Электротехника решение задач Расчет смешанной цепи Соединение фаз звездой Соединение фаз треугольником Активная мощность трехфазной системы Асинхронный электродвигатель Полупроводниковые диоды и стабилитроны

Основы расчета цепей постоянного и переменного тока. Курс лекций и примеры задач курсовой

РАБОТА ТРАНСФОРМАТОРА ПОД НАГРУЗКОЙ

В режиме нагрузки первичная обмотка трансформатора включена на номинальное первичное напряжение, а ко вторичной обмотке подключен приемник (см рис.4.4). этом случае можно выделить три потока: основной поток Ф , сцепленный с первичной и обмотками, рассеяния обмотки Фроc1 Фрoс2 .

Рис. 4.4. Электромагнитная схема

Работа трансформатора под нагрузкой подчиняется тем же закономерностям, что и работа в режимах холостого хода короткого замыкания. Эта закономерности выражаются форме уравнений напряжения, э.д.с. намагничивающих сил, или могут быть изображены с помощью векторных диаграмм.

Нагрузочный режим позволит построить внешние характеристики и определить КПД (>h) трансформатора. С увеличением нагрузки изменяется напряжение на вторичной обмотке. Зависимость этого напряжения от нагрузки выражается графически внешними характеристиками трансформатора U2 = f (I2). Вид внешней характеристики зависит от характера нагрузки и от величины коэффициента мощности cos j2. При активной и активно-индуктивной нагрузках внешние характеристики имеют падающий вид, при активно-емкостной нагрузке внешняя характеристика имеет восходящий вид (рис.4.5).

 

Рис. 4.5 Внешняя характеристика (а) и график зависимости КПД трансформатора от нагрузки (б)

 

ОСОБЕННОСТИ УСТРОЙСТВА И РАБОТЫ ТРЕХФАЗНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Описание рабочих процессов относится как к однофазным, так и трехфазным трансформаторам, в последнем случае—к одной фазе трансформатора, нагруженного симметрично. Трансформирование трехфазной системы токов может осуществляться трансформаторной группой — тремя однофазными трансформаторами, работающими одни агрегат. Но можно объединить три однофазных трансформатора один трехфазный аппарат при этом достигнуть экономии материалов. Это было сделано изобретателем трехфазного М. О. Доливо-Добровольским 1891 г. Покажем наглядно, создается экономия материала построении трансформатора. Представим себе (рис. 4.6а). Составляя сердечник для оставим без изменения те части сердечников трансформаторов, на которых расположены обмотки, а свободные этих трех соединим общий магнитопровод 4.6б). Такое построение магнитной сопоставить с соединением электрических цепей звездой. системе равномерной грузке нейтральный провод не нужен; отказываясь от него, получаем экономию меди.

Рис. 4.6 Схема преобразования трех однофазных трансформаторов в один трехфазный

Рис. 4.7 Кривые мгновенных значений магнитных потоков трехфазного трансформатора и распределение в сердечнике

Нейтральному проводу в магнитной системе трехфазного трансформатора соответствует средний общий стержень. При наличии симметричной трехфазной системы магнитных потоков этот стержень не нужен и может быть удален (рис. 4.6в), так как алгебраическая сумма этих всегда равна нулю. Магнитный поток стальном сердечнике можно считать прямо пропорциональным напряжению отстающим от него по фазе почти на 90°. Три первичных напряжения системы, следовательно, должны обусловливать три потока одинаковой амплитуды, сдвинутых отношению друг к другу одну треть периода (120°).

Показанный на рис. 4.6в симметричный сердечник неудобен для изготовления и в настоящее время заменен несимметричным магнитопроводом (рис. 4.6г), который, можно мыслить как выпрямленный вариант магнитопровода 4.6в) Симметричная трехфазная система первичных напряжений трансформатора возбуждает таком несимметричном магнитопроводе симметричную систему магнитных потоков. Но из-за неравенства сопротивлений намагничивающие токи отдельных фаз между собой не равны. Однако эта несимметрия намагничивающих токов основных соотношений существенного значения имеет. Физически каждый данный момент магнитный поток одного стержня замыкается через два других 4.7).

Отметим, что для фазных напряжений и токов при симметричной нагрузке справедливы те же отношения, однофазного трансформатора. Эти условия нарушаются лишь в некоторых случаях несимметричной трехфазных трансформаторов.

Рис. 4.8.Трехфазный масляный трансформатор с трубчатым баком в частичном разрезе:

1 — катки, 2 спускной кран для масла, 3 - изолирующий цилиндр, 4 обмотка высшего напряжения, 5 низшего 6 сердечник, 7 термометр, 8, 9 выводы 10 обмотки напряжения. 11 расширитель 12 указатель уровня 13 радиаторы

Группа из трех однофазных трансформаторов дороже, чем трехфазный трансформатор той же мощности, занимает больше места, а кпд несколько ниже. Зато в качестве резерва на случай аварии или ремонта при такой группе достаточно иметь один однофазный трансформатор, так как маловероятно одновременное повреждение всех фаз трансформатора, периодический ремонт их может осуществляться поочередно. Но трехфазном трансформаторе необходим второй трансформатор. Таким образом, трехфазная группа обеспечивает большую надежность эксплуатации; наконец, перевозка и установка больших мощностях значительно проще перевозки установки трехфазного трансформатора большой мощности.

Практически большинство трансформаторов малой и средней мощности выполняют трехфазными (рис. 4.8), а больших мощностей — с учетом конкретных условий установки. Трехфазные трансформаторы изготовляют мощностью до 60 000 кВ >× А, но уже начиная с мощности 3 х 600 = 1800 кВ × А допускается применять трехфазные группы трехфазных трансформаторов.

Зажимы трехфазного трансформатора размечаются в порядке чередования фаз: на стороне высшего напряжения зажимы А, В, С —начала обмоток, X, У, Z —их концы; низшего — соответственно а, Ь, с, и х, у., (см. рис. 4.6г).

Основными способами соединения обмоток трехфазного трансформатора являются звездой и треугольником.

Самым простым и дешевым из них является соединение обеих обмоток трансформатора звездой, при котором каждая ее изоляция (при глухом заземлении нейтральной точки) должны быть рассчитаны только на фазное напряжение линейный ток; так как число витков обмотки прямо пропорционально напряжению, то, следовательно, звездой требует в каждой меньшего количества витков, но большего сечения проводников с изоляцией, рассчитанной лишь напряжение. Соединение широко применяют для трансформаторов небольшой средней мощности (примерно до 1800 кВ >× А). Соединение звездой является наиболее желательным для высокого напряжения, так как при нем изоляция обмоток рассчитывается лишь на фазное напряжение. Чем выше напряжение и меньше ток, тем относительно дороже обходится соединение обмоток треугольником.

Соединение обмоток треугольником конструктивно удобнее при больших токах. По этой причине соединение Y/>D широко применяется для трансформаторов большой мощности в тех случаях, когда на стороне низшего напряжения не требуется нейтрального провода.

При трехфазной трансформации только отношение фазных напряжений U1ф/U2ф. всегда приближенно равно отношению чисел витков первичной и вторичной обмоток w1/w2, что же касается линейных напряжений, то их зависит от способа соединения трансформатора. одинаковом способе (Y/Y или >D/D) отношение линейных напряжений также равно коэффициенту трансформации. Однако при различном способе соединения (Y/D и D/Y) отношение линейных напряжений меньше или больше этого коэффициента в ÖЗраз. Это дает возможность регулировать вторичное линейное напряжение трансформатора соответствующим изменением способа соединения его обмоток.

Пример. Трехфазный понижающий трансформатор с номинальной мощностью SHOM = 20 кВ >× А и номинальными линейными напряжениями: U1НОМ = 6000 В, U2HOM = 400 В при частоте f = 50 Гц имеет потери мощности холостого хода Р0 = 180 Вт, потери мощности короткого замыкания Рк = 600 Вт и напряжение короткого замыкания Uк = 5,5%. Соединение обмоток трансформатора выполнено по схеме «звезда». Определить коэффициент трансформации К трансформатора, токи I1ном I2ном в обмотках, фазные напряжения UlHOM и U2HOM, сопротивления обмоток: R1, R2, X1, Х2, а также КПД h при cos j2 = 0,8 и нагрузке, равной 75% от номинальной (b = 0,75).

Решение. Коэффициент трансформации трансформатора при заданной схеме соединения обмоток К = U1HOM/U2HOM = 6000/400 /400/400=15.

Номинальные токи, при S1ном = S2ном = SHOM: первичной обмотки: I1ном = SHOM />Ö3 U1HOM =  = 1,93 A; вторичной обмотки: I2HOM = SHOM/Ö3 U2HOM =  = 29 А.

Номинальные фазные напряжения трансформатора: U1ф ном = U1НОМ / >ÖЗ = 6000/1,73 = 3470 В; U2ф ном = U2ном /Ö3 = 400/1,73 = 230 В.

Активные сопротивления

короткого замыкания: RK = R1, + R'2 '2'2= PK/3I21HOМ = 600/3 >× 19,32 = 10,3 Ом;

первичной обмотки R1 = R '2 '2'2= RK/2 /2/2= 10,35/2 /2/2= 5,17 Ом;

вторичной обмотки R2 = R'2 = RK/K2 = 5,17/152 = 0,023 Ом.

Коэффициент полезного действия трансформатора при cos >j2 = 0,8 и b = 0,75;

Сопротивления короткого замыкания:

полное > 

индуктивное Хк = X1 + Х'2 '2'2= > Индуктивные сопротивления:

первичной обмотки X1 = Х'2 = Хк/2 /2/2= 98,8/2 /2/2= 49,4 Ом;

вторичной обмотки Х2 = Х'2 = ХК/К2 /К2/К2= 49,4/152 /152/152= 0,22 Ом.

Для определения годового эксплуатационного КПД учитывать время трансформатора под нагрузкой н-р 4200 час. (>b ×× cos j2 × 4200), потери Рк (b2 × Рк × 4200) и потери холостого хода, которые определяются временем 365 д × 24 ч. = 8760 ч. и равны Ро 8760 ч.

 


pornoload порно в анал.
Мощность, выделяемая в цепи переменного тока электротехника решение задач