Герасименко Т.С.

Казахский Государственный Агротехнический Университет им. С. Сейфуллина. Республика Казахстан, город Астана.

Повышение коэффициента полезного действия у трансформаторов при помощи симметрирующего устройства

Как известно, в процессе трансформации электрической энергии часть энергии теряется в трансформаторе на покрытие потерь. Потери не только снижают коэффициент полезного действия трансформатора (КПД), но и часто приводят к снижению его эксплуатационной надежности из-за чрезмерных нагревов участков обмоток или элементов конструкции.

Для улучшения эксплуатационных характеристик трансформаторов 10/0,4 кВ со схемой соединения «звезда-звезда с нулем» было создано симметрирующие устройство (СУ), которое представляет собой алюминиевый бак, устанавливаемый вместо стального бака трансформатора.

Для экспериментального определения КПД трансформатора был изготовлен методом геометрического подобия трансформатор мощностью 2,5 кВ×А со стальным и алюминиевым баком.

Коэффициент полезного действия трансформатора определяется по формуле:

(1)

где β - коэффициент нагрузки;

S_ном - номинальная мощность трансформатора, (В∙А);

cos φ₂ – коэффициент мощности трансформатора;

Р_{0 ном} – потери холостого хода при номинальном напряжении, Вт;

Р_{к ном} – потери короткого замыкания при номинальном напряжении, Вт.

Как видно из формулы (1), чтобы рассчитать КПД трансформатора, нужно знать Р_0ном и Р_кном. Для этого проводим опыты холостого хода и короткого замыкания трансформатора с симметрирующим устройством и без него.

Холостым ходом называют режим работы трансформатора при разомкнутой вторичной обмотке (Z=∞, I₂=0). Потери холостого хода замеряется при номинальном напряжении U_ном=380 В, которое выставляется при помощи индукционного регулятора ИР [1].

Короткое замыкание трансформатора – это такой режим, когда вторичная обмотка замкнута накоротко (Z_ном=0), при этом вторичное напряжение U₂=0, а к обмотке высшего напряжения подводят пониженное напряжение [1]. Потери короткого замыкания замеряются при номинальном токе трансформатора I_2н=3,8А.

Потери холостого хода и потери короткого замыкания определяем по схемам изображенным на рисунке 1. Результаты измерений занесены в таблицу 1.

а б

Рисунок 1. Экспериментальное определение КПД. а) схема для определения потерь холостого хода трансформатора; б) схема для определения потерь к.з трансформатора.

При определении той или иной измеряемой величины решается вопрос о числе повторностей опыта. Для определения количества повторностей опыта, пользуемся методикой изложенной в [2]. При доверительной вероятности α=0,99 и допустимой ошибки ε=±2σ необходимое количество повторностей опыта равно 5.

Таблица 1.- Значения потерь х.х. и к.з. у трансформатора с симметрирующим устройством и без него.

№ опыта	Стальной бак трансформатора		Алюминиевый бак трансформатора
	Р0ном	Рк ном	Р0ном	Рк ном
1	24	230	21	199
2	24	230	20,9	200
3	24,1	229	21	200
4	24	230	21	201
5	24,1	231	21,1	201
М(Рnном)	24	230	21	200,2
σ (Рnном)	0,051	0,707	0,071	0,837
υ	0,02	0,003	0,003	0,004

По данным таблицы 1 рассчитывается КПД трансформатора с симметрирующим устройством и без него. Расчеты КПД ведутся по формуле (1) при β=I₂/I_{2н ,} где I₂-ток нагрузки трансформатора, равный 1, 2, 3, 5 А; I_2н -номинальный ток трансформатора, равный 3,8 А. Результаты расчетов представлены в таблице 2.

Таблица 2. Таблица КПД трансформатора с СУ и без него.

Стальной бак						Алюминиевый бак
β	1/3,8	2/3,8	3/3,8	3,8/3,8	5/3,8	1/3,8	2/3,8	3/3,8	3,8/3,8	5/3,8
η	0,943	0,937	0,922	0,908	0,886	0,950	0,945	0,931	0,919	0,900

По расчетным данным таблицы 2 построен график зависимости КПД трансформатора от коэффициента нагрузки (рисунок 3).

Рисунок 3. Зависимость КПД трансформатора от коэффициента нагрузки.

Из графика видно, что симметрирующие устройство повышает к.п.д. трансформатора на 1%.

По результатам проведенных опытов и расчетов можно сделать вывод, что симметрирующее устройство в виде алюминиевого бака уменьшает потери трансформатора, что приводит к увеличению коэффициента полезного действия трансформатора.

Литература:

1. Кацман М.М. Электрические машины. -М.: Высш. шк. 1990.-463 с.

2. Мельников С.В. и др. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов/ С.В. Мельников, В.Р. Алешкин, П.М. Рощин. -2-е изд., перераб. И доп. – Л.: Колос. Ленингр. Отд-ние, 1980.-168 с.