Как узнать мощность трансформатора?
Для изготовления трансформаторных блоков питания необходим силовой однофазный трансформатор, который понижает переменное напряжение электросети 220 вольт до необходимых 12-30 вольт, которое затем выпрямляется диодным мостом и фильтруется электролитическим конденсатором.
Эти преобразования электрического тока необходимы, поскольку любая электронная аппаратура собрана на транзисторах и микросхемах, которым обычно требуется напряжение не более 5-12 вольт.
Чтобы самостоятельно собрать блок питания, начинающему радиолюбителю требуется найти или приобрести подходящий трансформатор для будущего блока питания. В исключительных случаях можно изготовить силовой трансформатор самостоятельно. Такие рекомендации можно встретить на страницах старых книг по радиоэлектронике.
Но в настоящее время проще найти или купить готовый трансформатор и использовать его для изготовления своего блока питания.
Полный расчёт и самостоятельное изготовление трансформатора для начинающего радиолюбителя довольно сложная задача. Но есть иной путь. Можно использовать бывший в употреблении, но исправный трансформатор. Для питания большинства самодельных конструкций хватит и маломощного блока питания, мощностью 7-15 Ватт.
Если трансформатор приобретается в магазине, то особых проблем с подбором нужного трансформатора, как правило, не возникает. У нового изделия обозначены все его главные параметры, такие как мощность, входное напряжение, выходное напряжение, а также количество вторичных обмоток, если их больше одной.
Но если в ваши руки попал трансформатор, который уже поработал в каком-либо приборе и вы хотите его вторично использовать для конструирования своего блока питания? Как определить мощность трансформатора хотя бы приблизительно? Мощность трансформатора весьма важный параметр, поскольку от него напрямую будет зависеть надёжность собранного вами блока питания или другого устройства. Как известно, потребляемая электронным прибором мощность зависит от потребляемого им тока и напряжения, которое требуется для его нормальной работы. Ориентировочно эту мощность можно определить, умножив потребляемый прибором ток (Iн на напряжение питания прибора (Uн). Думаю, многие знакомы с этой формулой ещё по школе.
,где Uн – напряжение в вольтах; Iн – ток в амперах; P – мощность в ваттах.
Рассмотрим определение мощности трансформатора на реальном примере. Тренироваться будем на трансформаторе ТП114-163М. Это трансформатор броневого типа, который собран из штампованных Ш-образных и прямых пластин. Стоит отметить, что трансформаторы такого типа не самые лучшие с точки зрения коэффициента полезного действия (КПД). Но радует то, что такие трансформаторы широко распространены, часто применяются в электронике и их легко найти на прилавках радиомагазинов или же в старой и неисправной радиоаппаратуре. К тому же стоят они дешевле тороидальных (или, по-другому, кольцевых) трансформаторов, которые обладают большим КПД и используются в достаточно мощной радиоаппаратуре.
Итак, перед нами трансформатор ТП114-163М. Попробуем ориентировочно определить его мощность. За основу расчётов примем рекомендации из популярной книги В.Г. Борисова «Юный радиолюбитель».
Для определения мощности трансформатора необходимо рассчитать сечение его магнитопровода. Применительно к трансформатору ТП114-163М, магнитопровод – это набор штампованных Ш-образных и прямых пластин выполненных из электротехнической стали. Так вот, для определения сечения необходимо умножить толщину набора пластин (см. фото) на ширину центрального лепестка Ш-образной пластины.
При вычислениях нужно соблюдать размерность. Толщину набора и ширину центрального лепестка лучше мерить в сантиметрах. Вычисления также нужно производить в сантиметрах. Итак, толщина набора изучаемого трансформатора составила около 2 сантиметров.
Далее замеряем линейкой ширину центрального лепестка. Это уже задача посложнее. Дело в том, что трансформатор ТП114-163М имеет плотный набор и пластмассовый каркас. Поэтому центральный лепесток Ш-образной пластины практически не видно, он закрыт пластиной, и определить его ширину довольно трудно.
Ширину центрального лепестка можно замерить у боковой, самой первой Ш-образной пластины в зазоре между пластмассовым каркасом. Первая пластина не дополняется прямой пластиной и поэтому виден край центрального лепестка Ш-образной пластины. Ширина его составила около 1,7 сантиметра. Хотя приводимый расчёт и является ориентировочным, но всё же желательно как можно точнее проводить измерения.
Перемножаем толщину набора магнитопровода (2 см.) и ширину центрального лепестка пластины (1,7 см.). Получаем сечение магнитопровода – 3,4 см 2 . Далее нам понадобиться следующая формула.
,где S – площадь сечения магнитопровода; Pтр – мощность трансформатора; 1,3 – усреднённый коэффициент.
После нехитрых преобразований получаем упрощённую формулу для расчёта мощности трансформатора по сечению его магнитопровода. Вот она.
Подставим в формулу значение сечения S = 3,4 см 2 , которое мы получили ранее.
В результате расчётов получаем ориентировочное значение мощности трансформатора ~ 7 Ватт. Такого трансформатора вполне достаточно, чтобы собрать блок питания для монофонического усилителя звуковой частоты на 3-5 ватт, например, на базе микросхемы усилителя TDA2003.
Вот ещё один из трансформаторов. Маркирован как PDPC24-35. Это один из представителей трансформаторов – «малюток». Трансформатор очень миниатюрный и, естественно, маломощный. Ширина центрального лепестка Ш-образной пластины составляет всего 6 миллиметров (0,6 см.).
Толщина набора пластин всего магнитопровода – 2 сантиметра. По формуле мощность данного мини-трансформатора получается равной около 1 Вт.
Данный трансформатор имеет две вторичные обмотки, максимально допустимый ток которых достаточно мал, и составляет десятки миллиампер. Такой трансформатор можно использовать только лишь для питания схем с малым потреблением тока.
Как рассчитать мощность трансформатора?
Мощность трансформатора примерно в 1,15 раза больше расчетной нагрузки. Для системы постоянного электропитания коэффициент нагрузки трансформатора обычно составляет 60–70 процентов. Однако номинальная мощность трансформатора изготавливается по определенной марке. Следовательно, при выборе выбранная емкость аналогична и превышает расчетную спецификацию сорта.
Например, расчетная мощность строительной площадки составляет 86,06 кВА. Тогда расчетная мощность трансформатора составляет 100 кВА, а трансформатор 100 кВА можно выбрать в соответствии с классом мощности.
Кстати, мощность одного трансформатора не должна превышать 1000 кВА. При большой нагрузке можно выбрать несколько трансформаторов для параллельного питания. Параллельная работа должна соответствовать условиям одинакового коэффициента трансформации, той же группы соединений и того же напряжения короткого-замыкания; Во-вторых, обратите внимание на проблему распределения нагрузки. Как правило, отношение максимальной мощности к минимальной мощности не превышает 3:1.
Рассчитайте максимальную мощность на фазу нагрузки:
Добавьте мощность нагрузки каждой фазы фазы А, фазы В и фазы С независимо. Например, общая мощность нагрузки фазы А составляет 10 кВт, общая мощность нагрузки фазы В составляет 9 кВт, а общая мощность нагрузки фазы С составляет 11 кВт, принимая максимальное значение 11 кВт.
(Примечание: мощность каждого однофазного-оборудования рассчитывается в соответствии с максимальным значением, указанным на паспортной табличке. Мощность трех-оборудования, деленная на 3, равна мощности каждой фазы данного оборудование.)
Например: общая мощность нагрузки фазы С=(компьютер 300 Вт x 10 комплектов) плюс (кондиционер 2 кВт x 4 комплекта)=11кВт
рассчитать суммарную мощность трех фаз:
11кВт x 3-фазы=33кВт (общая трех-мощность трансформатора) общая трехфазная мощность / 0.8, что является наиболее важным шагом. В настоящее время коэффициент мощности более 90 процентов трансформаторов, продаваемых на рынке, составляет всего 0,8, поэтому его необходимо разделить на коэффициент мощности 0,8.
33кВт / 0.8=41.25кВт (общая мощность трансформатора) общая мощность трансформатора / 0.85. В соответствии с руководством по проектированию энергетики мощность трансформатора следует выбирать в соответствии с расчетной нагрузкой. Для одного трансформатора со стабильной нагрузкой нагрузка обычно составляет около 85 процентов.
41,25кВт / 0.85=48.529кВт (мощность трансформатора необходимо приобрести), затем трансформатор 50кВА можно выбрать при покупке
Расчет и выбор силового трансформатора по мощности и количеству
Расчетный срок службы трансформатора обеспечивается при соблюдений условий:
При проектировании, строительстве, пуске и эксплуатации эти условия никогда не выполняются (что и определяет ценологическаятеория).
Определение номинальной мощности трансформатора
Для правильного выбора номинальной мощности трансформатора (автотрансформатора) необходимо располагать суточным графиком нагрузки, из которого известна как максимальная, так и среднесуточная активная нагрузки данной подстанции, а также продолжительность максимума нагрузки.
График позволяет судить, соответствуют ли эксплуатационные условия загрузки теоретическому сроку службы (обычно 20…25 лет), определяемому заводом изготовителем.
Для относительного срока службы изоляции и (или) для относительного износа изоляции пользуются выражением, определяющим экспоненциальные зависимости от температуры. Относительный износ L показывает, во сколько раз износ изоляции при данной температуре больше или меньше износа при номинальной температуре. Износ изоляции за время оценивают по числу отжитых часов или суток: Н=Li.
В общем случае, когда температура изоляции не остается постоянной во времени, износ изоляции определяется интегралом:
В частности, среднесуточный износ изоляции:
Влияние температуры изоляции определяет, сколько часов с данной температурой может работать изоляция при условии, что ееизнос будет равен нормированному износу за сутки:
При температуре меньше 80°С износ изоляции ничтожен и им можно пренебречь. Температура охлаждающей среды, как правило, не равна номинальной температуре и, кроме того, изменяется во времени. В связи с этим для упрощения расчетов используют эквивалентную температуру охлаждающей среды, под которой понимают такую неизменную за расчетный период температуру, при которой износ изоляции трансформатора будет таким же, как и при изменяющейся температуре охлаждающей среды в тот же период.
Допускается принимать эквивалентную температуру за несколько месяцев или год равной среднемесячным температурам или определять эквивалентные температуры по специальным графикам зависимости эквивалентных месячных температур от среднемесячных и среднегодовых, эквивалентных летних (апрель—август), осенне-зимних (сентябрь—март) и годовых температур от среднегодовых.
Если при выборе номинальной мощности трансформатора на однотрансформаторной подстанции исходить из условия
(где Рмах — максимальная активная нагрузка пятого года эксплуатации; Рр — проектная расчетная мощность подстанции), то при графике с кратковременным пиком нагрузки (0,5… 1,0 ч) трансформатор будет длительное время работать с недогрузкой. При этом неизбежно завышение номинальной мощности трансформатора и, следовательно, завышение установленной мощности подстанции.
В ряде случаев выгоднее выбирать номинальную мощность трансформатора близкой к максимальной нагрузке достаточной продолжительности с полным использованием его перегрузочной способности с учетом систематических перегрузок в нормальном режиме.
Режимы работы трансформатора
Наиболее экономичной работа трансформатора по ежегодным издержкам и потерям будет в случае, когда в часы максимума он работает с перегрузкой (эксплуатация же стремится работать в режимах, когда в часы максимума загрузки данного трансформатора он не превышает свою номинальную мощность). В реальных условиях значение допустимой нагрузки выбирается в соответствии с графиком нагрузки и коэффициентом начальной нагрузки и зависит также от температуры окружающей среды, при которой работает трансформатор.
Коэффициент нагрузки, или коэффициент заполнения суточного графика нагрузки, практически всегда меньше единицы:
В зависимости от характера суточного графика нагрузки (коэффициента начальной загрузки и длительности максимума), эквивалентной температуры окружающей среды, постоянной времени трансформатора и вида его охлаждения согласно ГОСТ допускаются систематические перегрузки трансформаторов.
Перегрузки силовых трансформаторов
Перегрузки определяются преобразованием заданного графика нагрузки в эквивалентный в тепловом отношении (рис. 3.5). Допустимая нагрузка трансформатора зависит от начальной нагрузки, максимума нагрузки и его продолжительности и характеризуется коэффициентом превышения нагрузки:
Допустимые систематические перегрузки трансформаторов определяются из графиков нагрузочной способности трансформаторов, задаваемых таблично или графически. Коэффициент перегрузки передается в зависимости от среднегодовой температуры воздуха /сп вида охлаждения и мощности трансформаторов, коэффициента начальной нагрузки кн н и продолжительности двухчасового эквивалентного максимума нагрузки tmах.
Для других значений tmax допустимый можно определить по кривым нагрузочной способности трансформатора.
Если максимум графика нагрузки в летнее время меньше номинальной мощности трансформатора, то в зимнее время допускается длительная 1%я перегрузка трансформатора на каждый процент недогрузки летом, но не более чем на 15 %. Суммарная систематическая перегрузка трансформатора не должна превышать 150 %. При отсутствии систематических перегрузок допускается длительная нагрузка трансформаторов током на 5 % выше номинального при условии, что напряжение каждой из обмоток не будет превышать номинальное.
На трансформаторах допускается повышение напряжения сверх номинального: длительно — на 5 % при нагрузке не выше номинальной и на 10% при нагрузке не выше 0,25 номинальной; кратковременно (до 6 ч в сутки) — на 10 % при нагрузке не выше номинальной.
Дополнительные перегрузки одной ветви за счет длительной недогрузки другой допускаются в соответствии с указаниями заводом – изготовителя. Так, трехфазные трансформаторы с расщепленной обмоткой 110 кВ мощностью 20, 40 и 63 М ВА допускают следующие относительные нагрузки: при нагрузке одной ветви обмотки 1,2; 1,07; 1,05 и 1,03 нагрузки другой ветви должны составлять соответственно 0; 0,7; 0,8 и 0,9.
Расчет номинальной мощности трансформатора
Номинальная мощность, MB • А, трансформатора на подстанции с числом трансформаторов п > 1 в общем виде определяется из выражения
Для сетевых подстанций, где примерно до 25 % потребителей из числа малоответственных в аварийном режиме может быть отключено, обычно принимается равным 0,75…0,85. При отсутствии потребителей III категории К 1-2 = 1 Для производств (потребителей) 1й и особой группы известны проектные решения, ориентирующиеся на 50%ю загрузку трансформаторов.
Рекомендуется широкое применение складского и передвижного резерва трансформаторов, причем при аварийных режимах допускается перегрузка трансформаторов на 40 % на время максимума общей суточной продолжительностью не более 6 ч в течение не более 5 сут.
При этом коэффициент заполнения суточного графика нагрузки трансформаторов кн в условиях его перегрузки должен быть не более 0,75, а коэффициент начальной нагрузки кпн — не более 0,93.
Так как К1-2 < 1, а Кпер >1 их отношение К = К 1-2 / К пер. всегда меньше единицы и характеризует собой ту резервную мощность, которая заложена в трансформаторе при выборе его номинальной мощности. Чем это отношение меньше, тем меньше будет закладываемый в трансформаторы резерв установленной мощности и тем более эффективным будет использование трансформаторной мощности с учетом перегрузки.
Завышение коэффициента к приводит к завышению суммарной установленной мощности трансформаторов на подстанции.
Уменьшение коэффициента возможно лишь до такого значения, которое с учетом перегрузочной способности трансформатора и возможности отключения неответственных потребителей позволит покрыть основную нагрузку одним оставшимся в работе трансформатором при аварийном выходе из строя второго трансформатора.
Таким образом, для двухтрансформаторной подстанции
В настоящее время существует практика выбора номинальной мощности трансформатора для двух трансформаторной подстанции с учетом значения к = 0,7, т.е.
Формально выражение (3.14) выглядит ошибочно: действительно, единица измерения активной мощности — Вт; полной (кажущейся) мощности — ВА. Есть различия и в физической интерпретации S и Р. Но следует подразумевать, что осуществляется компенсация реактивной мощности на шинах подстанции 5УР, ЗУР и что коэффициент мощности cos ф находится в диапазоне 0,92… 0,95.
Тогда ошибка, связанная с упрощением выражения (3.13) до (3.14), не превышает инженерную ошибку 10%, которая включает в себя и приблизительность значения 0,7, и ошибку в определении фиксированного Рмах
Таким образом, суммарная установленная мощность двухтрансформаторной подстанции
При этом значении к в аварийном режиме обеспечивается сохранение около 98 % Рмах без отключения неответственных потребителей. Однако, учитывая принципиально высокую надежность трансформаторов, можно считать вполне допустимым отключение в редких аварийных режимах какойто части неответственных потребителей.
При двух и более установленных на подстанции трансформаторах при аварии с одним из параллельно работающих трансформаторов оставшиеся в работе трансформаторы принимают на себя его нагрузку. Эти аварийные перегрузки не зависят от предшествовавшего режима работы трансформатора, являются кратковременными и используются для обеспечения прохождения максимума нагрузки.
Далее приведены значения кратковременных перегрузок масляных трансформаторов с системами охлаждения М, Д, ДЦ, Ц сверх номинального тока (независимо от длительности предшествующей нагрузки, температуры окружающей среды и места установки).
Аварийные перегрузки масляных трансформаторов со всеми видами охлаждения:
Для трехобмоточных трансформаторов и автотрансформаторов указанные перегрузки относятся к наиболее нагруженной обмотке.
Online Electric
Пример расчета мощности силовых трансформаторов по графику электрических нагрузок
Реклама на Online Electric
Доступ к сервисам «Онлайн Электрик» без регистрации ограничен. Войдите в систему или зарегистрируйтесь.
Консультант по электроснабжению
Не нашли нужный онлайн-расчет по электроэнергетике? Свяжитесь с нами!
Бот Яша
Бот Яша подскажет как найти нужный онлайн расчет или базу данных на сайте «Онлайн Электрик».
Написать боту.
Пример выбора номинальной мощности силового трансформатора по заданному графику нагрузки Согласно ПУЭ, электроприёмники первой и второй категории надёжности должны обеспечиваться электроснабжением от двух независимых взаимно резервирующих источников питания, Следовательно, выбираем двухтрансформаторную подстанцию. Выбор мощности трансформаторов производится на основании расчётной нагрузки в нормальном режиме работы с учётом режима работы энергоснабжающей организации по реактивной мощности. В послеаварийном режиме для надёжного электроснабжения потребителей предусматривается их питание от оставшегося в работе трансформатора. При этом часть неответственных потребителей с целью снижения нагрузки трансформатора может быть отключена. Осуществим выбор номинальной мощности силовых трансформаторов по имеющемуся суточному графику нагрузки (рис. 1). 
Рис. 1 – Суточный график нагрузки Для подсчёта допустимой систематической нагрузки действительный график преобразуем в эквивалентный двухступенчатый график. Предполагая, что мощность трансформатора неизвестна, для преобразования графика используем приближённый подход. Найдём среднюю нагрузку из суточного графика по формуле . (1) S СР= EQ \F(445000,00;24)=18541,67 кВ∙А. На исходном графике нагрузки трансформатора выделим пиковую часть из условия S пик > S ср и проведём линию номинальной мощности трансформатора S ном , она же линия относительной номинальной нагрузки К = 1. Выделим на графике участок перегрузки продолжительностью h ’ (рис 2) . 
Рис. 2 Оставшуюся часть исходного графика с меньшей нагрузкой разбиваем на т интервалов D tj , а затем определяем значения S 1, S 2 , Sm . Рассчитаем коэффициент начальной нагрузки К1 эквивалентного графика по формуле , (2) где S н1 – начальная нагрузка, МВ × А; S 1 , S 2 , …, Sm – значения нагрузки в интервалах D t 1, D t 2, …, D tm . K 1 = =0,84 . Участок перегрузки h ’ на исходном графике нагрузки разбиваем на р интервалов D hp в каждом интервале, а затем определим значения , , . Рассчитаем предварительное превышение перегрузки эквивалентного графика нагрузки в интервале h = D h 1 + D h 2 +…+ D h р по формуле . (3) EQ \F(1;18541,67) \R(;\F(5345000000,00;10,00) ) =1,25 . Полученное значение сравниваем с =1,40 (рис. 1) исходного графика нагрузки: = 1,26. Принимаем = 1,26 и корректируем продолжительность перегрузки по формуле . (4) h = EQ \F(1,26\S(2)·*10,00;\B(0,9·1,40)\S(2)) =9,76 ч. Максимально допустимая систематическая нагрузка определяется при условии, что наибольшая температура обмотки +140 0 С, наибольшая температура масла в верхних слоях +95 0 С и износ изоляции за время максимальной нагрузки такой же, как при работе трансформатора при постоянной номинальной нагрузке, когда температура наиболее нагретой точки не превышает +108 0 С [1]. По полученным значениям К1 = 0,84 и h = 9,76 ч при средней температуре охлаждающей среды за время действия графика q охл = -10,80 0 С по [ 1, П. I ] определяем допустимое значение перегрузки = 1,36. Трансформатор может систематически перегружаться по данному графику нагрузки, т.к. = 1,26. Номинальная мощность силового трансформатора находится из выражения . (5) EQ \F(1,26∙18541,67;2∙1,36) =8622 кВ∙А. На основании выполненного расчёта примем к рассмотрению два варианта трансформаторов: вариант 1 – трансформаторы с номинальной мощностью 10000 кВ × А; вариант 2 – трансформаторы с номинальной мощностью 16000 кВ × А. Вариант 1. Коэффициент загрузки трансформаторов варианта 1 в часы максимума нагрузки определим по формуле . (6) EQ \F(26000,00;2*10000) =1,30 . Рассчитаем предварительное превышение перегрузки эквивалентного графика нагрузки по формуле (3) EQ \F(1;10000) \R(;\F(4262000000,00;7,00) ) =1,23 . Полученное значение сравниваем с =1,30 (рис. 3) исходного графика нагрузки: = 1,17. 
Рис. 3 Принимаем = 1,23 и корректируем продолжительность перегрузки по формуле (4) h = EQ \F(1,23\S(2)·*7,00;\B(0,9·1,30)\S(2)) =7,00 ч. Допустимая систематическая перегрузка за счёт неравномерности суточного графика составит К,доп = 1,41 по [ 1, П.табл. I ] при h = 7,00 ч, уточнённом значении Кз1 = 0,81 и средней температуре охлаждающей среды за время действия графика q охл = -10,80 0 С. Следовательно, такая перегрузка допустима. Проверим возможность перегрузки намеченных трансформаторов при выходе из строя одного из них. Допустимая аварийная перегрузка определяется предельно допустимыми температурами обмотки (140 0 С) и температурой масла в верхних слоях (115 0 С). Длительные аварийные перегрузки масляных трансформаторов допускаются в соответствии со следующим правилом: трансформатор можно перегружать на 40% сверх номинального тока в течение не более 5 суток подряд на время максимумов нагрузки общей продолжительностью не более 6 часов в сутки при условии, что коэффициент предшествующей нагрузки не превышает 0,93. При отключении одного трансформатора мощностью 10000 кВ × А расчетный коэффициент аварийной перегрузки составит К,ав=2,34. Допустимый коэффициент аварийной перегрузки K ав доп=1,50 найдём по [ 1, П.табл. H .1 ] в зависимости от h = 15,90 ч при средней температуре охлаждающей среды за время действия графика q охл = -10,80 0 С. Следовательно, такая перегрузка недопустима . Вариант 2. Коэффициент загрузки трансформаторов варианта 2 в часы максимума нагрузки определим по формуле (6) EQ \F(26000,00;2*16000) =0,81 . Рассчитаем предварительное превышение перегрузки эквивалентного графика нагрузки отсутствует (рис. 4). Следовательно, работа в нормальном режиме допустима. При отключении одного трансформатора мощностью 16000 кВ × А расчетный коэффициент аварийной перегрузки составит К,ав=1,46. 
Рис. 4 Допустимый коэффициент аварийной перегрузки K ав.доп=1,50 найдём по [ 1, П.табл. H .1 ] в зависимости от h = 12,00 ч при средней температуре охлаждающей среды за время действия графика q охл = -10,80 0 С. Следовательно, такая перегрузка допустима. [Расчет]
Веб-сервис «Онлайн Электрик»
Пополните баланс в личном кабинете, чтобы получить доступ ко всем сервисам «Онлайн Электрик» без ограничений.
