ююб. ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №2 По дисциплине_ Электрические машины и апп. Практическая работа 2 По дисциплине Электрические машины и аппараты Тема Трансформаторы Специальность 13. 02. 11 Юртаев В. Е. Тээ 21д проверил преподаватель Сидоренко С. Р
 Скачать 1.13 Mb.
|
|
Министерство образования Саратовской области ГАПОУ СО «Саратовский областной химико – технологический техникум» СТРУКТУРНОЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ «Отделение нефтегазохимической отрасли» ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №2 По дисциплине: Электрические машины и аппараты Тема: Трансформаторы Специальность 13.02.11 Выполнил: Юртаев В. Е. ТЭЭ 21-Д Проверил преподаватель: Сидоренко С. Р. Саратов 2017 Содержание стр. 1. Принцип действия и устройство трансформаторов 4 1.1. Назначение и принцип действия трансформаторов 4 1.2. Устройство магнитопроводов однофазных трансформаторов 10 2. Холостой ход трансформатора 14 2.1. Опыт холостого хода трансформатора 14 2.2. Ток холостого хода 16 3. Рабочий процесс трансформатора 19 3.1. Опыт короткого замыкания трансформатора 19 3.2. Коэффициент полезного действия трансформатора 25 3.3. Нагревание и охлаждение трансформаторов 28 4. Трехфазные трансформаторы 35 4. 1. Магнитопроводы трехфазных трансформаторов 35 4.2. Соединение обмоток трехфазных трансформаторов 37 4.3. Группы трехфазных трансформаторов 39 4.4. Работа трансформатора при несимметричной нагрузке 42 5. Параллельная работа трансформаторов 46 5.1. Назначение параллельной работы трансформаторов 46 5.2. Условия включения трансформаторов на параллельную работу 47 6. Переходные процессы в трансформаторах 53 6.1. Процессы при включении трансформаторов 53 6.2. Процессы при внезапных коротких замыканиях трансформаторов 58 6.3. Перенапряжения в трансформаторах 60 7. Трансформаторы специальных типов 70 7.1. Автотрансформаторы 70 7.2. Трехобмоточные трансформаторы 74 7.3. Сварочные трансформаторы 78 7.4. Измерительные трансформаторы 80 7.5. Трансформаторы с регулируемым напряжением 86 7.6. Пиктранеформаторы 90 Список использованной литературы 92 1. Принцип действия и устройство трансформаторов 1.1. Назначение и принцип действия трансформаторов Трансформатор представляет собой статический электромагнитный преобразователь с двумя или больше обмотками, предназначенный (наиболее часто) для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения. Преобразование энергии в трансформаторе осуществляется переменным магнитным полем. Трансформаторы широко применяют при передаче электрической энергии на большие расстояния, при распределении ее между приемниками, а также в различных выпрямительных, усилительных, сигнализационных и других устройствах. При передаче электрической энергии от электростанции к потребителям сила тока в линии обусловливает потери энергии в этой линии и расход цветных металлов на ее устройство. Если при одной и той же передаваемой мощности увеличить напряжение, то сила тока в такой же мере уменьшится, а следовательно, можно будет применить провода с меньшим поперечным сечением. Это сократит расход цветных металлов при устройстве линии электропередачи и снизит потери энергии в ней. Электрическая энергия вырабатывается на электростанциях синхронными генераторами при напряжении 11 — 20 кВ; в отдельных случаях применяется напряжение 30 — 35 кВ. Хотя такие напряжения являются слишком высокими для их непосредственного использования в производстве и для бытовых нужд, они недостаточны для экономичной передачи электроэнергии на большие расстояния. Дальнейшее повышение напряжения в линиях электропередачи (до 750 кВ и более) осуществляют повышающими трансформаторами. Приемники электрической энергии (лампы накаливания, электродвигатели и др.) из соображений безопасности рассчитывают на более низкое напряжение (110 — 380 В). Кроме того, изготовление электрических аппаратов, приборов и машин на высокие напряжения связано со значительными конструктивными сложностями, так как токоведущие части этих устройств при высоком напряжении требуют усиленной изоляции. Поэтому высокое напряжение, при котором происходит передача энергии, не может быть непосредственно использовано для питания приемников и подводится к ним через понижающие трансформаторы. Электрическую энергию переменного тока по пути от электростанции, где она вырабатывается, до потребителя приходится трансформировать 3 — 4 раза. В распределительных сетях понижающие трансформаторы нагружаются неодновременно и не на полную мощность. Поэтому полная мощность трансформаторов, устанавливаемых для передачи и распределения электроэнергии, в 7 — 8 раз больше мощности генераторов, устанавливаемых на электростанциях. На рис. 1.1 изображена принципиальная схема включения трансформатора, на которой для ясности первичная 1 и вторичная 3 обмотки помещены на разных стержнях стального магнитопровода 2.  Рис. 1.1. Принципиальная схема включения трансформатора В действительности каждая обмотка размещается на обоих стержнях так, что половины двух обмоток находятся на левом, а вторые половины — на правом стержне магнитопровода. При таком расположении обмоток достигается лучшая магнитная связь между ними, благодаря чему снижаются потоки рассеяния, которые не участвуют в процессе трансформирования энергии. Действие трансформатора основано на явлении взаимной индукции. Если первичную обмотку 1 трансформатора включить в сеть источника переменного тока, то по ней будет протекать переменный ток I0, который создает в сердечнике 2 трансформатора переменный магнитный поток. Этот магнитный поток, пронизывая витки вторичной обмотки 3, будет индуктировать в ней э. д. с. Е2. Если вторичную обмотку замкнуть на какой-либо приемник энергии (лампа накаливания 4), то под действием индуктируемой э. д. с. Е2 по этой обмотке и через приемник энергии начнет протекать ток I2. Одновременно в первичной обмотке также появится нагрузочный ток I1´, который в сумме с током I0 составит ток первичной обмотки I1. Таким образом, электрическая энергия, трансформируясь, будет передаваться из первичной сети во вторичную при напряжении, на которое рассчитан приемник энергии, включенный во вторичную сеть. В целях улучшения магнитной связи между первичной и вторичной обмотками их помещают на стальном магнитопроводе. Обмотки изолируют как друг от друга, так н от магнитопровода. Обмотку более высокого напряжения называют обмоткой высшего напряжения (ВН), а обмотку более низкого напряжения — обмоткой низшего напряжения (НН). Обмотку, включенную в сеть источника электрической энергии, называют первичной, обмотку, от которой энергия подается к приемнику,— вторичной. Обычно напряжения первичной и вторичной обмоток неодинаковы. Если первичное напряжение меньше вторичного, трансформатор называют повышающим, если же первичное напряжение больше вторичного — понижающим.. Любой трансформатор может быть использован и как повышающий и как понижающий. Повышающие трансформаторы применяют для передачи электроэнергии на большие расстояния, а понижающие — для распределения электроэнергии между потребителями. В трехобмоточных трансформаторах на сердечнике помещают три изолированные друг от друга обмотки. Такой трансформатор дает возможность получить два различных напряжения и снабжать электрической энергией две различные группы приемников. Помимо обмоток ВН и НН трехобмоточный трансформатор имеет обмотку среднего напряжения (СН). Обмоткам трансформатора придают преимущественно цилиндрическую форму, выполняя их при малых токах из круглого медного изолированного провода, а при больших токах из медных шин прямоугольного поперечного сечения. Ближе к сердечнику располагают обмотку НН, так как ее легче изолировать от него, чем обмотку ВН. Расположение обмоток на сердечнике трансформатора показано на рис. 1.2.  Рис. 1.2. Расположение обмоток трансформатора на магнитопроводе Обмотку НН изолируют от сердечника прослойкой из какого-либо изоляционного материала. Такая же изолирующая Прокладка имеется между обмотками ВН и НН. При цилиндрических обмотках поперечному сечению стержня магнитопровода желательно придать круглую форму, чтобы в площади, охватываемой обмотками, не оставалось немагнитных промежутков. Чем меньше немагнитные промежутки, тем меньше длина витков обмоток, а следовательно, и масса меди при заданной площади сечения стального стержня. Однако стержни круглого сечения изготовлять сложно. Магнитопровод набирают из тонких стальных листов, и для получения стержня круглого сечения понадобилось бы большое число стальных листов различной ширины, а это потребовало бы изготовления множества штампов. Поэтому в трансформаторах большой мощности сердечник имеет ступенчатое поперечное сечение с числом ступеней не более 9 — 10. Число ступеней сечения сердечника определяется числом углов в одной четверти круга. Ярмо магнитопровода, т. е. та его часть, которая соединяет стержни, имеет также ступенчатое сечение. Для лучшего охлаждения в магнитопроводах мощных трансформаторов устраиваются охлаждающие (вентиляционные) каналы в плоскостях, параллельных и перпендикулярных плоскости стальных листов. Вентиляционные каналы устраивают также и в обмотках. В трансформаторах малой мощности площадь поперечного сечения провода мала и выполнение обмоток упрощается. Магнитопроводы таких трансформаторов имеют прямоугольное поперечное сечение. Полезную мощность, на которую рассчитан трансформатор по условиям нагревания, называют номинальной. Таким образом, номинальной мощностью трансформатора называется мощность его вторичной обмотки при полной (номинальной) нагрузке. Эта мощность выражается в единицах полной мощности, т. е. в вольт-амперах (В-А)- или киловольт-амперах (кВ-А). Все прочие величины, характеризующие работу трансформатора в условиях, на которые он рассчитан, также называют номинальными. Каждый трансформатор снабжается щитком из материала, не подверженного атмосферным влияниям. Этот щиток прикреплен к баку трансформатора на видном месте и содержит его номинальные данные, которые нанесены травлением, гравировкой, выбиванием или другими способами, обеспечивающими видимость и долговечность знаков. На щитке трансформатора указываются следующие данные (ГОСТ 11677—74): 1. Наименование организации, в систему которой входит завод- изготовитель. 2. Наименование и адрес или марка завода-изготовителя. 3. Год выпуска. 4. Заводской номер. 5. Обозначение типа. 6. Номер стандарта. 7. Номинальная мощность (кВ-А). Для трехобмоточных трансформаторов указана мощность каждой обмотки. 8. Напряжения номинальные и напряжения ответвлений обмоток (В или кВ). 9. Номинальные токи каждой обмотки (А). 10. Число фаз. 11. Частота тока (Гц). 12. Схема и группа соединения обмоток трансформатора. 13. Напряжение короткого замыкания (%). 14. Род установки (внутренняя или наружная). 15. Способ охлаждения. 16. Полная масса трансформатора (кг или т). 17. Масса масла (кг или т). 18. Масса активной части (кг или т). 19. Положения переключателя, обозначенные на его приводе. Для трансформаторов с искусственным воздушным охлаждением дополнительно указана мощность трансформатора при отключенном искусственном охлаждении. Заводской номер трансформатора выбит на баке под щитком, на крышке около ввода ВН фазы А и на левом конце верхней полки прессующей балки магнитопровода. Условное обозначение трансформатора состоит из буквенной и цифровой частей. Буквы означают следующее: Т — трехфазный трансформатор, О — однофазный трансформатор, М — естественное масляное охлаждение, Д — масляное охлаждение с дутьем (искусственное воздушное и с естественной циркуляцией масла), Ц — масляное охлаждение с принудительной циркуляцией масла через водяной охладитель, ДЦ — масляное с дутьем и принудительной циркуляцией масла, Г — грузоупорный трансформатор (указывается в конце), Н (в конце после обозначения типа)—трансформатор с регулированием напряжения под нагрузкой, Н (на втором месте) — заполнение негорючим жидким диэлектриком. Если в обозначении типа трансформатора буква Т стоит третьей, то она обозначает трехобмоточный трансформатор. Первое число, стоящее после буквенного обозначения трансформатора, показывает номинальную мощность (кВ-А), второе число — номинальное напряжение обмотки ВН (кВ). Так, например, тип ТЛ1 — 6300/65 означает трехфазный двухобмоточный трансформатор с естественным масляным охлаждением мощностью 6300 кВ-А и напряжением обмотки ВН 35 кВ. Тип ТЦТНГ — 63 000/220 означает трехфазный трехобмоточный трансформатор с принудительной циркуляцией масла, с регулированием напряжения под нагрузкой, грозоупорный, мощностью 63 000 кВ-А и напряжением обмотки ВН 220 кВ. Буква А в обозначении типа трансформатора означает автотрансформатор. В обозначении трехобмоточных автотрансформаторов букву А ставят либо первой, либо последней в обозначении типа. Если автотрансформаторная схема основная (обмотки ВН и СН образуют автотрансформатор, а обмотка НН дополнительная), то букву А ставят первой. В случае, когда автотрансформаторная схема дополнительная, букву А ставят последней. 1.2. Устройство магнитопроводов однофазных трансформаторов Магиитопроводы трансформаторов собирают из изолированных пластин или ленты высоколегированной стали. В зависимости от формы магнитопровода и расположения обмоток на нем однофазные трансформаторы подразделяют на стержневые, броневые и тороидальные (кольцеобразные). Стержневой магнитопровод (рис. 1.3, а) имеет два стержня, охватываемых обмотками. Часть магнитопровода, замыкающую магнитную цепь, называют ярмом. На каждом стержне магнитопровода помещают катушку, состоящую из половинок первичной и вторичной обмоток. Такое расположение обмоток на магнитопроводе обеспечивает лучшую магнитную связь между ними, чем при размещении на различных стержнях, как это условно изображают на схемах. Хорошая магнитная связь уменьшает изменение вторичного напряжения трансформатора, которые возникают при изменениях его нагрузки. Половины каждой обмотки, помещенные на правом и левом стержнях магнитопровода, соединяются между собой последовательно так, чтобы их н. с. совпадали по направлению.  Рис. 1.3. Схемы устройства трансформаторов В трансформаторе броневого типа (рис. 1.3, б) первичная и вторичная обмотки помещены на среднем стержне магнитопровода. Таким образом, в этом трансформаторе обмотки частично охватываются (бронируются) ярмом. Магнитный поток, пронизывающий стержень магнитопровода, разветвляется на две части. Поэтому ярмо имеет поперечное сечение, вдвое меньшее сечения стержня. Броневой магнитопровод обладает рядом конструктивных достоинств — один комплект обмоток вместо двух при стержневом магнитопроводе, высокий коэффициент заполнения окна магнитопровода обмоточным проводом, частичная защита обмотки ярмом от механических повреждений. Ленточные разрезные сердечники из холоднокатаной стали могут быть также броневыми (рис. 1.3, в) и стержневыми (рис. 1.3, г). При сборке трансформатора с ленточным сердечником магнитопровод разрезают для того, чтобы поместить обмотки на сердечнике, и затем верхнюю и нижнюю половины магнитопровода соединяют вместе. Трансформаторы больших и средних мощностей выполняют стержневыми, так как в броневых трансформаторах обмотки ВН сложно изолировать от магнитопровода. Трансформаторы малой мощности чаще выполняют броневыми. Основные достоинства стержневого трансформатора: большая поверхность охлаждения обмотки; малая индуктивность рассеяния вследствие половинного числа витков на каждом стержне и меньшей толщины намотки; меньший расход обмоточного провода, чем у броневого трансформатора, так как уменьшение толщины намотки вызывает уменьшение средней длины витка обмотки; значительно меньшая, чем в броневом трансформаторе, чувствительность к внешним магнитным полям, так как э. д. с. помех, наводимых в обеих катушках трансформатора, имеют противоположные знаки и взаимно уничтожаются. Для уменьшения намагничивающего тока магнитопроводы трансформаторов делают с уширенным ярмом. В этом случае сечение ярма у стержневого трансформатора делают больше сечения стержня, а у броневого — больше половины сечения стержня.  Рис. 1.4. Схема сборки магнитопровода Магнитопроводы трансформаторов собирают встык (рис. 1.4, а) или внахлест (рис. 1.4, б) из П-образных стальных пластин. Пластины также могут иметь форму Г-образную, Ш-образную, прямоугольную и др. При сборке встык сердечник состоит из двух частей, собранных из стальных пластин. После размещения обмоток на магнитопроводе обе части его скрепляют. При сборке внахлест пластины чередуются так, чтобы у лежащих друг на друге листах разрезы были с разных сторон сердечника. При этом один слой стальных листов (например, нечетный) укладывается так, как показано на рисунке сплошной линией, а другой слой (четный) — прерывистой. При сборке встык размещать обмотки на магнитопроводе проще, так как в этом случае нет необходимости в раешкхтовке верхнего ярма и последующей его повторной шихтовке при сборке трансформатора на заводе, а также при демонтаже его в процессе ремонта. Однако при установке ярма встык со стержнями стальные пластины стержня и ярма будут смещены, так как сделать их совпадающими практически невозможно. Вследствие этого пластины стержня и ярма окажутся замкнутыми, что вызовет резкое увеличение вихревых токов, а соответственно и потерь в стали магнитопровода. Это может вызвать недопустимый нагрев стали в местах стыков, при котором пластины в месте замыкания сплавляются в сплошную массу («пожар» в стали), и трансформатор выйдет из строя. Поэтому при сборке магнитопровода встык между ярмом и стержнем устанавливают прокладку из изоляционного материала. Однако установка изоляционных прокладок в местах стыков увеличивает магнитное сопротивление магнитопровода, что увеличивает реактивный намагничивающий ток, потребляемый трансформатором из сети для возбуждения магнитного поля. При тщательной сборке шихтованного магнитопровода зазоры между пластинами стержня и ярма можно сделать очень малыми, так что магнитное сопротивление магнитопровода будет относительно небольшим. После сборки магнитопровода его стягивают болтами или шпильками. Стяжные планки, болты и другое изолируют от тела магнитопровода электрокартоном или бумагой для того, чтобы предотвратить возможность образования короткозамкнутых витков вокруг магнитопровода или его части. Образование короткозамкнутых витков приводит к аварии. |