Может ли трансформатор мощности с частотой 50 Гц работать в сети с частотой 60 Гц Основные изменения производительности объяснены

Может ли трансформатор, спроектированный для работы на частоте 50 Гц, функционировать в сети с частотой 60 Гц?

Если трансформатор спроектирован и изготовлен для работы на частоте 50 Гц, может ли он работать в сети с частотой 60 Гц? Если да, то как изменяются его ключевые параметры производительности?

Изменение ключевых параметров

• Короткозамкнутая индуктивность: Для данного трансформатора (одинаковое напряжение и мощность) короткозамкнутая индуктивность пропорциональна частоте. Таким образом, устройство, спроектированное для работы на частоте 50 Гц, при работе на частоте 60 Гц демонстрирует увеличение на 20% — более высокая частота усиливает противодействие переменного магнитного поля току.

• Потери холостого хода: Из U = 4.44fNBmS, при постоянном напряжении переход от 50 Гц к 60 Гц снижает B_m до 0.83x. Хотя потери в единице из ферросилиция на частоте 60 Гц составляют примерно 1.31x по сравнению с потерями на частоте 50 Гц, уменьшение B_m преобладает, что ведет к общему снижению потерь холостого хода.

• Потери под нагрузкой: Потери под нагрузкой включают потери на постоянное сопротивление (не зависящие от частоты), потери на вихревые токи ∝ f², и паразитные потери (∝ f²). Таким образом, переход от 50 Гц к 60 Гц увеличивает потери под нагрузкой, величина которых зависит от доли потерь на постоянное сопротивление.

• Повышение температуры: Хотя потери холостого хода снижаются, потери под нагрузкой (обычно больше) увеличиваются, что ведет к повышению общих потерь. Это приводит к повышению средней/максимальной температуры масла; более высокие потери на вихревые токи в обмотках также увеличивают среднюю/максимальную температуру обмоток.

Количественное исследование

Для количественной оценки этих тенденций ниже приведены расчеты для трансформатора мощностью 63 МВА/110 кВ, спроектированного для работы на частоте 50 Гц.

Заключение

В заключение, трансформатор, спроектированный и изготовленный для номинальной частоты 50 Гц, может полностью функционировать в сети с частотой 60 Гц при условии, что напряжение возбуждения первичной обмотки и передаваемая мощность остаются неизменными. Следует отметить, что в этом случае общие потери трансформатора увеличатся примерно на 5%, что, в свою очередь, приведет к повышению температуры верхнего слоя масла и средней температуры обмоток. В частности, повышение температуры горячей точки обмоток может превысить 5%.

Если у трансформатора уже есть определенный запас по повышению температуры горячей точки обмоток и металлических конструкционных элементов (например, зажимов, фланцев подъемников и т. д.), такая эксплуатация полностью допустима. Однако, если повышение температуры горячей точки обмоток или металлических конструкционных элементов уже близко к пределу, превышающему стандарт, необходимо провести анализ каждого конкретного случая, чтобы определить, допустима ли длительная эксплуатация в таких условиях.