Габаритная мощность трансформатора: Как определить габаритную мощность трансформатора — RC74 — интернет-магазин радиоуправляемых моделей

Содержание

Как определить габаритную мощность трансформатора

Простейший расчет силового трансформатора позволяет найти сечение сердечника, число витков в обмотках и диаметр провода. Переменное напряжение в сети бывает 220 В, реже 127 В и совсем редко 110 В. Для транзисторных схем нужно постоянное напряжение 10 – 15 В, в некоторых случаях, например для мощных выходных каскадов усилителей НЧ – 25÷50 В. Для питания анодных и экранных цепей электронных ламп чаще всего используют постоянное напряжение 150 – 300 В, для питания накальных цепей ламп переменное напряжение 6,3 В. Все напряжения, необходимые для какого-либо устройства, получают от одного трансформатора, который называют силовым.

Силовой трансформатор выполняется на разборном стальном сердечнике из изолированных друг от друга тонких Ш-образных, реже П-образных пластин, а так же вытыми ленточными сердечниками типа ШЛ и ПЛ (Рис. 1).

Его размеры, а точнее, площадь сечения средней части сердечника выбираются с учетом общей мощности, которую трансформатор должен передать из сети всем своим потребителям.

Упрощенный расчет устанавливает такую зависимость: сечение сердечника S в см², возведенное в квадрат, дает общую мощность трансформатора в Вт.

Например, трансформатор с сердечником, имеющим стороны 3 см и 2 см (пластины типа Ш-20, толщина набора 30 мм), то есть с площадью сечения сердечника 6 см², может потреблять от сети и «перерабатывать» мощность 36 Вт. Это упрощенный расчет дает вполне приемлемые результаты. И наоборот, если для питания электрического устройства нужна мощность 36 Вт, то извлекая квадратный корень из 36, узнаем, что сечение сердечника должно быть 6 см².

Например, должен быть собран из пластин Ш-20 при толщине набора 30 мм, или из пластин Ш-30 при толщине набора 20 мм, или из пластин Ш-24 при толщине набора 25 мм и так далее.

Сечение сердечника нужно согласовать с мощностью для того, чтобы сталь сердечника не попадала в область магнитного насыщения. А отсюда вывод: сечение всегда можно брать с избытком, скажем, вместо 6 см² взять сердечник сечением 8 см² или 10 см². Хуже от этого не будет. А вот взять сердечник с сечением меньше расчетного уже нельзя т. к. сердечник попадет в область насыщения, а индуктивность его обмоток уменьшится, упадет их индуктивное сопротивление, увеличатся токи, трансформатор перегреется и выйдет из строя.

В силовом трансформаторе несколько обмоток. Во-первых, сетевая, включаемая в сеть с напряжением 220 В, она же первичная.

Кроме сетевых обмоток, в сетевом трансформаторе может быть несколько вторичных, каждая на свое напряжение. В трансформаторе для питания ламповых схем обычно две обмотки — накальная на 6,3 В и повышающая для анодного выпрямителя. В трансформаторе для питания транзисторных схем чаще всего одна обмотка, которая питает один выпрямитель. Если на какой-либо каскад или узел схемы нужно подать пониженное напряжение, то его получают от того же выпрямителя с помощью гасящего резистора или делителя напряжения.

Для распространенных типов стали можно найти «число витков на вольт», разделив 50—70 на сечение сердечника в см:

Так, если взять сердечник с сечением 6 см², то для него получится «число витков на вольт» примерно 10.

Число витков первичной обмотки трансформатора определяется по формуле:

Это значит, что первичная обмотка на напряжение 220 В будет иметь 2200 витков.

Число витков вторичной обмотки определяется формулой:

Если понадобится вторичная обмотка на 20 В, то в ней будет 240 витков.

Теперь выбираем намоточный провод. Для трансформаторов используют медный провод с тонкой эмалевой изоляцией (ПЭЛ или ПЭВ). Диаметр провода рассчитывается из соображений малых потерь энергии в самом трансформаторе и хорошего отвода тепла по формуле:

Если взять слишком тонкий провод, то он, во-первых, будет обладать большим сопротивлением и выделять значительную тепловую мощность.

Так, если принять ток первичной обмотки 0,15 А, то провод нужно взять 0,29 мм.

В настоящее время наиболее распространены магнитопроводы следующих типов:

Кое-где еще можно встретить Ш-образные плаcтинчатые сердечники, расчет таких трансформаторов аналогичен расчету Ш-образного ленточного.

Тороидальный трансформатор может использоваться при мощностях от 30 до 1000 Вт, когда требуется минимальное рассеяние магнитного потока или когда требование минимального объема является первостепенным. Имея некоторые преимущества в объеме и массе перед другими типами конструкций трансформаторов, тороидальные являются вместе с тем и наименее технологичными (удобными) в изготовлении.

Исходными начальными данными для упрощенного расчета являются:

напряжение первичной обмотки U1;
напряжение вторичной обмотки U2;
ток вторичной обмотки I2;

1.Расчет трансформатора

Расчет габаритной мощности трансформатора

При выборе железа для трансформатора надо учитываять, чтобы габаритная мощность трансформатора была строго больше расчетной электрической мощности вторичных обмоток.

Мощность вторичной обмотки Р2 = I2 * U2 = Рвых

Если обмоток много, то мощность, отдаваемая трансформатором, определяется суммой всех мощностей вторичных обмоток (Рвых).

Другими словами – габаритная мощность трансформатора – это мощность которую способно «вынести» железо. Прежде чем перейти к формуле, сделаем несколько оговорок:

Главный качественный показатель силового трансформатора для радиоаппаратуры это его надежность. Следствие надежности – это минимальный нагрев трансформатора при работе (иными словами он должен быть всегда холодным!) и минимальная просадка выходных напряжений под нагрузкой (иными словами, трансформатор должен быть «жестким»).

В расчетах примем КПД трансформатора 0,95
Так как речь в статье пойдет об обычном сетевеом трансформаторе, примем рабочую частоту равной 50Гц.
Учитывая то, что нам нужен надежный трансформатор, и учитывая то, что напряжение в сети может иметь отклонения от 220 вольт до 10%, принимаем В=1,2 Тл
Плотность тока принимаем 3,5 А/мм2
Коэффициент заполнения сердечника сталью принимаем 0,95
Коэффициент заполнения окна принимаем 0,45

Исходя из принятых допущений, формула для расчета габаритной мощности у нас примет вид:

Р=1.9 * Sc * So
Где:
Sc и So – площади поперечного сечения сердечника и окна, соответственно [кв. см];

2. Определение количества витков в обмотках.

Прежде всего расчитываем количество витков в первичной обмотке.

упрощенная формула будет иметь вид:

Р=40 * U / Sc Где:
Sc – площадь поперечного сечения сердечника, соответственно [кв. см]; U – напряжение первичной обмотки [В];

Количество витков во вторичной обмотке можно расчитать по этой же формуле, увеличив число витков примерно на 5% (КПД трансформатора), но можно поступить проще: после того как намотана первичка – наматываем поверх нее 10 витков и измеряем напряжение. Зная какое напряжение требуется получить на выходе трансформатора и зная какое напряжение приходится на 10 витков – определяем необходимое число витков.

3. Расчет диаметра провода.

Рассчитываем диаметры проводов обмоток исходя из протекающих в них токов по следующим формулам (для меди, серебра или алюминия):

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

(1)

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 S₂. 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 , где U₁

, I₁ — 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 , 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, и выражение для напряжения первичной обмотки трансформатора принимает следующий вид:

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:

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)

Заменим токи и , тогда сумма в скобках выражения (7) может быть записана следующим образом: , 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_мs_ок и выражение для типовой мощности трансформатора можно записать следующим образом:

(9)

Из выражения (9) следует, что типовая мощность определяется произведением s_сs_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_сs_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.

Алиев И.И. Электротехнический справочник. – 4-е изд. испр. – М.: ИП Радио Софт, 2006. – 384с.
СХЕМА ЗАМЕЩЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРА Брускин Д.Э., Зорохович А.Е., Хвостов В.С.
Режимы работы трансформатора

Вместе со статьей «Мощность трансформатора» читают:

Габаритная мощность — трансформатор — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Габаритная мощность — трансформатор

Cтраница 1

Габаритная мощность трансформатора должна превышать мощность, найденную по вышеприведенным формулам, вследствие того, что необходимо компенсировать потоки вынужденного намагничивания сердечников трансформатора. Это превышение составляет 46 % для схемы звезда — зигзаг, 26 % для схемы с уравнительным реактором и 4 5 % для трехфазной мостовой схемы. [1]

Габаритная мощность трансформатора на 30 % меньше, чем в трехфазной, и на 48 % меньше, чем в шестифазной нулевых схемах, ток первичной обмотки имеет форму синусоиды. [2]

Габаритная мощность трансформатора на 30 % меньше, чем в схеме с нулем, и на 26 % меньше, чем в схеме с уравнительным реактором, ток первичной обмотки имеет форму синусоиды. [3]

Габаритная мощность трансформатора в общем случае равна полусумме вольт-ампер всех обмоток трансформатора. [4]

Габаритная мощность трансформатора Т2 на частоте преобразования 68 кГц равна 42 Вт, что позволяет увеличить выходную мощность источника питания до указанного значения. [5]

Габаритная мощность трансформатора, входящая в выражение (V.8), равна, по определению, полусумме габаритных мощностей первичных и вторичных обмоток трансформатора. [6]

Определим габаритную мощность трансформатора. [7]

Теперь можно перейти к определению габаритной мощности трансформатора, которая вычисляется как полусумма мощности, переданной в первичную обмотку и полученной со вторичных обмоток. [8]

Размеры трансформатора ( сечение сердечника и величина окна) определяются габаритной мощностью трансформатора, выражаемой в вольт-амперах. [9]

Предварительный расчет основных параметров схемы пуш-пуль-ного конвертора должен определить коэффициент трансформации п и габаритную мощность трансформатора. [10]

Из главы, посвященной основам работы трансформаторов, мы помним, что с повышением рабочей частоты габаритная мощность трансформатора увеличивается, а это значит, что при сохранении мощности можно, повысив часюту преобразования, существенно снизить габаритные размеры трансформатора. [12]

Значение Вт 1 2 тл находим из табл. 1.2 для стали марки Э310 при условии, что габаритная мощность трансформатора приблизительно равна Ргае — 1 5 Р 1 5х X 500 — 0 3 225 во. [13]

При этом следует учитывать, что каждая половина первичной обмотки используется лишь в течение одной половины периода и поэтому габаритная мощность трансформатора превышает мощность, отдаваемую в нагрузку. [14]

Страницы: 1 2

Мощность трансформатора

При проектировании трансформаторов исходной является мощность, которая связывает габариты трансформатора с полной мощностью нагрузки:

(2.32)

Полная (полезная) мощность многообмоточного трансформатора, есть сумма полных мощностей всех его вторичных обмоток:

(2.33)

При активной нагрузке мощность активна и равна Р_2.

Типовой (габаритной) мощностью трансформатора называют полусумму мощностей всех его обмоток

(2.34)

Найдём типовую мощность для двухобмоточного трансформатора.

Полная мощность первичной обмотки (U₁, I₁ – действующие значения) – эта мощность определяет габариты обмоток: число витков –входным напряжением, а сечения проводов – действующими токами. Габаритная мощность трансформатора (типовая) определяет реальное сечение сердечника – s_с и равна

(2.35)

Учитывая, что , где s – теоретическая площадь поперечного сечения магнитопровода ( стали ). Реальная площадь сечения обычно меньше и зависит от толщины пластин (ленты), поэтому вводят, так называемый коэффициент заполнения сердечника – отношение реальной площади сечения к геометрической , которую легко измерить. Величина ( зависит от толщины ленты). Для прессованных сердечников . Таким образом, и выражение для напряжения первичной обмотки принимает вид

(2.36)

Аналогичное выражение можно записать и для вторичной обмотки, а мощности первичной обмотки и типовая соответственно равны

(2.37)

(2.38)

Отношение тока в обмотке к сечению проводника называется плотностью тока и для всех обмоток трансформатора она одинакова.

, (2.39)

где s_обм1, s_обм2 – площади сечения проводников обмоток.

Заменим токи и , тогда сумма в скобках в (2.38) равна .

где s_м – сечение всех проводников (меди) в окне магнитопровода, как показано на рисунке 2.30.

Рисунок 2.30 – К выводу формулы габаритной мощности

трансформатора

Введём коэффициент заполнения окна медью . Его величина находится в пределах и зависит от толщины изоляции проводов, каркаса, межслойной изоляции, способа намотки и пр. Тогда и выражение для типовой мощности принимает окончательный вид

(2.40)

Из выражения (2.40) следует, что типовая мощность определяется произведением . При увеличении линейного размера трансформатора в m раз, его объём (масса) увеличится в m³ раз, а мощность возрастёт в m⁴ раз. Поэтому, удельные массо-объёмные показатели трансформаторов улучшаются с увеличением габаритной мощности. С этой точки зрения предпочтительны многообмоточные трансформаторы по сравнению с несколькими двухобмоточными.

При конструировании трансформаторов следует стремиться к увеличению коэффициента заполнения окна магнитопровода обмотками – , так как повышается S_тип. Для этого используют провода прямоугольного сечения.

Выражение (2.40) является основой для расчёта трансформатора. Его преобразуют к виду:

(2.41)

По заданной выходной мощности (S_тип) находят произведение и по справочнику выбирают тип и размер магнитопровода, у которого произведение больше или равно найденному из (2.41). Такой сердечник обеспечит требуемую мощность в нагрузке.

Узнать еще:

Выбор размера магнитопровода для силовых трансформаторов и дросселей — Coretech

При выборе сердечника руководствуются его объёмом (V, куб.мм.) и величиной окна для размещения обмотки. Вводят понятие габаритная мощность магнитопровода.
В следующих таблицах приводится пропускная способность мощности (P, Вт) при частоте коммутации 100кГц для различных типоразмеров ферритов:
• EE, EF, EC, ETD, EFD,
• UU, UI, P, PM, RM и тороиды (кольца).
Данные для разборных сердечников, которые имеют отверстие на главном стержне в таблице снабжены дополнительнительным индексом «о».

~P, Вт /100кГц/	EE, EF (V ,мм³)	EC (V ,мм³)	ETD (V ,мм³)	EFD (V ,мм³)
P < 5	EF12.	ETD29(5470мм³)	EFD20(1460мм³)
50…100	EE30/15/7(4000мм³)	EC35(6530мм³), EC41(10800мм³)	ETD29(5470мм³), ETD34(7640мм³)	EFD25(3300мм³), EFD30(4700мм³)
100…200	EE42/21/15(17300мм³), EE42/21/20(22700мм³)	EC41(10800мм³), EC52(18800мм³)	ETD34(7640мм³), ETD39(11500мм³), ETD44(17800мм³)	—
200…500	EE55/28/21(44000мм³)	EC52(18800мм³)	ETD44(17800мм³), ETD49(24000мм³), ETD54(35500мм³)	—
P > 500	EE65/32/27(79000мм³) EE70/33/32(102000мм³)	EC70(40100мм³)	ETD59(51500мм³)	—

~P, Вт /100кГц/	UU, UI (V ,мм³)	P, PM (V ,мм³)	RM (V ,мм³)	T (V ,мм³)
P < 5	UU10(309мм³)	P11/7(309мм³)	RM4(322мм³)	T14/9/5(430мм³)
5.	P14/8(628мм³)	RM5(574мм³)	T20/10/6(1250мм³)
10…20	UU15(1680мм³)	P18/11(1270мм³)	RM6(1090мм³)	T22/14/6.4(1340мм³)
20…50	UU20(3800мм³)	P22/13(2460мм³), P26/16(4370мм³)	RM8(2440мм³), RM10(4310мм³)	T25/15/10(2944мм³)
50.	P30/19o(6190мм³)	RM12(8340мм³)	T29/19/15(5410мм³)
100…200	UU25(9180мм³), UU30(17900мм³)	P36/22o(10700мм³)	RM14(13900мм³)	T50/30/19(22378мм³)
200…500	UU46(71300мм³)	P42/29o(18200мм³), PM74/59o(101000мм³)	—	T63/38/25(46500мм³), T80/40/15(50200мм³)
P > 500	UI93/16(115000мм³), UI100/25(158000мм³)	P66/56o(88200мм³), PM87/70o(133000мм³), PM114/93o(344000мм³)	—	T140/106/22 (161100мм³)

В зависимости от специфики работы высокочастотного преобразователя выбирают ту или иную форму и габариты магнитопровода.
В таблицах приведены рекомендации компетентных производителей сердечников, которые помогают конструкторам радиоэлектронной аппаратуры осуществить только предварительный выбор типоразмера феррита.
Спектр магнитопроводов не ограничивается приведенными типоразмерами, существуют промежуточные размеры и совсем другие формы сердечников.
Если Ваш типоразмер отсутствует в этом обзоре, свяжитесь с нами, и наши инженеры предоставят информацию о самом широком спектре продукции.

Расчет габаритной мощности трансформатора по сердечнику онлайн. Расчет трансформатора с броневым магнитопроводом

Виктор Хрипченко пос. Октябрьский Белгородской обл.

Занимаясь расчетами мощного источника питания, я столкнулся с проблемой — мне понадобился трансформатор тока, который бы точно измерял ток. Литературы по этой теме не много. А в Интернете только просьбы — где найти такой расчет. Прочитал статью ; зная, что ошибки могут присутствовать, я детально разобрался с данной темой. Ошибки, конечно, присутствовали: нет согласующего резистора Rc (см. рис. 2) для согласования на выходе вторичной обмотки трансформатора (он и не был рассчитан) по току. Вторичная цепь трансформатора тока рассчитана как обычно у трансформатора напряжения (задался нужным напряжением на вторичной обмотке и произвел расчет).

Немного теории

Итак, прежде всего немного теории . Трансформатор тока работает как источник тока с заданным первичным током, представляющим ток защищаемого участка цепи. Величина этого тока практически не зависит от нагрузки вторичной цепи трансформатора тока, поскольку его сопротивление с нагрузкой, приведенное к числу витков первичной обмотки, ничтожно мало по сравнению с сопротивлениями элементов электрической схемы. Это обстоятельство делает работу трансформатора тока отличной от работы силовых трансформаторов и трансформаторов напряжения.

На рис. 1 показана маркировка концов первичной и вторичной обмоток трансформатора тока, навитых на маг-нитопровод в одном и том же направлении (I1 — ток первичной обмотки, I2 -ток вторичной обмотки). Ток вторичной обмотки I2 пренебрегая малым током намагничивания, всегда направлен так, чтобы размагничивать магнитопровод.

Стрелками показано направление токов. Поэтому если принять верхний конец первичной обмотки за начало то началом вторичной обмотки н также является ее верхний конец. Принятому правилу маркировки соответствует такое же направление токов, учитывая знак. И самое главное правило: условие равенства магнитных потоков.

Алгебраическая сумма произведений I 1 x W 1 — I 2 x W 2 = 0 (пренебрегая малым током намагничивания), где W 1 — количество витков первичной обмотки трансформатора тока, W 2 — количество витков вторичной обмотки трансформатора тока.

Пример. Пусть вы, задавшись током первичной обмотки в 16 А, произвели расчет и в первичной обмотке 5 витков — рассчитано. Вы задаетесь током вторичной обмотки, например, 0,1 А и согласно вышеупомянутой формулы I 1 x W 1 = I 2 x W 2 рассчитаем количество витков вторичной обмотки трансформатора.

W 2 = I 1 x W 1 / I 2

Далее произведя вычисления L2 -индуктивности вторичной обмотки, ее сопротивление XL1 , мы вычислим U2 и потом Rc . Но это чуть позже. То есть вы видите, что задавшись током во вторичной обмотке трансформатора I2 , вы только тогда вычисляете количество витков. Ток вторичной обмотки трансформатора тока I2 можно задать любой — отсюда будет вычисляться Rc . И еще -I2 должен быть больше тех нагрузок, которые вы будете подключать

Трансформатор тока должен работать только на согласованную по току нагрузку (речь идет о Rc).

Если пользователю требуется трансформатор тока для применения в схемах защиты, то такими тонкостями как направление намоток, точность резистивной нагрузки Rc можно пренебречь, но это уже будет не трансформатор тока, а датчик тока с большой погрешностью. И эту погрешность можно будет устранить, только создав нагрузку на устройстве (я и имею в виду источник питания, где пользователь собирается ставить защиту, применяя трансформатор тока), и схемой защиты установить порог ее срабатывания по току. Если пользователю требуется схема измерения тока, то как раз эти тонкости должны быть обязательно соблюдены.

На рис. 2 (точки — начало намоток) показан резистор Rc, который является неотьемлимой частью трансформатора тока для согласования токов первичной и вторичной обмотки. То есть Rc задает ток во вторичной обмотке. В качестве Rc не обязательно применять резистор, можно поставить амперметр, реле, но при этом должно соблюдаться обязательное условие — внутреннее сопротивление нагрузки должно быть равным рассчитанному Rc.

Если нагрузка не согласованная по току — это будет генератор повышенного напряжения. Поясняю, почему так. Как уже было ранее сказано, ток вторичной обмотки трансформатора направлен в противоположную сторону от направления тока первичной обмотки. И вторичная обмотка трансформатора работает как размагничивающая. Если нагрузка во вторичной обмотке трансформатора не согласованная по току или будет отсутствовать, первичная обмотка будет работать как намагничивающая. Индукция резко возрастает, вызывая сильный нагрев магнито-провода за счет повышенных потерь в стали. Индуктируемая в обмотке ЭДС будет определяться скоростью изменениями потока во времени, имеющей наибольшее значение при прохождении трапецеидального (за счет насыщения магнитопровода) потока через нулевые значения. Индуктивность обмоток резко уменьшается, что вызывает еще больший нагрев трансформатора и в конечном итоге — выход его из строя.

Типы магнитных сердечников приведены на рис. 3 .

Витой или ленточный магнитопровод — одно и то же понятие, также как и выражение кольцевой или тороидальный магнитопровод: в литературе встречаются и то, и другое.

Это может быть ферритовый сердечник или Ш-образное трансформаторное железо, или ленточные сердечники. Ферритовые сердечники обычно применяется при повышенных частотах — 400 Гц и выше из-за того, что они работают в слабых и средних магнитных полях (Вт = 0,3 Тл максимум). И так как у ферритов, как правило, высокое значение магнитной проницаемости µ и узкая петля гистерезиса, то они быстро заходят в область насыщения. Выходное напряжение, при f = 50 Гц, на вторичной обмотке составляет единицы вольт либо меньше. На ферритовых сердечниках наносится, как правило, маркировка об их магнитных свойствах (пример М2000 означает магнитную проницаемость сердечника µ, равную 2000 единиц).

На ленточных магнитопроводах или из Ш-образных пластин такой маркировки нет, и поэтому приходится определять их магнитные свойства экспериментально, и они работают в средних и сильных магнитных полях (в зависимости от применяемой марки электротехнической стали — 1,5.. .2 Тл и более) и применяются на частотах 50 Гц.. .400 Гц. Кольцевые или тороидальные витые (ленточные) магнитопроводы работают и на частоте 5 кГц (а из пермаллоя даже до 25 кГц). При расчете S — площади сечения ленточного тороидального магнитопровода, рекомендуется результат умножить на коэффициент к = 0,7…0,75 для большей точности. Это объясняется конструктивной особенностью ленточных магнитопроводов.

Что такое ленточный разрезной магнитопровод (рис. 3)? Стальную лента, толщиной 0,08 мм или толще, наматывают на оправку, а затем отжигают на воздухе при температуре 400.. .500 °С для улучшения их магнитных свойств. Потом эти формы разрезаются, шлифуются края, и собирается магнитопровод. Кольцевые (неразрезные) витые магнитопроводы из тонких ленточных материалов (пермаллоев толщиной 0,01.. .0,05 мм) во время навивки покрывают электроизолирующим материалом, а затем отжигают в вакууме при 1000.. .1100 °С.

Для определения магнитных свойств таких магнитопроводов надо намотать 20…30 витков провода (чем больше витков, тем точнее будет значение магнитной проницаемости сердечника) на сердечник магнитопровода и измерить L-индуктивность этой обмотки (мкГн). Вычислить S — площадь сечения сердечника трансформатора (мм2), lm-среднюю длину магнитной силовой линии (мм). И по формуле рассчитать jll — магнитную проницаемость сердечника :

(1) µ = (800 x L x lm) / (N2 x S) — для ленточного и Ш-образного сердечника.

(2) µ = 2500*L(D + d) / W2 x C(D — d) — для кольцевого (тороидильного) сердечника.

При расчете трансформатора на более высокие токи применяется провод большого диаметра в первичной обмотке, и здесь вам понадобится витой стержневой магнитопровод (П-образный), витой кольцевой сердечник или ферритовый тороид.

Если кто держал в руках трансформатор тока промышленного изготовления на большие токи, то видел, что первичной обмотки, навитой на магнитопровод, нет, а имеется широкая алюминиевая шина, проходящая сквозь магнитопровод.

Я напомнил об этом затем, что расчет трансформатора тока можно производить, либо задавшись Вт — магнитной индукцией в сердечнике, при этом первичная обмотка будет состоять из нескольких витков и придется мучиться, наматывая эти витки на сердечник трансформатора. Либо надо рассчитать магнитную индукцию Вт поля, создаваемую проводником с током, в сердечнике.

А теперь приступим к расчету трансформатора тока, применяя законы .

Вы задаетесь током первичной обмотки трансформатора тока, то есть тем током, который вы будете контролировать в цепи.

Пусть будет I1 = 20 А, частота, на которой будет работать трансформатор тока, f = 50 Гц.

Возьмем ленточный кольцевой сердечник OJ125/40-10 или (40x25x10 мм), схематично представленный на рис. 4.

Размеры: D = 40 мм, d = 25 мм, С = 10 мм.

Далее идет два расчета с подробными пояснениями как именно расчитывается трансформатор тока, но слишком большое количество формул затрудняет выложить расчеты на странице сайта. По этой причине полная версия статьи о том как расчитать трансформатор тока была конвертирована в PDF и ее можно скачать воспользовавшись

Определение мощности силового трансформатора

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 (I н на напряжение питания прибора (U н ). Думаю, многие знакомы с этой формулой ещё по школе.

P=U н * I н

Где U н – напряжение в вольтах; I н – 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; P тр — 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.

Трансформатор представляет собой тип электрического компонента, который предназначен для преобразования напряжения и тока из одной величины в другую, пропорциональную потребляемой мощности на входе и выходе. Этот элемент силовой аппаратуры может содержать обычно одну первичную обмотку, и одну или несколько вторичных.

Являясь достаточно сложным устройством, расчет трансформатора порой отнимает много времени и не каждому под силу выполнить его качественно. А ведь от правильности процесса зависит многое. Стабильность работы готового устройства, КПД, потребляемая мощность. Кроме этого при неправильном расчете с намоточным устройством могут происходить самые разнообразные непонятные вещи:

перегреваться;
издавать звенящие звуки при работе;
потреблять большое количество мощности при низком КПД и прочее.

В более серьезных ситуациях он и вовсе может возгореться, доставив дополнительные неприятности. Поэтому многих интересует вопрос, как рассчитать трансформатор того или иного типа, чтобы тот выдавал необходимое количество электрической мощности и коэффициент полезного действия был максимально приближен к 1 .

Но сразу, стоит уверить вас, что КПД равный 1 – это нереальный фактор, потому что потери присутствуют всегда, поэтому выполняя расчет онлайн или традиционным методом, увидев показатель равный 40% при расчете силового трансформатора на железе – это уже хорошо. Для импульсных же устройств программа расчета выдаст по меньшей мере 55-60%. Поэтому, если вы хотите сделать устройство наиболее эффективное, то выбирайте именно импульсный тип трансформатора, но если требуется сделать надежный силовой агрегат, где неважна потребляемая мощность, то, конечно, берем в расчет трансформаторное железо.

Порядок расчета трансформаторов

Все программы расчета трансформаторов производят обработку данных по известным нам формулам из научных изданий, поэтому правильность ее программы всегда можно проверить. Но необходимость знания табличных величин может завести вас в заблуждение . Поэтому сейчас разберем некоторые подробности расчета трансформаторов с тороидальным сердечником на трансформаторном железе или на феррите.

Тороид обладает наилучшими качествами по сравнению со всеми другими типами сердечников, так как в нем отсутствуют зазоры, и как результат, минимизированы потери на вихревые токи. Поэтому КПД у таких трансформаторов существенно выше, поэтому если хотите сделать качественное устройство, то используйте именно такой тип сердечника, правда, на него сложнее мотать обмотку, но дело того стоит.

Этапы определения параметров

Первым делом для правильности расчета потребуется определить основные параметры будущего трансформатора. К ним относятся:

напряжение и ток на первичной обмотке;
эти же показатели на вторичной обмотке.

Далее, выполняется расчет количества витков на каждой из обмоток, выбирается тип провода по таблице и полученным результатам расчета тока, но прежде потребуется измерять размеры сердечника, если он имеется. Либо же, наоборот, задаться необходимой мощностью, и рассчитать параметры кольца. Именно это предлагают все онлайн-программы расчета трансформаторов.

Выбирая количество витков на первичной обмотке, необходимо помнить о том, что при их недостаточном числе она будет сильно греться, и в конечном итоге сгорит. А при достаточно большем будет невелико напряжение на вторичной, поэтому необходимо пользоваться строго справочными данными и формулами из учебников.

Рассмотрим пример расчета трансформатор, намотанного на тороидальном типе сердечника и питаемый от сети с частотой 50 Гц.

Для упрощения процесса расчета устройства можно воспользоваться табличными данными, которая показывает формулы и переменные, используемые для определения параметров намоточного изделия, сведенные в таблице ниже:

Для изготовления сердечников таких сетевых трансформаторов применяется 2 типа стали:

Э310-330 холоднокатанного типа и толщиной пластин в пределах 0,35- 0,5 мм;
Э340-360 обычная сталь толщиной 0,05 – 0,1 мм.

Следует понимать, что число витков для каждого типа стали может быть различным, что связано с магнитной проницаемостью сердечника, прочих показателей. В таблице же ω 1 и ω 2 – это число витков для холоднокатанной и обычной стали соответственно. Рг – габаритная мощность трансформатора; S – параметры сердечника (площадь сечения), ∆ — максимально допустимая плотность тока в обмотках; η – коэффициент полезного действия устройства.

Одной из особенностей изготовления тороидального трансформатора является то, что в нем используется наружная и межобмоточная изоляции, поэтому проводники должны быть с достаточно эластичным покрытием. В качестве таковых часто выбирают ПЭЛШО или ПЭШО также пользуется популярностью ПЭВ-2. В качестве наружного типа изоляции применяются следующие типы материалов:

лакоткань;
батистовая лента;
триацетатная пленка;
фторопластовая пленка.

Преимущества использования программ

Одним из преимуществ использования онлайн-калькуляторов для расчета параметров трансформатора является отсутствие необходимости во всех вышеперечисленных нюансах. Но результат получается приблизительным , поэтому это важно помнить, используя ту или иную программу. Конечно, есть более качественные проекты с расчетом трансформаторов, в которых учитывается толщина изоляционной пленки, тип стали, плотность намотки.

Основные формулы и порядок их применения

Далее, необходимо задаться основными параметрами будущего трансформатора. К ним относятся напряжение сети Uс и выходное напряжение со вторичной обмотки Uн. Также задаемся током в нагрузке Iн, именно этот показатель зачастую является самым главным, определяющим характеристики устройства.

Некоторые калькуляторы совместно с внесением данных в форму также показывают основные формулы, по которым было определено полученное значение. Это намного облегчает процесс и одновременно позволяет более углубленно понять принцип расчета. В любом случае при задании основных данных в форму программа первым делом определяет мощность нВ вторичной обмотке по известной формуле:

Следующим шагом при расчете параметров любого тороидального трансформатора является определение сечения сердечника. Она вычисляется по формуле:

S расч=√Рг/1,2.

Для правильного выбора сердечника, необходимо воспользоваться следующей формулой расчета сечения:

S =(Dc — dc) hc /2.

После чего, пользуясь справочной таблицей параметров сердечников, выбираем ближайший по характеристикам. Подбирать необходимо магнитопровод с большей мощностью, чем рассчитанная по формуле.

Следующим шагом, который выполняет программа расчета сварочного или силового трансформатора с питанием от сети 50Гц , является определение количества витков на 1 вольт. Для этого необходимо воспользоваться постоянными величинами, взятыми из справочника. Дело в том, что для каждого типа сердечника имеется своя константа. Например, для магнитопровода из стали Э320 она равна 33,3, а формула выглядит следующим образом:

W 1-1 = ω 1 х Uc ;

W 1-2 = ω 1 х U н.

Осуществляя расчеты числа витков на обмотках сварочного тороидального трансформатора, необходимо учесть рассеиваемую мощность, из-за чего напряжение на выходе будет занижено на 3%. Поэтому для корректности расчетов рекомендуется увеличить число витков на вторичной обмотке ровно на эту разницу.

Следующим шагом будет определение диаметра проводов обеих обмоток. Для этого вычисляется значение тока в первичной обмотке:

I 1=1,1(Р2/ Uc). А по формуле:

d 1=1,13√ I 1/∆ определяется параметр провода.

Такой расчет справедлив для всех типов трансформаторов как силовых, так и сварочных с питанием от сети частотой 50Гц. Программа расчета производит те же операции, что были приведены выше. Только она может оперировать данными в любом порядке. Например, задавая количество витков, можно определить напряжение и мощность сердечника, вводя параметры сердечника, можно узнать мощность и электрические характеристики трансформатора.

Расчет импульсного трансформатора

Как и в случае с обычным силовым трансформатором, импульсные также могут быть рассчитаны с помощью онлайн-калькуляторов и различных программ. Формулы будут похожи, но необходимо будет учесть магнитную проницаемость и прочие параметры ферритового сердечника. Потому, что от его свойств напрямую зависит качество и корректность работы готового устройства.

При выполнении расчетов сварочных импульсных трансформаторов при помощи программ, многие из них дают подсказки, представляя мостовые схемы выпрямителей и прочее. Все это намного облегчает процесс, так как традиционными методами он сложен. Но, в общем, принцип остается таким же. А что насчет программ калькуляторов, то их в интернете можно найти большое количество для выполнения расчета любых импульсных или обычных сетевых устройств различной мощности и электрических параметров.

Трансформаторы постоянно используются в различных схемах, при устройстве освещения, питании цепей управления и прочем электронном оборудовании. Поэтому довольно часто требуется вычислить параметры прибора, в соответствии с конкретными условиями эксплуатации. Для этих целей вы можете воспользоваться специально разработанным онлайн калькулятором расчета трансформатора. Простая таблица требует заполнения исходными данными в виде значения входного напряжения, габаритных размеров, а также выходного напряжения.

Преимущества онлайн калькулятора

В результате расчета трансформатора онлайн, на выходе получаются параметры в виде мощности, силы тока в амперах, количества витков и диаметра провода в первичной и вторичной обмотке.

Существуют , позволяющие быстро выполнить расчеты трансформатора. Однако они не дают полной гарантии от ошибок при проведении вычислений. Чтобы избежать подобных неприятностей, применяется программа онлайн калькулятора. Полученные результаты позволяют выполнять конструирование трансформаторов для различных мощностей и напряжений. С помощью калькулятора осуществляются не только расчеты трансформатора. Появляется возможность для изучения его устройства и основных функций. Запрошенные данные вставляются в таблицу и остается только нажать нужную кнопку.

Благодаря онлайн калькулятору не требуется проводить каких-либо самостоятельных подсчетов. Полученные результаты позволяют выполнять перемотку трансформатора своими руками. Большинство необходимых расчетов осуществляется в соответствии с размерами сердечника. Калькулятор максимально упрощает и ускоряет все вычисления. Необходимые пояснения можно получить из инструкции и в дальнейшем четко следовать их указаниям.

Конструкция трансформаторных магнитопроводов представлена тремя основными вариантами — броневым, стержневым и . Прочие модификации встречаются значительно реже. Для расчета каждого вида требуются исходные данные в виде частоты, входного и выходного напряжения, выходного тока и размеров каждого магнитопровода.

Формула габаритной мощности трансформатора. Дроссели и магнитные усилители (Реферат)

«Белорусский государственный университет

информатики и радиоэлектроники»

Кафедра защиты информации

Реферат

на тему:

«Формула габаритной мощности трансформатора. Дроссели и магнитные усилители«

Минск, 2009

1. Формула габаритной мощности трансформатора

Она связывает технические и эксплуатационные характеристики трансформатора (электрические) с параметрами, определяющими габариты его конструкции (площадь поперечного сечения стали сердечника (), и площадью окна магнитопровода ().

Рисунок 1 — Трансформатор

— полная мощность трансформатора

(1)

(2)

— коэффициент заполнения сердечника сталью.

Если j[А/мм] — плотность тока, тогда ток в первой обмотке и во второй:

(3)

(4)

— коэффициент заполнения окна проводами (медью).

=0,2..0,4 (плохо заполняет).

Формула габаритной мощности:

(5)

При проектировании трансформатора габариты сердечника являются искомыми. Поэтому формулу разрешают относительно искомых параметров, которые даны в виде произведения.

(6)

При учете потерь, обуславливающий реальный КПД=η, формула габаритной мощности приобретает следующий вид:

[] (7)

j=[А/]; f=[Гц]; =[B*A]; =[Тесла]

Приведенная формула является центральной при проведении расчетов и конструировании трансформаторов. Расчет трансформаторов ведется методом последовательного приближения (инженерного).

Вначале задаются с использованием требований ТЗ (техническое задание) и справочных данных величинами, фигурирующими в правой части формулы и вычисляют ориентировочное значение произведения .

По величине , с учетом выбранного критерия оптимальности (min, minM(массы), minV(габаритов)). Выбираются из стандартных типовых размеров параметры магнитопровода.

Производится электрический расчет обмоток и тепловой расчет для трансформаторов в рабочем режиме. В случае необходимости производится перевыбор сердечника, и все расчеты осуществляются вновь для всех интересующих величин.

а) б)

в)

Рисунок 2 – Ориентировочные зависимости от мощности трансформатора: а) – плотности тока в обмотке; б) – максимального значения магнитной индукции; в) – КПД.

Нагрузочная характеристика и КПД трансформатора

Рисунок 3 – Эквивалентная схема вторичной обмотки

Рисунок 4 – Нагрузочная кривая трансформатора

Какую бы нагрузку мы не включали или как бы не изменяли, ток нам бы хотелось, чтобы напряжение не изменялось и равнялось . Но этого не будет.

Анализ показывает, что с ростом потребляемого тока нагрузкой, напряжение на выходе трансформатора не остается неизменным из-за увеличивающегося падения напряжения на его внутреннем сопротивлении и при индуктивном характере нагрузки убывает, а при емкостном – возрастает.

При номинальном значении тока имеются отличия от ЭДС во вторичной обмотке. Нагрузочная характеристика (зависимость напряжения на выходе от потребляемого тока) является важной для любого источника.

При построении нагрузочной характеристики удобно пользоваться не абсолютными значениями тока и напряжения, а нормированными:

(8)

КПД трансформатора в рабочем режиме складывается из полезной мощности Р и

(9)

с – сталь

м – медь

КПД является функцией коэффициента нагрузки ()

(10)

т.е. в разных режимах КПД разное. Причем функция имеет экстремум:

Рисунок 5 – Зависимость КПД от коэффициента нагрузки

2. Дроссели. Магнитные усилители (МУ)

Дроссель представляет собой в основном обтекаемую переменным током катушку с ферромагнитным сердечником. Последний резко увеличивает магнитное поле. При одинаковых параметрах дроссель с ферромагнитным сердечником несравненно компактнее, чем катушка без сердечника. Подчеркнем, что при прочих равных условиях индуктивное сопротивление дросселя тем больше, чем лучше магнитные свойства ферромагнетика, т.е. чем больше его магнитная проницаемость.

Все характеристики дросселя обусловливаются свойствами его ферромагнитного сердечника. Вольтамперные характеристики при этом могут быть близкими к линейным, а могут быть и существенно нелинейными.

Рисунок 6 — Типичные конструкции однофазных дросселей открытого исполнения: а) — броневой с ленточным магнитопроводом; б) — стержневой с ленточными сердечниками и двумя катушками в) — тороидальный; г) — броневой с сердечником из штампованных пластин; д) — броневой с креплениями из пластмассы.

Особенности конструкции и работы дросселей в цепях электропитания

Во многих случаях дроссели используются как простые, сглаживающие L – фильтры на выходах выпрямительных устройств. Через дроссель протекает ток сердечника и может привести к насыщению.

Динамическая магнитная проницаемость магнитного материала сердечника уменьшается, индуктивность дросселя резко уменьшается, что приводит к уменьшению сопротивления переменному току.

Рисунок 6 – Зависимость величины магнитной индукции от тока

Рисунок 7 – Схема включения дросселя

Таким образом, желательно, чтобы подмагничивание не являлось излишне выраженным.

Для уменьшения подмагничивания в магнитном сердечнике дросселя вводится немагнитный зазор.

Рисунок 8 — Зависимость величины магнитной индукции от тока

Если ток подмагничивания равен 0, то индуктивность велика.

Рисунок 9

Введение немагнитного зазора позволяет уменьшить зависимость индуктивности дросселя от постоянного тока нагрузки и обеспечить одинаковую эффективность фильтрации при вариации нагрузки.

Если явление намагничивания сердечника в дросселях сглаживающих фильтров носит негативный характер, то в дросселе насыщения или МУ это явление используется и лежит в основе принципа действия таких устройств.

Проектирование дросселей ведется подобно проектированию трансформаторов, и используются формулы трансформаторной ЭДС.

Эквивалентная схема дросселя аналогична схеме трансформатора на ХХ.

Магнитные усилители (МУ)

МУ – это электромагнитные устройства, в которых сопротивление катушки индуктивности переменного тока изменяется посредством подмагничивания ее сердечника с помощью специального токового управления.

Принцип действия МУ:

Рисунок 10 – Схема включения МУ

Рисунок 11 – Зависимость выходного тока от входного

Выбирая рабочий диапазон: А-В, можно обеспечить прямую пропорциональность между и , т.е. воспринимаем происходящее как усиление входного воздействия, если малое изменение приводит к значительным изменениям . Схема, приведенная ранее – это простейший вид МУ. С помощью его можно выполнить регулировку переменного тока в силовых цепях путем достаточно малого изменения . В принципе может быть выпрямлен и тогда управление, в конечном счете, будет осуществляться для тока нагрузки.

Если перед стоит выпрямитель, то это МУ.

Приведенная электромагнитная схема хорошо объясняет принцип работы МУ, однако не работоспособна в практическом применении из-за трансформации энергии переменного тока в маломощном источнике управления.

Рабочие конструкции МУ

Рисунок 12

В приведенной схеме центральный стержень в магнитном отношении работает неэффективно. Можно разделить центральный стержень немагнитным промежутком . В полученной конструкции два отдельных магнитопровода могут быть вообще разъединены, а -представлено в виде двух полуобмоток.

Рисунок 13

Последняя электромагнитная схема МУ соответствует следующему рабочему принципу схемы:

Рисунок 14

Коэффициент усиления

Для МУ в стационарном режиме могут быть записаны следующие уравнения равновесия электрического воздействия в рабочей цепи и цепи управления.

(11)

Анализ показывает, что из приведенной системы уравнений, записанной для идеализированной электрической модели МУ отсутствуют потоки рассеивания, нет сопротивления проводов, потери в магнитном материале считают идеально симметричными и т.п. Необходимо выполнение следующего уравнения равновесия намагничивающих сил рабочих обмоток и обмоток управления (УРМС).

Как рассчитать мощность трансформатора по железу

Простейший расчет силового трансформатора позволяет найти сечение сердечника, число витков в обмотках и диаметр провода. Переменное напряжение в сети бывает 220 В, реже 127 В и совсем редко 110 В. Для транзисторных схем нужно постоянное напряжение 10 — 15 В, в некоторых случаях, например для мощных выходных каскадов усилителей НЧ — 25÷50 В. Для питания анодных и экранных цепей электронных ламп чаще всего используют постоянное напряжение 150 — 300 В, для питания накальных цепей ламп переменное напряжение 6,3 В. Все напряжения, необходимые для какого-либо устройства, получают от одного трансформатора, который называют силовым.

Число витков в обмотках определяется по важной характеристике трансформатора, которая называется «число витков на вольт», и зависит от сечения сердечника, его материала, от сорта стали. Для распространенных типов стали можно найти «число витков на вольт», разделив 50—70 на сечение сердечника в см:

Так, если взять сердечник с сечением 6 см², то для него получится «число витков на вольт» примерно 10.

Число витков первичной обмотки трансформатора определяется по формуле:

Это значит, что первичная обмотка на напряжение 220 В будет иметь 2200 витков.

Число витков вторичной обмотки определяется формулой:

Если понадобится вторичная обмотка на 20 В, то в ней будет 240 витков.

Так, если принять ток первичной обмотки 0,15 А, то провод нужно взять 0,29 мм.

Источник: www.radiolub.ru

Как узнать мощность трансформатора?

Определение мощности силового трансформатора

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.

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 (I_н на напряжение питания прибора (U_н). Думаю, многие знакомы с этой формулой ещё по школе.

,где U_н – напряжение в вольтах; I_н – 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.

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; P_тр – мощность трансформатора; 1,3 – усреднённый коэффициент.

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.).

Источник: go-radio.ru

Как узнать габаритную мощность трансформатора

Габаритную мощность трансформатора можно приблизительно узнать по сечению магнитопровода. Правда, ошибка может составлять до 50%, и это связано с рядом факторов. Габаритная мощность напрямую зависит от конструктивных особенностей магнитопровода, качества и толщины используемой стали, размера окна, величины индукции, сечения провода обмоток и даже качества изоляции между отдельными пластинами.

Так что, при определении мощности, можно ориентироваться по площади сечения набора пластин проходящего через каркас или каркасы, если их две штуки.

P – мощность в Ваттах,
B – индукция в Тесла,
S – сечение в см²,
1,69 – постоянный коэффициент.

расчет мощности трансформатора по габаритам

Сначала определяем сечение, для чего перемножаем размеры А и Б.

S = 2,5 * 2,5 = 6,25 см²

Затем подставляем размер сечения в формулу и получаем мощность. Индукцию я выбрал 1,5Tc, так как у меня броневой витой магнитопровод.

P = 1,5 * 6,25² / 1,69 = 35 Ватт

Если требуется определить необходимую площадь сечения манитопровода исходя из известной мощности, то можно воспользоваться следующей формулой:

Нужно вычислить сечение броневого штампованного магнитопровода для изготовления трансформатора мощностью 50 Ватт.

S = ²√ (50 * 1,69 / 1,3) = 8см²

О величине индукции можно справиться в таблице. Не стоит использовать максимальные значения индукции, так как они могут сильно отличаться для магнитопроводов различного качества.

Максимальные ориентировочные значения индукции

Тип магнитопровода	Магнитная индукция мах (Тл) при мощности трансформатора (Вт)
Тип магнитопровода	5-10	10-50	50-150	150-300	300-1000
Броневой штампованный	1,2	1,3	1,35	1,35	1,3
Броневой витой	1,55	1,65	1,65	1,65	1,6
Кольцевой витой	1,7	1,7	1,7	1,65	1,6

Видео: Как определить мощность трансформатора, несколько способов

Описание нескольких способов определения мощности 50 Гц трансформаторов.

Источник: transformator220.ru

KOMITART — развлекательно-познавательный портал

Разделы сайта

DirectAdvert NEWS

Друзья сайта

Осциллографы

Мультиметры

Купить паяльник

Статистика

Простой расчет понижающего трансформатора.

Магнитопровод низкочастотного трансформатора состоит из стальных пластин. Использование пластин вместо монолитного сердечника уменьшает вихревые токи, что повышает КПД и снижает нагрев.

Магнитопроводы вида 1, 2 или 3 получают методом штамповки.
Магнитопроводы вида 4, 5 или 6 получают путём навивки стальной ленты на шаблон, причём магнитопроводы типа 4 и 5 затем разрезаются пополам.

1, 4 – броневые,
2, 5 – стержневые,
6, 7 – кольцевые.

Чтобы определить сечение магнитопровода, нужно перемножить размеры «А» и «В». Для расчётов в этой статье используется размер сечения в сантиметрах.

Трансформаторы с витыми стержневым поз.1 и броневым поз.2 магнитопроводами.

Трансформаторы с штампованными броневым поз.1 и стержневым поз.2 магнитопроводами.

Трансформаторы с витыми кольцевыми магнитопроводами.

Габаритную мощность трансформатора можно приблизительно определить по сечению магнитопровода. Правда, ошибка может составлять до 50%, и это связано с рядом факторов. Габаритная мощность напрямую зависит от конструктивных особенностей магнитопровода, качества и толщины используемой стали, размера окна, величины индукции, сечения провода обмоток и даже качества изоляции между отдельными пластинами.

Чем дешевле трансформатор, тем ниже его относительная габаритная мощность.
Конечно, можно путём экспериментов и расчетов определить максимальную мощность трансформатора с высокой точностью, но смысла большого в этом нет, так как при изготовлении трансформатора, всё это уже учтено и отражено в количестве витков первичной обмотки.
Так что, при определении мощности, можно ориентироваться по площади сечения набора пластин проходящего через каркас или каркасы, если их две штуки.

Где:
P – мощность в Ваттах,
B – индукция в Тесла,
S – сечение в см²,
1,69 – постоянный коэффициент.

Сначала определяем сечение, для чего перемножаем размеры А и Б.

Максимальные ориентировочные значения индукции.

КАК РАССЧИТАТЬ ПОНИЖАЮЩИЙ ТРАНСФОРМАТОР.

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 .

В качестве примера давайте рассчитаем и изготовим однофазный силовой трансформатор 220/36 вольт.
Для освещения таких помещений подойдет электрическая лампочка на 36 Вольт и мощностью 25 — 60 Ватт . Такие лампочки с цоколем под стандартный патрон продаются в магазинах электро-товаров.

Если вы найдете лампочку другой мощности, например на 40 ватт , нет ничего страшного — подойдет и она. Просто наш трансформатор будет выполнен с запасом по мощности.

Мощность во вторичной цепи: Р2 = U2 • I2 = 60 ватт

Где:
Р2 – мощность на выходе трансформатора, нами задана 60 ватт ;
U2 — напряжение на выходе трансформатора, нами задано 36 вольт ;
I2 — 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:

Мощность передается из первичной обмотки во вторичную через магнитный поток в магнитопроводе. Поэтому от значения Р1 , 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 будет располагаться каркас с первичной и вторичной обмотками.

Площадь поперечного сечения магнитопровода рассчитывается по формуле:

Где:
S — площадь в квадратных сантиметрах,
P1 — мощность первичной сети в ваттах.

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

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

Рассчитаем число витков в первичной и вторичной обмотках.

Число витков в первичной обмотке на 220 вольт:

Число витков во вторичной обмотке на 36 вольт:

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:

Ток во вторичной обмотке трансформатора:

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:

Для первичной обмотки диаметр провода будет:

Диаметр провода для вторичной обмотки:

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:

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:

Округлим до 1,0 мм² .

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

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

Источник: www.komitart.ru

Силовые трансформаторы, простой расчет

В статье на конкретном примере приводится простой метод расчета силового трансформатора для блока питания или зарядного устройства.

Перед тем, как использовать силовой трансформатор необходимо определиться с его мощностью.

Например, нужно рассчитать силовой трансформатор для зарядного устройства, которым будем заряжать автомобильные аккумуляторы емкостью до 60 А/час.

Как известно, ток заряда равен 0,1 от емкости аккумулятора, в нашем случае это 6 Ампер.

Напряжение для заряда аккумулятора должно быть не менее 15 В, плюс падение напряжения на диодах и токоограничивающем резисторе, примем его около 5 В.

Итого, напряжение вторичной обмотки должно быть около 20 В, при токе до 6 А. Мощность при этом, будет равна Р = 6 А х 20 В = 120 Вт.

К.п.д. силового трансформатора при мощности до 60 Вт составляет 0,75. При мощности до 150 Вт 0,8 и при больших мощностях 0,85.

В нашем случае принимаем к.п.д. равным 0,8.

При мощности вторичной обмотки 120 Вт, с учетом к.п.д. мощность первичной обмотки равна:

120 Вт : 0,8 = 150 Вт.

По этой мощности определяем площадь поперечного сечения сердечника, на котором будут расположены обмотки.

S (см 2 ) = (1,0 ÷1,2) √Р

Коэффициент перед корнем квадратным из мощности зависит от качества электротехнической стали сердечника.

Принимаем его равным среднему значению 1,1 и получаем площадь сердечника равной 13,5 см 2 .

Теперь нужно определить дополнительную величину – количество витков на вольт. Обозначим ее N.

Коэффициент от 50 до 70 зависит от качества стали. Возьмем среднее значение 60. Получаем количество витков на вольт равным:

Округлим это значение до 4,5 витка на вольт.

Первичная обмотка будет работать от 220 В. Ее количество витков равно 220 х 4,5 = 990 витков.

Вторичная обмотка должна выдавать 20 В. Ее количество витков равно 20 х 4,5 = 90 витков.

Осталось определить диаметр провода обмоток.

Для этого нужно знать ток каждой обмотки. Для вторичной обмотки ток нам известен, его величина 6 А.

Ток первичной обмотки определим, как мощность, деленную на напряжение. (Сдвиг фаз для упрощения расчета учитывать не будем).

I₁ = 150 Вт / 220 В = 0,7 А

Диаметр провода определяем по формуле:

Коэффициент перед корнем квадратным влияет на плотность тока в проводе. Чем больше его значение, тем меньше будет греться провод при работе. Примем среднее значение.

Для меди плотность тока до 3,2 А/мм кв, для алюминиевых проводов до 2А/мм кв.

Диаметр провода первичной обмотки:

D₁ = 0,75 √0,7 = 0,63 мм

Диаметр провода вторичной обмотки:

D₂ = 0,75 √6 = 1,84 мм

Для намотки выбираем ближайший больший диаметр. Если нет толстого провода для вторичной обмотки, можно намотать ее в два провода. При этом суммарная площадь сечения проводов должна быть не меньше площади сечения для рассчитанного диаметра провода. Как известно, площадь сечения равна πr² , где π это 3,14, а r — радиус провода.

Вот и весь расчет.

Если вторичных обмоток несколько, сумма их мощностей не должна превышать величину, равную мощности первичной обмотки, умноженной на к.п.д. Количество витков на вольт одинаково для всех обмоток конкретного трансформатора. Если известно количество витков на вольт, можно намотать обмотку на любое напряжение, главное, чтобы она влезла в окно магнитопровода. Диаметр провода каждой обмотки определяется исходя из величины тока этой обмотки.

Овладев этой простой методикой, вы сможете не только изготовить нужный вам силовой трансформатор, но и подобрать уже готовый.

Материал статьи продублирован на видео:

Источник: radiomasterinfo.org.ua

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. Вторичные исследования
1.3.3.Инструменты и модели аналитика

ГЛАВА 2: ОСНОВНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

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. Водители

3.3.1.1. Растущий спрос для электроэнергии 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 рынка и прогноз по рейтингу
5.2.3. Анализ доли рынка 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.MEXICO

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.Размер и прогноз рынка, по рейтингу
5.3.3.Анализ рыночной доли по странам
5.3.4 .RUSSIA

5.3.4.1. Объем 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.Рынок размер и прогноз, по рейтингу

5.3.8.ITALY

5.3.8.1.Размер рынка и прогноз, по рейтингу

5.3.9.ОСТАТОК ЕВРОПЫ

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
5.4.4.КИТАЙ

5.4.4.1.Размер и прогноз рынка, по рейтингу

5.4.5.INDIA

5.4. 5.1.Размер рынка и прогноз, 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

5.4.8.REST OF ASIA-PACIFIC

5.4.8.1.Размер и прогноз рынка, 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.Размер рынка и прогноз, 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 рынка и прогноз, 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 ИГРОКОВ НА РЫНКЕ, 2019

6.2. СТРАТЕГИИ ВЫИГРЫША НА ТОП-10
6.3. КАРТА ПРОДУКЦИИ ТОП-10 ИГРОКОВ
6.4. КОНКУРЕНТНАЯ КАРТА КАРТЫ
6.5. КЛЮЧЕВЫЕ РАЗРАБОТКИ

и 6.5.1.

ГЛАВА 7: КОНКУРЕНТНЫЙ ЛАНДШАФТ

7.1. ВВЕДЕНИЕ

7.1.1. ПОЗИЦИОНИРОВАНИЕ ИГРОКА НА РЫНКЕ, 2019

7.2. СТРАТЕГИИ ВЫИГРЫША

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 сегменты бизнеса
8.1. 4. Портфель продукции
8.1.5. Показатели бизнеса

8.2. Siemens AG

8.2.1. Обзор компании
8.2.2. Обзор компании
8.2.3. Операционные сегменты бизнеса
8.2.4. Портфель продукции
8.2. 5. Эффективность бизнеса

8.3.Schneider Electric SE

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

8.4.TBEA Co. Ltd. .

8.4.1. Обзор компании
8.4.2. Обзор компании
8.4.3. Портфель продуктов

8.5. EMCO Ltd.

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

8.6. Кирлоскар Электрик Ко.Ltd.

8.6.1. Обзор компании
8.6.2. Снимок компании
8.6.3. Портфель продуктов

8.7.Toshiba Corporation

8.7.1. Обзор компании
8.7.2. Снимок компании
8.7.3. Операционные бизнес-сегменты
8.7.4. Портфель продукции
8.7.5. Показатели бизнеса

8.8.Hitachi Ltd.

8.8.1. Обзор компании
8.8.2. Обзор компании
8.8.3. Операционные бизнес-сегменты
8.8. 4. Продуктовый портфель
8.8.5. Эффективность 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 сегменты бизнеса
8.9.4. Портфель продукции
8.9.5 .Работа бизнеса

8.10.Генерал Электрик Компани

8.10.1. Обзор компании
8.10.2. Обзор компании
8.10.3. Операционные сегменты бизнеса
8.10.4. Портфель продуктов
8.10.5. Показатели бизнеса

СПИСОК ТАБЛИЦ

ТАБЛИЦА 01.МИРОВОЙ РЫНОК ТРАНФОРМАТОРОВ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ, ПО РЕЙТИНГАМ, 2019–2027 гг. (МЛРД ДОЛЛ.)
ТАБЛИЦА 02. РЫНОК ТРАНСФОРМАТОРОВ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ДЛЯ НИЗКОГО (5–100 МВА) ПО РЕГИОНАМ, 2019–2027 гг. (МЛРД) МВА ДО 500 МВА), ПО РЕГИОНАМ, 2019–2027 (МЛРД. ДОЛЛ. РЕГИОН, 2019–2027 гг. (МЛРД $)
ТАБЛИЦА 06. РЫНОК ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ТРАНФОРМАТОРОВ СЕВЕРНОЙ АМЕРИКИ, ПО РЕЙТИНГАМ, 2019–2027 гг. (МЛРД $)
ТАБЛИЦА 07.РЫНОК СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ В СЕВЕРНОЙ АМЕРИКЕ, ПО СТРАНАМ, 2018–2026 гг. (МЛРД $)
ТАБЛИЦА 08. США РЫНОК ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ТРАНФОРМАТОРОВ, 2019–2027 ГГ. (МЛРД ДОЛЛ. МЛРД)
ТАБЛИЦА 11. РЫНОК ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ТРАНФОРМАТОРОВ В ЕВРОПЕ, ПО РЕЙТИНГАМ, 2019–2027 (МЛРД ДОЛЛ.) РЕЙТИНГ, 2019–2027 гг. (МЛРД $)
ТАБЛИЦА 14.РЫНОК ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ТРАНФОРМАТОРОВ ГЕРМАНИИ, ПО РЕЙТИНГАМ, 2019–2027 (МЛРД ДОЛЛ. МЛРД. ДОЛЛАРОВ. РЫНОК ТРАНФОРМАТОРОВ, ПО РЕЙТИНГАМ, 2019–2027 (МЛРД ДОЛЛАРОВ)
ТАБЛИЦА 20. Азиатско-Тихоокеанский РЫНОК ТРАНСФОРМАТОРОВ ЭНЕРГЕТИКИ, ПО СТРАНАМ, 2018–2026 (МЛРД ДОЛЛАРОВ)
ТАБЛИЦА 21.РЫНОК ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ТРАНФОРМАТОРОВ В КИТАЕ, ПО РЕЙТИНГАМ, 2019–2027 (МЛРД ДОЛЛ. США)
ТАБЛИЦА 22. МЛРД. ДОЛЛАРОВ. РЫНОК ПО РЕЙТИНГАМ, 2019–2027 (МЛРД ДОЛЛАРОВ)
ТАБЛИЦА 27. РЫНОК СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ LAMEA, ПО СТРАНАМ, 2019–2027 (МЛРД ДОЛЛАРОВ)
ТАБЛИЦА 28.РЫНОК ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ТРАНФОРМАТОРОВ БРАЗИЛИИ, ПО РЕЙТИНГАМ, 2019–2027 (МЛРД. ДОЛЛАРОВ)
ТАБЛИЦА 29. РЫНОК ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ТРАНФОРМАТОРОВ В ЮЖНОЙ АФРИКЕ, ПО РЕЙТИНГАМ, 2019–2027 гг. (МЛРД долл. США) (МЛРД ДОЛЛАРОВ)
ТАБЛИЦА 31. РЫНОК ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ТРАНФОРМАТОРОВ REST OF LAMEA, ПО РЕЙТИНГАМ, 2019–2027 (МЛРД $)
ТАБЛИЦА 32. КЛЮЧЕВЫЕ СЛИЯНИЯ И ПРИОБРЕТЕНИЯ (2016-2019) )
ТАБЛИЦА 34.CG: ОБЗОР КОМПАНИИ
ТАБЛИЦА 35.AECI: ОПЕРАЦИОННЫЕ СЕГМЕНТЫ
ТАБЛИЦА 36.CG: ПОРТФЕЛЬ ПРОДУКЦИИ
ТАБЛИЦА 37. ОБЩЕЕ ФИНАНСОВОЕ СОСТОЯНИЕ (МЛРД ДОЛЛ.)
ТАБЛИЦА 42.SCHNEIDER: ОБЗОР КОМПАНИИ
ТАБЛИЦА 43.SCHNEIDER: ОПЕРАЦИОННЫЕ СЕГМЕНТЫ
ТАБЛИЦА 44.SCHNEIDER: ПОРТФЕЛЬ ПРОДУКЦИИ
ТАБЛИЦА 45. ОБЩИЙ ФИНАНСОВЫЙ СТАТУС (МЛРД ДОЛЛАРОВ) ПОРТФОЛИО
ТАБЛИЦА 48.EMCO: ОБЗОР КОМПАНИИ
ТАБЛИЦА 49.EMCO: ПОРТФЕЛЬ ПРОДУКЦИИ
ТАБЛИЦА 50. ОБЩЕЕ ФИНАНСОВОЕ СОСТОЯНИЕ (МЛРД ДОЛЛАРОВ)
ТАБЛИЦА 51. КИРЛОСКАР: ОБЗОР КОМПАНИИ
ТАБЛИЦА 52. КИРЛОСКАР КОМПАНИЯ: ПОРТФЕЛЬ ПРОДУКЦИИ
ТАБЛИЦА 53.TOSHOT 54.TOSHOTA .TOSHIBA: ОПЕРАЦИОННЫЕ СЕГМЕНТЫ
ТАБЛИЦА 55.TOSHIBA: ПОРТФЕЛЬ ПРОДУКЦИИ
ТАБЛИЦА 56. ОБЩИЙ ФИНАНСОВЫЙ СТАТУС (МЛРД ДОЛЛАРОВ)
ТАБЛИЦА 57.HITACHI: КОМПАНИЯ SNAPSHOT
ТАБЛИЦА 58.HITACHI: ОПЕРАЦИОННЫЕ СЕГМЕНТЫ
ТАБЛИЦА 59. 60.ОБЩИЙ ФИНАНСОВЫЙ СОСТОЯНИЕ (МЛРД ДОЛЛАРОВ)
ТАБЛИЦА 61. HITACHI: ОСНОВНЫЕ СТРАТЕГИЧЕСКИЕ ДВИЖЕНИЯ И РАЗВИТИЯ
ТАБЛИЦА 62. МЛРД $)
ТАБЛИЦА 66.GE: ОБЗОР КОМПАНИИ
ТАБЛИЦА 67.GE: ОПЕРАЦИОННЫЕ СЕГМЕНТЫ
ТАБЛИЦА 68.GE: ПОРТФЕЛЬ ПРОДУКТОВ
ТАБЛИЦА 69. ОБЩЕЕ ФИНАНСОВОЕ СОСТОЯНИЕ (МЛРД ДОЛЛАРОВ)

СПИСОК ЦИФР

РИСУНОК 01. КЛЮЧ СЕГМЕНТЫ
РИСУНОК 02.ОБЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ, ПО РЕЙТИНГУ
РИСУНОК 03. ИСПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ, ПО СТРАНЕ
РИСУНОК 04. ЛУЧШИЕ ИНВЕСТИЦИОННЫЕ КАРМАНЫ
РИСУНОК 05. МОЩНОСТЬ ПОСТАВЩИКОВ
РИСУНОК 06. Соперничество
РИСУНОК 09. ДОЛЯ ПОКУПАТЕЛЕЙ. ПО СТРАНАМ, 2019 И 2027 ГОДЫ (МЛРД ДОЛЛАРОВ)
РИСУНОК 13.СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ДОЛИ РЫНКА ТРАНСФОРМАТОРОВ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ДЛЯ СРЕДНИХ СТРАН, 2019 и 2027 гг. (МЛРД ДОЛЛ.) , 2019
РИСУНОК 16. КАРТА ПРОДУКЦИИ 10 ЛУЧШИХ ИГРОКОВ
РИСУНОК 17. КОНКУРСНАЯ ТЕПЛОВАЯ КАРТА КЛЮЧЕВЫХ ИГРОКОВ
РИСУНОК 18. ПОЛОЖЕНИЕ ИГРОКОВ НА РЫНКЕ, 2019 год
РИСУНОК 19. РИСУНОК 21.CG: ВЫРУЧКА, 2016–2018 гг. (МЛРД ДОЛЛ. США)
РИСУНОК 22. CG: ДОЛЯ ВЫРУЧКИ ПО СЕГМЕНТАМ, 2018 г. (%)
РИСУНОК 23. CG: ДОЛЯ ВЫРУЧКИ ПО РЕГИОНАМ, 2018 г. (%)
РИСУНОК 24. ДИАГРАММА 24. –2019 (МЛРД $)
РИСУНОК 25. ДИАГРАММА 25.SIEMENS: ДОЛЯ ВЫРУЧКИ ПО СЕГМЕНТАМ, 2019 г. (%)
РИСУНОК 26.SIEMENS: ДОЛЯ ВЫРУЧКИ ПО РЕГИОНАМ, 2019 г. (%) МЛРД)
РИСУНОК 28. SCHNEIDER: ДОЛЯ ВЫРУЧКИ ПО СЕГМЕНТАМ, 2019 г. (%)
РИСУНОК 29. SCHNEIDER: ДОЛЯ ВЫРУЧКИ ПО РЕГИОНАМ, 2019 г. (%)
РИСУНОК 30.EMCO: ДОХОД, 2015–2017 (МЛРД ДОЛЛАРОВ)
РИСУНОК 31.EMCO: ДОЛЯ ДОЛЯ ВЫРУЧКИ ПО РЕГИОНАМ, 2017 (%)
РИСУНОК 32. ТОШИБА: ВЫРУЧКА, 2016–2018 гг. (МЛРД $)
РИСУНОК 33. ТОШИБА: ДОЛЯ ДОЛЯ ДОХОДА ПО СЕГМЕНТ, 2018 г. (%)
РИСУНОК 34.HITACHI: ДОЛЯ ДОХОДА, 2016–2018 гг. (МЛРД ДОЛЛ. США)
РИСУНОК 35. HITACHI: ДОЛЯ ВЫРУЧКИ ПО СЕГМЕНТАМ, 2018 г. (%)
РИСУНОК 36. )
РИСУНОК 37.BHEL: ВЫРУЧКА, 2016–2018 гг. (МЛРД $)
РИСУНОК 38.BHEL: ДОЛЯ ДОХОДА ПО СЕГМЕНТАМ, 2018 г. (%)
РИСУНОК 39.BHEL: ДОЛЯ ВЫРУЧКИ ПО РЕГИОНАМ, 2018 г. (%)
РИСУНОК 40.GE: ВЫРУЧКА, 2017–2019 гг. (МЛРД $)
РИСУНОК 41.GE: ДОЛЯ ВЫРУЧКИ ПО СЕГМЕНТАМ, 2019 г. (%)
РИСУНОК 42.GE: ДОЛЯ ВЫРУЧКИ ПО РЕГИОН, 2019 г. (%)

Сколько энергии потребляет небольшой трансформатор при подключении к сети

В тоннах продукции используются трансформаторы. Прогуляйтесь по дому, и вы наверняка увидите их повсюду. В моем доме я обнаружил, что они прикреплены к моему принтеру, сканеру, динамикам, автоответчику, беспроводному телефону, электрической отвертке, электрической дрели, радионяне, радиочасам, видеокамере… Вы уловили идею.Типичный дом, вероятно, имеет от пяти до десяти таких маленьких трансформаторов, подключенных к стене в любой момент времени.

Оказывается, эти трансформаторы потребляют энергию всякий раз, когда они подключены к стене, независимо от того, подключены они к устройству или нет. Они также тратят энергию при включении устройства.

Если вы когда-либо чувствовали что-то такое, и оно было теплым, значит, потраченная впустую энергия превратилась в тепло. Потребляемая мощность не велика — порядка от 1 до 5 Вт на трансформатор . Но это действительно складывается.Допустим, у вас их 10, и каждый из них потребляет по 5 Вт. Это означает, что 50 Вт постоянно тратятся впустую. Если в вашем районе киловатт-час стоит десять центов, это означает, что вы тратите десять центов каждые 20 часов. Это около 44 долларов в год на ветер. Или представьте себе это так — в Соединенных Штатах насчитывается около 100 миллионов домашних хозяйств. Если каждое домохозяйство потратит на эти трансформаторы 50 ватт, это всего 5 миллиардов ватт. Для нации это полмиллиона долларов, потраченных впустую каждый час, или 4 380 000 000 долларов, потраченных впустую каждый год! Подумайте, что вы могли бы сделать с 4 миллиардами долларов…

Где эти небольшие нагрузки действительно сказываются, так это в удаленных местах, которые питаются от таких вещей, как солнечные батареи и ветряные генераторы.В этих системах вы платите от 10 до 20 долларов за ватт (если сложить стоимость солнечных элементов, аккумуляторов для хранения энергии, регуляторов мощности, инвертора и т. Д.). Пятьдесят ватт по цене 20 долларов за ватт означает, что вам придется потратить дополнительно 1000 долларов только на питание трансформаторов. В таких системах вы избегаете небольших нагрузок, отключая трансформаторы, когда они не используются, или убирая трансформатор и запитывая устройство прямо от аккумуляторной батареи для повышения эффективности.

Однако дополнительные расходы на электроэнергию компенсируются экономией на производственных затратах, которая, как мы надеемся, передается заказчику в виде более низкой отпускной цены продукта. Например, изготовление и хранение одного универсального принтера, работающего от 12 вольт постоянного тока, обходится производителю значительно дешевле. Затем производитель упаковывает принтер с настенным трансформатором напряжения переменного тока, зависящим от страны, в которой он продается. Когда выходит новая версия устройства, производителю не нужно переоснащать блок питания.

Для получения дополнительной информации о трансформаторах и энергосбережении перейдите по ссылкам на следующей странице.

Общая схема защиты силового трансформатора

Контекст 1

… о напряжениях холостого хода силового трансформатора критически важно для работы дифференциальной защиты с автоматической компенсацией РПН. Дифференциальная защита использует эти данные в каждом отдельном положении переключателя ответвлений, чтобы правильно оценить соотношение величин между боковыми токами 400 кВ и 220 кВ во время перегрузки.Однако дифференциальная защита может компенсировать только изменение величины тока, а не разность фаз, создаваемую силовым трансформатором, работающим в режиме PST. IV. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАЩИТА В течение 1998 года компания HEP модернизировала дифференциальную защиту со смещением для всех основных автотрансформаторов в сети передачи с помощью нового цифрового терминала дифференциальной защиты. Благодаря отличным характеристикам этого нового дифференциального реле [7] было естественным выбором попробовать использовать реле того же типа для дифференциальной защиты этого специального силового трансформатора на подстанции Жерявинец.В то же время это дифференциальное реле обладает уникальными, но стандартными функциями [8] и [9], что делает его превосходным для этого конкретного приложения: ♦ считывание, отображение и автоматическая компенсация положения РПН в рамках дифференциальной защиты ♦ ток смещения общий для всех трех фаз и выбирается как относительно самый высокий ток из всех токов, подключенных к дифференциальному реле. Положение РПН может быть красным через сигнал мА или двоичный сигнал в двоично-десятичном коде. Однако, исходя из предыдущего опыта HEP с этим типом измерений, было решено использовать двоично-десятичный код для передачи положения ответвления на чувствительный терминал дифференциальной защиты.В дополнение к этой информации также необходимо указать положение переключателя, расположенного в баке силового трансформатора, чтобы дифференциальное реле могло автоматически изменять группу уставок реле в соответствии с режимом работы силового трансформатора. Это изменение необходимо для того, чтобы справиться с различными колебаниями величины напряжения холостого хода на стороне 220 кВ в двух разных режимах работы силового трансформатора, как показано на рисунке 6. V. T RANSFORMER D IFFERENTIAL P ROTECTION PERFORMANCE HEP провела полное исследование короткого замыкания. для этого нового силового трансформатора [5].Особое внимание было уделено внутренним и внешним однофазным замыканиям на землю. После того, как токи на всех сторонах силового трансформатора были рассчитаны для каждого конкретного повреждения, результирующие векторы тока были поданы в модель MATLAB чувствительной функции дифференциальной защиты с автоматической компенсацией РПН. Подтверждена правильная работа дифференциальной защиты для всех рассчитанных сценариев внешнего и внутреннего повреждения. Результирующий дифференциальный ток и ток смещения для каждого случая повреждения были нанесены на график в зависимости от рабочих характеристик реле.Результат для одного случая внешней неисправности показан на рисунке 7. VI. ХАРАКТЕРИСТИКА ПРЕДОХРАНИТЕЛЯ ПЕРЕДАТЧИКА ТРАНСФОРМАТОРА В дополнение к дифференциальной защите компания HEP реализовала ограниченную защиту от замыканий на землю для общей, последовательной обмотки силового трансформатора и обмотки РПН, а также стандартные защиты от перегрузки по току и тепловой перегрузки [6]. Также предусмотрена дополнительная защита для третичной обмотки, соединенной треугольником, выравнивающей обмотки. Полная схема защиты этого силового трансформатора показана на Рисунке 8. VII. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Дифференциальная защита трансформатора с автоматической компенсацией положения устройства РПН может использоваться как полная дифференциальная защита смещения для специального силового трансформатора на подстанции Жерявинец.Из выполненного расчета очевидно, что он будет оставаться стабильным при всех внешних неисправностях как для рабочего режима силового трансформатора, так и сможет корректно отключиться при всех внутренних неисправностях. Стабильность будет сохраняться даже при потере показаний положения РПН, но дифференциальный ток утечки будет намного выше в таком рабочем состоянии. Во время режима работы PST при правильном считывании положения РПН дифференциальный ток утечки можно оценить по следующей формуле: где θ — разность фаз между напряжениями холостого хода на стороне 400 кВ и 220 кВ для конкретного положения РПН, а k — постоянная, зависящая от типа неисправности из-за уменьшения тока нулевой последовательности, выполняемого дифференциалом…

Границы | Модель гибридного силового электронного трансформатора для количественной оценки преимуществ на системном уровне 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 и между разными 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 высокого технического 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 полиэтилентерефталат, 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.

Преобразователь постоянного тока в переменный с параллельным подключением может обеспечивать реактивную мощность в низковольтную сеть 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 регулируемую 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 разделены 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 за счет использования двухобмоточного LFT с электронным преобразователем. подключены параллельно вторичной обмотке, как показано на рисунке 2.В этом случае необходимо включить инжекционный трансформатор, чтобы адаптировать номинальное напряжение электронного преобразователя к желаемому последовательному напряжению v⃗C2 на выводе низкого напряжения. Инжекторный 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 заключается 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 нестандартного 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 модель 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 показана 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 нагрузки устанавливает потоки активной и реактивной мощности P _{C 1}, Q _{C 1} во вспомогательной обмотке, в то время как Vsource element устанавливает величину и фазу напряжения v⃗C2, при этом подает 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 работать с двунаправленным потоком мощности, где для обратной мощности элемент нагрузки 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). Вычисленное 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 _V и ϵ _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 на рисунке 3.

3.1 Регулировка напряжения на вторичной клемме

В этом подразделе описывается алгоритм регулирования напряжения v⃗LV на вторичной клемме 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) Вектор результирующего напряжения на элементе Vsource для текущего временного шага

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

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

V̄LVtarget Требуемый вектор 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 объясняется в разделе 2.1, модуль 1 с шунтирующим подключением (рисунок 1) может управлять Q _{C 1} независимо от Q _{C 2} из-за развязки, 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 _out, выдаваемая инвертором, и потери инвертора P _потери измеряются при различных уровнях нагрузки.На полученных кривых можно заметить, что вариации для различных DPF незначительны, и поскольку при единичном DPF количество S _out / ( S _out + P _потеря) равен 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 _потеря) кривые, полученные для различных DPF 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 номиналов 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 | vs. | v⃗MV | а Q _{C 1} = 0 (A) . Компенсация реактивной мощности первичной стороны при В _MV = 1pu (B) .DPF первичной стороны и DPF вторичной стороны при V _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 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 стандартной 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 от 1,0 до 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, требуемой на вторичном выводе, 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 зависимость 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 доля α определяется как соотношение между номинальной мощностью вторичной обмотки LFT S _Tmax и номинальной мощностью электронного преобразователя S _{C 2 max}, как указано в уравнении. 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, полученные в результате 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 коммерчески доступного 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} устанавливается 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, последнего года, в результате чего трансформаторы увеличенного размера, которые большую часть времени работают вблизи 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 Кином (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 стремится поддерживать вторичное напряжение 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 случай 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 симуляции 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, созданных 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 установившееся 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, упрощает сравнение различных типов 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 в отсутствие 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

Элоиза, Э. К., Энджети, П. Н., Моран, Л. А., и Пител, И. (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