Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Шпаргалки - Электрические машины [doc] - файл шпоры по машинам 1-17.doc


Шпаргалки - Электрические машины [doc]
скачать (1274.5 kb.)

Доступные файлы (4):

шпоры по машинам 1-17.doc338kb.20.04.2006 17:31скачать
шпоры по машинам 18-29.doc2061kb.20.04.2006 18:17скачать
шпоры по машинам 30-49.doc671kb.21.04.2006 21:27скачать
шпоры по машинам 50-60.doc1357kb.20.04.2006 21:03скачать

содержание
Загрузка...

шпоры по машинам 1-17.doc

Реклама MarketGid:
Загрузка...
1 Трансформаторы и их конструкция. Расширитель, выхлопная труба, выводы.
Трансформатор - электромагнитное статическое устройство, предназначенное для преобразования электрической энергии пере­менного тока одного напряжения в электрическую энергию другого напряжения посредством электромагнитной индукции. Состоит из замкнутого сердечника и двух более обмоток. Сердечник служит для усиления магнитной связи между обмотками. Обмотка, подключае­мая к сети, называется первичной, к загрузке - вторичной. Обмотки высшего (ВЫ) и низшего (НИ) напряжения. Повышающие и пони­жающие трансформаторы. Трансформаторы однофазные, трехфаз­ные, много фазные. Мощность всех трансформаторов в 7-8 раз пре­вышает мощность генераторов электростанций. Широкий диапазон мощностей от нескольких кВ-А до сотен MB-А. Приборные транс­форматоры малой мощности. Специальные трансформаторы: сва­рочные, для электродуговых печей, измерительные и т.п.

Принцип действия трансформатора основан на явлении взаим­ной электромагнитной индукции. Электромагнитный ток первичной обмотки создаст переменный магнитный поток Ф, который сцеплен с обоими обмотками. При изменении магнитный поток индуцирует в обоих обмотках ЭДС. Величина ЭДС зависит от числа витков, час­тоты и магнитного потока:





ЭДС первичной обмотки Е1 ≈ U1 и полностью уравновешивает приложенное напряжение.

При подключении нагрузки во вторичной обмотке течет ток I2, на выводах устанавливается напряжение U2. При этом I2 I1и U2≠U1. Таким образом, в трансформаторе происходит изменение параметров энергии. Подведенная от сети к первичной обмотке электрическая энергия напряжением U1 и током I1 посредством маг­нитного поля передается во вторичную обмотку напряжением U2 и током I2. При этом выполняется равенство:

U1 ∙ I1 = U2 ∙ I2

2 Конструкция трансформаторов
Основные узы трансформатора: магнитопровод и обмотки. Трансформаторы в зависимости от магнитного провода и располо­жения обмоток.



Стержневой


Броневой
В магнитопроводе различают стержни и ярма: стержни - это та часть магнитопровода, на которой располагаются обмотки, ярмо - часть, не несущая обмоток и служащая для замы­кания магнитной цепи.

В стержневых магнитопроводах ярма прилегаю к торцевым поверхностям обмоток, не охватывая их боковых поверхностей.

В броневых магнитороводах ярма охватывают не только тор­цевые, но и боковые поверхности обмоток. Трехфазные трансформаторы:

  1. трехфазная группа однофазных трансформаторов;

  2. стержневой трехфазный трансформатор;

  3. броневой трехфазный трансформатор.



Однофазный

Трехфазный
Рисунок 2.1 Бронестержневые трансформаторы

Расширитель представляет собой цилиндрический резервуар, располагаемый выше крышки бака масляного трансформатора и со­единяемый с баком трубкой и патрубком на крышке: объем расши­рителя ≈ 10% от объема бака поэтому при любых температурах мас­ло полностью заполняет бак, открытая поверхность масла соприка­сающаяся с воздухом уменьшается и в следствии этого уменьшается его окисление и увлажнение - этим достигается защита масла и изо­ляция трансформатора. Между расширителем и баком (Р>1000 кВ-А) устанавливают газовое реле -для определение повреждений приводящих к нагреву отдельных частей - что сказывается на раз­ложении масла и изоляции.

Выхлопная труба - представляет собой стальной, обычно на­клонный полый цилиндр d>150 мм, приклепляется к крышке, сверху закрывается стеклянной мембраной и предназначение для предохра­нения бака от деформаций в следствии резкого повышения давления из-за интенсивного образования газов (короткое замыкание).

Вводы представляют собой изоляторы, внутри которых рас­полагаются токоведущие медные стержни. Внутри бака к стержню подсоединены концы обмотки трансформатора, а вне бака - токове­дущие части сети. Контроль температуры масла в верхней части ба­ка производится с помощью термометров различного типа (стеклян­ные, ртутные, дистанционные манометрические, термоэлектриче­ские) (tmахмасла= 95 °С)


2 Обмотки трансформаторов. Изоляторы.
По способу расположения на стержне:

  • концентрические

  • чередующиеся

Концентрические обмотки выполняются в виде цилиндра и располагаются на стержне концентрически относительно друг друга. Высота обмоток делается равной. В высоковольтных трансформато­рах ближе к стержню располагается обмотка НН, так как при этом уменьшается изоляционное расстояние между стержнем и обмоткой.

Катушки ВН и НН чередуются вдоль стержня по высоте - они име­ют меньшее магнитное расстояние (смотри рисунок 3.1)



Рисунок 3.1 - Обмотки трансформаторов
Применяются концентрические обмотки в основном в силовых трансформаторах и подразделяются на:

  • цилиндрические

  • винтовые

-спиральные
Цилиндрические обмотки однослойные и двухслойные. Одно­слойные - при малом числе витков, двухслойные при большом чис­ле витков. Образуют две концентрические катушки, между зазором для лучшего охлаждения.

Многослойные обмотки для ВН < 35 кВ.

^ Винтовая обмотка состоит из витков, которые составлены из нескольких (от 4 до 20) параллельных проводников прямоугольного сечения, расположенных в радиальном направлении один относи­тельно другого. Намотана по винтовой линии вдоль стержня. Между соседними по высоте витками оставляется канал для охлаждения.



Для уменьшения потерь и выравнивания тока по виткам про­изводится перекладка (транспозиция) проводников витка, чтобы ка­ждый проводник занимал попеременно все положения, возможные в пределах одного витка.


Винтовые обмотки имеют большую механическую прочность, применяются в обмотках НН при токах более 300 А.
^ Катушечные обмотки - ряд катушек, расположенных по вы­соте и соединенных последовательно. Намотаны по плоской спирали (каждая катушка). Между катушками и проводниками в спирали имеются охлаждающие каналы. Применяются для напряжения до 220 кВ и выше.

Важным элементом обмоток является их изоляция.

Изоляция обмоток: главная и продольная.

^ Главная изоляция - это изоляция данной обмотки от остова, бака и соседних обмоток. Осуществляется посредством комбинации изоляционных промежутков и барьеров в виде электроизоляцион­ных цилиндров и шайб. При небольших напряжениях и мощностях обмотки наматываются на каркас, который надевается на стержень сердечника.

^ Продольная изоляция - это изоляция между различными точ­ками данной обмотки, то есть между витками, слоями и катушками. Изоляция между витками - собственной изоляцией обмоточного провода. Для междуслойной изоляцией применяется кабельная бу­мага, которая укладывается в несколько слоев. Межкотушечная изо­ляция осуществляется радиальными каналами.

Конструкция изоляции усложняется с увеличением напряже­ния. Для трансформаторов 220 и 500 кВ стоимость изоляции дости­гает 25% от стоимости всего трансформатора. Для обмоток транс­форматоров применяют медные и алюминиевые проводники.


3 Схемы соединения обмоток трансформатора и их номинальные данные.

Обозначение начало обмоток А, В, С (ВН)

а, в, с (НН)

концов обмоток X, У, Z (ВН)

х, у, z

1) звезда


2) звезда с нулевым проводом


3) треугольник



4) зигзаг



Рисунок 4.1 - Схемы соединений
Обозначение схем соединения обмоток трансформатора: У/У; У/∆. В числителе указываются соединение обмоток ВН, в знамена­теле - обмотки НН.

Обмотки ВН обычно соединяют в звезду и заземляют нулевую точку. При этом напряжение выводов и линий передач относительно

земли уменьшается в раз. Обмотки НН соединяют в звезду с вы­веденной нулевой точкой, если предполагается питание осветитель­ной или смешанной осветительно-силовой сети. Лампы включают на фазное напряжение, двигатели на линейное напряжение. Обознача­ется Ун

При напряжении НН выше 400 В ее соединяют в треугольник, так как улучшаются условия работы трансформатора при несиммет­ричной нагрузке.

Соединение зигзаг обозначается Z, применяют в специальных трансформаторах. Каждая фаза обмотки состоит из двух равных час­тей, размещенных на разных стрежнях и соединенных между собой последовательно и встречно.

Номинальные величины, соответствуют длительному режиму работы, для которого он предназначен заводом изготовителем.

Величины соответствующие режиму работы трансформатора, для которого он предназначен заводом изготовителем, называют номинальными (указываются на каталогах и на табличках).

Номинальная мощность: Sном = Uном • Iном

Номинальной мощностью трансформатора является полная мощность: или Sном = Uлном • Iлном (для трех фазного)

КПД трансформа гора ηном , так как КПД η трансформатора очень велик, то принимают что мощность обоих обмоток равны S2=S1=Sном

Под номинальными напряжениями понимают линейные на­пряжения каждой из обмоток. При U1ном = const, напряжение вто­ричной обмотки при Sном , будет завесить от характера нагрузки, по­этому за U2ном , принимают напряжение при холостом ходе когда I2=0.

Напряжения: первичной обмотки U1ном вторичной обмотки U2ном при I2=0.

Номинальными токами трансформатора- первичным I1ном и вторичным I2ном - называются линейные токи (указываются на щите и вычисляются по номинальным значениям мощности напряжения).

Кроме мощности, токов и напряжения указываются токи пер­вичной обмотки I1ном и I2ном токи линейные.

Частота питающей сети f.

Группа соединений обмоток У/У - 0.

Напряжение короткого замыкания UK.

Режим работы (продолжительный, кратковременный)

Полная масса

4 Обозначение схем соединения обмоток трансформатора.
Обозначение схем соединения обмоток трансформатора: У/У; У/∆. В числителе указываются соединение обмоток ВН, в знамена­теле - обмотки НН.

Обмотки ВН обычно соединяют в звезду и заземляют нулевую точку. При этом напряжение выводов и линий передач относительно

земли уменьшается в раз. Обмотки НН соединяют в звезду с вы­веденной нулевой точкой, если предполагается питание осветитель­ной или смешанной осветительно-силовой сети. Лампы включают на фазное напряжение, двигатели на линейное напряжение. Обознача­ется Ун

При напряжении НН выше 400 В ее соединяют в треугольник, так как улучшаются условия работы трансформатора при несиммет­ричной нагрузке.

Соединение зигзаг обозначается Z, применяют в специальных трансформаторах. Каждая фаза обмотки состоит из двух равных час­тей, размещенных на разных стрежнях и соединенных между собой последовательно и встречно.

Применяется в специальных трансформаторах каждая фаза обмотки состоит из 2-х равных частей, размещенных на разных стержнях, соединенных последовательно.

5 Номинальные величины.

Номинальные величины, соответствуют длительному режиму работы, для которого он предназначен заводом изготовителем.

Величины соответствующие режиму работы трансформатора, для которого он предназначен заводом изготовителем, называют номинальными (указываются на каталогах и на табличках).

Номинальная мощность: Sном = Uном • Iном

Номинальной мощностью трансформатора является полная мощность: или Sном = Uлном • Iлном (для трех фазного)

КПД трансформа гора ηном , так как КПД η трансформатора очень велик, то принимают что мощность обоих обмоток равны S2=S1=Sном

Под номинальными напряжениями понимают линейные на­пряжения каждой из обмоток. При U1ном = const, напряжение вто­ричной обмотки при Sном , будет завесить от характера нагрузки, по­этому за U2ном , принимают напряжение при холостом ходе когда I2=0.

Напряжения: первичной обмотки U1ном вторичной обмотки U2ном при I2=0.

Номинальными токами трансформатора- первичным I1ном и вторичным I2ном - называются линейные токи (указываются на щите и вычисляются по номинальным значениям мощности напряжения).

Кроме мощности, токов и напряжения указываются токи пер­вичной обмотки I1ном и I2ном токи линейные.

Частота питающей сети f.

Группа соединений обмоток У/У - 0.

Напряжение короткого замыкания UK.

Режим работы (продолжительный, кратковременный)

Полная масса

6 Работа трансформатора при холостом ходе.

5 Работа трансформатора при XX
Холостой ход - к первичной обмотке подводится напряжение, вторичная обмотка разомкнута.

Ток I1 = I0 -ток холостого хода. Реактивная составляющая I0 создает магнитный поток Ф , который замыкается по магнитопрово-ду. Он изменяется по закону:

Ф = Фт ∙ sin ω∙t (5.1)

где Фт - амплитуда потока; ω = 2 ∙ π ∙ f1

t- время.

Мгновенные значения ЭДС, наводимые в обмотках:





Рассмотрим процессы происходящие при холостом ходе в од­нофазном трансформаторе.


ω1 - число витков в первичной обмотке

ω2 - число витков во вторичной обмотке

I0 = I1 - ток холостого хода (I1 - ток в первичной обмотке).
Реактивная составляющая (за счет индуктивности) ток I0 соз­дает магнитный поток Ф, который будет в основном замыкаться по магнитопроводу (Ф - магнитный поток рамени)
Амплитуды ЭДС обмоток



Тогда


ЭДС отстают от потока на угол π/2. Действующие значения ЭДС:


Отношение

где nт - коэффициент трансформации.
При холостом ходе ток I0 очень мал и можно считать Е1 ≈ U1, Е2 ≈ U2. Тогда



Величины U1 , Е1 , ω1 относятся к обмотке ВН, а величины U2 , Е2 , ω2 – к обмотке НН.

Коэффициент трансформации по линейным напряжениям



Здесь нужно знать схему соединения обмоток. Для схемы со­единения Д/У будем иметь



При холостом ходе потребляется активная мощность Р0 , кото­рая идет на покрытие потерь. Основные из них: потери в обмотках и магнитные потери в магнитопроводе Рм . Потери в обмотках при Х.Х. очень малы, поэтому можно считать, что Р0 ≈ Рм . (Рм - магнит­ные потери).

Активной мощности соответствует активная составляющая тока:
Суммарный ток

Ток XX имеет две составляющие реактивную, создающую по­ток Ф и активную составляющую.

В трехфазном трансформаторе

где U1 - фазное направление первичной обмотки.

7 Векторная диаграмма трансформатора при холостом ходе.


Рисунок 5.1 - Векторная диаграмма трансформатора при холо­стом ходе.
Приложенное напряжение U1 уравновешивается наведенной ЭДС Е11 ≈ U1). Обычно I >> I поэтому угол ф0 близок к π/2 cosφ0 при Х.Х. имеет малое значение и ток холостого тока является в основном реактивным током. Потери Р0 и I0 являются важными ха­рактеристиками трансформатора. Снижение этих величин уменьша­ет потери энергии и потребление реактивного тока. Это достигается путем применения электротехнической стали с уменьшенными маг­нитными свойствами - низкими удельными потерями и низкой удельной намагничивающей мощностью.

Потери мощности XX трансформатора составляют 0,1 ...2% от номинальной мощности. Ток XX составляет 0,5... 10% от номинального тока. Большие числа относятся к трансформаторам малой мощ­ности.

Опыт холостого хода проводят для экспериментального опре­деления потерь холостого хода Р0, тока холостого хода I0 , cosφ0 и коэффициента трансформации.

I0 = f (U1), P0 = f (U1), cos φ0 = f (U1) эти зависимости называ­ются характеристиками холостого хода.

Характеристики Х.Х. - это зависимость cos φ0 , I0 , P0 = f (U1).

8 Намагничивание трансформатора.
6 Намагничивание трансформатора
Зависимость Ф и I из-за насыщения сердечника имеет нели­нейный характер. Поэтому при синусоидальном изменении одной величины другая будет изменяться несинусоидально.
^ 1 Однородный трансформатор. Подключен на синусоидальное напряжение. Магнитный поток пропорционален напряжения и тоже будет синусоидальным. Форма тока намагничивания I определяет­ся графически.

В первом квадрате изображена зависимость между мгновен­ными значениями магнитного потока и намагничивающей состав­ляющей тока холостого хода Ф = f (iop) - эта зависимость носит на­звание магнитной характеристики. Во втором квадрате - синусои­дальная кривая Ф = f (t), где t - время. Если для отдельных моментов времени значения Ф по кривой Ф = f (t) снести па кривую Ф = f (iop). а затем полученные при этом значения для тех же моментов времени перенести вниз, то получим форму кривой тока iop = f (t)- получен­ная кривая несинусоидальная, она имеет заостренный характер. Если функцию iop= f (t) разложил, в гармонический ряд, он будет со­держать только нечетные гармоники (1, 3 5 ...). Наиболее проявляется третья гармоника амплитуда которой в трансформаторах составляет до 50% амплитуды первой. Амплитудо гармоник зависит от насыщения сердечника: чем сильнее насыщение, тем большую ам­плитуду имеют высшие гармоники.

Кроме первой ток I содержит высшие гармоники:



Активная составляющая тока XX ioaявляется синусоидальной. Результирующая кривая i0 будет иметь некоторую несимметрично относительно вертикали.
^ 2 Трехфазные трансформаторы
Проявление высших гармоник в намагничивающей состав­ляющей тока I0p и магнитном потоке трехфазных трансформаторов зависит от схем соединения первичной и вторичной обмоток.
Случай 1 Обе обмотки соединены в звезду. Линейные напря­жения синусоидальные. Токи первой гармоники сдвинуты по фазе на угол 120°, токи третий гармоники сдвинуты на угол 3-120° = 360°, т.е. они для всех фаз будут совпадать и уравновешивать друг друга. Поэтому в намагничивающем токе не будет гармоник, кратных 3, 5 и 7 гармоники очень малы, поэтому ток I близок к синусоидально­му. При такой форме I кривая потока будет иметь несинусоидаль­ную форму. Гармоники составляющие потока наведу в обмотках трансформатора ЭДС, сдвинутые от соответствующего потока на угол π/2. Форма результирующей ЭДС искажена. Наводимые ЭДС пропорциональны потоку и частоте. Частота третий гармоники в три раза больше частоты первой гармоники. Поэтому отношение ампли­туд будет в три раза больше, чем отношение амплитуд потоков.



Поэтому возрастание ЭДС может быть значительным, что приведет к повышению напряженности электрического поля в изоляции. При этом отношение
Соединение Y/Y в трехфазных трансформа горах не изменяется


Случай 2 Первоначальная обмотка соединена в треугольник, вторичная в звезду. Каждая фаза первичной обмотки подключена к синусоидальному напряжению сети. Следовательно потоки фаз тоже будут синусоидальными, а намагничивающие составляющие тока фаз будут содержать нечетные высшие гармоники. Так как третьи гармоники токов во всех фазах имеют одинаковое напряжение, то они будут циркулировать внутри треугольника. В намагничивающей составляющей линейного тока третьи гармоники содержаться не бу­дут, так как при вычитании взаимно уничтожаются. (Iл = Iфа - Iаб)

Случай 3 Первичная обмотка соединена в звезду, вторичная в треугольник. В намагничивающем токе не будет третьих гармоник и он будет синусоидальным.

Третьи гармоники потока во всех фазах по амплитуде и совпа­дают по фазе. Они будут наводить во вторичных обмотках три рав­ные по величине и совпадающие по фазе ЭДС Е2(3). Складываясь в контуре треугольника, эти ЭДС создают в этом контуре ток I2(3)

Токи третий гармоники во вторичной обмотки трансформатора
Ток I2(3) имеет утроенную частоту L отстает от ЕДС Е2(3) на угол л/2, так как индуктивные сопротивления обмоток значительно больше, чем их активные сопротивления. Ток I2(3) образует поток Ф, который направлен на встречу потоку Ф3 и почти полностью его компенсирует (смотри рисунок)



Поэтому при таком соединении обмоток магнитный поток бу­дет синусоидальным.

При соединении одной из обмоток трансформатора по схеме Ун (выведен нулев. тока), также образуется контур для замыкания токов третий гармоники. Эти токи протекают в линейных проводах и 2/3 нагрузки или емкости линии замыкаются 2/3 нулевой провод. В нулевом проводе будут протекать токи третий гармоники всех трех фаз. Проходя по линии, эти токи могут создавать эл. мг. Помехи в соседних линиях проводной связи. Сопротивления нагрузки и
емкости, включенные в контур, уменьшают ток третий гармоник и ослабляют его влияние.

При намагничивании трансформатора, когда он включен и сеть, то при его работе наблюдается шум (гудят). Причиной этого является изменение размеров стальных листов и магнитопровода в целом при намагничивании в переменном магнитном потоке - эго явление носит название магнитрострикцикл. (Основная частота магнитострикционного шума равна удвоенной частоте намагничива­ния).

При соединении одной из обмоток трансформации по схеме Ун также образуется контур для замыкания тока третий гармоники че­рез нулевой провод.


9 Группы соединения обмоток трансформатора.
В некоторых случаях, например, при включении трансформа­торов на параллельную работу, необходимо знать относительный сдвиг фаз между ЭДС первичной и вторичной обмоток. Для оценки этого сдвига вводится понятие о группе соединения обмоток. Группа соединения обмоток зависит от маркировки выводов, а у трехфаз­ных трансформаторов еще от схемы соединения фаз между собой.

В трехфазных трансформаторах может быть образовано 12 различных групп со сдвигом фаз между ЭДС от 0 до 330° через 30°, что соответствует 12 цифрам часового циферблата. Группу соедине­ния можно определить по углу сдвига фаз между одноименными линейными ЭДС.


Рисунок 7.2 - Схема соединения обмоток
Определим группу соединений обмоток трансформатора, схе­ма соединения обмоток которого имеет вид (рисунок 7.2). Обе об­мотки имеют одинаковое направление намотки, одноименные фазы расположены на одном и том же стержне. Векторы фазных ЭДГ об­моток ВН и НН будут совпадать по фазе. Сдвиг но фазе между линейными ЭДС равен нулю. Обозначение группы соединения обмо­ток Y/Y - 0.

Если поменять маркировку начал и концов фаз, то ЭДС будут находиться в противофазе. Группа соединений Y/Y - 6 (рисунок 7.3).


Рисунок 7.3 - Схема соединения обмоток
Трехфазные трансформаторы выпускаются с двумя группами

соединений 0 и 11 (рисунок 7.4).


Рисунок 7.4 - Схема соединения обмоток

10 Работа трансформатора под нагрузкой.
8 Работа трансформатора над нагрузкой
К первичной обмотке подключено напряжение U1 = const, к вторичной обмотке подключены различные рода потребители. По вторичной обмотке потечет ток I2 , при этом ток в первичной обмот­ке увеличится и станет равным I1 (режим нагрузки).

Токи I2 и I1 создадут свои магнитные потоки, которые накладываясь друг на друга, образуют результирующий магнитный поток. Его разбивают на три потока.

Рисунок 8.1
Один из них Ф - замыкается по магнитопроводу и сцеплен полностью со всеми витками первичной и вторичной обмоток. По­ток Ф называется главным потоком или потоком взаимной индук­ции. По действием этого потока в обмотках трансформатора индук­тируются основные ЭДС Е1 и E2

Результирующая ЭДС.



I12 - некий ток на первичной обмотке.

Это уравнение МДС. Получим на ω1 получим

(8.3)



При XX I2 = 0 и

I12 - намагничивающийся ток. Имеет две составляющие одна из них обуславливает магнитный поток Ф и совпадает с ним по фазе. Другая обусловлена магнитными потерями и будут опережать поток на угол π/2. Ток I12 в общем случае несинусоидальный.
Два других потока сцеплены только с витками одной из обмо­ток и не участвуют в передаче энергии от первичной обмотки во вторичную. Поток Фσ1 сцеплен с витками первичной обмотки, наво­дит ЭДС Е σ1. Поток Ф σ2 сцеплен с витками вторичной обмотки, на­водит ЭДС Е σ2.

Потоки Ф σ1 и Ф σ2 называются потоками рассеяния первичной и вторичной обмоток - эти потоки значительной своей частью замы­каются вне магнитопровода (по воздуху или маслу), а так как маг­нитные проницаемости воздуха и масла значительно меньше чем стали, то магнитные сопротивления этих участков будут большими, в следствии большого магнитного сопротивления на их пути потоки рассеяния в трансформаторе со стальным магнитопроводом будут небольшими. Для удобства расчетов считают, что главный поток и потоки рассеяния существуют независимо друг от друга. Все три ти­па потока, изменяясь будут наводить ЭДС в обмотка трансформато­ра.

Запишем уравнение Кирхгофа для обмоток



Е1 и Е2 - называются главным потоком.

Наводятся: Е σ1и Е σ2 - потоками рассеяния

r1 и r2 - активные сопротивления обмоток с учетом добавоч­ных потерь;

U1 - понимается как ЭДС первичной сети, введенная в обмот­ку из вне;

U2 - падение напряжения на нагрузке Zнг.

т.к. Е σ1, ~ I1, , а Е σ2 ~ I2, то Е σ1 = х1 ∙ I1 , Е σ2 = х2 ∙ I2

х1, х2 - индуктивные сопротивления обмоток.
В свою очередь Е σ1 = х1 ∙ I1 , Е σ2 = х2 ∙ I2

В векторной форме

Подставим в (8.4) и (8.5):



Уравнения (8.6), (8.7) - называются уравнениями электриче­ского равновесия. Система уравнений (3), (6), (7) - описывают рабо-,,,


Потери у трансформаторов должны быть одинаковы (реаль­ный и приведенный).



Для того чтобы отношение между активными и индуктивными сопротивлениями сохранились:



Сопротивление вторичной обмотки приведенного транс­форматора:



Zнг - сопротивление нагрузки

Для приведенного трансформатора уравнения, описывающие рабочий процесс в нем, имеют вид:




11 Схема замещения трансформатора. Определение параметров схем замещения.
В трансформаторах связь между первичной и вторичной об­мотками магнитная. В схеме замещения эта связь заменяется на электрическую. Для вторичной обмотки используются приведенные параметры , ,,,

Построение схемы замещения производится на основе уравне­ний


(9.1)


Выполним преобразования этих уравнений ЭДС и инду­цируются потоком , который создается током. Отсюда следует, что между ЭДС и током существует определенная связь, ко­торая в комплексной форме выражается уравнением:



где Z12 = r12 + jx12 - комплексный коэффициент пропорцио­нальности, называется полным сопротивлением взаимной индукции.

Сопротивление x12 - индуктивное сопротивление взаимной индукции обмоток трансформатора, обусловленного главными потоком, который заменяется по сердечнику трансформатора. Сопротивление r12 - фиктивное сопротивление, по средством которого учитываются магнитные потери Рмг. Оно равно:


Обычно x12 >> r12
Напряжение вторичной обмотки равно:



где Zнг,- приведенное сопротивление нагрузки.

С учетом (9.2) и (9.4) уравнения (9.1) приобретают вид:



Решаем совместно уравнения (9.5), (9.6) и (9.7). Получим:



Данному уравнению соответствует электрическая схема (ри­сунок 9.2). Ветвь 1-2 это ветвь намагничивания. Ее сопротивление

зависит от напряжения , так как с увеличением возрастает , следовательно и поток .





Рисунок 9.2 - Электрическая схема
С ростом сопротивление r12 и х12 уменьшаются, так как


При U1 = const можно принимать Z12 = const.

Сопротивления Z1 , Z12, а также их индуктивные и актив­ные составляющие называются параметрами схемы замещения. При сопоставлении параметров различных трансформаторов удобно вы­ражать их в относительных единицах. Для этого нужно соответст­вующее сопротивление, выраженной в Омах, поделить на базисную величину, за которую в трансформаторах принимается отношение номинальных значений напряжения и тока первичной обмотки






(в трех фазных трансформаторах U1ном и I1ном фазные величины)
Например, сопротивление Z12 в относительных единицах для различных трансформаторов будут отличаться меньшей мере, чем их значения в абсолютных единицах.

Для трансформаторов сопротивления обмоток проводятся в относительных единицах, приведенных к базисному сопротивлению



Например,

Для силовых трансформаторов х12* ≈ Z12* = 10…300; r12* = 5…60; Z1* = 0,015…0,07; x1* = 0,015…0,07; r12* = 0,0012…0,012.

Из данных видно, что параметры намагничивающей ветви во много раз превосходят параметры первичной и вторичной обмоток. При расчетах по схеме замещения ее параметры должны быть известны. Задавая Zнг – находят токи, напряжения, потери и т.д. Параметрами значения м/б заданы расчетным или опытным путем.

Параметрами схемы замещения можно определить поданным опытов в Х.Х. и К.З.: из опыта К.З. при I1 = 11ном определяется Zк, rк и хк, приближенно можно считать:




Рисунок 11.1- Схема замещения
По схеме замещения трансформатора при Х.Х., при U1 = U1ном , можно определить:



Так как обычно Z12 >> Z1 , r12 >> r1 , то


Сопротивление, для трехфазного трансформа тора Z12 и r12 определяются по фазным значениям тока и напряже­ния, P0 - мощность трех фаз.

12 Опыт короткого замыкания.

Вторая обмотка замыкается накоротко, к первичной подводит­ся напряжение, при котором токи равны номинальным. Короткое замыкание при номинальном первичном напряжении является аварийным режимом, при котором токи в обмотках в несколько десят­ков раз превышают номинальные и опасны для работы трансформа­торов. В опыте К.З. к трансформатору подводится пониженное на­пряжение U1, которое выбирается так, чтобы токи в обмотках были равны, или близки к номинальным, (обычно 3-15% от номинального U). Опыт К.З. имеет важное практическое значение К.З., и некото­рые параметры схемы замещения. (Обычно оно составляет 3... 15% от U). При пониженном напряжении поток Ф мал, поэтому I12 ≈ 0.

Уравнение трансформатора при КЗ: = 0



Из уравнения (10.3) следует, что при К.З. токи в обмотках при­веденного трансформатора равны по значению и противоположны по направлению

Из уравнения (10.2) определим ЭДС ()


Подставим (10.4) в (10.1), получим



где - сопротивление К.З.

Так как , то из сопоставления (10.5) и (10.4) следует, что при К.З. в первичной обмотке трансформатора наводится ЭДС Е ≈ 0,5 U


Рисунок 10.1 - Схема замещения трансформатора при К.З. (из уравнения (10.5))

где U1ка- напряжение К.З.

Рисунок 10.2 - Векторная диаграмма

Нормированное значение Uк, при котором I1 = I1ном и I2 = I2ном

выражается в процентах:

Uк имеет активную и реактивную составляющую:
Активная составляющая Uкa = Uк ∙ cos φ (10.7)

Реактивная составляющая Uкp = U1 ∙ sin φ(10.8)

Обычно Uк = 4. . . 15% (для силовых трансформаторов)
В опытах К.З. из сети потребляется энергия, которая идет на покрытие внутренних потерь в трансформаторе (в обмотках и доба­вочные потери, которые составляют 0, 05... 0,15 от общих потерь).

Потери, возникающие в трансформаторе при таком режиме, называются потерями короткого замыкания, практическое значение имеют эти потери при номинальных токах в обмотках. Добавочные потери обусловлены ~ магнитными полями рассеяния - и зависят от размеров проводников, их формы, устройства обмотки, для их уменьшения применяют транспозицию проводников. Потоки рас­сеяния частично замыкаются 2/3 стенки бака и другие стальные де­тали и индуцируют в них вихревые токи - которые вызывают конст­руктивные потери и так же относятся к потерям К.З. Главную часть К.З. составляют основные потери в обмотках, добавочные потери включают в основные потери в обмотках, добавочные потери вклю­чают в основные путем увеличения сопротивлений обмоток. Эквивалентные активные сопротивления первичной r1 и вторичной r2 об­моток обычно в 1,05 - 1,15 раза больше, чем сопротивление тех же обмоток при постоянном токе. Г.О. потери короткого замыкания при номинальных токах в обмотках:


Магнитные потери малы и ими пренебрегают


Рисунок 10.3

Характеристики К.З.

Зависимость I = f(U) линейная, а соsφ = const


Опыт короткого замыкания проводят по схемам

а) Однофазный


б) трех фазный

Рисунок 10.4 - Схемы короткого замыкания
Напряжение подводимое к первичной обмотке, плавно повы­шают от нуля до значения, при котором токи в обмотках будут рав­ны номинальным и записывают показания их приборов. Для того чтобы в процессе опыта не менялось сопротивление гк, опыт прово­дят быстро, так как чтобы нагревание обмоток было незначитель­ным, кроме того опыт следует проводить на длительно не работаю­щем трансформаторе, в этом случае можно считать температуру об­моток равную температуре окружающей среды. По данным измере­ниям строят зависимости I = f(U), Р = f(U) и cosφ = f(U) -характеристики К.З. Для трехфазных трансформаторов зависимости строятся для средних фаз значения тока и напряжения.


13 КПД трансформаторов.

KПД трансформатора называется отношение активной мощно­сти вторичной обмотки к активной мощности первичной обмотки. У силовых трансформаторов небольшой мощности КПД ~ 0,95, а у трансформаторов большой мощности (несколько Мегаволь-ампер) доходит до 0,995.

KПД трансформаторов находится по формуле:



где ΣP - сумма потерь в трансформаторе: а) магнитные потери, вызванные прохождением потока 2/3 сердечник; б) электрические потери, возникающие при протекании тока по обмоткам. Так как Ф=соnst, при U1 = const и изменении нагрузки от холостого хода до номинальной, то магнитные потери в этом диапазоне постоянны и равны потерям Х.Х.Р. Электрические потери (основные, добавоч­ные) пропорциональны I2. Их выражают 2/3 потери К.З. полученные при номинальном токе:



U2 ≈ U2ном= const, поэтому

где Sном = m2 ∙ U2ном ∙ I2ном - номинальная мощность трансформатора

т - число фаз.

из (12.1) и (12.2) следует:


Максимум КПД можно определить:



Определение КПД при максимальной нагрузке βт:



У современных масляных трансформаторов в отношение , что дает βт = 0,4 ÷ 0,5. Характерной особенностью зависимости η = f(β), является малое изменение их КПД при значи­тельных колебаниях нагрузки в зоне β > βт. На КПД трансформато­ра оказывает влияние характер нагрузки. С увеличением cosφ2, КПД возрастает, так как возрастает полезная активная мощность.


14 Регулирование вторичного напряжения трансформатора.

При эксплуатации трансформаторов возникает необходимость поддержания на определенном уровне вторичного напряжения при самом трансформаторе, так как , то есть для изменении его вследствие больших падений напряжений в сети и регулирования вторичного напряжения нужно изменить число вит­ков у одной из обмоток - для этой цели обмотка выполняется с ря­дом ответвлений, переключение производятся переключателями, встроенными в трансформатор. Существует два вида переключателя ответвлений обмоток трансформаторов:

  1. Переключение ответвлений обмотки трансформатора без
    возбуждения (ПБВ) (отключение всех его обмоток от сети)

  2. Переключение ответвлений обмотки без перерыва нагрузки
    (РПН)

ПБВ: в силовых трансформаторах переключение ответвлений напряжение регулируется на ±5% от номинального. В таких транс­форматорах большой и средней мощности имеется пять ответвле­ний: +5, +2,5, -2,5, - 5%. Обычно ответвления выполняются у обмот­ки ВН.

РПН: позволяют регулировать напряжение на ±9 - ±16%. Ре­гулирование осуществляется в шесть-девять ступеней.


15 Параллельная работа трансформаторов.
Под параллельной работай трансформаторов понимается такая работа, когда их вторичные обмотки подключены к общей нагрузке, а первичные обмотки получают питание от одной сети.



а) Однофазные

б) Трехфазные

Рисунок 14.1 - Параллельное включение трансформаторов
Параллельное включение трансформаторов используется:

  1. При сезонных и суточных колебаний нагрузки.

  2. Для обеспечения резервирования в электроснабжении при
    аварии или ремонте трансформатора.

  3. Если передаваемая мощность превышает мощность, на которую можно выполнить трансформатор.


При параллельной работе трансформаторов следует стремить­ся к тому, чтобы каждый из них был нагружен токами пропорцио­нальными их номинальным мощностям.
В этом случае Рmах всех трансформаторов м.б. равна сумме но­минальных мощностей. Для этого необходимо, чтобы трансформа­торы включаемые в параллельную работу имели равные первичные и вторичные номинальные напряжения, а следовательно одинаковые коэффициенты трансформации, одинаковые группы соединения об­моток, одинаковые напряжения К.З. Если эти условия не выполня­ются, то нарушается желаемая нагрузка параллельно включенных

трансформаторов. Согласно ГОСТУ различие в коэффициентах трансформации допускается не более чем на 0,5% их среднего зна­чения, различие в напряжениях К.З. не более ±10% среднего значе­ния.

Число включенных на параллельную работу трансформаторов можно выбирать, исходя из минимума суммарных потерь - в этом случае работа трансформаторов будет наиболее экономичной.


16 Переходные процессы в трансформаторах.

При переходе трансформатора из одного установившегося ре­жима в другой возникают переходные процессы, так как каждый процесс характеризуется определенным значением энергии элек­тромагнитных полей, и в следствии перехода эти значения изменя­ются. Практический интерес представляют переходные процессы при включении трансформатора и К.З. на зажимах вторичной об­мотки.

а) Включение трансформатора в сеть:

В этом случае результирующий магнитный поток:

Ф = Фуст + Фпер ± Фост

где Фуст - установившийся магнитный поток;

Фпер - поток переходного процесса;

Фост - остаточный поток.
Фпер - затухающий и постоянен по направлению. Наиболее благоприятный, служит включения трансформатора в сеть, будет при Фост, направленному встречно установившемуся потоку и при U1= 0, при этом Фуст будет максимальным (так как он отстает от на­пряжения ≈ 90°). Поток Ф становится максимальным через половину периода после включения трансформатора. Если манитопровод не насыщен, то в первичной обмотке появится намагничивающий ток включения пропорциональный магнитному потоку. Если магнито-провод насыщен - то намагничивающийся ток включения достигает большого броска, то есть достигает значения превышающее значе­ние тока Х.Х. (при неблагоприятных значениях превышает Iном в 6-8 раз). Так как длительность переходного периода невелика, то ток включения не представляет опасности при включении трансформа­тора, но его нужно учитывать при регулировке аппаратуры защиты (она отключит трансформатор), при наличии в цепи первичной об­мотки чувствительных измерительных приборов и т.д.

б) К.З. - возникает из-за различных неисправностей (механи­ческое повреждение изоляции, пробоя и т.д.) - аварийный режим может привести к разрушению трансформатора (F = В ∙ i, i - мГн. значение).


17 Специальные трансформаторы.


  1. Трансформаторы для дуговых электрических печей

  2. Дуговой электросварки

  3. Для преобразования числа фаз переменного тока

  4. Преобразования частоты

  5. Пик-трансформатор

6) Трансформаторы для вентильных устройств (преобразова­ние ~ тока в постоянный и наоборот)


Скачать файл (1274.5 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации