчет потерь в стенках бака можно провести по (31) или так: (Вт)

, (78)

, Вт.

7.5.8 Расчет потерь КЗ, Вт

(78.а)

= 69858.9 + 383 + 9108 = 79349.9, Вт.

Данная величина получилась меньше, чем в задании на 6.7 %, что вполне допустимо, так как погрешность не превышает допустимой.

Потери короткого замыкания в трансформаторе могут быть разделены на следующие составляющие:

1) основные потери в обмотках НН и ВН, вызванные рабочим током обмоток;

2) добавочные потери в обмотках НН и ВН, т. е. потери от токов, наведенных полем рассеяния в обмотках и создающих неравномерное распределение тока по сечению проводов;

3) основные потери в отводах между обмотками, и вводами (проходными изоляторами) трансформатора;

4) добавочные потери в отводах, вызванныеполем рассеяния отводов;

5) потери в стенках бака и других металлических элементах конструкции трансформатора, вызванные полем рассеяния обмоток и отводов.

Но при инженерных расчетах как правило учитываются наиболее весомые из этих составляющих.

Обычно добавочные потери в обмотках и отводах рассчитывают, определяя коэффициент увеличения основных потерь вследствие наличия поля рассеяния.

Согласно ГОСТ 11677-75 за расчетную (условную) температуру, к которой должны быть приведены потери и напряжение короткого замыкания, принимают: +75°С для всех масляных и для сухих трансформаторов с изоляцией классов нагревостойкости А, Е, В; +115°С для трансформаторов с изоляцией классов нагревостойкости F, Н, С.

Полные потери короткого замыкания готового трансформатора не должны отклоняться от гарантийного значения, заданного ГОСТ или техническими условиями на проект трансформатора, более чем на +10%. Учитывая, что потери готового трансформатора вследствие нормальных допустимых отклонений в размерах его частей могут отклоняться на ±5% от расчетного значения при расчете следует допускать отклонение расчетных потерь короткого замыкания от гарантийного значения не более чем на +5%.

При нормальной работе трансформатора, т. е. при нагрузке его номинальным током при номинальных первичном напряжении и частоте, в его обмотках, отводах и элементах конструкции под воздействием токов обмоток и созданного ими поля рассеяния возникают потери, практически равные потерям короткого замыкания и одинаково с ними изменяющиеся при изменении тока нагрузки. Поэтому при всех расчетах потерь, вызванных нормально работающем трансформаторе изменяющимися токами нагрузки обмоток, и при расчете КПД трансформатора обычно в качестве исходной величины пользуются рассчитанными или измеренными потерями короткого замыкания.

7.5.9 Расчет активной составляющей напряжения КЗ, %

, (79)

7.5.10 Расчет реактивной составляющей напряжения КЗ, %

, (80)

; (81)

, (82)

, см;

см.

тогда:

7.5.11 Расчет напряжения КЗ, %

, (83)

,%.

Данная величина получилась больше той, что оговорена заданием, однако погрешность равна 1.6 %, что меньше допустимой погрешности 5 % в данном случае.

Напряжение короткого замыкания должно совпадать с , регламентированным ГОСТ или заданным в технических условиях (задании) на проект трансформатора. Согласно ГОСТ 11677-75 напряжение короткого замыкания готового трансформатора может отличаться от гарантийного значения не более чем на ±10%. При изготовлении трансформатора вследствие возможных отклонений в размерах обмоток (в частности, в размерах , и ), лежащих в пределах нормальных производственных допусков, готового трансформатора может отличаться от расчетной величины на ±5%. Для того чтобы отклонение у готового трансформатора не выходило за допустимый предел (±10% гарантийной величины), рекомендуется при расчете трансформатора не допускать отклонений в расчетном значении напряжения короткого замыкания более чем ±5% гарантийного значения .

В тех случаях, когда полученное значение отклоняется более чем на ±5% от заданного, изменение в нужном направлении лучше всего вести за счет изменения его реактивной составляющей. Небольших изменений можно достигнуть, изменяя (за счет изменения ) или . Более резкое изменение достигается изменением ЭДС одного витка и числа витков, которое может быть достигнуто путем увеличения или уменьшения диаметра стержня или индукции в нем.

7.5.12 Расчет данных к построению внешней характеристики

Поскольку внешняя характеристика является, по сути, прямой линией, то для ее построения достаточно определить две точки. Расчет следует вести для двух значений коэффициента мощности 0.8 и 1.0. Начальная точка внешней характеристики (холостой ход) будет общей для обеих характеристик: при холостом ходу величина напряжения равна 100 %.

Рассчитаем изменение напряжения под нагрузкой при по известной формуле

, (84)

Если , ,%.

Для большей наглядности эти две линейные зависимости следует построить на общем графике.

7.5.13 Расчет кривой КПД в зависимости от нагрузки

(85)

Результаты расчетов кривых КПД в зависимости от коэффициента нагрузки приведем в таблице 14 для двух значений коэффициента мощности 1.0 и 0.8. k_Н

Таблица 14


η	98.23	99.24	99.32	99.35	99.34	99.32	99.29	99.26	99.21	99.17
k_Н	0.1	0.3	0.4	0.5	0.6	0.7	0.8	0.9	1.0	1.1

η	98.58	99.39	99.46	99.48	99.47	99.46	99.43	99.40	99.37	99.33

Рассчитанные зависимости КПД следует представить на графике. Учитывая то обстоятельство, что форма этих характеристик и их вид подобны, приведем только зависимость с коэффициентом мощности, равным 0.8, как наиболее характерной величиной для практики эксплуатации трансформаторов. Такая характеристика приведена на рисунке 3.