Nasz obecny system dystrybucji energii elektrycznej jest bardzo zaawansowany i transformatorów elektrycznych stanowią trzon tego systemu dystrybucji energii elektrycznej. Niezależnie od tego, czy chcesz zwiększyć, czy zmniejszyć podane napięcie, transformatorów elektrycznych są jedynym urządzeniem elektrycznym, które może wykonać to zadanie za Ciebie.
Aby transformator elektryczny mógł regulować napięcie elektryczne dla odbioru, ważne jest, aby przeprowadzić odpowiednie obliczenia transformatora w oparciu o wymagania konsumenta. Istotne jest również uwzględnienie międzynarodowych standardów regulujących projektowanie transformatora elektrycznego na etapie obliczeń projektowych transformatora.
Ten artykuł dotyczy zgłębiania kluczowych Specyfikacje transformatora, rozumienia istotnych wzorów i posiadania kompleksowej wiedzy na temat metod doboru transformatorów, podając kilka przykładów. Aby mieć właściwy obraz etapu projektowania transformatora, przedstawimy również tabelę obliczeniową transformatora, aby nasi czytelnicy mieli kompleksowy przegląd procedury.
Zrozumienie specyfikacji transformatora
Przed rozpoczęciem pracy nad tabelą obliczeniową transformatora musisz zrozumieć specyfikacje konkretnego transformatora, które są powszechnie stosowane we wszystkich rodzajach obliczeń transformatorów na etapie projektowania. Oto pięć głównych Specyfikacje transformatora które musisz znać, zanim rozpoczniesz etap obliczeń transformatora.
Napięcie transformatora
Pierwszą i najważniejszą rzeczą, którą musisz znać, jest napięcie elektryczne, które transformator będzie regulował podczas normalnego lub średniego obciążenia roboczego. Musisz znać wejściowe napięcie transformatora elektrycznego znane również jako napięcie pierwotne oraz napięcie wyjściowe z transformatora potrzebne do Twojej specyficznej aplikacji, znane również jako napięcie wtórne.
Moc znamionowa
Drugą rzeczą, którą musisz wiedzieć o specyfikacji transformatora, jest Moc znamionowa transformatora na podstawie której będziesz projektować swój transformator elektryczny. Moc transformatora elektrycznego jest produktem napięcia transformatora oraz prądu, który jest dostarczany lub pobierany z prądu elektrycznego. Moc znamionowa transformatora elektrycznego zazwyczaj wyrażana jest w kilo woltamperach lub w dużych aplikacjach w mega woltamperach.
Częstotliwość
Transformatory elektryczne są projektowane i opracowywane w celu dostarczania prądu przemiennego oraz napięcia przemiennego. Prąd przemienny i napięcie przemienne mają określoną częstotliwość, przy której mogą być przesyłane, dlatego musisz znać dokładną częstotliwość, przy której będziesz regulować napięcie elektryczne i prąd. W zależności od standardów i wymagań specyfikacji, możesz mieć częstotliwość 50 herców lub 60 herców dla swojego prądu przemiennego.
Prąd (ampery)
Musisz również znać maksymalny możliwy prąd, który Twój transformator elektryczny będzie przetwarzać na podstawie specyficznych potrzeb aplikacji, na podstawie której projektowany jest transformator elektryczny. Ważne jest, aby znać maksymalny prąd, który popłynie przez transformator elektryczny, ponieważ prąd elektryczny powyżej maksymalnego limitu może potencjalnie uszkodzić wewnętrzne części transformatora elektrycznego.
Impedancja (%)
Innym czynnikiem, który musisz wziąć pod uwagę, jest impedancja transformatora elektrycznego podczas etapu obliczeń projektowych, ponieważ ta impedancja definiuje opór wewnętrzny, który jest oferowany prądowi, gdy przepływa przez uzwojenie transformatora elektrycznego i definiuje także wpływ regulacji napięcia związanej z projektem transformatora elektrycznego.
Specyfikacje transformatorów wymienione powyżej są fundamentalne, ponieważ określają wydajność transformatora i jego przydatność do konkretnej aplikacji oraz weryfikują zgodność z przepisami elektrycznymi i międzynarodowymi standardami związanymi z projektowaniem transformatora elektrycznego..
Podstawowe wzory do obliczeń transformatora
Przedstawimy wszystkie niezbędne wzory do obliczeń transformatora, aby w pełni wykorzystać Twój czas, zaprezentujemy wzory w konfiguracjach jednofazowych i trójfazowych, abyś mógł zrozumieć, jak przeprowadzać obliczenia transformatora dla jednofazowych transformatorów elektrycznych i dla trójfazowego transformatora elektrycznego.
Moc transformatora (jednofazowy)
Jeśli początkowo otrzymasz napięcie transformatora elektrycznego oraz prąd wymagany przez aplikację, możesz wykonać prosty zestaw obliczeń, aby uzyskać moc transformatora potrzebną do wsparcia danej aplikacji.
Moc każdego transformatora elektrycznego jest po prostu iloczynem jego napięcia elektrycznego i prądu przepływającego przez uzwojenie transformatora elektrycznego. Moc transformatora elektrycznego jest wyrażona w kilo wat amperach, więc aby przeliczyć normalną jednostkę napięcia w woltach i jednostkę prądu w amperach na kilo wat ampery, musimy podzielić iloczyn napięcia elektrycznego i prądu przez 1000. Wzór na moc transformatora jest przedstawiony poniżej:
W powyższym wzorze KVA reprezentuje moc transformatora elektrycznego, V reprezentuje napięcie w woltach zastosowane w transformatorze elektrycznym, a I reprezentuje prąd elektryczny w amperach, który przepływa przez uzwojenie transformatora elektrycznego.
Moc transformatora (trójfazowy)
Moc transformatora elektrycznego dla transformatora trójfazowego jest prawie taka sama jak dla transformatora jednofazowego, z tą jedynie różnicą, że iloczyn napięcia transformatora elektrycznego i prądu elektrycznego jest również mnożony przez pierwiastek kwadratowy z 3. Podobnie, aby przeliczyć wolt ampery na kilo wat ampery, iloczyn napięcia elektrycznego i prądu dzieli się przez 1000. Poniżej przedstawiony jest wzór na obliczenie mocy transformatora dla transformatora trójfazowego.
Obliczanie prądu transformatora
W przypadku, gdy nie otrzymasz informacji o prądzie elektrycznym potrzebnym przez aplikację lub musisz obliczyć, czy twój istniejący transformator ma zdolność zaspokojenia aktualnych potrzeb konkretnej aplikacji, wtedy możesz wykonać obliczenia prądu transformatora, aby zrozumieć, czy twój dany transformator ma zdolność dostarczenia wymaganego prądu, czy nie.
Aby uzyskać obliczenia prądu elektrycznego, użyjesz wzoru podanego w powyższym rozdziale obliczeń mocy transformatora. Poniżej przedstawiona jest zmodyfikowana forma wzoru obliczania mocy transformatora w celu obliczenia prądu dla dowolnego transformatora elektrycznego.
Obliczanie wydajności
Aby obliczyć wydajność transformatora elektrycznego, musisz oszacować straty, które występują w transformatorze elektrycznym, w tym straty rdzenia i straty miedziane. Po obliczeniu wszystkich strat możesz obliczyć wydajność transformatora, dzieląc moc wyjściową, którą uzyskujesz z transformatora elektrycznego, przez moc wejściową, którą dostarczasz do transformatora elektrycznego. Poniżej przedstawiony jest wzór na obliczenie wydajności elektrycznej transformatora.
Impedancja i spadek napięcia
Musisz również obliczyć impedancję transformatora oraz spadek napięcia z powodu tej impedancji. Impedancja transformatora jest zazwyczaj związana z jakością materiału, ponieważ to głównie przewodność elektryczna materiału definiuje opór, jaki napotyka prąd elektryczny, gdy przepływa przez uzwojenie transformatora.
Aby obliczyć spadek napięcia transformatora z powodu impedancji, możesz użyć następującego wzoru, którym jest iloczyn prądu elektrycznego z impedancją transformatora oraz napięcia elektrycznego dzielonego przez 100. Poniżej przedstawiony jest wzór na obliczenie spadku napięcia w transformatorze elektrycznym z powodu impedancji transformatora.
W powyższym wzorze Z reprezentuje impedancję transformatora elektrycznego, która zazwyczaj jest związana z materiałem, z którego wykonane są uzwojenie i rdzeń transformatora elektrycznego.
Obliczenia wymiarowania transformatora i pojemności ładunkowej
W procesie projektowania transformatora elektrycznego ważne jest, aby odpowiednio dobrać rozmiar transformatora w stosunku do danego obciążenia, inaczej zmierzysz się z problemem niższej pojemności mocy niż potrzebna. Dobór rozmiaru transformatora polega na tym, że opiera się na ilości kilo wat amperów, które muszą zostać dostarczone przez transformator, aby zaspokoić konkretne kilo waty obciążenia elektrycznego podłączonego do transformatora.
Dobór rozmiaru transformatora jest dokonywany na podstawie współczynnika mocy transformatora elektrycznego, a wartość tego współczynnika zależy od aplikacji, w której projektowany jest transformator elektryczny. Poniżej przedstawiony jest wzór na obliczenie kilo wat amperów transformatora w odniesieniu do obciążenia elektrycznego w kilowatach.
Jak wyjaśniliśmy, współczynnik mocy zależy od aplikacji, więc przeprowadzimy trzy przykładowe obliczenia, aby pokazać, jak współczynnik mocy definiuje kilo wat ampery transformatora.
Przykład obciążenia w budynku mieszkalnym
Na początku bierzemy przykład obciążenia mieszkalnego, gdzie obliczymy kilo wat ampery transformatora potrzebne do zaspokojenia obciążenia elektrycznego wynoszącego 10 kilowatów. Współczynnik mocy dla obciążenia mieszkalnego zawsze uznaje się za około 0.9. Wstawiając wartości do powyższego wzoru otrzymasz 10/0.9 = 11.11 kVA.
Aby bezpiecznie dostarczyć obciążenie mieszkalne wynoszące 10 kilowatów, potrzebny jest transformator elektryczny o mocy 11.11 kilo wat amperów.
Maszyna przemysłowa
Jeśli wykonamy podobne obliczenie dla maszyn przemysłowych, na przykład dla jakiejkolwiek fabryki produkcyjnej lub innej jednostki przemysłowej, wtedy musimy rozważyć inny współczynnik mocy, ponieważ fabryki produkcyjne mają znacznie wyższe wymagania dotyczące obciążenia i z tego powodu ich współczynnik mocy zazwyczaj wynosi około 0.85. Więc jeśli wstawimy 10 kilowatów obciążenia elektrycznego z współczynnikiem mocy 0.85, uzyskamy moc transformatora wynoszącą 11.76 kVA.
Aby bezpiecznie dostarczyć 10 kilowatów obciążenia elektrycznego do jakiejkolwiek jednostki przemysłowej, potrzebujesz transformatora elektrycznego o mocy 11.76 kilo wat amperów, co jest o około 0.65 kilo wat amperów więcej niż dla obciążenia mieszkalnego.
Centrum danych
Wykonaj podobny zestaw obliczeń, biorąc pod uwagę, że transformator zostanie dostarczony do centrum danych, a więc mamy współczynnik obciążenia równy 0,95. Dzieje się tak, ponieważ centrum danych zazwyczaj ma wrażliwy sprzęt, który pobiera stałą ilość energii elektrycznej i nie wykazuje dużych wahań. Aby dostarczyć obciążenie elektryczne o mocy 10 kilowatów do centrum danych, potrzebujemy transformatora elektrycznego o mocy 10,57 kilowat-ampa.
Możesz być zainteresowany: Rozwiązania transformatorowe dla centrów danych i blockchain
Tabela wymiarowania transformatora jednofazowego
Podczas procesu doboru rozmiaru transformatorów musisz przewidzieć wymagany rozmiar przewodu na podstawie oceny mocy transformatora w kilo wat amperach, zastosowanego napięcia oraz prądu przy pełnym obciążeniu w tym obwodzie elektrycznym.
Poniżej przedstawiona jest kompletną tabelę dla doboru rozmiaru przewodu dla transformatorów.
Ocena kVA | Napięcie (V) | Ampery pełnego obciążenia | Rozmiar przewodu | Typowe zastosowanie |
5 | 240 | 20.83 | #10 AWG | Małe warsztaty, oświetlenie |
15 | 240 | 62.5 | #4 AWG | Domy, małe biura |
25 | 240 | 104.2 | #2 AWG | HVAC, warsztaty spawalnicze |
Tabela prądu transformatora trójfazowego
kVA | Napięcie (Linia do Linii) | Ampery pełnego obciążenia | Rozmiar kabla | Zastosowanie |
30 | 480 | 36.1 | #8 AWG | Lekki sprzęt przemysłowy |
75 | 480 | 90.2 | #3 AWG | Obciążenia silników, produkcja |
150 | 480 | 180.4 | 1/0 AWG | Centra danych, duże silniki |
Tabela obliczeń transformatora
| Typ obliczeń | Wzór | Zmienne | Przykładowe obliczenie |
Jednofazowa moc kVA | kVA = (V × I) / 1000 | V = 240 V, I = 50 A | kVA = (240 × 50) / 1000 = 12 kVA |
Trójfazowa moc kVA | kVA = (√3 × V × I) / 1000 | V = 415 V, I = 100 A | kVA = (1.732 × 415 × 100) / 1000 = 71.87 kVA |
Prąd transformatora | I = (kVA × 1000) / V | kVA = 75, V = 480 V | I = (75 × 1000) / 480 = 156.25 A |
Sprawność (%) | η = (Moc wyjściowa / Moc wejściowa) × 100 | Wyjście = 95 kW, Wejście = 100 kW | η = (95 / 100) × 100 = 95 % |
Spadek napięcia | V_drop = I × Z × V / 100 | I = 100 A, Z = 5%, V = 400 V | V_drop = 100 × 5 × 400 / 100 = 20 V |
Obciążenie w kVA (z kW) | kVA = kW / Współczynnik mocy | kW = 20, PF = 0.8 | kVA = 20 / 0.8 = 25 kVA |
Napięcie między linią a neutralnym | V_Ph = V_L / √3 | V_L = 415 V | V_Ph = 415 / 1.732 = 239.5 V |
Lista odniesień do mocy transformatora w kVA
Ocena kVA | Rodzaj aplikacji | Typowe przypadki użycia |
10 | Mieszkalny | Oświetlenie, podstawowe urządzenia |
50 | Komercyjny | Sklepy, małe biura |
150 | Przemysłowy | Silniki średniej wielkości |
500 | Usługi/Dystrybucja | Stacje transformacyjne, ciężkie maszyny |
1000–5000 | Przemysł o dużej pojemności | Elektrownie, duże obiekty |
Rozważania projektowe i marginesy bezpieczeństwa
Aby mieć pewność, bardzo ważne jest, aby uwzględnić następujące założenia projektowe i zawsze zawierać marginesy bezpieczeństwa podczas wykonywania obliczeń projektowych transformatora elektrycznego.
- Zawsze należy brać pod uwagę współczynnik bezpieczeństwa podczas projektowania transformatora elektrycznego dla dowolnego obciążenia elektrycznego. Ważne jest, aby mieć margines od 20 do 30% powyżej obliczonego obciążenia elektrycznego, aby zapewnić, że transformator zaprojektowany do danego zastosowania nie zawiedzie pod maksymalnym obciążeniem elektrycznym.
- Możliwe jest wystąpienie ciepła lub ekstremalnych warunków środowiskowych podczas jego użyteczności, dlatego ważne jest, aby uwzględnić wysoką temperaturę otoczenia i inne czynniki podczas projektowania transformatora elektrycznego, aby uniknąć awarii transformatora elektrycznego w upalne letnie dni z powodu nadmiernego ciepła.
- Ważne jest również, aby wziąć pod uwagę lokalizację instalacji transformatora elektrycznego, ponieważ transformator może być zainstalowany na bardzo dużej wysokości, gdzie cieńsze powietrze może wpływać na wydajność chłodzenia i izolacji transformatora elektrycznego.
- Obowiązkiem projektanta transformatora elektrycznego jest uwzględnienie wszelkich potencjalnych planów dalszego rozwoju, jeśli nie zostaną one przedstawione przez klienta. Pomoże to tobie i twojemu klientowi mieć transformator, który nie zawiedzie w niedalekiej przyszłości.
Wnioski
Ponieważ transformatory elektryczne są wrażliwymi urządzeniami elektrycznymi, wymagają odpowiednich obliczeń projektowych podczas fazy projektowania, aby dostarczać bezpieczną i niez niezawodną energię elektryczną w każdym rodzaju zastosowania. Oferujemy krótki przewodnik po obliczeniach projektowych transformatorów, a także przykładową tabelę obliczeniową, aby pomóc w łatwym określaniu dokładnych rozmiarów transformatora.
Kontynuacja
W Daelim Transformer projektujemy i rozwijamy transformatory elektryczne wszystkich typów, rozmiarów i różnych pojemności mocy. Nasz zespół ekspertów inżynierów elektryków ma ponad dziesięcioletnie doświadczenie w wykonywaniu wszelkiego rodzaju obliczeń projektowych transformatorów i dostarczaniu transformatorów spełniających wymagania każdego klienta. Jeśli masz jakiekolwiek pytania dotyczące projektowania transformatorów lub obliczeń, nasz zespół jest gotowy, aby Ci pomóc w każdy możliwy sposób.
English
Polish
German