Эксплуатационные характеристики и несимметричные режимы работы трехфазных трансформаторов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

РЕФЕРАТ

В данной работе была поставлена задача: рассчитать эксплуатационные характеристики и несимметричные режимы работы трехфазных трансформаторов. В качестве исходных данных для выполнения курсовой работы используются каталожные данные трехфазных трансформаторов со схемой соединения «звезда - звезда с нулем».

Расчет начинается с определения номинальных токов первичной и вторичной обмоток трансформатора. В первом пункте переходим к расчету параметров Т-образной схемы замещения трансформатора, находим полное сопротивление короткого замыкания и его составляющие. Из расчета видно, что сопротивление короткого замыкания является малой величиной (в данном случае Zк=3,143 Ом). Считая сопротивление первичной обмотки и приведенное сопротивление вторичной обмотки примерно одинаковыми, определяем эти величины, как половина сопротивления короткого замыкания. Сопротивление холостого хода много больше активной составляющей. Сопротивление намагничивающего контура находим как разность между сопротивлением холостого хода и сопротивлением первичной обмотки трансформатора. Далее строим Т-образную схему замещения (графическая часть Рис.1).

В пункте 3 находим недостающие величины для построения векторной диаграммы трансформатора. Векторные диаграммы строим для одной фазы при номинальной нагрузке и соsц=О.8, при ц>0 и ц<0 по известному току нагрузки, вторичному напряжению и углу сдвига фаз между ними. Диаграмма строится по Т-образной схеме замещения. Не в масштабе (графическая часть Рис.2.1 и Рис.2.2).

В пункте 4 рассчитываем зависимость изменения вторичного напряжения трансформатора от угла сдвига фаз между напряжением и током. Расчет проводим по упрощенной формуле для номинальной нагрузки при изменении (р2 в пределах от +90 до -90 градусов). По данным расчета строим график.

В пункте 5 производим расчет внешних характеристик трансформатора. Внешняя характеристика трансформатора - это зависимость вторичного напряжения от степени нагрузки трансформатора при постоянном первичном напряжении, частоте и соsц=2. В работе рассчитываются внешние характеристики для соц2=1 и 0,6 при ц2>0 и ц2<0 и изменении нагрузки трансформатора от холостого хода до 1,5 номинальной. По расчетным зависимостям строим графики. Из графиков видно, что при ц2<0 внешняя характеристика проходит выше характеристики при чисто активной нагрузке

В пункте 6 определяем зависимость КПД трансформатора от степени нагрузки. Расчет КПД проводим для двух значений соsц2=1 и 0,6 при изменении нагрузки от 0 до 1,5. Для каждой зависимости строим графики. Из графиков видно, что КПД трансформатора достигает максимального значения не при максимальной нагрузке, а при более меньших значениях (в данной работе при Р=0.478).

В пунктах 7 и 8 параллельная работа трансформаторов. При включении на параллельную работу допускается отклонение в коэффициентах трансформации 0,5 % от среднегеометрического значения. Однако в условиях эксплуатации на параллельную работу могут быть включены трансформаторы, анцапфы переключателей которых находятся в различных положениях. При расчете полагаем, что один трансформатор включен на номинальное напряжение, а другой на отпайку 5%, номинальные мощности трансформаторов одинаковые. По данным расчета строим векторную диаграмму (графическая часть Рис.3.). Из полученных результатов видно, что при включении трансформаторов с разными коэффициентами трансформации возникает уравнительный ток, который увеличивает ток, протекающий по обмоткам одного трансформатора, и уменьшает ток другого. Полученные результаты показывают, что в таком режиме работы трансформатор с меньшим Uк загружается больше, чем трансформатор с большим значением Uк.

В пункте 9.1. рассчитываем работу трансформатора при трехфазной несимметричной нагрузке. По проведенным расчетам определяем ток нулевой последовательности, фазные токи первичной обмотки, приведенные фазные напряжения вторичной обмотки. Несимметричная нагрузка вызывает искажения первичных фазных напряжений. По данным расчета строим векторную диаграмму (графическая часть Рис.4.).

В пунктах 9.2, 9.3, 9.4 проводятся аналогичные расчеты по двухфазной нагрузке, однофазной нагрузке и однофазном коротком замыкании. При однофазной нагрузке в пределах номинальной происходит сильное искажение фазных напряжений. Из числовых данных следует, что при однофазном коротком замыкании напряжения на двух других фазах очень сильно возрастают, и это может привести к выходу из строя однофазных потребителей.

напряжение трансформатор несимметричный

ВВЕДЕНИЕ

Трансформаторы - это наиболее распространенные устройства в современной электротехнике. Трансформаторы большой мощности составляют основу систем передачи электроэнергии от электростанции до потребителя. Они повышают напряжения переменного тока, что необходимо для экономной передачи электроэнергии на значительные расстояния. В местах распределения энергии между потребителями применяют трансформаторы, понижающие напряжение до требуемых для потребителя значений. Наряду с этим, трансформаторы являются элементами электроустановок, где они осуществляют преобразование напряжения питающей сети до значений необходимых для работы последних.

При эксплуатации трансформаторов в энергосистемах часто нагрузка по фазам может быть неодинаковой, что часто можно видеть в сельской электрификации. Это связано с подключением к трансформаторам однофазной нагрузки: тяговых подстанций, электротермических печей, электродвигателей, осветительной нагрузки и других однофазных потребителей. Неравномерность токов по фазам искажает напряжения трансформаторов, что приводит к неблагоприятным воздействиям для потребителя -уменьшается мощность электродвигателей, повышается напряжение на лампах накаливания, что снижает срок их службы.

Несимметричные режимы имеют место при авариях: одно- и двухфазном коротком замыканиях. Поэтому имеет смысл проведения расчетов на то, какие характеристики будет показывать трансформатор при работе на несимметричных режимах.

1. Исходные данные:

2. Определим номинальные токи первичной и вторичной обмоток трансформатора:

А.

А.

3. Определим параметры схемы замещения.

Найдем полное сопротивление короткого замыкания и его составляющие:

Ом.

Ом.

Ом.

где Uк.ф. - фазное напряжение короткого замыкания.

Считая сопротивление первичной обмотки и приведенное сопротивление вторичной обмотки примерно одинаковыми, определим их по формулам:

Ом.

Ом.

Ом.

Определим сопротивление холостого хода и его составляющие:

Ом.

Ом.

Ом.

Определим сопротивление намагничивающего контура и его составляющие:

Ом.

Ом.

Ом.

4. Векторные диаграммы трансформатора строим для одной фазы при номинальной нагрузке и cosц2=0,8 при ц2>0 и ц2<0 по известному току нагрузки, вторичному напряжению и углу сдвига между ними (для наглядности допускается построение векторных диаграмм не в масштабе). Диаграммы, соответствующие Т-образной схеме замещения, строят по уравнениям:

Упрощенные векторные диаграммы можно построить по уравнению:

5. Зависимость изменения вторичного напряжения трансформатора от угла сдвига фаз между напряжением и током определяют расчетным путем по упрощенной формуле:

где в - степень нагрузки трансформатора

Uк.а. - активная составляющая напряжения короткого замыкания

Uк.р. - реактивная составляющая напряжения короткого замыкания

По данным расчета построим графическую зависимость DU2% = f(f2).



6. Внешняя характеристика трансформатора - это зависимость вторичного напряжения от степени нагрузки трансформатора при постоянном первичном напряжении, частоте и cosц2.

Рассчитаем внешние характеристики для cosц2=1 и 0,6 при ц2>0 и ц2<0 и изменение нагрузки трансформатора от холостого хода до 1,5 номинальной.

Значение вторичного напряжения в процентах определим следующим образом:

где U2% - изменение вторичного напряжения трансформатора

Внешние характеристики

№ п/п	в	cosц2=1	cosц2=0,6 ц2>0	cosц2=0,6 ц2<0
		ДU2%	U21%	ДU2%	U22%	ДU2%	U23%
1	0	0	100	0	100	0	100
2	0,25	0,354	99,646	1,332	98,668	-0,907	100,907
3	0,5	0,709	99,291	2,665	97,335	-1,814	101,814
4	0,75	1,063	98,937	3,997	96,003	-2,721	102,721
5	1	1,417	98,582	5,329	94,671	-3,628	103,628
6	1,25	1,772	98,228	6,661	93,339	-4,535	104,535
7	1,5	2,126	97,874	7,994	92,006	-5,442	105,442

При cos f2 = 1

При сos f2 = 0.6 и при f2-->--_



При сos f2 = 0.6 при f2--<--_??

Внешняя характеристика

7. Зависимость КПД (h) трансформатора от степени нагрузки определим по формуле:

где ДP0 - потери холостого хода трансформатора, Вт; ДPк.н. - потери короткого замыкания трансформатора при номинальном токе, Вт; Sн - номинальная мощность трансформатора, ВА.

Расчет КПД трансформатора проведем для двух значений cosц2=0,6 и 1 при изменении степени нагрузки в пределах от 0 до 1,5, особо выделив максимальное значение КПД.

КПД трансформатора достигает максимального значения при степени нагрузки:

Зависимость КПД трансформатора от степени нагрузки

в	0	0,25	0,455	0,5	0,75	1	1,25	1,5
з	cosц2=1	0	0,986	0,9879	0,9878	0,986	0,984	0,981	0,978
	cosц2=0,6	0	0,976	0,9799	0,9798	0,977	0,974	0,969	0,964



Зависимость КПД трансформатора от степени нагрузки

8. Параллельная работа трансформаторов

При расчете будем полагать, что один трансформатор включен на номинальное напряжение, а другой - на отпайку 5%, номинальные мощности трансформаторов одинаковые. Расчет проведем для двух значений cosц2=1 и 0,8, ц2>0.

Уравнительный ток, протекающий по вторичным обмоткам трансформаторов, определим по выражению:

где - отклонение в коэффициентах трансформации;

- коэффициенты трансформации первого и второго трансформаторов;

Uк1% и Uк11% - напряжения короткого замыкания трансформаторов.

А.

Рассчитаем токи, протекающие в трансформаторах при cosц2=1, ц2=0.

Ток первого трансформатора определим из соотношения:

- сдвиг фаз между напряжением и уравнительным током.

А.

Ток, протекающий по обмоткам второго трансформатора:

А.

Рассчитаем токи, протекающие в трансформаторе при cosц2=0,8, ц2=36,87

Ток первого трансформатора определим из соотношения:

А.

Ток, протекающий по обмоткам второго трансформатора:

А.

9. При включении на параллельную работу трансформаторов с различными напряжениями короткого замыкания полагают, что один из них имеет Uк%, указанное в задании, другой - в 1,1 раза больше, то есть:

9.1 Определим степень нагрузки каждого трансформатора при условии, что суммарная нагрузка равно сумме установленных мощностей трансформаторов:

- суммарная мощность всех трансформаторов;

Степень нагрузки первого трансформатора:

Степень нагрузки второго трансформатора:

9.2 Определим допустимую нагрузку ?Sдоп и степень загрузки каждого трансформатора:

где Uk%min - наименьшее напряжение короткого замыкания трансформатора

из всех включенных.

10. Расчет несимметричных режимов работы трехфазных трансформаторов.

10.1 Расчет токов при трехфазной несимметричной нагрузке.

При выполнении расчетов в комплексной форме используют показательную форму записи вектора А:

где А - модуль; б- аргумент или фаза, отсчитываемая от оси действительных чисел +1 против часовой стрелки.

Применив формулу Эйлера, можно получить тригонометрическую и соответственно алгебраическую форму записи комплексного числа.

А=Аcosб+?Asinб=A1+?A2

10.1.1 Найдем ток нулевой последовательности:

- первичные фазные напряжения в режиме холостого хода

Za, Zb, Zc - сопротивления нагрузки, включенные в соответствующие фазы вторичной обмотки трансформатора, Zоп - сопротивление трансформатора для токов короткого замыкания трансформатора последовательности.

10.1.2 Фазные токи первичной обмотки:

А.

А.

10.1.3 Фазные токи вторичной обмотки (приведенные):

А.

А.

А.

А.

А.

А.

10.1.4 Фазные напряжения первичной обмотки:

10.1.5 Приведенные к числу витков первичной обмотки фазные напряжения вторичной обмотки:

10.1.6 Определим смещение нейтрали:

10.2 Двухфазная несимметричная нагрузка (загружены фазы «а» и «в»)

10.2.1 Ток нулевой последовательности:

А.

А.

10.2.2 Первичные фазные токи:

10.2.3 Вторичные фазные токи:

А.

А.

А.

А.

А.

10.2.4-10.2.5 Первичные и вторичные напряжения:

Фазные напряжения первичной обмотки:

Приведенные к числу витков первичной обмотки фазные напряжения вторичной обмотки:

10.2.6 Определим смещение нейтрали:

10.3 Однофазная несимметричная нагрузка (загружены фазы «а»)

10.3.1 Ток нулевой последовательности:

А.

А.

10.3.2 Первичные фазные токи:

А.

А.

А.

А.

А.

А.

10.3.3 Вторичные фазные токи:

А.

А.

10.3.4-10.3.5 Первичные и вторичные фазные напряжения:

Фазные напряжения первичной обмотки:

Приведенные к числу витков первичной обмотки фазные напряжения вторичной обмотки:

10.3.6 Определим смещение нейтрали:

В.

10.4 Однофазное короткое замыкание (замкнута фаза «а»)

10.4.1 Ток нулевой последовательности:

А.

А.

10.4.2 Первичные фазные токи:

А.

А.

А.

А.

А.

А.

10.4.3 Вторичные фазные токи:

А.

А.

10.4.4-10.4.5 Первичные и вторичные фазные напряжения.

Первичные фазные напряжения:

В.

В.

В.

Приведенные к числу витков первичной обмотки фазные напряжения вторичной обмотки:

В.

В.

В.

10.4.6 Определим смещение нейтрали:

В.

№п/п	Величина	Обозначение	Единица измерения	Значение величин при нагрузке
				Трехфазной	Двухфазной	Однофазной	Однофазном к.з.
1	2	3	4	5	6	7	8
1.	Ток нулевой последовательности	Iоп	А	0.03+0.613i	3.324+ 3.881i	-1.484+ 5.86i	-7.79+ 30.767i
		Iоп	А	0.614	5.11	6.045	31.738
			о.е.	0.028	0.232	0.275	1.44
2.	Напряжение нулевой последовательности	Uоп	В	80.789	-446.614 +632.911i	-916.429	-4811
		Uоп	В	80.789	774.62	916.429	4811
			о.е.	0.008	0.074	0.087	0.46
3.	Смещение нейтрали	ОО'	В	93.014	774.623	916.429	4811
4.	Первичные фазные токи	IА	А	5.238-19.592i	10.18-14.69i	2.968-11.721i	15.58-61.534i
		IА	А	20.28	17.872	12.091	63.476
			о.е.	0.92	0.813	0.55	2.89
		IВ	А	-18.281 +6.071i	-13.504+ 10.809i	-1.484+ 5.86i	-7.79+ 30.767i
		IВ	А	19.262	17.297	6.045	31.738
			о.е.	0.88	0.786	0.275	1.44
		IС	А	13.043+ 13.521i	3.324+ 3.881i	-1.484+ 5.86i	-7.79+ 30.767i
		IС	А	18.786	5.11	6.045	31.738
			о.е.	0.85	0.23	0.275	1.44
5.	Вторичные фазные токи	Iа	А	-5.208 +20.205i	-6.856+ 18.571i	-4.452+ 17.581i	-23.371+ 92.301i
		Iа	А	20.865	19.796	18.136	95.213
			о.е.	0.036	0.034	0.031	0,16
		Iв	А	18.311-5.458i	16.828-6.929i	0	0
		Iв	А	19.107	18.199	0	0
			о.е.	0.033	0.032	0	0
		Iс	А	-13.013-12.908i	0	0	0
		Iс	А	18.329	0	0	0
			о.е.	0.032	0	0	0
6.	Первичные фазные напряжения	UА	В	5685+ 27.189i	5327+632.911i	4857	962.25
		UА	В	5685	5364	4857	962.25
			о.е.	0,54	0.511	0.463	0,092
		UВ	В	-2976- 4973i	-3333-4.367i	-3803-5000i	-7698-5000i
		UВ	о.е.	0.55	0.532	0.598	0.87
		UС	В	-2976+ 5027i	-3333+ 5.633i	-3803+ 5000i	-7698+ 5000i
		UС	В	5842	6545	6282	9179
			о.е.	0.56	0.62	0.598	0.87
7.	Вторичные фазные напряжения	Uа	В	-5377-23.11i	-5073-537.975i	-4674	0
		Uа	В	5377	5102	4674	0
			о.е.	13.44	12.755	11.69	0
		Uв	В	2818+4727i	3124+ 4209i	3712+ 5000i	7217+5000i
		Uв	В	5503	5242	6227	8780
			о.е.	13.76	13.105	15.57	21.95
		Uс	В	2826-4785i	3289-5570i	3712-5000i	7217-5000i
		Uс	В	5557	6468	6227	8780
			о.е.	13.89	16.17	15.57	21.95

Размещено на Allbest.ru