Чи може трансформатор, розроблений для 50 Гц, працювати в мережі 60 Гц? Пояснення ключових змін продуктивності

Чи може трансформатор, призначений для роботи на частоті 50 Гц, працювати в мережі з частотою 60 Гц?

Якщо трансформатор спроектований і виготовлений для роботи на частоті 50 Гц, чи може він працювати в мережі з частотою 60 Гц? Якщо так, як змінюються його ключові параметри продуктивності?

Зміни ключових параметрів

• Імпеданс короткого замикання: Для заданого трансформатора (з однаковою напругою та потужністю) імпеданс короткого замикання пропорційний частоті. Тому, коли одиниця, призначена для 50 Гц, працює на 60 Гц, вона бачить збільшення на 20% — вища частота підвищує опір витоку відповідно до альтернативного магнітного поля.

• Втрати без навантаження: Згідно з формулою U = 4.44fNBmS, при сталій напрузі, переход від 50 Гц до 60 Гц зменшує B_m до 0.83x. Хоча втрати одиниці з силиконової стали на 60 Гц становлять приблизно 1.31x відносно 50 Гц, зменшена B_m домінує, зменшуючи загальні втрати без навантаження.

• Втрати при навантаженні: Втрати при навантаженні включають втрати через опір постійного струму (незалежні від частоти), втрати через витоки (пропорційні f²) та паразитні втрати (приблизно пропорційні f²). Тому, переход від 50 Гц до 60 Гц збільшує втрати при навантаженні, залежно від відношення втрат через опір постійного струму.

• Підвищення температури: Хоча втрати без навантаження зменшуються, втрати при навантаженні (зазвичай більші) зростають, що збільшує загальні втрати. Це підвищує середню/верхню температуру масла; високі втрати через витоки в обмотках також підвищують середню/максимальну температуру обмоток.

Кількісне дослідження

Для кількісного аналізу цих тенденцій нижче порівнюються розрахунки для трансформатора 63 МВА/110 кВ, призначеного для 50 Гц.

Висновок

В заключення, трансформатор, спроектований і виготовлений для номінальної частоти 50 Гц, може повністю працювати в мережі з частотою 60 Гц за умови, що напруга запалювання первинної сторони та передавальна потужність залишаються незмінними. Варто зазначити, що в цьому випадку загальні втрати трансформатора збільшаться приблизно на 5%, що, в свою чергу, призведе до підвищення верхньої температури масла та середньої температури обмоток. Особливо, підвищення температури гарячої точки обмоток може перевищити 5%.

Якщо трансформатор вже має певний запас відносно підвищення температури гарячої точки обмоток та металевих конструктивних елементів (таких як кліпси, фланці підйомників тощо), така робота є повністю прийнятною. Однак, якщо підвищення температури гарячої точки обмоток або металевих конструктивних елементів вже наближається до границі, яка перевищує стандарт, необхідність довготривалої роботи в таких умовах потребує окремого аналізу кожного випадку.