Симметрирующие трансформаторы. Принцип действия, назначение, схемы включения.. Симметрирующие_трансформаторы. Реферат Симметрирующие трансформаторы. Принцип действия, назначение, схемы включения.

• Название: Реферат Симметрирующие трансформаторы. Принцип действия, назначение, схемы включения.
• Анкор: Симметрирующие трансформаторы. Принцип действия, назначение, схемы включения
• Дата: 13.10.2020
• Размер: 196.46 Kb.
• Имя файла: Симметрирующие_трансформаторы.docx
• Тип: Реферат; #142772

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет»
Политехнический институт

Кафедра электротехнологии и электротехники
Реферат

«Симметрирующие трансформаторы. Принцип действия, назначение, схемы включения.»

Выполнил: ст. гр. ЗФЭ19-05Б

Проверил:

Красноярск, 2020 г.

Содержание

Введение 3

1 Устройство симметрирующих трансформаторов и принцип работы 5

2 Назначение и схемы включения 9

Заключение 12

Список используемой литературы 13

Введение

Напряжение между каждой фазой трехфазной сети переменного тока и нулевым проводом, в идеальном случае, составляет 220 Вольт. Однако, при подключении к каждой из фаз питающей сети различных нагрузок, отличающихся по характеру и по величине, возникает иногда довольно значительный перекос фазных напряжений.

Если бы соблюдалось равенство сопротивлений нагрузок, то и протекающие через них токи также были бы равны между собой. Их геометрическая сумма была бы обращена в нуль. Но в результате неравенства этих токов возникает уравнительный ток в нулевом проводе (происходит смещение нулевой точки) и появляется напряжение смещения.

Фазные напряжения меняются друг относительно друга, и получается перекос фаз. Следствием такого перекоса фаз становится увеличение потребления электроэнергии из сети и неправильная работа электроприемников, ведущая к сбоям, отказам, и преждевременному износу изоляции. Безопасность потребителя, в такой ситуации, ставится под угрозу.

Для автономных трехфазных источников электроэнергии неравномерность загрузки фаз чревата разного рода механическими повреждениями. В результате – нарушение работы электроприемников, износ источников электроэнергии, повышенный расход масла, топлива и охлаждающей жидкости для генератора. В конечном итоге увеличиваются расходы как на электроэнергию в целом, так и на расходные материалы для генератора.

Для устранения перекоса фаз, выравнивания фазных напряжений, следует изначально рассчитать токи нагрузок для каждой из трех фаз. Однако не всегда удается это сделать заранее. В промышленных же масштабах потери вследствие перекоса фазных напряжений могут быть просто колоссальными, а экономический эффект, в определенной степени, разрушительным.

Для устранения негативных тенденций следует применить симметрирование фаз. Для этой цели разработаны так называемые симметрирующие трансформаторы.

Актуальность использования симметрирующих трансформаторов присутствует всегда. От сюда и выбор рассматриваемой темы данной работы.

В настоящее время широкое распространение получило применение трехфазных стабилизаторов переменного напряжения, в которых для обеспечения заданного номинального фазного напряжения 220В, применяются три независимых однофазных стабилизатора напряжения.

Целью данной работы является раскрытие темы: «Симметрирующие трансформаторы. Принцип действия, назначение, схемы включения».

1 Устройство симметрирующих трансформаторов и принцип работы

В идеале напряжение в трехфазной сети между каждой из фаз и нулевым проводником равно 220 В. Но, при подключении к фазам сети разных потребителей, которые различаются по величине и характеру, появляется перекос фаз. Если бы при подключении нагрузок обеспечивалось равенство сопротивлений потребителей, то и проходящие через них токи были бы одинаковыми. В результате того, что токи на фазах не равны, в нулевом проводнике появляется уравнительный ток и напряжение смещения.

Напряжения на фазах изменяются между собой, и возникает перекос фаз, следствием которого становится повышение расхода электрической энергии и неправильное функционирование потребителей, которое приводит к отказам, сбоям и быстрому износу изоляции.

Для трехфазных автономных источников энергии перекос фаз может привести к разным неисправностям механизмов. В результате может возрасти расход топлива и масла на приводном двигателе, а также жидкости для охлаждения генератора. Эти неисправности приводят к повышению расходов на электричество, расходные материалы.

Не всегда, получается, рассчитать токи потребителей на фазах, чтобы выровнять их напряжения. Поэтому для предотвращения отрицательных последствий используют симметрирующий трансформатор, который выравнивает напряжения на фазах.

Симметрирующий трансформатор монтируется в стационарном исполнении. Выводы к нагрузке и сети обычно размещены на нижней панели. Для намотки катушек трансформатора используют только медные провода. Обмотки имеют гальваническую развязку, то есть, не имеют между собой электрического соединения. На входе в устройство устанавливается электрический автомат, позволяющий обеспечить защиту трансформатора от короткого замыкания и чрезмерных нагрузок. Трансформатор имеет индикаторы присутствия напряжения на выходе.

Первичная и вторичная обмотки трехфазного трансформатора соединены по схеме звезды. В них включена вспомогательная симметрирующая обмотка, охватывающая первичную высоковольтную обмотку трансформатора. Эта обмотка спроектирована таким образом, чтобы она могла выдержать продолжительный ток нагрузки трансформатора при работе в номинальном режиме на одной фазе. Вспомогательная симметрирующая обмотка включена в разрыв нулевого проводника трансформатора.

При появлении уравнительного тока в нулевом проводнике вследствие несимметричной нагрузки, магнитные потоки обмоток в магнитопроводе компенсируются противоположными потоками вспомогательной обмотки. В итоге перекос напряжений на фазах полностью исчезает.

Схема подключения обмоток для выравнивания фаз изображена на рисунке 1.



Рисунок 1 - Схема подключения обмоток для выравнивания фаз
Энергетические параметры симметрирующих трансформаторов ввиду добавления вспомогательной обмотки практически не изменяются, однако заметно уменьшаются потери электрической энергии в сети. При возникновении перекоса напряжений на фазах происходит их выравнивание.

Эксперименты и исследования ученых показали, что при соответствующем расчете числа витков рабочих и вспомогательной обмоток, напряжение на вспомогательной обмотке трансформатора при номинальном токе в нулевом проводнике становится равным фазному напряжению. При этом симметрирующая обмотка выравнивает электродвижущую силу до нулевой величины.

Симметрирующий трансформатор значительно уменьшает сопротивление нулевой последовательности трансформатора. Это позволяет значительно повысить ток короткого замыкания на фазе, что стало основным достоинством симметрирующих устройств, из-за легкой и надежной регулировки релейной защиты и ее работы при коротком замыкании.

Разрушающее действие повышенного тока короткого замыкания, возникшего на одной фазе, такого выравнивающего трансформатора намного ниже, в отличие от тока короткого замыкания при отсутствии компенсирующей обмотки, так как этот разрушительный несимметричный поток полностью компенсируется.

Если рассмотреть, как работает симметрирующий трансформатор при подключении несимметричной нагрузки на одну фазу, то видно, что максимальная нагрузка на фазу равна третьей части от трехфазной мощности источника энергии.

После включения мощной нагрузки на одну фазу возникает перекос фаз, поэтому возрастает вероятность выхода из строя подключенных к источнику потребителей нагрузки. Если мощность потребителей возрастет на треть от мощности источника, то трансформатор может выйти из строя.



На рисунке видно, что максимальная нагрузка на фазу может быть равной половине трехфазной мощности источника. Однако, источник будет воспринимать нагрузку, распределенную равномерно по всем фазам.

Применение симметрирующего трансформатора позволяет снизить мощность генератора, при этом к нему будут подключены такие же по мощности приемники, как и без дополнительной обмотки. Для источника электричества нагрузка будет распределенной по фазам равномерным образом.

2 Назначение и схемы включения

Назначение

Радикальным средством снижения несимметрии токов в трехфазных ЛЭП при питании однофазных тяговых нагрузок является применение на подстанциях переменного тока специальных симметрирующих трансформаторов.

Такое устройство широко используется в различных областях:

• 
  В работе жилищно-коммунального хозяйства;
  
• 
  На садовых и дачных участках;
  
• 
  В промышленном производстве на станках с программным управлением;
  
• 
  В военной технике;
  
• 
  Железная дорога.
  

Симметрирующие трансформаторы располагают между потребителями нагрузки и источником электрической энергии.

Схемы включения

Симметрирующий прибор с 3-фазным трансформатором включает три обмотки. Вторая обмотка соединена с четвертой по последовательной схеме, а со второй на других магнитопроводах зигзагообразно. Общее количество витков 1-й и 3-й обмотки такое же, как во 2-й обмотке. Эффективное функционирование симметрирующего устройства создается с помощью уменьшения сопротивления протекающим токам нулевой последовательности. Это намного повышает надежность функционирования при возникновении аварии. Между нулевым выводом N2 и N1 в схему подключены тиристорные ключи (6,7), сопротивление (10) и стабилитроны (8,9) для подсоединения фазных нагрузок.



Эта схема состоит из: — магнитопровод 1, состоящий из трех стержней; — первичная трехфазная симметричная обмотка 2 с сетевым питанием; — вторичная обмотка 3, подключенная тремя лучами зигзага.
Особенностью такой схемы является отсутствие тока нулевой последовательности во время любых режимов. Симметрирующий трансформатор наиболее надежен и прост в устройстве.


Симметрирующие устройства могут снижать потери электроэнергии путем падения амплитуд колебаний, падения сопротивления, что увеличивает ресурс работы источников энергии в сетях, в которых возникли перекосы фаз. Такие устройства служат для увеличения надежности работы автономных бензиновых генераторов и различных потребителей энергии при перекосах фаз. Подобные устройства позволяют рационально использовать электростанции с небольшой мощностью.

Заключение

Трансформаторы симметрирующие трехфазные позволяют сократить потери энергии за счет снижения амплитуд гармоник, уменьшения сопротивления. Это увеличивает рабочий ресурс энергетических источников в сетях с перекосами фаз. Аппараты предназначены для повышения надежности автономных генераторов и потребителей, когда нагрузки несимметричны.

Трансформаторы дают возможность рационально применять электростанции с меньшей мощностью. Электрическим генераторам, производимым по синхронному типу, требуется равномерность нагрузки, при этом допускается лишь тридцати процентный перекос по фазам. В таком случае весьма полезным становится применение симметрирующего трансформатора.

Основная цель работы достигнута, тему «Симметрирующие трансформаторы. Принцип действия, назначение, схемы включения» раскрыли.

Список используемой литературы

1. 
   Василянский А. М., Мамошин Р. Р., Якимов Г. Б. Совершенствование системы тягового электроснабжения железных дорог, электрифицированных на переменном токе 27,5 кВ, 50 Гц // Железные дороги мира. – 2002. – №8. – С. 40–46.
   
2. 
   Косоухов, Ф.Д. Зависимость потерь мощности от несимметрии токов в силовых трансформаторах от их сопротивления нулевой последовательности / Ф.Д. Косоухов, Н.В. Васильев, Н.Ю. Криштопа // Известия СПбГАУ. – 2014. – №35. – С. 319-325.
   
3. 
   Скороходов, В.А. Методы и технические: средства повышения качества электроэнергии и компенсации / В.А. Скороходов. – М.: Энергоатомиздат, 1992. – 152 с.
   
4. 
   Справочник по проектированию электроснабжения, линий электропередачи и сетей / Под ред. Большама Я.М., Круповича В.И., Самовера М.Л. и др. – М.: Энергия, 1975. – 696 с.
   
5. 
   Ульянов С.А. Короткие замыкания в электрических системах. – М.: Госэнергоиздат, 1952. – 280 с.
   
6. 
   Электротехника. Электроустройство. Симметрирующий трансформатор. Устройство и работа. Применение. Текст : электронный. https://electrosam.ru/glavnaja/jelektrooborudovanie/jelektropitanie/simmetriruiushchii-transformator/. (дата обращения: 07.07.20).