идз3_Расчет характеристик электрических машин. идз3. Министерство образования

• Название: Министерство образования
• Анкор: идз3_Расчет характеристик электрических машин
• Дата: 02.12.2022
• Размер: 220.49 Kb.
• Имя файла: идз3.docx
• Тип: Документы; #825046

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральноегосударственноеавтономноеобразовательноеучреждениевысшегообразования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»



Инженерная школа Неразрушающего Контроля и Безопасности

1. 
   «Приборостроение»
   

Индивидуальное задание №3

«Расчет характеристик электрических машин»


по дисциплине:

Электротехника 1.3


Исполнитель:

Студент группы 1Б82 Айсагалиева А.А.

Руководитель:

доцент ОЭЭ Васильева О.В.


ТОМСК – 2021

Вариант 3
Расчётныеданные:

Номинальная полная мощность трехфазного трансформатора S_ном=25кВА;

Номинальное линейное напряжение первичной обмотки трансформатора U_1ном=10,0кВ;

Номинальное линейное напряжение вторичной обмотки трансформатора U_2ном=0,4кВ;

Напряжение короткого замыкания трансформатора, выраженное в процентах U_кз%=4,5%

Ток холостого хода первичной обмотки, выраженный в процентах i_1xx%=3,2%;

^{Потери короткого замыкания трехфазного трансформатора Р}к<sup>=600Вт;

Потери холостого хода трехфазного трансформатора Р</sup>х^=105Вт;

Способ соединения первичной и вторичной обмоток трехфазного трансформатора — по схеме ««звезда – звезда с нулевым проводом» (Y/Y₀)

Расчёт
Коэффициент трансформации трансформатора определим из следующего соотношения:
K₁₂=
Номинальный фазный ток первичной обмотки трехфазного трансформатора

I_1ном= А
Номинальный фазный ток вторичной обмотки трехфазного трансформатора
I_2ном= 4 А
При соединении первичных и вторичных обмоток трехфазного

трансформатора по схеме «звезда – звезда с нулевым проводом» (Y/Y₀)

линейные токи равны фазным, а номинальные фазные напряжения определяются соотношениями:

U_1ф=
U_2ф= В
Ток холостого хода первичной обмотки равен



Напряжение короткого замыкания



Параметры холостого хода трехфазного трансформатора могут

быть получены из следующих формул:

– полное сопротивление холостого хода
Z₀= Ом

– активное сопротивление холостого хода
R₀= Ом

– реактивное сопротивление холостого хода



Параметры короткого замыкания трехфазного трансформатора определяются из следующих соотношений:

– полное сопротивление короткого замыкания
Z_K= Ом

– активное сопротивление короткого замыкания
R_K= Oм

– реактивное сопротивление короткого замыкания


Коэффициент трансформации трансформатора определяется как

отношение номинальных линейных напряжений первичной и вторичной обмоток
K₁₂=
Приведенные к виткам первичной обмотки параметры вторичной обмотки трансформатора




Тогда неприведенные параметры первичной и вторичной обмоток

трансформатора имеют следующие значения

R₁=48,225 Ом;

X₁ =76,36 Ом;





Т-образная схема замещения трансформатора представлена на рисунке 1.

В схеме замещения параметры R₁и R₂^҆ указывают на электрические

потери в первичной и вторичной обмотках трансформатора; параметр

R₀ – на электрические потери в магнитопроводе трансформатора;

параметры x₁ и x_2҆ характеризуют поля рассеяния первичной и вторичной обмоток трансформатора; параметр х₀ – основной рабочий магнитный поток.

Определим коэффициенты мощности трехфазного двухобмоточного трансформатора при работе его в режимах холостого хода и короткого замыкания







Рисунок 1. Т- образная схема замещения трансформатора
Построим внешнюю характеристику трансформатора U₂= f (β) , где – коэффициент нагрузки. Для этого рассчитаем изменение напряжения на вторичной обмотке трансформатора при активно - индуктивном характере нагрузки с коэффициентом мощности равном cosφ₂ = 0,8.









Тогда зависимость вторичного напряжения трансформатора от коэффициента нагрузки имеет вид


Результаты расчета внешней характеристики трехфазного двухобмоточного трансформатора представлены в таблице 1 и на графике 1 (рисунок 2).

Таблица1. Внешняя характеристика трехфазного

трансформатора

		0	0,25	0,50	0,75	1,00	1,25
2%		0	0,9818	1,9636	2,9454	3,9272	4,909
	В	416,35	412,26	408,17	404,08	399,99	395,91

Номинальное изменение напряжения на вторичной обмотке трехфазного трансформатора составляет




Рисунок 2 - Внешняя характеристика трансформатора

Рассчитаем и построим зависимость коэффициента полезного действия трехфазного двухобмоточного трансформатора от коэффициента

нагрузки β(η)




Определим, при каком значении коэффициента нагрузки β коэффициент полезного действия достигает максимального значения. Максимального значения коэффициент полезного действия трехфазного трансформатора достигнет при коэффициенте нагрузки равном

Таблица 2 Зависимость коэффициента полезного действия

трансформатора от коэффициента нагрузки

	0	0,175	0,25	0,5	0,75	1,00	1,25	1,5	1,75
	0	0,965	0,972	0,975	0,971	0,965	0,959	0,953	0,947

Вид зависимости коэффициента полезного действия трехфазного

трансформатора от коэффициента нагрузки η (β) представлен на рисунке 3.



Рисунок 3 - Зависимость коэффициента полезного действия трансформатора от

коэффициента нагрузки
Вывод:

Трансформатором называется электромагнитное устройство без движущих частей, посредством которого переменный ток при одном напряжении преобразуется в переменный ток той же частоты при другом напряжении. Основное назначение трансформаторов — изменение напряжения переменного тока. Трансформаторы применяются также для преобразования числа фаз и частоты.

Классификация трансформаторов:Силовые (трансформаторы в системах распределения электроэнергии) – применяют в промышленных электрических сетях и их изготавливают однофазными и трехфазными, повышающими и понижающими.

1. 
   Специального назначения:
   

1. 
   Измерительные трансформаторы (трансформаторы тока и трансформаторы напряжения)
   
2. 
   Автотрансформаторы;
   
3. 
   Импульсные трансформаторы;
   
4. 
   Сварочные;
   
5. 
   Печные - понижающие трансформаторы, предназначенные для питания дуговых электрических печей;
   
6. 
   Пик трансформаторы - преобразующие
   

напряжение синусоидальной формы в импульсное напряжение с изменяющейся через каждые пол периода полярностью;

7. 
   Трансформаторы, применяемые в электронике.
   

2. 
   По числу фаз трансформаторы делятся на:
   
   1. 
      Однофазные;
      
   2. 
      Двухфазные;
      
   3. 
      Многофазные.
      
3. 
   В зависимости от соотношения напряжений на первичной и вторичной обмотках трансформаторы делятся на:
   
   1. 
      Повышающие;
      
   2. 
      Понижающие.
      
4. 
   В повышающем трансформаторе первичная обмотка имеет низкое напряжение, а вторичная — высокое. В понижающем трансформаторе, наоборот, вторичная обмотка имеет низкое напряжение, а первичная — высокое.
   
5. 
   По числу обмоток:
   
   1. 
      Двухобмоточные; 2)Трехобмоточные.
      

Трансформаторы, имеющие одну первичную и одну вторичную обмотки, называются двухобмоточными. Достаточно широко распространены трехобмоточные трансформаторы, имеющие на каждую фазу три обмотки, например две на стороне низкого напряжения, одну — на стороне высокого напряжения или наоборот. Многофазные трансформаторы могут иметь несколько обмоток высокого и низкого напряжения.

V. По конструкции силовые трансформаторы делят на:

1. 
   Масляные;
   
2. 
   Сухие.
   

В масляных трансформаторах магнитопровод с обмотками находится в баке, заполненном трансформаторным маслом, которое является хорошим изолятором и охлаждающим агентом.

Сухие трансформаторы охлаждаются воздухом. Они применяются в жилых и промышленных помещениях, в которых эксплуатация масляного трансформатора является нежелательной. Трансформаторное масло является горючим, и при нарушении герметичности бака масло может повредить другое оборудование.

Основныеэлементыконструкциитрансформатора:

3. 
   Магнитная система;
   
4. 
   Изоляция трансформатора;
   
5. 
   Обмотка трансформатора;
   
6. 
   Расширитель трансформатора;
   
7. 
   Система охлаждения силового трансформатора. Принципдействия:
   

В трансформаторе используется явление взаимной индукции. На одну из обмоток, называемую первичной обмоткой подаётся синусоидальное напряжение от внешнего источника. Протекающий по первичной обмотке переменный ток i1 создаёт переменный магнитный поток Ф в магнитопроводе. В результате электромагнитной индукции, переменный магнитный поток в магнитопроводе ^{создаёт во всех обмотках, в том числе и в первичной, ЭДС индукции e}1 ^{и e}2^.

Областьприменения:

Трансформаторы получили широкое распространение, как в промышленности, так и в быту. Одной из основных областей их промышленного применения является передача электроэнергии на дальние расстояния и ее перераспределение.

Не менее известны сварочные (электротермические) трансформаторы. Как видно из названия, данный тип устройств применяется в электросварке и для подачи питания на электротермические установки. Также достаточно широкой областью применения трансформаторов является обеспечение электропитания различного оборудования.

В зависимости от назначения трансформаторы делят на:

✗ Силовые.

Являются наиболее распространенным типом промышленного трансформатора. Применяются для повышения и понижения напряжения. Используется в линиях электропередач. По пути от электрогенерирующих мощностей до потребителя электроэнергия может несколько раз проходить через повышающие силовые трансформаторы, в зависимости от удалённости конкретного потребителя

✗ Тока
Выносные измерительные трансформаторы тока используются для обеспечения работоспособности цепей учета электроэнергии защиты энергетических линий и силовых автотрансформаторов. Могут размещаться в корпусах небольших приборов или являться отдельными, габаритными устройствами.

В зависимости от выполняемых функций различают следующие виды:

1. 
   измерительные — подающее ток на приборы измерения и контроля; 2)защитные — подключаемые к защитным цепям;
   

3)промежуточные — используется для повторного преобразования. Напряжения: Они применяются для преобразования напряжения до нужных величин. Кроме того, такие устройства используются в цепях гальванической развязки и электрорадиоизмерениях.

Коэффициент трансформации:
Фазный коэффициент трансформации трехфазного трансформатора находят, как соотношение фазных напряжений при холостом ходе:



А линейный коэффициент трансформации, зависящий от фазного коэффициента трансформации и типа соединения фазных обмоток высшего и низшего напряжений трансформатора, по формуле:


Если соединений фазных обмоток выполнено по схемам "звезда-звезда" или "треугольник-треугольник", то оба коэффициента трансформации одинаковы.

При соединении фаз обмоток трансформатора по схеме "звезда - треугольник"
K_л= K_ф ∙V ₃, а по схеме "треугольник-звезда" - K_л=K_ф / V ₃

При холостом ходе трансформатор не совершает полез ной работы, его к. п. д. равен нулю. Активная мощность которую при этом показывают ваттметры W1 и W2 цели ком рассеивается в виде тепла, идущего на нагрев магнитопровода и первичной обмотки трансформатора. Для определения активной мощности при холостом ходе трансформатора необходимо один и ваттметров переключить и взять разницу показаний двух ваттметров. Как указывалось ранее, ток холосто го хода трансформатора мал, а потери в обмотке за висят от квадрата тока и составляют менее 2% от потери холостого хода. При холостом ходе трансформатора потерями в первичной обмотке пренебрегают и считают, что потерями холостого хода являются потери в стали.

Короткое замыкание — это такой режим работы трансформатора, когда вторичная обмотка замкнута, а к первичной обмотке подведено напряжение, обеспечивающее протекание номинальных токов по обеим обмоткам (испытательное короткое замыкание). При испытательном коротком замыкании к первичной обмотке подводится напряжение, равное 3,5-17% номинального. В процессе эксплуатации трансформатора возможно короткое замыкание вторичной обмотки при номинальном напряжении на первичной. Такой режим работы является аварийным, а короткое замыкание называется внезапным. При внезапном коротком замыкании токи в обмотках трансформатора в 10 и более раз больше номинальный. Если трансформатор при таком коротком замыкании не будет своевременно отключен от сети, то он выйдет из строя. • Физический смыл параметров Г-образной и Т-образной схем • замещения трансформатора: • Трансформатор, у которого обмотки имеют только магнитную связь, может быть заменен эквивалентной схемой, называемой Т-образной схемой замещения . В ней сопротивления R1 и X1 определяют первичную обмотку, а R2 ′ и X2 ′ – вторичную.

Индуктивные сопротивления X1 и X2 ′ обусловлены магнитными потоками рассеяния обмоток. Схемы замещения обмоток объединены в точках 1 и 2 намагничивающим контуром с сопротивлениями Rm и X m . Индуктивное сопротивление X m обусловлено основным магнитным потоком, а сопротивление Rm является фиктивным и его величина определяется потерями мощности в стали магнитопровода. Сопротивления вторичной обмотки и нагрузки приведены к числу витков первичной обмотки. Это

обеспечивает эквивалентную замену магнитносвязанных цепей электрически связанными цепями. Т-образная схема замещения имеет существенный недостаток: невозможно экспериментально определить все ее параметры.

Поэтому используют приближенную Г-образную схему. В Г-образных схемах замещения число лучей соответствует количеству обмоток, имеющихся на трансформаторе. Параметры Г-образной схемы замещения определяют с помощью опытов холостого хода и короткого замыкания.

Вид внешней характеристики трансформатора:

Вид и параметры внешней характеристики зависят от характера нагрузки.

При активно-емкостной нагрузке напряжение на выходе трансформатора может увеличиваться с увеличением тока.

При других видах нагрузки (активной или активно-индуктивной ) напряжение на выходе всегда уменьшается с ростом тока



При постоянном токе вторичной обмотки ^I₂ и изменении характера нагрузки будет изменяться угол между векторами ^I'и ^E' . При этом треугольник векторов ^R'I'и ^jX'I'

2 2 2 2 σ2 2

будет вращаться вслед за вектором ^I'относительно точки конца вектора ^E', а т.к. вектор

2 2

напряжения на нагрузке ^U'равен разности между ^E'и вектором, образующим гипотенузу

2 2

треугольника ^R'I'- ^jX'I', то конец ^U'будет перемещаться по дуге окружности и, начиная

2 2 σ2 2 2


2
с некоторого значения ^φ₂ ^∈0, его модуль станет больше модуля ^E'.

х

к

P

к
^{P = β}2 ^P , отсюда ^β=_√^Pх

. Это означает, что максимальный КПД будет при

равенстве переменных электрических потерь постоянным магнитным потерям. При нагрузках больших номинальных непропорционально возрастают переменные потери, что приводит к снижению коэффициента полезного действия.

• Виды потерь в трансформаторе:

Степень потерь (и снижения КПД) в трансформаторе зависит, главным образом, от качества, конструкции и материала «трансформаторного железа» (электротехническая сталь). Потери в стали p_с состоят в основном из потерь на нагрев сердечника, на гистерезис и вихревые токи. Потери в трансформаторе, где «железо» монолитное, значительно больше, чем в трансформаторе, где оно составлено из многих секций (так как в этом случае уменьшается количество вихревых токов). На практике монолитные сердечники не применяются. Для снижения потерь в магнитопроводе трансформатора магнитопровод может изготавливаться из специальных сортов трансформаторной стали с добавлением кремния, который повышает удельное сопротивление железа электрическому току, а сами пластины лакируются для изоляции друг от друга.

Электрические потери – потери в меди p_м – возникают в обмотках трансформатора и обусловлены их нагреванием при протекании по ним электрического тока. Электрические потери зависят от величины сопротивления обмоток и силы тока.