Расчет характеристик трансформаторов и электрических двигателей

Министерство образования Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего  профессионального образования

Магнитогорский государственный технический университет им.Г.И.Носова

Кафедра электротехники и промышленной электроники

 

 

 

 

 

 

 

РАСЧЕТ  ХАРАКТЕРИСТИК  ТРАНСФОРМАТОРОВ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ  ДВИГАТЕЛЕЙ

Расчётно-графическая  работа по курсу “Электрические машины”

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студ. Бутаев Д.В (210106)

 Проверил: преп. д.т.н. Сарваров А. С

 

 

 

 

 

 

Магнитогорск

 

 

2011

 

Расчётно-графическая  работа №1

РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ И РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТРАНСФОРМАТОРОВ ПО ДАННЫМ КАТАЛОГА

 

Трехфазный  трансформатор имеет следующие  данные.

 

Номер варианта	Тип трансформатора								Схема соединения и группа
3	ТС3-10/0,65	10	0,66	0,23	0,09	0,28	4,5	7,0	Y/Y0 - 0

 

 

где  - номинальная мощность трансформатора;

  - номинальное линейное напряжение первичной обмотки;

- номинальное линейное напряжение вторичной обмотки;

  - мощность потерь холостого хода;

    -мощность потерь короткого замыкания;

  - напряжение короткого замыкания в процентах относительно фазного напряжения первичной обмотки;

- ток холостого хода в процентах  от номинального фазного тока первичной, обмотки.

 

 

 

1. Начертить электрическую схему соединения обмоток трансформатора, указать на ней линейные и фазные напряжения и токи, привести соотношения между ними.
2. Определить:

 

1. Номинальные фазные напряжения первичной и вторичной обмоток.
2. Коэффициент трансформации.

3. Номинальные линейные и фазные токи первичной и вторичной обмоток,

4. Изменение напряжения   на зажимах вторичной обмотки трансформатора при нагрузках, равных:

β= 0; 0,2; 0,4;. 0,6; 0,8; 1,0 и COS = 0,8. Построить внешнюю характеристику трансформатора.

2.5. Коэффициент полезного действия  η  трансформатора при активно-индуктивной  нагрузке c COS = 0,8 и при нагрузках, равных:  β = 0; 0,05; 0,1; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0, Построить характеристику

2.6.Нагрузку, при которой КПД трансформатора  имеет наибольшее значение, и  это значение КПД.

 

3. Объясните, возможно ли присоединение  к зажимам вторичной обмотки  заданного Вам трансформатора  несимметричной нагрузки?

4. Объясните  смысл понятия "Группа соединения  обмоток" и его условное  обозначение 

Исследовательская часть

5. Выяснить  влияние изменения числа витков первичной обмотки понижающего трансформатора при неизменном первичном напряжении на коэффициент трансформации n  и напряжение  на зажимах Вторичной обмотки.

6.Исследовать  влияние характера нагрузки потребителей  на изменение вторичного напряжения  трансформатора при (активная нагрузка) и (активно-индуктивная нагрузка).

  По полученным результатам построить  внешние характеристики на одном графике с характеристикой, соответствующей .

7. Выяснить, как изменятся вторичное напряжение и ток холостого хода , если первичную обмотку трансформатора вместо "треугольника" соединить "звездой" (или вместо" звезды" в "треугольник”)?

 

 

 

Номер варианта	Тип трансформатора								Схема соединения и группа
3	ТС3-10/0,65	10	0,66	0,23	0,09	0,28	4,5	7,0	Y/Y0 - 0

 

1. Электрическая схема соединения обмоток трансформатора согласно варианту:

 

 

2. Определим:

а) Номинальные фазные напряжения первичной и вторичной обмоток.

 

                   

 

                    

 

б)  Коэффициент трансформации:

 

                        

 

в) Номинальные линейные и фазные токи первичной и вторичной обмоток:

 

 

 

           

 

          

 

Т.к при соединении обмоток первичной и вторичной в звезду, то фазные токи первичной и вторичной обмоток будут равны линейный токам первичной и вторичной обмоток:

 

                   

 

                    

 

г) Изменение напряжения   на зажимах вторичной обмотки трансформатора при нагрузках, равных:

β= 0; 0,2; 0,4;. 0,6; 0,8; 1,0 и COS = 0,8.

 

Расчёт  будем производить по формулам:

 

 

 

,

 

                

                 

             

 

      

                                   

    

 

 

          

 

 

 

               

    

 

 

 

По полученной зависимости находим  в зависимости от коэффициента :

 

                              =0

                           =0,8694

                           =1,7388

                           =2,6083

                           =3,4776

                             =4,347

 

По  полученным значениям изменения  напряжения в процентах ( ) можно определить напряжение на зажимах вторичной обмотки:

 

 

д) Коэффициент полезного действия  η  трансформатора при активно-индуктивной нагрузке c COS = 0,8 и при нагрузках, равных:  β = 0; 0,05; 0,1; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0,

 

Чаще  всего КПД трансформатора определяют косвенным методом, используя данные опытов холостого хода и короткого  замыкания 

,

 

(0)                            

                       η=0,815

                         η=0,896

                       η=0,9405

(0,4)                         η=0,9595

                         η=0,96176

                         η=0,9596

                            η=0,9557

 

 

КПД достигает максимального значения при такой нагрузке, когда магнитные  потери равны электрическим потерям  в обмотке  .

Отсюда 

 

 

                 η=0,9618

 

 

 

 

Построим внешнюю и характеристики трансформатора:

 

 

 

 

Полученные  значения КПД, изменения напряжения и напряжения на зажимах вторичной обмотки трансформатора снесём в таблицу:

 

 

β	η
			кВ
0	0	0	133
0,05	0,815
0,1	0,896
0,2	0,9405	0,8694	131,9
0,4	0,9595	1,7388	130,7
0,56	0,9618
0,6	0,96176	2,6082	129,5
0.8	0,9596	3,4776	128,3
1	0,9557	4,347	127,28

 

 

 

3.  Группу соединения обмоток трансформаторов выбирают так, чтобы трансформаторы в максимально возможной степени отвечали следующим условиям:

• препятствовали возникновению высших гармоник в электрических сетях;

• выравнивали нагрузку между фазами первичной обмотки при несимметричной нагрузке вторичной обмотки;
• ограничивали сопротивление нулевой последовательности цепи КЗ в случае питания четырехпроводных сетей.

Группа Y/Y0 этими положительными свойствами не обладает и, в частности, отличается повышенным сопротивлением нулевой  последовательности, что затрудняет защиту сетей от однофазных КЗ, возникающих при замыканиях на корпус и т. п. Поэтому трансформаторы с группой соединения обмоток Y/Y или Y/Y0 в большинстве случаев не рекомендуют для питания цеховых сетей низкого напряжения.

 

4. Существуют три основных способа соединения фазовых обмоток каждой стороны трёхфазного трансформатора:

• Y-соединение, так называемой соединение звездой, где все три обмотки соединены вместе одним концом каждой из обмоток в одной точке, называемой нейтральной точкой или звездой

• D-соединение, так называемое дельта-соединение, или соединение треугольником, где три фазных обмотки соединены последовательно и образуют кольцо (или треугольник)
• Z-соединение, так называемое соединение зигзагом

Группой соединения называют угловое  отставание векторов линейных напряжений обмотки НН по отношению к векторам соответствующих линейных напряжений обмотки ВН. Группа соединения обозначается числом, которое, будучи умноженным на 30° (угловое отставание, принятое за единицу), дает угол отставания в градусах; число 11 означает отставание 330°, а 0 (или 12) - отставание 0° (векторы линейных напряжений обмоток ВН и НН совпадают). В частности для приведённого варианта первичная и вторичная обмотки соединены в звезду, а угловой сдвиг между векторами высшего и низшего напряжений отсутствует.

5. Выясним влияние изменения числа витков первичной обмотки понижающего трансформатора при неизменном первичном напряжении на коэффициент трансформации n  и напряжение  на зажимах Вторичной обмотки.

 

Расчетный коэффициент трансформации трехфазного  трансформатора определяется отношением фазных напряжений в режиме холостого хода, которое практически равно отношению ЭДС, так как при разомкнутой цепи вторичной обмотки , а . Поэтому выражение для коэффициента трансформации можно записать как

Соответственно, исходя из формулы можно заключить, что при повышении числа витков первичной обмотки коэффициент трансформации также увеличивается, а напряжение на вторичной обмотке уменьшается. Также, при уменьшении числа витков первичной обмотки уменьшается и коэффициент трансформации, а при неизменно первичном напряжении напряжение на зажимах вторичной обмотки увеличивается.

6. Исследовать влияние характера нагрузки потребителей на изменение вторичного напряжения трансформатора при (активная нагрузка) и (активно-индуктивная нагрузка).

  По полученным результатам построить  внешние характеристики на одном графике с характеристикой, соответствующей .

Внешние характеристики:

Активная нагрузка

Активно-индуктивная при cosφ=0,6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Активно-индуктивная при cosφ =0,8

 

 

 

7. Выяснить, как изменятся вторичное напряжение и ток холостого хода , если первичную обмотку трансформатора вместо "треугольника" соединить "звездой" (или вместо" звезды" в "треугольник”)?