3-Б курс, 6-ти летки Калинина Т.В 2 / МУ для выполнения КР ЭиЭ

3. Реальные сопротивления вторичной обмотки:

4.Активное и реактивное падение напряжения в обмотках:

5.Полное падение напряжения короткого замыкания, %:

6.Коэффициент мощности короткого замыкания:

Потери энергии и коэффициент полезного действия трансформатора

КПД трансформатора достаточно высок, т.к. в нем отсутствуют вращающиеся части:

где Рэ=Рк – электрические потери (потери в меди обмоток); Рс=Р0 – магнитные потери (потери в стали на гистерезис).

Введем коэффициент номинальной нагрузки

Тогда окончательная формула КПД трансформатора

Таким образом, КПД – это функция от нагрузки трансформатора η=f(β)

(рис. 5.9).

Рис. 5.9. Зависимость КПД трансформатора от нагрузки

80

Максимальное значение КПД трансформатора соответствует нагрузке, при которой магнитные потери Р0 равны электрическим Рэ, отсюда значение коэффициента нагрузки, соответствующее максимальному КПД:

.

Внешняя характеристика трансформатора

Зависимость вторичного напряжения U2 трансформатора от тока вторичной обмотки I2 при U1=const и cosφ2=const называется внешней характеристикой (рис. 5.10). Вид внешней характеристики зависит от характера нагрузки трансформатора (cosφ2). Внешнюю характеристику трансформатора можно построить путем расчета изменения вторичного напряжения ∆U2 при любой нагрузке для разных значений β и cosφ2.

Изменение вторичного напряжения ∆U2 определяется следующими выражениями, %:

Рис. 5.10. Внешняя характеристика трансформатора

5.2. Пример решения задачи № 4

Задача 1.

В соответствии с исходными данными (табл. 5.4) выполнить расчет параметров трехфазного трансформатора заданной марки, а именно:

1)расшифровать марку трансформатора;

2)составить Т-образную схему замещения трансформатора и описать все

ееэлементы;

3)определить параметры Т-образной схемы замещения и сопротивления

обмоток R1, R2, X1, X2, угол магнитных потерь , коэффициенты мощности холостого хода cosφ0 и короткого замыкания cosφк;

4)определить значение коэффициента нагрузки β, соответствующее максимальному КПД;

5)построить внешнюю характеристику U2=f(β) и зависимость КПД от нагрузки η=f(β) трансформатора при cosφ2=0,75.

81

								Таблица 5.4
Марка	Sном,	Напряжение		Потери, Вт		uк,	Ix (I0),	Схема
трансформатора	кВА	обмотки, кВ				%	%	соединения
		ВН	НН	Рх (Р0)	Рк			обмоток
ТСЗ-160/10	160	6	0,23	700	2700	5,5	4	Y/Y0

Решение.

1. Расшифруем марку трансформатора ТСЗ-160/6: трехфазный трансформатор, система охлаждения: сухой, двухобмоточный, защищенного исполне-

ния, номинальная мощность Sном 160 кВА, класс напряжения обмотки ВН –

10кВ.

2.Составляем Т-образную схему замещения трансформатора (рис. 5.11):

Рис. 5.11

Описываем элементы схемы замещения:

и активные сопротивления первичной и вторичной обмоток, характеризующие потери в обмотках трансформатора на выделение тепла в связи с протеканием по ним токов (электрические потери или потери в меди Рк или

Рэ);

и индуктивные сопротивления рассеяния первичной и вторичной обмоток, характеризующие потери, связанные с возникновением в обмотках магнитных потоков рассеяния Ф 1 и Ф 2;

R0 и X0 сопротивления ветви намагничивания, обусловленные магнитными потерями в стали магнитопровода на гистерезис и вихревые токи Рс;

сопротивление нагрузки.

3. Определяем параметры Т-образной схемы замещения и сопротивления

обмоток R1, R2, X1, X2:

3.1. Номинальные фазные (линейные) токи первичной и вторичной обмо-

ток:

3.2. Номинальные фазные напряжения при схеме соединения обмоток трансформатора по схеме «звезда-звезда» (Y/Y0):

82

3.3.Коэффициент трансформации при схеме соединения обмоток транс-

форматора по схеме «звезда-звезда» (Y/Y0) определяется как отношение линейных напряжений:

3.4.Ток холостого хода:

3.5.Сопротивления ветви намагничивания:

.

3.6.Коэффициент мощности холостого хода:

3.7.Угол магнитных потерь:

.

3.7.Напряжение короткого замыкания:

3.8.Сопротивления короткого замыкания:

3.9.Коэффициент мощности короткого замыкания:

3.10.Сопротивления первичной обмотки и приведенные сопротивления вторичной обмотки:

83

3.11. Сопротивления вторичной обмотки:

4. Определяем значение коэффициента нагрузки β, соответствующее максимальному КПД:

.

5. Строим внешнюю характеристику U2=f(β) и зависимость КПД от нагрузки η=f(β) трансформатора при cosφ2=0,75.

5.1.Задаваясь различными значениями коэффициента нагрузки β (от 0,1 до

1)(табл. 7.4), определяем потерю напряжения во вторичной обмотке трансформатора, %:

где uа и uр соответственно активное и реактивное напряжение короткого замыкания, %:

Например,

5.2. Задаваясь найденными значениями потерь напряжения ∆U2 %, рассчитываем напряжение на зажимах вторичной обмотки трансформатора:

.

Например,

5.3. Задаваясь различными значениями коэффициента нагрузки β (от 0,01 до 1) (табл. 5.4), определяем КПД трансформатора при cosφ2=0,75:

Например,

84

5.4. Результаты расчетов сводим в табл. 5.5.

				Таблица 5.5
№	β	ΔU2,%	U2, В	η
п/п
1	0,01			0,631
2	0,025			0,810
3	0,05			0,895
4	0,1	0,47	228,9	0,943
5	0,2	0,95	227,8	0,967
6	0,3	1,42	226,7	0,974
7	0,4	1,89	225,6	0,977
8	0,5	2,36	224,6	0,978
9	0,6	2,84	223,5	0,977
10	0,7	3,31	222,4	0,976
11	0,8	3,78	221,3	0,975
12	0,9	4,25	220,2	0,974
13	1	4,73	219,1	0,972

5.5. На основании табличных значений (табл. 5.5) строим внешнюю характеристику U2=f(β) (рис. 5.12) и зависимость КПД от нагрузки η=f(β) (рис. 5.13) трансформатора.

Рис. 5.12. Внешняя характеристика трансформатора

Рис. 5.13. Зависимость КПД трансформатора от коэффициента нагрузки

Задача 2.

В соответствии с исходными данными (табл. 5.6) выполнить расчет параметров трехфазного трансформатора заданной марки, а именно:

1)расшифровать марку трансформатора;

2)составить Т-образную схему замещения трансформатора и описать все

ееэлементы;

85

3) определить параметры Т-образной схемы замещения и сопротивления обмоток R1, R2, X1, X2, угол магнитных потерь , коэффициенты мощности холостого хода cosφ0 и короткого замыкания cosφк;

4)определить значение коэффициента нагрузки β, соответствующее максимальному КПД;

5)построить внешнюю характеристику U2=f(β) и зависимость КПД от нагрузки η=f(β) трансформатора при cosφ2=0,75.

								Таблица 5.6
Марка	Sном,	Напряжение		Потери, кВт		uк,	Ix (I0),	Схема
трансформатора	МВА	обмотки, кВ				%	%	соединения
		ВН	НН	Рх (Р0)	Рк			обмоток
ТДЦ-80000/110	80	121	10,5	85	310	11	0,6	Y/∆

Решение.

1. Расшифруем марку трансформатора ТДЦ-80000/110: трехфазный трансформатор, масляное охлаждение с принудительнойя циркуляцией воздуха и масла с ненаправленным потоком масла, двухобмоточный, , номинальная мощ-

ность Sном 80000 кВА, класс напряжения обмотки ВН – 110 кВ.

2.Составляем Т-образную схему замещения трансформатора (см. п. 2 задачи 1).

3.Определяем параметры Т-образной схемы замещения и сопротивления

обмоток R1, R2, X1, X2:

3.1. Номинальные фазные напряжения при схеме соединения обмоток трансформатора по схеме «звезда-треугольник» (Y/∆):

3.3. Коэффициент трансформации при схеме соединения обмоток трансформатора по схеме «звезда-треугольник» (Y/∆) определяется как отношение фазных напряжений:

Дальнейший расчет аналогичен, приведенному в пп. 3.3 5.3 задачи 1.

86

5.3. ЗАДАЧА № 4

Тема: «Расчет параметров трехфазного трансформатора»

В соответствии с исходными данными (табл. 5.8) выполнить расчет параметров трехфазного трансформатора заданной марки, а именно:

1)расшифровать марку трансформатора;

2)составить Т-образную схему замещения трансформатора и описать все

ееэлементы;

3)определить параметры Т-образной схемы замещения и сопротивления

обмоток R1, R2, X1, X2, угол магнитных потерь , коэффициенты мощности холостого хода cosφ0 и короткого замыкания cosφк;

4)определить значение коэффициента нагрузки β, соответствующее максимальному КПД;

5)построить внешнюю характеристику U2=f(β) и зависимость КПД от нагрузки η=f(β) трансформатора при cosφ2=0,75;

6)заполнить табл. 5.7.

Таблица 5.7

Наименование	Ответ
Явление, лежащее в основе принципа
действия трансформатора
Формула трансформаторной ЭДС
Формула коэффициента трансформации
Активные элементы трансформатора
Прибор, подключаемый к вторичной об-
мотке трансформатора в опыте холостого
хода
Прибор, подключаемый к вторичной об-
мотке трансформатора в опыте короткого
замыкания

87

								Таблица 5.8
Задание	Марка	Sном,	Напряжение		Потери, кВт		uк,	Ix,	Схема
	трансформатора	кВА	обмотки, кВ				%	%	соединения
			ВН	НН	Рх	Рк			обмоток
91	ТСЗ-10/0,66	10	0,66	0,44	0,09	0,28	4,5	7	Y/∆
92	ТСЗ-16/0,66	16	0,5	0,23	0,125	0,4	4,5	5,8	Y/Y0
93	ТСЗ-25/0,66	25	0,38	0,23	0,18	0,56	4,5	4,8	Y/∆
94	ТСЗ-40/0,66	40	0,66	0,44	0,09	0,28	4,5	4	Y/Y0
95	ТСЗ-63/0,66	63	0,5	0,44	0,125	0,4	4,5	3,3	Y/∆
96	ТСЗ-100/0,66	100	0,38	0,23	1,1	4,4	4,5	2,7	Y/Y0
97	ТСЛ-400/10	400	10,5	0,4	1	4,5	6	6	∆/ Y0
98	ТСЛ-1000/10	1000	10	0,4	2	8,8	6	5	∆/ Y0
99	ТСЛ-1600/10	1600	6,6	0,4	2,8	12,3	6	4,5	∆/ Y0
100	ТСЛ-2500/10	2500	6	0,4	4,3	18,3	6	4	∆/ Y0
101	ТМ-10/6	10	6	0,4	0,1	0,33	5,5	10	Y/Y0
102	ТМ-20/6	20	6	0,4	0,18	0,6	5,5	9	∆/ Y0
103	ТМ-20/10	20	10	0,4	0,22	0,6	5,5	10	Y/∆
104	ТМ-50/6	50	6	0,525	0,35	1,32	5,5	6,5	Y/Y0
105	ТМ-50/10	50	10	0,4	0,44	1,32	5,5	7,5	∆/ Y0
106	ТМ-100/6	100	6	0,525	0,6	2,4	5,5	8	Y/∆
107	ТМ-100/10	100	10	0,525	0,73	2,4	5,5	6	Y/Y0
108	ТМ-100/35	100	35	0,525	0,9	2,4	6,5	7	∆/ Y0
109	ТМ-180/6	180	6	0,525	1	4	5,5	8	Y/∆
110	ТМ-180/10	180	10	0,525	1,2	4,1	5,5	6	Y/Y0
111	ТМ-180/35	180	35	0,525	1,5	4,1	6,5	7	∆/ Y0
112	ТМ-320/6	320	6	0,525	1,6	6,07	5,5	7,5	Y/∆
113	ТМ-320/10	320	10	0,525	1,9	6,2	5,5	6	Y/Y0
114	ТМ-320/35	320	35	0,4	2,3	6,2	6,5	6,5	∆/ Y0
115	ТД-80000/220	80000	242	6,3	105	320	11	0,6	Y/∆
116	ТДЦ-125000/220	125000	242	10,5	135	380	11	0,5	Y/Y0
117	ТДЦ-200000/220	200000	242	13,8	200	580	11	0,45	∆/ Y0
118	ТДЦ-250000/220	250000	242	15,75	240	659	11	0,6	Y/∆
119	ТНЦ-630000/220	630000	242	20	380	1300	12,5	0,35	Y/Y0
120	ТНЦ-630000/330	630000	347	24	405	1300	11,5	0,35	∆/ Y0

88

6. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

6.1. Краткие теоретические сведения

Электротехническая промышленность выпускает электродвигатели переменного тока различных серий: синхронные, асинхронные короткозамкнутые (с короткозамкнутым ротором), асинхронные с фазным ротором.

Распространение получили: асинхронные короткозамкнутые электродвигатели серии 4А, 4АН, АОЗ, А и АЗ, ДАЗО, 2АЗМ, АВ, АВК, АОВ2, АО2, В, ВАО, ВАОК, 2АЗМП, 2АЗМВ1, А4, АНЗ, ВАЗ, ВАН, ВДД, ДВДА, АН2, АДО, ДА; синхронные электродвигатели серий СДН, СДНЗ, СДМ, СДН-2, СДМ215, СДМП2-19, СДМ32, СДВ, СТД, СТДП; асинхронные с фазным ротором серий АОК, АКНЗ, АК, АКЗ.

Основу современного электропривода составляют в основном асинхронные двигатели.

Асинхронный двигатель (АД) – это двигатель, в котором при работе возбуждается вращающееся магнитное поле, но ротор вращается асинхронно, т.е. с угловой скоростью, отличной от угловой скорости вращающегося магнитного поля.

Достоинствами асинхронного двигателя являются простота его конструкции и дешевизна. В машине отсутствуют какие-либо легко повреждающиеся или быстро изнашивающиеся электрические части (например, коллектор); недостатками относительная сложность и неэкономичность регулирования их режимов работы, небольшое значение пускового момента.

Необходимо отметить, что асинхронные двигатели нашли широкое распространение в системах и средствах пожаротушения и противопожарной защиты. Примером такого использования являются системы вентиляции и дымоудаления, насосные установки для подачи воды в помещения, защищаемые системами водяного пожаротушения. Кроме того, асинхронный двигатель является одной из основных частей компрессорных установок.

Конструкция асинхронного двигателя

АД состоит из двух основных частей: неподвижной – статора и вращающейся – ротора, которые отделены друг от друга воздушным зазором.

Статор состоит из чугунной станины 1, в которой закреплен магнитопровод или сердечник 2 в виде полого цилиндра. Между станиной и сердечником обычно оставляют зазор, через который проходит охлаждающий воздух. Для уменьшения потерь на вихревые токи сердечник набирают из тонких (0,5 мм) листов электротехнической стали, изолированных друг от друга лаком. В пазы, вырезанные по внутренней окружности статора, укладывают обмотку 3. У 2- полюсной машины обмотка статора состоит из трех катушек, сдвинутых на углы 120°, у 4-полюсной – из 6 катушек, сдвинутых на 60°, у 6-полюсной – из 9 катушек и т. д.

89