Задание 4. Трехфазная нагрузка.

Потребляемый линейный ток I_л трехфазной нагрузкой с полной мощностью S от трехфазной сети с линейным напряжением U_л:

Полная мощность трехфазной нагрузки состоящей из одного или нескольких электроприемников находится через треугольник мощностей аналогично однофазной нагрузке.

Выполните задания.

1. 

   Рис. 4.1 – Включение электродвигателей в трехфазную сеть

   Вычертите электрическую схему включения в трехфазную сеть двух трехфазных электродвигателей (см. рис. 4.1). Укажите на схеме параметры электродвигателей (табл. 4.1).

2. Нарисуйте треугольник мощностей в масштабе.

3. Определите полную мощность S, показания ваттметра W, амперметра PA и коэффициент активной мощности cosφ.

Таблица 4.1 – К выбору характеристик электродвигателей М1 и М2

M2	M1
	500Вт, КПД=0.7, cosφ=0.8	750Вт, КПД=0.75, cosφ=0.82	850Вт, КПД=0.8, cosφ=0.85	1кВт, КПД=0.82, cosφ=0.85	1,2кВт, КПД=0.85, cosφ=0.85	1,5Вт, КПД=0.88, cosφ=0.85
1,7кВт, КПД=0.7, cosφ=0.68	1	2	3	4	5	6
2кВт, КПД=0.88, cosφ=0.85	7	8	9	10	11	12
2,5кВт, КПД=0.85, cosφ=0.85	13	14	15	16	17	18
3кВт, КПД=0.87, cosφ=0.88	19	20	21	22	23	24
3,5кВт, КПД=0.9, cosφ=0.9	25	26	27	28	29	30

Задание 5. Трансформаторы.

Рис. 5.1 – Однофазный и трехфазный трансформатор

Трансформаторы преобразуют переменное напряжение меньшего значения в большее (повышающие трансформаторы) или большего значения в меньшее (понижающие).

Понижающие трансформаторы понижают первичное напряжение до значений необходимых для питания различных электроприемников.

Рис. 5.2 – Схема однофазного трансформатора

Трансформатор имеет первичную обмотку, которая подключается к источнику напряжения, и вторичную – с которой снимается необходимое повышенное или пониженное напряжение. Для однофазного трансформатора отношение напряжения на первичной обмотке к напряжению на вторичной называется коэффициентом трансформации:

Соответственно у повышающего трансформатора k<1, у понижающего k>1. Для трансформатора указывается номинальное напряжение на первичной и напряжение, снимаемое со вторичной обмотки. Например (см. рис. 5.2), однофазный трансформатор 220В/24В является понижающим с коэффициент трансформации 220В/24В=9.

Трехфазные трансформаторы используются в электроснабжении. Повышающие трехфазные трансформаторы повышают вырабатываемое генераторами электростанций трехфазное напряжение 6кВ до стандартных значений 10, 35, 110, 220, 330, 500 или 750 кВ для более экономичной передачи электроэнергии на большие расстояния. Понижающие трехфазные трансформаторы используются для понижения высокого напряжения до стандартных значений 10кВ, 660В, 380В и 220В, необходимых промышленным и бытовым потребителям.

Трехфазный трансформатор состоит из трех первичных и трех вторичных обмоток. Первичная и вторичная обмотки могут быть обмотками высшего напряжения ВН и низшего напряжения НН. Очевидно, что у понижающего трансформатора первичная обмотка является обмоткой ВН, вторичная – НН, у повышающего наоборот.

Первичные и вторичные обмотки трансформатора могут соединяться «Y-звездой» или «∆-треугольником» как показано на рис. 5.3. Соединение обмоток «звездой» с ответвлением нулевого проводника обозначается Y_N. Нулевой проводник подключается к нулю N' нагрузки соединенной в «звезду». Вторичные обмотки трансформатора являются источником новой трехфазной сети.

	или
Y-Y	∆-Y	∆-YN
а)	б)	в)
Рис. 5.3 Соединение обмоток

Рис. 5.4 – Схема трехфазного трансформатора

Для трехфазного трансформатора различают линейный и фазный коэффициент трансформации как отношение линейных напряжений или фазных (непосредственно на обмотках):

Например, имеется понижающий трехфазный трансформатор ТМ 10/0.38кВ с соединением обмоток ∆-Y (см. рис. 5.4) включен в сеть 10кВ. Линейный коэффициент трансформации k_л=10000/380=26. Для определения фазного коэффициента трансформации необходимо определить напряжения непосредственно на обмотках. Т.к. первичная обмотка включена треугольником, напряжение на ней равно линейному напряжению сети 10000В. Напряжение на вторичной обмотке включенной звездой равно 220В, поскольку линейное 380В. Итак, фазный коэффициент трансформации k_ф=10000/220=45.

В паспорте трехфазного трансформатора для первичной и вторичной цепей указывается номинальное линейное напряжение, соответствующее соединению этих обмоток «треугольником» и «звездой». Например, для первичных обмоток обозначение ∆/Y 380/660 значит, что эти обмотки можно включать в сеть с линейным напряжением или 380, или 660В. Известно, что при соединении «треугольником» фазное напряжение (непосредственно на обмотке) равно линейному, а при соединении «звездой» фазное напряжение в раз меньше линейного. Наименьшее из указанных напряжений является номинальным напряжением обмотки (в данном случае 380 В).

Вторичные обмотки являются источником новой трехфазной сети. Запись ∆/Y 220/380В означает, что, соединив обмотки «треугольником», получим сеть с линейным напряжением 220В, «звездой» – 380В. Очевидно, для того чтобы получить эти напряжения должны быть правильно соединены первичные обмотки трансформатора.

Электроприемники подключаются к вторичной обмотке трехфазного трансформатора, так же как и к любой другой трехфазной сети.

Трансформатор передает мощность с первичной обмотки через магнитопровод на вторичную обмотку, в результате часть энергии теряется в обмотках и магнитопроводе. Однако эти потери очень малы и КПД трансформатора близок к единице и составляет 0,85-0,99. Причем для более мощных трансформаторов КПД выше.

Мощность, которую трансформатор передает и при этом не выходит из строя называется номинальной и указывается в обозначении, например, ТМ 63-10/0.38 – трехфазный трансформатор номинальной мощностью 63кВА. Полагая, что КПД трансформатора близок к единице, можно записать:

для однофазного:

для трехфазного:

Пусть к трехфазному трансформатору ТМ 63-10/0.38 подключена нагрузка мощностью 30кВА. Потребляемый линейный ток нагрузкой от трансформатора на стороне НН:

Линейный ток на стороне ВН, т.е. в первичной цепи:

Коэффициент загрузки трансформатора:

Выполните задания.

1. 

   Рис. 5.5

   Чему должен быть равен фазный коэффициент трансформации трехфазного трансформатора, вторичная цепь которого питает группу ламп с номинальным напряжением 220В? Первичные обмотки подключены на напряжение 10кВ (четные варианты) или 35кВ (нечетные варианты). Схемы соединения первичной, вторичной обмоток и ламп указаны в таблице. Для ответа на вопрос вначале нарисовать схему, указать напряжения на лампах, напряжения на обмотках, а затем вычислить фазный коэффициент трансформации. В качестве примера на рис. 5.5 приведена схема, где первичные и вторичные обмотки трансформатора соединены звездой, лампы треугольником.

Таблица 5.1 – К заданию

Первичная обмотка	Вторичная обмотка
		YN		Y		YN
	Лампы
		Y	Y			Y
Y	1	2	3	4	5	6
	7	8	9	10	11	12
Y	13	14	15	16	17	18
	19	20	21	22	23	24
Y	25	26	27	28	29	30

2. Асинхронный трехфазный электродвигатель питается от вторичной обмотки трансформатора, первичная обмотка которого подключена к трехфазной сети. Определить, как следует соединить обмотки трансформатора и асинхронного двигателя, чтобы последний был подключен на номинальное напряжение? Для ответа на вопрос, нарисовать схему подключения, нанести фазные напряжения на первичной и вторичной обмотках трансформатора, электродвигателя.

Таблица 5.2 – К заданию

Номинальное напряжение
Первичной обмотки трансформатора					Вторичной обмотки трансформатора	Асинхронного двигателя
220/380		380/660
1	6	11	16	21	127/220	220/380
2	7	12	17	22	220/380
3	8	13	18	23	380/660
4	9	14	19	24	220/380	380/660
5	10	15	20	25	380/660
220	380	660	380	660
Напряжение сети

3. Трехфазный трансформатор мощностью 63 кВ∙А и напряжением 10/0,4 кВ (четные варианты) или 35/0.4 кВ (нечетные варианты) питает нагрузку мощностью (0,5N+10) кВт с коэффициентом мощности 0,8. Определить линейные токи на стороне ВН и НН. Чему равен коэффициент загрузки трансформатора? (N – номер варианта)

а)	б)
Рис. 5.6 – Трансформатор тока (а) и напряжения (б)

Измерительные трансформаторы.

При измерении больших значений тока в десятки и сотни ампер или напряжения в тысячи вольт, которые выходят за пределы измерения амперметров и вольтметров применяются измерительные трансформаторы тока и напряжения (рис. 5.6).

Трансформатор тока ТА или напряжения ТV обозначаются следующим образом, например ТА 50/5, ТА 60/5, ТА 70/5 и т.д. Первая цифра показывает максимальный измеряемый ток, а отношение двух цифр – коэффициент трансформации.

Например, в цепи протекает ток 25А, и имеется амперметр на 3А. Чтобы измерить такой большой ток этим амперметром необходимо взять трансформатор тока ТА 50/5 (см. рис. 5.7). Показания амперметра включенного во вторичную цепь такого трансформатора равны 25А/10=2,5А и амперметр рассчитанный на максимальный измеряемый ток 3А выдержит.

Зная показания амперметра и коэффициент трансформации измерительного трансформатора всегда можно определить силу тока в первичной цепи.