Расчет трехфазного трансформатора

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ  РАБОТА

 

 

по дисциплине _____________ «Электротехника и электроника»________________

 

 

на тему:                                     Расчет трехфазного трансформатора                                  

 

 

 

 

 

 

Руководитель  работы              доцент                                                    Любова О.А.    _

      (должность)                               (подпись)          (фамилия и.о.)

 

Зав. кафедрой                       профессор                  ___________             Шепель Г.А.  _

                         (звание)                (подпись)                (фамилия и.о.)

 

Оценка работы____________________________________________________________

 

 

Дата защиты  ____________________________________________________________

 

 

 

 

 

 

Архангельск 

2012 

Министерство образования и  науки РФ

Федеральное агентство по образованию (Рособразование)

Северный (Арктический) Федеральный  Университет

Институт информационных технологий

Кафедра электротехники и  энергетических систем

 

 

 

ЗАДАНИЕ

на курсовую работу по курсу

"Электротехника и  электроника"

 

 

Студенту         

 

1. Задание

__________________________________________________________________________1. Приобретение практических навыков расчёта характеристик и построения векторных диаграмм реальных трёхфазных трансформаторов             __________________________________________________________________________

 

2. Требуется

 

1. Определить параметры Т-образной схемы замещения трансформатора.
2. Начертить в масштабе полные векторные диаграммы трансформатора для трёх видов нагрузки (активной, активно-индуктивной и активно-ёмкостной).
3. Рассчитать и построить зависимость коэффициента полезного действия от нагрузки η=f(к_нг)  при значениях коэффициента нагрузки к_нг, равных 0,00; 0,25; 0,50; 0,75; 1,00 и 1,25 от номинального вторичного тока I_2Н. Определить максимальное значение кпд.
4. Определить изменение вторичного напряжения ΔU аналитическим и графическим методом.

Примечание. При определении  параметров трёхфазного трансформатора и построении векторных диаграмм расчёт ведётся на одну фазу.

 

 

3. Содержание курсовой работы

 

Объем основной части  – 19 листов формата А4.

 

Дата выдачи работы_________________	Дата сдачи работы _________________
Дата проверки______________________	Дата защиты_______________________

Оценка работы_________________________________________________________

 

 

 

 

 

ЛИСТ ЗАМЕЧАНИЙ

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

1. ВВЕДЕНИЕ...................................................................................................................... 5
2. Исходные данные ................................................................................................. 6
3. Определение параметров т-образной схемы замещения

трансформатора  ……………….………………………………………..………….. 7

1.    Определение параметров схемы замещения трансформатора в опытном режиме холостого хода…................. 7
2. Определение параметров схемы замещения трансформатора в опытном режиме короткого замыкания …... 8
4. Полные векторные диаграммы трансформатора для трёх видов нагрузки…………………………………………………............................... 10
5. Построение кривой изменения кпд трансформатора в зависимости от нагрузки ................................................................................... 15
6. Определение изменения напряжения трансформатора при

нагрузке .......................................................................................................................... 17

7. ПОСТРОЕНИЕ ВНЕШНЕЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРАНСФОРМАТОРА ………23
8. Список литературы .............................................................................................25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ВВЕДЕНИЕ

 

    Трансформатор – это статическое электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования электрической энергии одного напряжения U в другое, без изменения других параметров.

                      P=U*I*cosα, а ∆P=I²R, т.е. ∆Р = I² →стремится к понижению, но чтобы P = const, необходимо повысить U, для этого и используются повышающие трансформаторы, а чтобы к потребителю подавать U нужной величины используют понижающие трансформаторы.

     Трансформаторы бывают обычного и специального назначения:

1. одно и многофазные (трехфазные)
2. стержневые и броневые
3. двух и многообмоточные
4. сухие и масляные
5. с естественным и принудительным охлаждением.

     Различают несколько режимов работы трансформатора:

1. Номинальный, то есть работа при номинальных значениях первичной обмотки трансформатора U₁=U_1н; I₁=I_1н.
2. Рабочий, при котором U₁=U_1н; I₁ определяется нагрузкой трансформатора.
3. режим холостого хода, то есть ненагруженного трансформатора, при котором цепь вторичной обмотки разомкнута (I₂=0) или подключена к приемнику с очень большим сопротивлением нагрузки (вольтметр).
4. Режим короткого замыкания, при котором вторичная обмотка трансформатора замкнута накоротко (U₂=0) или подключена к приемнику с очень малым сопротивлением нагрузки (амперметр).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

 

 

ТМ – 63/10 – трехфазный трансформатор, двух-обмоточный, масляной.

 

S_н = 63 кВ*А – номинальная мощность трансформатора;

U_1н = 10 кВ – номинальное напряжение первичной обмотки;

U_2н = 0,4 кВ – номинальное напряжение вторичной обмотки;

U_k = 4,7 % - напряжение короткого замыкания;

Р₀ = 0,24 кВт – потери активной мощности в режиме холостого хода;

Р_к = 1,28 кВт – потери активной мощности в режиме короткого замыкания;

I₀ = 4,5 % - ток холостого хода;

Cos φ₂ при активной нагрузке = 1;

Cos φ₂ при индуктивной нагрузке = 0,54;

Cos φ₂ при емкостной нагрузке = 0,68.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Определение параметров т-образной схемы замещения трансформатора.

 

3.1 Определение  параметров схемы замещения трансформатора  в опытном режиме холостого  хода

 

     Для определения  параметров схемы замещения трансформатора  необходимо рассчитать:

а) номинальный ток  первичной обмотки трансформатора:

 

        I_1H = ;  (А)

 

б) фазный ток первичной обмотки трансформатора:

- при соединении по схеме  «звезда»:

         I_1ф = I_1н;    I_1ф = 3,64 (А)

в) фазное напряжение первичной обмотки:

- при соединении по  схеме «звезда»:

         U_1ф = ;    (кВ)

г) фазный ток холостого хода трансформатора:

                I_0ф = I_1ф ; (А)

где  I₀ – ток холостого хода,  % ;

 

д) мощность потерь холостого хода на фазу

               P_0ф =   ; (кВт)

где m – число фаз первичной обмотки трансформатора, принимаем m = 3.

 

е) полное сопротивление ветви намагничивания схемы замещения трансформатора при холостом ходе:

             Z₀ = ;     (кОм)

ж) активное сопротивление ветви  намагничивания:

                    r₀ = ;    (кОм);

з)  реактивное сопротивление  ветви намагничивания:

                     ;  x₀ =

и) фазный коэффициент  трансформации трансформатора:

,

к) линейный коэффициент  трансформации трансформатора

, (А)

3.2 определение  параметров схемы замещения трансформатора в опытном режиме короткого замыкания

 

     В опыте короткого  замыкания вторичная обмотка  трансформатора замкнута накоротко,  а подводимое к первичной обмотке  напряжение подбирается таким  образом, чтобы ток обмотки  трансформатора был равен номинальному. Схема замещения трансформатора в режиме короткого замыкания представлена на рисунке 1.

 

Рис. 1 Схема замещения трансформатора в режиме короткого замыкания

 

    Здесь суммарное  значение активных сопротивлений  ( ) обозначают r_k и называют активным сопротивлением короткого замыкания, а ( ) – индуктивным сопротивлением короткого замыкания x_k.

Для определения параметров схемы замещения трансформатора необходимо рассчитать:

а) фазное напряжение первичной  обмотки U_1Ф:

                      U_1ф = 5,77 (кВ)

б) фазное напряжение короткого замыкания:

, (кВ);

     где U_к – напряжение короткого замыкания,  % ;

в) полное сопротивление короткого  замыкания:

, (Ом),

где I_к – ток короткого замыкания, I_к.ф. = (А) ;

г) мощность потерь короткого замыкания  на фазу:

, (кВт);

д) активное сопротивление  короткого замыкания:

, (Ом);

е) индуктивное сопротивление  короткого замыкания:

, (Ом).

Обычно принимают схему  замещения симметричной, полагая

 

, , (Ом);

, , (Ом),

где   r₁ – активное сопротивление первичной обмотки трансформатора;

x₁ - индуктивное сопротивление первичной обмотки трансформатора, обусловленное магнитным потоком рассеяния  Ф_1δ;

- приведённое активное сопротивление  вторичной обмотки трансформатора;

- приведённое индуктивное сопротивление  вторичной обмотки трансформатора, обусловленное магнитным потоком рассеяния  Ф_2δ.

4. Полные  векторные диаграммы трансформатора  для трёх видов нагрузки.

 

При построении векторной  диаграммы пользуются Т-образной схемой замещения (рис. 2).

Рис. 2 Т-образная схема замещения

 

Векторная диаграмма является графическим выражением основных уравнений приведённого трансформатора:

Для построения векторной  диаграммы трансформатора необходимо определить:

а) номинальный ток  вторичной обмотки трансформатора

, (А);

б) фазный ток вторичной обмотки  трансформатора:

при соединении по схеме «звезда»

, (А);

в) приведенный вторичный  ток:

, (А);

г) приведенное вторичное  напряжение фазы обмотки: 

, (В);

д) угол магнитных потерь:                                                                                                             

, (град);

                                         α = arctg(3,13*10³/ 35,92*10³) = 4,98^o

е) угол , который определяется по заданному значению угла путем графического построения;

ж) падение напряжения в активном сопротивлении вторичной обмотки  I₂^’ r^’₂ , приведенное к первичной цепи;

(В);

з) падение напряжения в индуктивном  сопротивлении вторичной обмотки  , приведённое к первичной цепи

(В);

и) падение напряжения в активном сопротивлении первичной обмотки

(В);

к) падение напряжения в индуктивном  сопротивлении первичной обмотки 

(В);

Перед построением диаграммы следует выбрать масштаб тока m_i  и масштаб напряжения m_u.

Таблица 2

Результаты расчётов.

		k	,В				,А
А				град				Ом				В
90,92	6,3	14,43	5772	4,98	0 57,3 47,1	1,9 57,6 47,8	3,64	16,23	16,23	121,43	121,43	102,25	210,17	59,08	121,43