Расшифровка обозначения и маркировка трансформаторов

Стр 1 из 4Следующая ⇒

Министерство образования и науки

Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

Волгодонский инженерно-технический институт – филиал НИЯУ МИФИ

Электрические машины

Учебно-методические пособия

Для выполнения практических работ

Направление подготовки: 13.03.02 Электроэнергетика и электротехника

Профиль подготовки: Электрические станции

Волгодонск 2016

УДК 621.313 (076.5)

ББК 31.261

Э45

Составитель, Е.С. Молошная

Электрические машины [Текст]: учебно-методическое пособие для выполнения практических работ / сост. Е. С. Молошная. – Волгодонск : ВИТИ НИЯУ МИФИ, 2016. – 105 c.

Учебно-методическое пособие предназначено для аудиторной и самостоятельной работы по курсу «Электрические машины» студентов очной и заочной форм обучения направления подготовки 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника» профиля подготовки «Электрические станции».

Рецензент – Катаев В.Ф., к.т.н., доцент.

Раздел 1

Машины постоянного тока

Машина постоянного тока – электрическая машина с механическим коммутатором – коллектором, позволяющим осуществлять непрерывное электромеханическое преобразование энергии путем превращения постоянного тока в переменный (режим двигательный) или переменного тока в постоянный (режим генераторный).

Важнейший классификационный признак машин постоянного тока – способ возбуждения главного магнитного поля. Для этого используется обмотка возбуждения, размещенная на сердечниках полюсов машины. Все рабочие характеристики машин постоянного тока при работе, как в режиме генератора, так и в режиме двигателя зависят от способа включения цепи возбуждения по отношению к цепи якоря.

Соединение этих цепей может быть параллельным, последовательным, смешанным и независимое возбуждение машин.

Расшифровка, обозначения и маркировка машин постоянного тока

Генератор постоянного тока

Структура условного обозначения:

Генератор типа 4ГПЭМ-ХХ-Х/Х Х2

1. 4 – серия;

2. Г – генератор;

3. П – ток постоянный;

4. Э – экскаваторный;

5. М – массивный магнитопровод;

6. ХХ – мощность, кВт;

7. Х – исполнение по системе возбуждения: (с двумя секционированными обмотками независимого возбуждения; с независимой и шунтовой обмоткой возбуждения; с независимыми и несекционированными обмотками возбуждения; с независимой обмоткой возбуждения и размагничивающей обмоткой.)

8. Х – исполнение вала: (с одним концом вала; с двумя концами вала.)

9. Х2 – вид климатического исполнения: (У, ХЛ, Т), категория размещения по ГОСТ 15150-69 и ГОСТ 15543.1-89.

Электродвигатель постоянного тока

Структура условного обозначения:

Электродвигатель типа 4ПО80А 2Г04

Как и в любых других типах двигателей, на паспортных бирках электрических машинах постоянного тока, закреплённых на корпусе двигателя, обозначаются данные по типу, виду, применению данного электродвигателя, его назначение.

Электродвигатель 4ПО80А 2Г04

1. 4 – обозначает порядковый номер серии электродвигателя постоянного тока;

2. П – тип двигателя (электродвигатель постоянного тока);

3. О – способ охлаждения, степень защиты:

1.1. О – закрытое исполнение двигателя с наружным обдувом вентилятора двигателя

1.2. Б – закрытое исполнение двигателя с естественным охлаждением

1.3. Н – незащищенное исполнение двигателя с самовентиляцией;

4. 80 – высота оси вращения электродвигателя;

5. А – длина корпуса электродвигателя (условно): (A, B, S, L, M);

6. 2 – длина сердечника якоря электродвигателя (условно) – (1-я или 2-я длина);

7. Г – электродвигатель с тахогенератором (отсутствие буквы – без тахогенератора);

8. 04 – климатическое исполнение двигателя:общеклиматическое исполнение электродвигателя (категория размещения по ГОСТ 15150-69);

Пример:

двигатель 2ПН100МУ4 ГОСТ 20529-75 расшифровывается следующим образом: двигатель серии 2П, защищенного исполнения с самовентиляцией, с высотой оси вращения 100 мм, с первой длиной сердечника статора, климатического исполнения У, категории 4.

Основные соотношения

Электродвижущая сила обмоток якоря машины постоянного тока:

где – электрическая постоянная, зависящая от конструктивных данных машины;

– магнитный поток, Вб;

– частота вращения якоря, об/мин;

– число пар полюсов машины;

– число активных проводников обмотки якоря;

– число пар параллельных ветвей обмотки якоря.

Напряжение на зажимах генератора:

Напряжение на зажимах двигателя:

где – ЭДС обмоток якоря, В;

– ток якоря, А;

– сопротивление цепи якоря, Ом.

Полезная мощность, отдаваемая генератором:

Мощность, подводимая к двигателю:

где – напряжение на зажимах, В;

– ток внешней цепи, А.

Электромагнитная мощность:

Ток якоря в генераторах с самовозбуждением:

Ток двигателя с параллельной обмоткой возбуждения:

Ток якоря двигателя:

Ток в цепи возбуждения двигателя:

где – общее сопротивление цепи возбуждения, Ом;

– сопротивление обмотки возбуждения, Ом;

– сопротивление реостата в цепи возбуждения, Ом.

Сопротивление пускового реостата:

где – номинальный ток якоря, А.

Частота вращения якоря двигателя:

Частота вращения идеального холостого хода двигателя:

Уравнение механической характеристики двигателя:

где – вращающий момент, развиваемый двигателем, Н·м;

– постоянная двигателя, обусловливающая момент двигателя.

Вращающий момент двигателя:

где – мощность на валу двигателя, кВт.

Связь между постоянными коэффициентами машины:

Уравнение моментов генератора:

где – момент холостого хода, Н·м;

– электромагнитный тормозной момент, Н·м.

Уравнение моментов двигателя:

где – полезный противодействующий моментмеханизма, Н·м;

– динамический момент, Н·м.

Кратность по току:

где – пусковой ток двигателя, А;

– номинальный ток двигателя, А.

Кратность по моменту:

где – пусковой момент двигателя, Н·м,

– номинальный момент двигателя, Н·м.

КПД генератора:

где – мощность на зажимах генератора, Вт;

– подводимая механическая мощность, Вт;

– напряжение на зажимах генератора, В;

– ток нагрузки, А.

КПД двигателя:

где – мощность на валу двигателя, Вт;

– подводимая мощность, Вт;

– сумма потерь, Вт.

Сумму потерь определяют по формуле:

где – потери при холостом ходе, Вт;

, – электрические и магнитные потери, Вт;

– механические потери, Вт;

– потери в обмотках возбуждения, включая регулировочный реостат, Вт;

– потери в обмотках якоря, Вт;

– потери электрические в щетках, Вт;

– потери добавочные, Вт (под добавочными потерями понимают трудно учитываемые потери и принимают их равными 1% от подводимой мощности двигателя).

Максимальное значение КПД возникает при условии равенства потерь при холостом ходе (постоянных) потерям электрическим (переменным):

Ток нагрузки, соответствующий максимальному КПД:

где – напряжение на обмотке возбуждения, В.

Задача 1.1

Генератор постоянного тока независимого возбуждения с номинальным напряжением и номинальной частотой вращения имеет на якоре простую волновую обмотку, состоящую из N проводников. Число пар полюсов генератора сопротивление обмоток в цепи якоря при рабочей температуре , щетки угольно- графитовые основной магнитный поток Ф (10^-2, Вб). Значение перечисленных параметров приведены в таблице 1.1.

Требуется определить для номинального режима работы генератора: ЭДС якоря ток нагрузки I_ном(размагничивающим влиянием реакции якоря пренебречь), полезную мощность Р_ном, электромагнитную мощность Р_эм и электромагнитный момент М_ном.

Таблица 1.1

	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
	400	230	230	460	460	460	115	460	230	230	230
	2300	1500	2300	3000	2300	1500	1000	2300	1000	3000	2300
	0,36	0,175	0,08	0,17	0,3	0,7	0,09	0,27	0,25	0,08	0,14
	280	100	118	280	240	200	80	270	114	100	138
Ф	2,6	4,8	2,6	1,7	2,6	4,8	4,5	2,4	6,1	2,4	2,3

Пример:

Дано:

1. ЭДС якоря генератора при номинальной частоте вращения:

где

число пар параллельных ветвей простой волновой обмоткиа = 1.

2. Ток якоря в номинальном режиме можно определить, воспользовавшись уравнением напряжений для генератора:

откуда ток якоря в номинальном режиме:

3. Полезная (номинальная)мощность генератора:

4. Электромагнитная мощность генератора:

5. Электромагнитный момент в номинальном режиме:

Задача 1.2

Двигатель постоянного тока параллельного возбуждения имеет следующие данные: номинальная мощность напряжение питания номинальная частота вращения сопротивление обмоток в цепях якоря , сопротивление цепи возбуждения падение напряжения в щеточном контакте щеток . Значения перечисленных параметров приведены в таблице 1.2.

Требуется определить потребляемый двигателем ток в режиме номинальной нагрузки , сопротивление пускового реостата при котором начальный пусковой ток в цепи якоря двигателя был бы равен начальный пусковой момент частоту вращения и ток в режиме холостого хода, номинальное изменение частоты вращения якоря двигателя при сбросе нагрузки. Влиянием реакции якоря пренебречь.

Таблица 1.2

	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
	22	15	45	4,2	18	17	48	10	46	20
	440	220	440	220	220	230	460	115	440	220
	1200	1000	1500	1500	1200	1500	3000	1000	2000	1200
	82	83,8	88	78	84	83,9	89	80	85	79
	0,14	0,12	0,13	0,15	0,12	0,175	0,17	0,09	0,14	0,12
R_в	88	73	88	64	73	74	89	67	87	79

Пример:

Дано:

1. Потребляемая двигателем мощность при номинальной нагрузке:

2. Ток, потребляемый двигателем при номинальной нагрузке:

3. Ток в цепи обмотки возбуждения:

4. Ток в обмотке якоря:

5. Начальный пусковой ток якоря при заданной кратности 2,5:

6. Требуемое сопротивление цепи якоря при заданной кратности пускового тока 2,5:

7. Сопротивление пускового реостата:

8. ЭДС якоря в режиме номинальной нагрузки:

9. Из выражения:

Определим:

отношение коэффициентов:

следовательно, в данном случае:

10. Начальный пусковой момент при заданной кратности пускового тока 2,5:

11. Момент на валу двигателя при номинальной нагрузке:

12. Электромагнитный момент при номинальной нагрузке:

где электромагнитная мощность при номинальной нагрузке:

13. Момент холостого хода:

14. Ток якоря в режиме холостого хода:

15. ЭДС якоря в режиме холостого хода (принимаем ):

16. Частота вращения якоря в режиме холостого хода:

17. Номинальное изменение частоты вращения двигателя при сбросе нагрузки:

Задача 1.3

В таблице 1.3 приведены данные каталога на двигатели постоянного тока независимого возбуждения серии 2П: номинальная мощность номинальное напряжение, подводимое к цепи якоря номинальная частота вращения , КПД двигателя , сопротивление цепи якоря, приведенной к рабочей температуре Требуется определить сопротивление добавочного резистора R_д, который следует включить в цепь якоря, чтобы при номинальной нагрузке двигателя частота вращения якоря составила ; построить естественную и искусственную механические характеристики двигателя.

Таблица 1.3

Тип двигателя	, кВт	, В	, об/мин	,%	, Ом
2ПО200M	12	220	2500	84	0,29
2ПО200М	20	440	2200	90	0,28
2ПФ200М	30	440	2200	90	0,22
2ПФ200L	20	220	1000	85,5	0,18
2ПН250М	37	220	1500	86,5	0,07
2ПФ250М	10	220	500	74,5	0,58
2ПО180М	17	440	3000	90	0,31
2ПН112М	1,5	110	1500	70	0,42
2ПФ132L	5,5	110	1500	79	0,08
2ПФ180L	18,5	220	1500	87	0,065

Пример:

Дано: двигатель2ПО200L;

1. Ток в цепи якоря в режиме номинальной нагрузки при об/мин:

2. ЭДС в режиме номинальной нагрузки (падением напряжения в щеточном контакте пренебрегаем):

3. Частота вращения идеального холостого хода (пограничная частота вращения):

4. Номинальный момент на валу двигателя:

По полученным данным строим естественную механическую характеристику (рис1.1, график 1).

5. Частота вращения при включении резистора R_д:

По вычисленным данным строим искусственную механическую характеристику двигателя (рис 1.1, график 2).

6. Сопротивление резистора:

Задача 1.4

Двигатель постоянного тока параллельного возбуждения работает от сети напряжением Технические данные двигателя (табл. 1.4): номинальный ток нагрузки номинальная частота вращения ток холостого хода сопротивление цепи якоря, приведенное к рабочей температуре, ток возбуждения
(остается неизменным во всем диапазоне нагрузки двигателя); в двигателе применены угольно-графитные щетки с переходным падением напряжения на пару щеток

Требуется рассчитать данные и построить графики зависимости КПД , частоты вращения n, момента на валу от мощности на валу двигателя P₂.

Влиянием реакции якоря пренебречь и считать

Таблица 1.4

Варианты
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
180	86	116	192	44	33	40	64	180	120
500	690	650	575	840	1100	685	750	550	600
8,4	9,0	9,8	13,4	6,6	5,8	6,2	8,4	16,2	10,6
0,14	0,17	0,11	0,055	0,42	0,57	0,064	0,27	0,12	0,35
2,63	2,2	2,7	4,0	1,5	1,18	1,2	2,63	2,4	1,75

Пример:

Дано:

1. Потери и КПД двигателя.

Постоянные потери двигателя включают магнитные P_м, механические P_мех потери и потери на возбуждение:

т.е.

При работе двигателя в режиме холостого хода двигатель потребляет из сети мощность которая включает помимо постоянных потерь еще и переменные потери , которые включают:

Электрические потери в цепи якоря:

Потери в щеточном контакте:

Добавочные потери:

Таким образом, постоянные потери двигателя равны:

где ток якоря в режиме холостого хода:

Чтобы получить данные, необходимые для построения графика зададимся рядом значений коэффициента нагрузки:

и для каждого из них определим КПД двигателя. Ток в цепи якоря в режиме номинальной нагрузки

Минимальное значение коэффициента нагрузки соответствует режиму холостого хода:

Принимаем следующие значения коэффициента нагрузки:

Таблица 1.5

Параметр	Значения параметра
	0,08	0,25	0,50	0,75	1,0	1,20
	4,9	15,85	31,7	47,55	63,4	76,1
	6,5	17,45	33,3	49,15	65	77,7
	1430	3839	7326	10813	14300	17094
	1399	1399	1399	1399	1399	1399
	6,7	70,34	281,16	633,1	1125	1621
	14,3	38,39	73,26	108,13	143	170,9
	9,8	31,7	63,4	95,1	126,8	152,2
	33,5	140,4	417,8	836,3	1395	1944
	1430	1539	1817	2235	2794	3343
	0	2300	5509	8578	11506	13751
	0	59,9	75,2	79,3	80,5	80,4
	0,08	0,25	0,50	0,75	1,0	1,20

Все расчетные формулы и результаты расчетов приведены в табл. 1.5.

По данным табл. 1.6 построены графики

Точка пересечения графиков постоянных потерь (рис. 1.2, график 1) и переменных потерь (график 2) соответствует равенству потерь, следовательно, эта точка совпадает с максимальным значением КПД Указанная точка совпадает с номинальной нагрузкой двигателя и, следовательно,

2. Зависимости частоты вращения и момента на валу от нагрузки двигателя. Частота вращения двигателя постоянного тока определяется выражением:

Таблица 1.6

Параметр	Значение параметра
	0,08	0,25	0,50	0,75	1,0	1,20
	4,9	15,85	31,7	47,55	63,4	76,1
	1,37	4,44	8,87	13,31	17,75	21,31
	218,6	215,6	211,1	206,7	202,25	198,7
	831	820	803	786	769	755
	0	2300	5509	8578	11506	13751
	0	26,8	65,5	104,2	143	174

Используя параметры номинального режима нагрузки двигателя, определим величину:

Полученное значение – 0,263 следует принять постоянным для данного двигателя, так как по условию задачи Ф = const.

Используя данные табл. 1.6, рассчитаем частоту вращения двигателя для принятых значений коэффициента нагрузки:

Расчетные формулы и результаты расчета приведены в табл. 1.6.

3. Зависимость момента M₂ на валу от нагрузки двигателя.

Момент на валу двигателя определяется выражением:

Используя данные табл. 1.5, рассчитаем значения момента M₂ для принятых коэффициентов нагрузки:

Результаты расчета заносим в табл. 1.6, а затем строим графики зависимостей и , представленные на рис. 1.3.

Раздел 2

Трансформаторы

Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, преобразующий переменный ток одного напряжения в переменный ток той же частоты, но другого напряжения.

Трансформаторы получили очень широкое практическое применение при передаче электрической энергии на большие расстояния, для распределения энергии между ее приёмниками и в различных выпрямительных, сигнальных, усилительных и других устройствах.

При передаче электрической энергии от электростанций к ее потребителям большое значение имеет величина тока, проходящего по проводам. В зависимости от силы тока выбирают сечение проводов линии передачи энергии.

Электрическая энергия вырабатывается на электростанциях синхронными генераторами при напряжении 11 – 18 кВ (в некоторых случаях при 30 – 35 кВ). Хотя это напряжение очень велико для непосредственного его использования потребителями, однако оно недостаточно для экономичной передачи электроэнергии на большие расстояния.

Для увеличения напряжения применяют повышающие трансформаторы. Приемники электрической энергии (лампы накаливания, электродвигатели и т. д.) из соображений безопасности для лиц, пользующихся этими приемниками, рассчитываются на более низкое напряжение (380 В). Кроме того, высокое напряжение требует усиленной изоляции токопроводящих частей, что делает конструкцию аппаратов и приборов очень сложной. Поэтому высокое напряжение, при котором передается энергия, не может непосредственно использоваться для питания приемников, вследствие чего к потребителям энергия подводится через понижающие трансформаторы.

Таким образом, электрическая энергия при передаче от места ее производства к месту потребления трансформируется несколько раз (3–4 раза). Кроме того, понижающие трансформаторы в распределительных сетях включаются неодновременно и не всегда на полную мощность, вследствие чего мощности установленных трансформаторов значительно больше (в 7–8 раз) мощностей генераторов, вырабатывающих электроэнергию на электростанциях.

Элегазовый трансформатор – это трансформатор, изоляционная среда которого находится в элегазе SF6.Изоляция (охлаждение):Гексафторид серы (SF6) с низким, высоким давлением. Переключатель выходных обмоток трансформатора под нагрузкой:отводной переключатель – вакуумный прерыватель; устройство переключения ответвлений – роликовый контакт.

Применение элегазовых трансформаторов: отдельно стоящие подстанции, подземные подстанции в городских районах, офисные здания, подвалы домов. Элегазовые трансформаторы устанавливаются в экологически критических зонах, где утечка масла недопустима.

Расшифровка обозначения и маркировка трансформаторов

Расшифровка условного обозначения трансформатора типа ТМН-6300/35 У1-Х:

1. (Т) – трехфазный трансформатор;

2. (М) – масляное охлаждение, воздух и масло циркулируют естественным путем;

3. (Н) – регулирование напряжения производится под нагрузкой;

4. (6300) – номинальная мощность 6300 кВА;

5. (35) – напряжение обмотки ВН 35 кВ;

6. (У1) – эксплуатация в умеренном климате;

7. (Х) – уровень потерь х.х. и короткого замыкания.

Расшифровка буквенного обозначения силового трансформатора:

1. А – автотрансформатор (может отсутствовать);

2. Число фаз: Т – трёхфазный; О – однофазный;

3. Р – с расщеплённой обмоткой (может отсутствовать)

4. Условное обозначения вида охлаждения:

Масляные трансформаторы

М – естественная циркуляция воздуха и масла

Д – принудительная циркуляция воздуха и естественная циркуляция масла

МВ – с принудительной циркуляцией воды и естественной циркуляцией масла

МЦ – естественная циркуляция воздуха и принудительная циркуляция масла с ненаправленным потоком масла

НМЦ – Естественная циркуляция воздуха и принудительная циркуляция масла с направленным потоком масла

ДЦ – Принудительная циркуляция воздуха и масла с ненаправленным потоком масла

НДЦ - Принудительная циркуляция воздуха и масла с направленным потоком масла

Ц - Принудительная циркуляция воды и масла с ненаправленным потоком масла (в охладителях вода движется по трубам, а масло – в межтрубном пространстве, разделённом перегородками)

НЦ – Принудительная циркуляция воды и масла с направленным потоком масла

Сухие трансформаторы

С– Естественное воздушное при открытом исполнении

СЗ– Естественное воздушное при защищенном исполнении

СГ– Естественное воздушное при герметичном исполнении

СД –Воздушное с принудительной циркуляцией воздуха

5. Н – трансформатор с РПН (с регулированием напряжения под нагрузкой)

6. Особенность исполнения (в обозначении может отсутствовать): В –с принудительной циркуляцией воды; Г – грозозащитное исполнение; Г – трансформатор в гофрированном баке без расширителя – «герметичное исполнение»

7. Назначение (в обозначении может отсутствовать):

Примеры серий силовых трансформаторов общего назначения: TМ, ТМГ, ТМЭ, ТМЭГ, ТМБ, ТМПН, ТМВГ, ТМВЭГ, ТМВБГ, ТМЖ, ТМВЭ, ТМВБ, ТМЗ, ТМФ, ТМЭБ, ТМВМЗ, ТМС, ТСЗ, ТСЗС, ТРДНС, ТМН,ТДНС, ТДН, ТМН, ТРДН, ТРДЦН

Примеры:

ТМ – Т – трансформатор трехфазный, М – с естественной циркуляцией воздуха и масла;

ТМВГ – Т – трансформатор трехфазный, МВ – с естественной циркуляцией масла и принудительной циркуляцией воды, Г – в герметичном исполнении;

ТНЗ – Т – трехфазный, Н – с регулированием под нагрузкой (РПН), З – с естественным масляным;

ТМВМ – Т– трехфазный, МВ – с естественной циркуляцией масла и принудительной циркуляцией воды, М – для металлургического производства;

ТМГ – Т – трехфазный, М – масляный, Г – в герметичном исполнении;

ТМВГ – Т – трехфазный, МВ – с естественной циркуляцией масла и принудительной циркуляцией воды, Г – в герметичном исполнении;

ТСЗ – Т – трехфазный, С – естественное воздушное охлаждение, З – в защищенном исполнении;

ТСЗС – Т – трехфазный, С – сухой, З – защищенное исполнение, С – для собственных нужд электростанций.

Основные соотношения

Трансформатор состоит из замкнутого магнитопровода, собранного из тонких, изолированных друг от друга листов электротехнической стали, на котором находятся две обмотки, выполненные изолированным медным проводом. На первичную обмотку подается напряжение сети, к зажимам вторичной – присоединяется нагрузка.

Переменный магнитный поток, возбужденный в магнитопроводе трансформатора, наводит в обеих обмотках действующие ЭДС:

где – амплитуда магнитного потока;

– частота переменного тока;

и – числа витков соответственно первичной и вторичной обмоток.

Различают следующие режимы работы трансформатора:

1) режим холостого хода;

2) режим короткого замыкания;

3) режим нагрузки.

Режим холостого хода

Режим холостого хода является предельным режимом, при котором вторичная обмотка разомкнута. Напряжение на ее зажимах равно . Опыт холостого хода дает возможность определить:

1) коэффициент трансформации:

где – номинальное напряжение на первичной обмотке трансформатора;

2) ток холостого хода:

где – номинальный ток трансформатора;

3) активную мощность, которая представляет собой потери мощности при холостом ходе, идущие на затраты активной мощности на перемагничивание магнитопровода с частотой сети, а также на компенсацию размагничивающего действия вихревых токов, возникающих в толще листов магнитопровода трансформатора и на его нагрев.

4) Используя результаты опыта холостого хода и паспортные данные трансформатора можно определить параметры ( ) схемы замещения (рис. 2.1) трансформатора.

где – активное сопротивление, потери мощности в котором равны потерям мощности в магнитопроводе трансформатора;

– индуктивное сопротивление первичной обмотки, обусловленное основным магнитным потоком;

– полное сопротивление;

– угол сдвига по фазе между током и напряжением первичной обмотки в режиме холостого хода;

– угол между током холостого хода и магнитным потоком в режиме холостого хода.

Рисунок 2.1

Режим короткого замыкания

Режим короткого замыкания является другим предельным режимом работы трансформатора, при котором вторичная обмотка замкнута накоротко.

Рисунок 2.2

Различают короткое замыкание в процессе эксплуатации трансформатора и опытный режим короткого замыкания. При эксплуатационном коротком замыкании к первичной обмотке приложено полное напряжение сети и по обмоткам протекают токи значительно больше номинальных. В опытном режиме короткого замыкания на первичную обмотку подается такое пониженное напряжение короткого замыкания при котором по вторичной обмотке протекает номинальный ток:

Мощность определяемая из опыта короткого замыкания, представляет собой электрические потери в активных сопротивлениях обоих обмоток трансформатора:

где и – активные сопротивления первичной и вторичной обмоток трансформатора.

В опыте короткого замыкания определяют потери мощности в обмотках трансформатора и уточняют значение коэффициента трансформации. По результатам измерения и паспортным данным определяют параметры схемы замещения трансформатора (рисунок 2.1 и рисунок 2.2):

где: и – активное и реактивное сопротивления короткого замыкания трансформатора;

и – приведенные сопротивления вторичной обмотки трансформатора к первичной обмотке.

Для приведенного трансформатора имеем:

Режим нагрузки

В режиме нагрузки трансформатор нагружается в пределах от нуля до номинальной. Потребители могут быть: активными, активно-индуктивными или активно-емкостными.

Уравнения электрического состояния этого режима:

где и – комплексы полных сопротивлений обмоток трансформатора.

Зависимость называется внешней характеристикой трансформатора (рисунок 2.3)

Рисунок 2.3

Процентное изменение вторичного напряжения при переменной нагрузке определяют так:

где и – соответственно вторичные напряжения при холостом ходе и заданной нагрузке, определяемой вторичным током и коэффициентом мощности нагрузки.

Величину можно рассчитать по формуле:

где: – коэффициент нагрузки;

– активная составляющая напряжения короткого замыкания трансформатора в процентах;

– реактивная составляющая напряжения короткого замыкания трансформатора в процентах;

– коэффициент мощности нагрузки.

где – полная мощность трансформатора, ВА.

Трехфазный трансформатор

Трехфазные трансформаторы преобразуют электрическую энергию в трехфазных цепях с одним соотношением линейных напряжений и токов в электрическую энергию с другим соотношением этих же величин при неизменной частоте.

В стержневых трехфазных трансформаторах с расположением трех стержней в одной плоскости, замкнутых сверху и снизу ярмами, имеются две трехфазные обмотки – высшего напряжения (ВН) и низшего напряжения (НН), в каждую из которых входят по три фазные обмотки или фазы.

Трехфазный трансформатор имеет 12 выводов от 6 независимых фазных обмоток. Начальные выводы фаз обмотки высшего напряжения обозначаются буквами A, B, C, конечные выводы – X, Y, Z, а для фаз обмотки низшего напряжения принимают аналогичные обозначения – a, b, c, x, y, z. Фазные обмотки высшего и низшего напряжений соединяют звездой или треугольником. Соединение звездой обозначают , ее нейтральные точки – буквами соединение треугольником –

Фазный коэффициент трансформации трехфазного трансформатора определяют отношением фазных напряжений при холостом ходе:

Линейный коэффициент трансформации определяют аналогично:

если соединение фазных обмоток выполнено по схемам или, тооба коэффициента трансформации одинаковы:

При соединении фаз обмоток по схеме :

а по схеме

Свойства трехфазного трансформатора при симметричной нагрузке определяют по его характеристикам:

При и которые можно получить опытным путем.

Коэффициент мощности трехфазного трансформатора:

где – активная мощность со стороны первичной обмотки трансформатора;

– линейные напряжения и линейные токи в первичной обмотке трансформатора.

Задача 2.1

Однофазный двухобмоточный трансформатор номинальной мощностью и номинальным током во вторичной цепи при номинальном вторичном напряжении имеет коэффициент трансформации при числе витков в обмотках и Максимальное значение магнитной индукции в стержне а площадь поперечного сечения этого стержня ЭДС одного витка частота переменного тока в сети Значения перечисленных параметров приведены в табл. 2.1. Требуется определить не указанные в этой таблице значения параметров для каждого варианта.

Таблица 2.1

	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
S_н	-	120	-	240	600	-	400	-	680	400
U_2н	400	630	-	880	660	230	630	-	660	440
W₁	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
W₂	-	-	169	128	140	-	-	140	112	136
k	15	10	12	23,4	9,55	15	8	14	14,4	12,6
Е_вит	5	-	6	-	-	5	-	6	-	-
Q_ст	-	0,018	-	0,022	-	-	0,024	-	0,02	-
B_мах	1,5	1,4	1,5	-	1,55	1,3	1,8	1,2	-	1,43
I_2н	172	-	140	-	-	82	-	184	-	-

Пример:

Дано:

1. Максимальное значение основного магнитного потока:

2. Площадь поперечного сечения стержня магнитопровода:

3. Число витков вторичной обмотки:

4. Число витков первичной обмотки:

5. Полная номинальная мощность трансформатора:

6. Напряжение короткого замыкания:

7. Номинальный ток первичной цепи:

8. Ток холостого хода:

9. Ток короткого замыкания:

При определении параметров схемы замещения будем считать активное и индуктивное сопротивления обмоток равными, т.е. и .

Вторичную обмотку приведем к числу витков первичной обмотки.

10. Уравнения электрического и магнитного состояния имеют вид:

11. Параметры режима вторичной цепи умножены на коэффициент трансформации:

Задача 2.2

Для однофазного трансформатора заданы:

номинальная мощность номинальное напряжение первичной и вторичной обмотки напряжение короткого замыкания ток холостого хода потери короткого замыкания

Определить токи холостого хода, короткого замыкания и напряжение короткого замыкания. Построить Т – образную схему замещения, определив ее параметры.

Варианты индивидуальных заданий приведены в таблице 2.2.

Таблица 2.2

	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
	4650	5500	6100	7050	7650	8600	9400	10000	10900	11600
	35	35	35	35	35	35	35	35	35	35
	10	10	10	10	10	10	10	10	10	10
	7	7	8	8	7	7	8	8	7	7
	2,5	2,5	3	3	3,5	3,5	2,5	2,5	3,0	3,5
P₀	12	14	16	18	20	22	24	26	28	30
Р_k	37,4	43,6	49,6	56	62,2	68,5	74,8	81	87	93,5

Пример:

Дано:

1. Напряжение короткого замыкания:

2. Номинальный ток первичной цепи:

3. Ток холостого хода:

4. Ток короткого замыкания:

5. Коэффициент трансформации:

При определении параметров схемы замещения, будем считать, что активный и реактивные сопротивления рассеяния первичной обмотки равны соответственным приведенным сопротивлениям вторичной обмотки

и . При опыте холостого хода можно пренебречь падением напряжения в первичной обмотке. При опыте короткого замыкания можно пренебречь намагничивающей составляющей первичного тока.

Рисунок 2.4

6. Из опыта холостого хода, пренебрегая падением напряжения в первичной обмотке:

Если пренебречь составляющей тока , эквивалентная схема трансформатора в опыте короткого замыкания примет вид, изображенный на (рис. 2.4).

Активное сопротивление:

Индуктивное сопротивление рассеяния обмоток:

В опыте короткого замыкания ток равен при напряжении:

Задача 2.3

Номинальные данные трехфазного трансформатора ТМ при соединении обмоток по схеме «звезда-звезда»: мощность S_н, напряжение на обмотке высокого и низкого напряжения соответственно U_вни U_нн. Потери холостого хода Р₀, ток холостого I₀, потери короткого замыкания P_k, напряжение короткого замыкания U_k, активная составляющая напряжения короткого замыкания U_ka.

Определить: коэффициент мощности при коротком замыкании и холостом ходе, сопротивления схемы замещения для режима короткого замыкания, КПД при номинальной нагрузке и коэффициентах мощности cosφ₂= 1 и cosφ₂= 0.8; активную мощность на вторичной стороне дляcosφ₂ = 0.8, при которой значение КПД будет наибольшим; потери в трансформаторе при мощности напряжениена выводах вторичной обмотки при номинальной нагрузке и коэффициентах мощности cosφ₂= 1 и cosφ₂= 0.8.

Таблица 2.3

	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
S	100	160	250	250	400	400	630	1000	1600	2500
U₁_н	10	10	6	10	6	10	6	10	10	10
U_2н	0,4	0,4	0,69	0,4	0,4	0,69	0,4	0,4	0,69	0,4
P₀	0,33	0,51	0,74	0,74	0,95	0,95	1,31	2,45	3,3	4,3
P_k	2,27	3,1	4,2	4,2	5,5	5,6	7,6	12,2	18,0	24,0
U_k	0,8	4,7	4,7	4,8	4,5	4,6	5,5	5,5	5,5	5,5
I₀	2,6	2,4	2,3	2,5	2,1	2,2	2,0	2,8	2,6	1,0

Пример:

Дано: S_н= 63 кВА; U_вн= 21 кВ; U_нн= 0,4 кВ; Р₀= 0.29 кВт;I₀=0,035I_н; P_k= 1,65 кВт; U_k= 4,5 %; U_ka= 2,54 %.

1. Номинальные токи:

2. Коэффициенты мощности:

3. Сопротивления короткого замыкания:

4. Коэффициент полезного действия при номинальной нагрузке:

при

5. Максимальное значение коэффициента полезного действия соответствует условию Учитывая, что потери короткого замыкания , определяются значения тока:

и активной мощности на вторичной стороне:

6. Потери мощности в трансформаторе при S=10 кВА:

7. Напряжение на вторичной обмотке, соответствующее упрощенной схеме замещения трансформатора под нагрузкой:

8. Напряжение на выводах вторичной обмотки при номинальной нагрузке:

Рисунок 2.5

Задача 2.4

В таблице 2.4 приведены технические данные трехфазных трансформаторов серии ТСЗ (трансформатор трехфазный сухой с заземленной первичной обмоткой). Используя эти данные определить: коэффициент трансформации k, номинальное значение токов первичной I_1ном и вторичной обмоток I_2ном; ток холостого хода I_0ном; напряжение короткого замыкания U_к.ном; сопротивление короткого замыкания Z_k и его активную r_k и индуктивную x_k составляющие; определить номинальное изменение напряжения при значениях коэффициента мощности нагрузки (инд.) и 0,8 (емк.) номинальные и максимальные значения КПД трансформатора при коэффициентах мощности нагрузки .

Таблица 2.4

Тип трансформатор	, кВА	,В	, В	, кВт	,кВт	U_k,%	i₀,%
ТСЗ-160/6	160	6	0,23	0,7	2,7	5,5	4,0
ТСЗ-160/10	160	10	0,4	0,7	2,7	5,5	4,0
ТСЗ-250/6	250	6	0,23	1,0	3,8	5,5	3,5
ТСЗ-250/10	250	10	0,4	1,0	3,8	5,5	3,5
ТСЗ-400/6	400	6	0,23	1,3	5,4	5,5	3,0
ТСЗ-400/10	400	10	0,4	1,3	5,4	5,5	3,0
ТСЗ-630/6	630	6	0,4	2,0	7,3	5,5	1,5
ТСЗ-630/10	630	10	0,4	2,0	7,3	5,5	1,5
ТСЗ-1000/6	1000	6	0,4	3,0	11,3	5,5	1,5
ТСЗ-1000/10	1000	10	0,4	3,0	11,3	5,5	1,5

Решение:

1. Коэффициент трансформации:

2. Номинальный ток первичной обмотки:

3. Номинальный ток вторичной обмотки:

4. Ток холостого хода:

5. Напряжение короткого замыкания:

6. Сопротивление короткого замыкания:

7. Коэффициент мощности короткого замыкания:

8. Активная и реактивная составляющие сопротивления короткого замыкания:

9. Активная и реактивная составляющие напряжения короткого замыкания:

10. Изменение вторичного напряжения трансформатора при номинальной нагрузке (β=1):

при коэффициенте мощности нагрузки

Результаты расчета изменения вторичного напряжения трансформатора при номинальной нагрузке (β=1):

1,0	0,8 (инд.)	0,8 (емк.)
1,7	4,48	-1,8
3,29	10,3	-4,14
226	220	234

Внешние характеристики трансформатора представлены на (рис 2.6)

11. КПД трансформатора при номинальной нагрузке (β=1) и коэффициенте мощности:

12. Максимальный КПД

при

где коэффициент нагрузки, соответствующий максимальному КПД:

Рис. 2.6

Задача 2.5

Три трехфазных трансформатора номинальной мощностью S_ном1, S_ном2,S_ном3 и напряжением короткого замыкания включены на параллельную работу (табл.2.5)

Требуется определить:

1. нагрузку каждого трансформатора (S_1,S_2,S₃) в кВА, если общая нагрузка параллельной группы равна сумме номинальных мощностей этих трансформаторов ;

2. степень использования каждого трансформатора по мощности S/S_ном;

3. насколько следует уменьшить общую нагрузку трансформаторной группы ,чтобы устранить перегрузку трансформаторов; как при этом будут использованы трансформаторы по мощности в % от их номинальной мощности?

Таблица 2.5

	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Трансформатор 1
	4200	5600	3200	1800	560	5000	420	3200	4200	5600
	5,7	5,3	4,3	4,4	4,0	5,3	4,0	5,5	4,3	4,0
Трансформатор 2
	3200	3200	4200	3200	420	4200	250	1800	5000	5000
	5,5	5,5	4,3	4,0	4,2	5,5	4,3	4,4	5,3	5,3
Трансформатор 3
	5600	3200	5600	4200	200	3200	600	4200	1800	4200
	4	5,5	4,0	3,8	4,5	5,5	4,1	3,8	5,7	4,3

Пример:

Данные 1 варианта:трансформатор 1 ( ); трансформатор 2 ( ); трансформатор 3 ( ).

В связи с тем, что для параллельного включения применены трансформаторы разной номинальной мощности, напряжения короткого замыкания этих трансформаторов неодинаковы. Поэтому расчет распределения нагрузки между трансформаторами выполним по формуле:

учитывающей неодинаковость напряжений короткого замыкания.

1. Общая нагрузка параллельной группы:

2. Воспользуемся выражением:

3. Фактическая нагрузка каждого трансформатора:

Анализируя полученный результат, можно сделать вывод:

Больше нагружается трансформатор с меньшим значением напряжения короткого замыкания (трансформатор 1) и меньше трансформаторы с большим значением напряжения короткого замыкания (трансформатор 3). Перегруженным оказался трансформатор 1: перегрузка составила:

Так как перегрузка трансформатора недопустима, то следует общую нагрузку уменьшить на 2% и принять ее равной , при этом суммарная мощность трансформаторов окажется недоиспользованной на 2 %.

Задача 2.6

Однофазный понижающий автотрансформатор номинальной (проходной) мощностью S_номпри номинальном первичном напряженииU₁ и номинальном вторичном напряжении U₂ имеет число витков в обмотке W₁, из которыхW₂ витков являются общими для первичной и вторичной цепей (см. рис. 2.7); ЭДС, индуцируемая в одном витке обмотки трансформатораE_втк. Требуется определить недостающие в таблице 2.6 значения параметров, а также определить, во сколько раз масса и потери этого автотрансформатора меньше, чем у двухобмоточного трансформатора такой же мощности и напряжений; определить мощности автотрансформатора, передаваемые изпервичной во вторичную цепь электрическим и электромагнитными путями. При решении задачи током холостого хода пренебречь.

Решение:

1. Число витков в обмотке автотрансформатора:

2. Вторичное напряжение:

3. Коэффициент трансформации автотрансформатора:

4. Номинальный ток в первичной цепи:

Таблица 2.6

	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
S_ном	15	4,0	6,0	16	8,0	3,0	5,0	2,8	9,0	12
U₁	220	-	380	-	220	-	220	-	380	-
U₂	-	110	-	220	-	127	-	140	-	220
E_втк	0,85	0,75	1,73	0,90	0,90	0,85	1,0	0,85	1,0	1,022
	-	-	-	-	-	250	250	270	400	400
	130	130	250	240	130	-	-	-	-	-

5. Номинальный ток во вторичной цеп:

6. Ток в общей части витков обмотки:

7. Мощность, передаваемая из первичной во вторичную цепь электрическим путем (см. рис. 2.8):

Таким образом, электромагнитным путем передается лишь половина проходной мощности, а поэтому по сравнению с двухобмоточнымтрансформатором номинальная мощность 15кВА, рассматриваемый автотрансформатор изготовлен из активных материалов, масса которых в два раза меньше, а следовательно, и потри в нем так же меньше в два раза.

Раздел 3

Дата добавления: 2018-05-09; просмотров: 2312; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 4 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!