Схемы замещения трансформаторов. СРС ЭМ ЭЭ-20-15 Рахимбеков Али. Даукеева Кафедра Электрических машин и электропривода

• Название: Даукеева Кафедра Электрических машин и электропривода
• Анкор: Схемы замещения трансформаторов
• Дата: 08.10.2022
• Размер: 0.74 Mb.
• Имя файла: СРС ЭМ ЭЭ-20-15 Рахимбеков Али.docx
• Тип: Реферат; #721307

Некоммерческое акционерное общество

«АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ»

имени Гумарбека Даукеева

Кафедра «Электрических машин и электропривода»

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

"6В07101 - Электроэнергетика"

СРС № 1

На тему: Схемы замещения трансформаторов

Выполнил: Рахимбеков.А

Группа ЭЭ-20-15

Проверил: ст. преп. Кузьмин Ю.В.

«___»_____________ 2022г

Алматы 2022

Содержание

Введение……………………………………………………………………4

1 Общие сведения………………...……...……………………...................5

2 Двухобмоточные трансформаторы…………..…………………………6

3Трехобмоточные трансформаторы и автотрансформаторы…………….8

Список литературы……………………………………………………….10

Введение

Тема реферата " Трансформаторы. Конструкция и принцип действия ".Цель написания реферата – ознакомится с историей изобретения трансформаторов, основными определениями, принципом действия и классификацией трансформаторов, устройством трансформаторов.

1 Общие сведения

Передачу электроэнергии на большие расстояния в основном осуществляют на повышенном (110-750 кВ) напряжении. Распределение электроэнергии выполняется сетями 6-35 (110) кВ. Электропотребителей подключают к сетям более низких напряжений (0,22 – 10 кВ). Для соответствующих преобразований (трансформаций) напряжений, а также связи электрических сетей различных классов напряжений и распределения электроэнергии используют силовые трансформаторы и автотрансформаторы однофазного и трехфазного исполнения [1,2,3].

На подстанциях электрических сетей и электростанциях преимущественно применяют трехфазные двух- и трёхобмоточные трансформаторы и автотрансформаторы. При большой мощности используют однофазные трансформаторы, соединенные в трехфазные группы.

Двухобмоточные трансформаторы имеют маркировку, состоящую из букв: Т – трехфазный; О – однофазный; вид охлаждения указывается буквами: С – естественное воздушное, М – естественное масляное, ДЦ – масляное с дутьем и принудительной циркуляцией масла, МВ – масляно-водяное с естественной циркуляцией масла, Ц – масляно-водяное с естественной циркуляцией масла; буква Н указывает на наличие регулировочного устройства; особенности выполнения обозначения буквами: Г – грозоупорное, З - защитное, У – усовершенствованное; Ж- для электрифицированных дорог. После букв следует величина мощности трансформатора в киловольт-амперах и иногда через дробную черту номинальное напряжение обмотки высшего напряжения. Например, ТДН – 25000/35 – трехфазный трансформатор, имеющий масляное с дутьем охлаждение и естественной циркуляцией масла, с устройством регулирования напряжения мощностью 25000 кВ×А и напряжением ВН – 35 кВ.

Условные обозначения понижающих и повышающих трансформаторов и автотрансформаторов в схемах электрических систем электроснабжения показаны на рис. 1.




Рисунок 1 - Условные обозначения трансформаторов и автотрансформаторов на схемах: а, б – двухобмоточные нерегулируемые; в – регулируемый; г – трёхобмоточный регулируемый; д – автотрансформатор; е и ж – регулируемый и нерегулируемый двухобмоточные трансформаторы с расщепленной обмоткой низшего напряжения.

2 Двухобмоточный трансформатор

Двухобмоточный трансформатор можно представить в идее Г – образной схемы замещения (рис.2, б,в)



Рисунок 2- а – условное обозначение; б – Г – образная схема замещения; в – упрощенная схема замещения.

Продольная часть схемы замещения содержит r_т и х_т  - активное и реактивное сопротивления трансформатора. Эти сопротивление равны сумме соответственно активных и реактивных сопротивлений первичной и приведенной к ней вторичной обмоток. В такой схеме замещения отсутствует трансформация, т.е. отсутствует идеальный трансформатор, но сопротивление вторичной обмотки приводится к первичной. При этом приведении сопротивление вторичной обмотки умножается на квадрат коэффициента трансформации. Если сети, связанные трансформатором, рассматриваются совместно, причем параметры сетей не приводятся к одному базисному напряжению, то в схеме замещения трансформатора учитывается идеальный трансформатор.

Поперечная ветвь схемы (ветвь намагничивания) состоит из активной и реактивной проводимостей -  g_т и b_т. Активная проводимость соответствует потерям активной мощности в стали трансформатора от тока намагничивания I_m. Реактивная проводимость определяется магнитным потоком взаимоиндукции в обмотках трансформатора.

В расчетах электрических сетей двухобмоточные трансформаторы при

U_в.ном=220кВ  представляют упрошенной схемой замещения (рис.6.2., в). В этой схеме вместо ветви намагничивания учитываются в виде дополнительной нагрузки потери мощности в стали трансформатора или потери холостого хода   DР_х + jDQ_x .

Для каждого трансформатора известны следующие параметры (каталожные данные): S_ном - номинальная мощность, МВ×А; U_в.ном, U_н.ном - номинальные напряжения обмоток высшего и низшего напряжений, кВ; DР_х- активные потери холостого хода, кВт; I_x%  - ток холостого хода, %I_ном; DР_к- потери короткого замыкания, кВт;  u_k%  - напряжение короткого замыкания,

%U_ном . По этим данным можно определить все параметры схемы замещения трансформатора (сопротивления и проводимости), а также потери мощности в нем.

Проводимости ветви намагничивания определяются результатами опыта холостого хода (ХХ). В этом опыте размыкается вторичная обмотка, а к первичной подводится номинальное напряжение. ток в продольной части схемы замещения равен нулю, а к поперечной приложено U_ном (рис.6.3.,а). Трансформатор потребляет в этом режиме только мощность, равную потерям холостого хода, т.е. (рис.6.3.,б)



Проводимости, См, определяются следующими выражениями:





где напряжения выражены в киловольтах, а мощности – в мегаваттах и мегаварах.



Рис.6.3. Схемы опытов холостого хода и короткого замыкания:

а, б – опыт холостого хода; в, г – опыт короткого замыкания

Потери активной мощности в стали определяются в основном напряжением и приближенно предполагается не зависящими от тока и мощности нагрузки (I₂ и S₂)  . В схеме на рис. 6.3.,б -  Р_х  постоянна и равна каталожному значению. ток намагничивания в трансформаторе имеет очень маленькую активную составляющую:



где I^”_x    - реактивная составляющая I_x .

Поэтому

Отметим, что Р_х намного меньше, чем Q_х, и полная мощность трансформатора в режиме холостого хода S_x приближенно равна намагничивающей мощности Q_х.

С учетом (6.5) проводимость   определяется так:



Сопротивления трансформатора  r_т и х_т   определяется по результатам опыта короткого замыкания (КЗ). В этом опыте замыкается накоротко вторичная обмотка, а к первичной обмотке подводится такое напряжение, при котором в обеих обмотках трансформатора токи равны номинальному. Это напряжение и называется напряжением, при котором в обеих обмотках трансформатора токи равны номинальному. Это напряжение и называется напряжением короткого замыкания u_k    (рис.6.3 в ,г). Потери в стали в опыте короткого замыкания DР_ст.к  очень малы, так как u_k намного меньше  U_ном. поэтому приближенно считают, что все потери мощности в опыте КЗ DР_к идут на нагрев обмоток трансформатора, т.е.

В современных мощных трансформаторах r_т <<х_т   и u_k »u^”_k  . Из опыта КЗ (рис.6.3, в)



Умножая последнее выражение на U_ном, после преобразований получим



Потери активной мощности в r_т    зависят от тока и мощности нагрузки I₂ и S₂ . Эти потери равны



Если подставить в последнее выражение r_т  из  (6.8) и учесть, что , то получим



Потери реактивной мощности в  аналогично определяются так:



 Для трансформатора, через который проходят ток нагрузки I₂ и мощность S₂  потери мощности с учетом (6.5), (6.12) и (6.13) равны





Если на подстанции с суммарной нагрузкой  S₂  работают параллельно к одинаковых трансформаторов, то их эквивалентные сопротивления в к раз меньше и равны,  а проводимости в к раз больше. Если учесть это в выражениях  (6.2), (6.5), (6.12), (6.13), то получим следующие выражения для потерь мощности:



3 Трехобмоточные трансформаторы и автотрансформаторы

Во многих случаях на подстанции нужны три номинальных напряжения – высшее U_B, среднее U_c  и  низшее U_H. Для этого можно было бы использовать два двухобмоточных трансформатора  (рис.6.4. а). Более экономично, чем два двухобмоточных, применить один трехобмоточный трансформатор (рис.6.4.,б), все три обмотки которого имеют магнитную связь (рис.6.5., а). Еще более экономично применение трехобмоточных автотрансформаторов, условное обозначение которых в схемах электрических сетей приведено на рис.6.4.,в. Схема соединения обмоток автотрансформатора показана на рис.6.5., б.



Рисунок 6.4. Схемы подстанции с тремя номинальными напряжениями: а – два двухобмоточных трансформатора; б – трехобмоточный трансформатор; в – автотрансформатор

Обмотка низшего напряжения магнитно связана с двумя другими. Обмотки же последовательная и общая ( П и О на рис.6.5. б) непосредственно электрически соединены друг с другом и, кроме того, имеют магнитную связь. По последовательной обмотке течет ток I_B ,  а по общей – (I_B – I_с). Номинальной мощностью автотрансформатора называют мощность, которую автотрансформатор может принять из сети высшего напряжения или передать в эту сеть при номинальных условиях работы:



Эта мощность также называется проходной. Она равна предельной мощности, которую автотрансформатор может передать из сети высшего напряжения в сеть среднего напряжения и наоборот при отсутствии нагрузки на обмотке низшего напряжения.


Рисунок 6.5 – расчет последовательной обмотки

В трехобмоточном трансформаторе все три обмотки имеют мощность S_ном. В автотрансформаторе общая и последовательная обмотки рассчитаны на типовую мощность S_тип < S_ном, а обмотки низшего напряжения – на

α _ннSтип < S_ном. Таким образом, через понижающий автотрансформатор можно передать мощность, большую той, на которую выполняются его обмотки. Чем меньше коэффициент выгодности α =S_тип/ S_ном , тем более экономичен автотрансформатор по сравнению с трехобмоточным трансформатором. Чем ближе номинальные напряжения на средней и высшей сторонах автотрансформатора, тем меньше  и тем выгоднее использовать автотрансформатор.



Рисунок 6.6 - Трехобмоточный трансформатор и автотрансформатор


Заключение

Для упрощения анализа различных режимов работы, расчета его характеристик трансформатор представляют в виде электрической схемы замещения, по которой определяют токи первичной и вторичной обмоток, мощность, потребляемую из сети, потери мощности, КПД, коэффициент мощности. В схеме замещения первичная и вторичная обмотки соединены электрически.

Список литературы

Основная:

1. Р.М.Шидерова, К.О.Гали, А.Н.Бестерекова. Электрические машины. Конспект лекций для студентов специальности 5В071800 – Электроэнергетика. - Алматы: АУЭС, 2015 – 81с.

2. П.И. Сагитов, Р.М. Шидерова, Н.К. Алмуратова. Электрические машины. Трансформаторы и машины постоянного тока. Методические указания к лабораторным работам для специальности 5В071800. – Алматы: АУЭС, 2013. – 36с.

3. П.И. Сагитов, Р.М. Шидерова, Н.К. Алмуратова. Электрические машины. Синхронные и асинхронные машины. Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов специальности 5В071800 - Электроэнергетика. – Алматы: АУЭС, 2014. –52с. 4. Вольдек А.И. Электрические машины. Электрические машины переменного тока. -СПб.: Питер, 2008.-352с.

5. Набиев Ф.М. Электрические машины.-М., 2009 6. Вольдек А.И. Электрические машины. Введение в электромеханику. Машины постоянного тока и трансформаторы. - СПб.: Питер, 2007.-320с.

6. Кацман М.М. Электрические машины: Учебник/15-е изд., – М.: Академия, 2016. – 496 с.

7. Марковский В.П. Автоматизированный электропривод типовых промышленных установок: Учеб.пособие/ – Алматы: Отан, 2015. – 96 с.

Дополнительная
1. Теоретические основы электротехники: учебник /Ы.Т. Туганбаев; МОН РК; КазАТУ им. С.Сейфуллина. - Алматы: KazBookTrade, 2016.- 530 с.

2. Электротехника: учебник /Ы.Т. Туганбаев, И.И. Тазабеков, Н.К. Сагинаева. - Алматы: TechSmith, 2018.- 250 с.

3. Практикум по электроэнергетике (в примерах с решениями): учеб. пособие /У.М.Матаев, А.А.Абдурахманов, Д.Т.Байниязов, Е.С.Бейсебаев; КазНАУ. - 2-е изд., стереотип. - Алматы: Нур-Принт, 2015.- 195 с.

4. Энергетикалық терминдер сөздігі. Словарь энергетических терминов. Dictionary of energetics terms: 8000 артық терминдер мен сөйлемдемелер /А.Б. Алияров, Б.К. Алияров, М.Б. Алиярова.- Алматы: Нұр-Принт, 2015.- 460 б.