Волгоградская государственная

Волгоградская государственная

сельскохозяйственная академия

Кафедра Электропривод и электрические машины.

Сомов И.Я.

Расчет величин, характеризующих силовой энергетический трансформатор и его режимы работы

(Пособие к выполнению курсовой работы

По разделу «трансформаторы»)

Волгоград 2005

Содержание

1. Цель и предмет курсовой работы... 4

2. Задачи курсовой работы... 5

3. Исходные данные для выполнения курсовой работы... 6

4. Силовой энергетический трансформатор и основные инженерные задачи, решаемые с помощью его теории.. 7

5. Условия и практические методы анализа работы трансформатора на потребительской подстанции.. 9

6. Величины, характеризующие силовой энергетический трансформатор.. 9

7. Соотношение между коэффициентом загрузки по мощности и коэффициентом загрузки по току .... 14

8. Три вида мощности и два вида энергии. 14

9. Зависимость магнитной индукции в сердечнике от тока первичной обмотки.. 16

10. Сквозное уравнение напряжений нагруженного трансформатора 16

11. Упрощенная схема замещения трансформатора с подключенным сопротивлением нагрузки.. 17

12. Вычисление величин по графику нагрузки.. 19

12.1. Определение сопротивления нагрузки по коэффициенту загрузки и коэффициенту мощности нагрузки.. 20

12.2. Сопротивления (параметры) схемы замещения.. 21

13. Сопротивления трансформатора в режимах холостого хода и короткого замыкания.. 21

14. Установившиеся и ударные токи короткого замыкания.. 21

15. Состав курсовой работы... 22

Приложение 1. 30

Приложение 2. 31

1. Цель и предмет курсовой работы

 

Общая цель курсовой – научить студентов количественно характеризовать сам трансформатор и его режимы работы.

Предмет курсовой работы – трансформатор потребительской подстанции.

Сам трансформатор имеет 4 вида характеристик:

1. Характеристики конструкции: вид исполнения, формы, размеры и массы сердечника и обмоток.

2. Номинальные данные.

3. Данные холостого хода.

4. Данные короткого замыкания

Режимы работы трансформатора:

1. Режим холостого хода

2. Режим нагрузки

3. Режим короткого замыкания

Режим работы трансформатора – иначе состояние трансформатора. Трансформатор может находится в трех состояниях: 1). состоянии холостого хода, 2). нагруженном состоянии, 3). состоянии короткого замыкания. В каждом состоянии трансформатор может находиться определенное время. На заданном отрезке времени любое состояние может быть либо неизменным (характеризоваться постоянными величинами), либо изменяющимся (характеризоваться переменными величинами). Существование любого состояния во времени можно рассматривать как протекание некоторого процесса. Переходные процессы в настоящей курсовой работе рассматриваются только при возникновении внезапного короткого замыкания на зажимах вторичной обмотки. Все остальные состояния (холостого хода, нагрузки, установившегося короткого замыкания) рассматриваются как установившиеся процессы.

Переходный процесс – это процесс перехода из одного установившегося состояния в другое. В трансформаторах переходные процессы, вызываемые причинами не атмосферного характера, связаны с изменением энергии, запасённой в магнитном поле, и поэтому называются электромагнитными переходными процессами. Время их протекания изменяется от долей секунды до единиц секунд. Поэтому при переходах трансформатора из одного состояния в другое, без возникновения коротких замыканий, в большинстве практических расчетов, ими пренебрегают.

В реальных условиях эксплуатации нагрузка трансформатора, работающего на потребительской ТП, в течении суток не остается постоянной. Цель включения в курсовую работу суточных графиков изменения коэффициента загрузки трансформатора по мощности βs и коэффициента мощности нагрузки cosφ_н в том, чтобы научить студентов определять первичный и вторичный токи I₁, I₂, вторичное напряжение U₂, потери мощности ∆P_тр и потери энергии Э_тр в трансформаторе и энергию, отпущенную с зажимов вторичной обмотки Э_отп, в реальных условиях эксплуатации. В курсовой работе для упрощения расчетов суточные графики изменения и представляются ступенчатыми фигурами.

Теория трансформаторов является инструментом решения задач, связанных с их практическим использованием.

Курсовая работа посвящена расчету величин характеризующих сам трансформатор потребительской подстанции и его режимы работы.

Трансформаторы 6/0,4 кВ и 10/0,4 кВ, предназначенные для работы на потребительских подстанциях, могут иметь различные схемы соединения обмоток Y/Yo, ∆/Yo, Y/Zo. Но во всех случаях у вторичной обмотки есть нулевая точка. Это позволяет иметь кроме линейных напряжений еще и фазные в раз меньше линейных. На фазные напряжения включаются однофазные потребители электрической энергии. Эти потребители изменяют свою мощность, включаются и выключаются произвольным образом. В результате нагрузка фаз практически всегда несимметричная. Теория В. Роговского справедлива только для симметричных режимов и несимметричных, при отсутствии токов нулевой последовательности. По этой причине несимметричные режимы работы в курсовой работе не рассматриваются.

Курсовая работа делится на две части:

1. Типовые расчеты.

2. Расчеты с помощью сквозного уравнения напряжений и упрощенной схемы замещения.

Первая часть посвящена определению величин, характеризующих собственно сам трансформатор. Во второй – с помощью сквозного уравнения напряжений и упрощенной схемы замещения анализируется его работа при изменяющейся нагрузке.

Задачи курсовой работы

Задача № 1

Расчет короткого замыкания

Вычислить установившиеся токи короткого замыкания и ударный ток.

Исходные данные для выполнения курсовой работы

 

Вариант задания на курсовую работу включает в себя:

1. Типоразмер трансформатора и все его справочные данные

2. Суточные графики нагрузки в виде зависимостей

и , (1.)

Примеры суточных графиков приведены в виде рисунков и расшифрованы в виде таблиц.

 

Рисунок 1. Суточный график коэффициента загрузки трансформатора по мощности.

 

t, час	0-8	8-13	13-15	15-17	17-19	19-23	23-24
βs	0,25	1,0	0,85	0,75	0,6	0,9	0,25

Рисунок 2. Суточный график коэффициента мощности нагрузки.

 

 

t, час	0-8	8-13	13-15	15-17	17-19	19-23	23-24
cos φн		0,9	0,95	0,8	0,85	0,95

 

Состав курсовой работы

Таблица данных силового энергетического трансформатора.

Типоразмер трансформатора ТМ-S_H/U_1H

 

Номинальные данные	Данные х.х	Данные к.з.
Sн, кВА	Uвн, кВ	Uнн, кВ	Pо, кВт	Iо, %	Pк, кВт	Uк, %

 

Внешняя характеристика

 

Рассчитать и построить внешние характеристики трансформатора, при cosφ_НГ = 1 и cosφ_НГ = 0,8 (формула (21)).

 

Характеристика КПД

 

Рассчитать и построить зависимость КПД от коэффициента загрузки по току при двух значениях cosφ_НГ: cosφ_НГ = 1, cosφ_НГ = 0,8 (формулу (26)).

 

В комплексных числах.

Входное сопротивление в комплексных числах см. п. 10.

 

Z_ВХ = r₁ + r₂’ + r’_НГ +j(x₁ + x₂’ + x’_НГ)

 

Модуль входного сопротивления (формула (64))

Аргумент входного сопротивления (формула (65))

Расчёт выполнить для каждого промежутка времени.

 

- тока первичной обмотки (формула (63)),

 

- тока вторичной обмотки,

 

.

Натуральные вторичные величины (формулы (66)).

 

- вторичного напряжения,

 

,

 

- коэффициента загрузки по току.

 

.

t, час
rНГ
хНГ
zНГ
rВХ
хВХ
zВХ

 

Приложение 2

Графики нагрузки

Вар 1	t, час	0-8	8-13	13-15	15-17	17-19	19-23	23-24
βs	0,25	1,0	0,85	0,75	0,6	0,9	0,25
Вар 2	t, час	0-7	7-12	12-15	15-17	17-19	19-21	21-24
Βs	0,25	0,95	0,9	0,75	0,6	0,3	0,25
Вар 3	t, час	0-9	9-14	14-15	15-19	19-21	21-23	23-24
Βs	0,30	0,9	0,65	0,81	0,58	1,0	0,30
Вар 4	t, час	0-9	9-12	12-14	14-20	20-22	22-23	23-24
Βs	0,28	0,9	0,62	0,75	0,86	1,0	0,28
Вар 5	t, час	0-8	8-12	12-16	16-18	18-21	21-23	23-24
Βs	0,30	0,83	0,70	0,95	1,0	0,56	0,30

 

Волгоградская государственная

сельскохозяйственная академия