Трехфазный двух обмоточный трехстержневой трансформатор

Министерство сельского хозяйства  и продовольствия Российской федерации

Департамент кадровой политики и образования

ФГОУ ВПО Тюменская государственная  сельскохозяйственная академия

Кафедра: «Энергообеспечение сельского  хозяйства»

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

по дисциплине: «Электрические машины»

 

 

Вариант № ___ 6_________

 

 

 

Студент_________________

Группа_________________

Руководитель____________

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тюмень 2011 

Раздел 1. Задача 1 по трансформаторам

Трехфазный двух обмоточный трехстержневой трансформатор включен в сеть с напряжением U_H при схеме соединения обмоток Y/Y_H. Величины, характеризующие номинальный режим работы трансформатора, приведены в таблице 1: полная мощность S_h первичное линейное напряжение U_1н вторичное линейное напряжение U_2н; напряжение короткого замыкания U_К мощность потерь короткого замыкания (при номинальном токе) р_кн. Кроме того, заданы значения тока холостого хода I₀ (в % от I_1н), мощность потерь холостого хода р_о и характер нагрузки .

Вариант	Sh, кВА	U1н, кВ	U2н, кВ	UК, %	I0, %	Ро, %	ркн, Вт
06	100	35	0,4	6,5	2,6	465	2270	0,75

Содержание задания

1. Начертить электромагнитную схему трехфазного трансформатора и определить номинальные токи в обмотках трансформатора I_1Ф и I_2Ф, фазное напряжение обмоток U_1ф и U_2ф, коэффициент трансформации фазных напряжений и ток холостого хода I₀ в амперах.

2. Определить параметры схемы замещения трансформатор» , , , , , .

З. Построить зависимость КПД трансформатора от нагрузки при    и определить оптимальную загрузку его по току .

4.Построить зависимость изменения вторичного напряжения от изменения нагрузки и внешнюю характеристику трансформатора при и .

При решении  задачи все характерные величины трехфазного трансформатора определить для одной фазы.

Решение: 

1. Начертим электромагнитную схему трехфазного 
двухобмоточного трехстержневого трансформатора со схемой соединения Y/Y_H.

Наибольшее распространение  имеют соединения обмоток по схеме «звезда» (Y) и «треугольник» (D), причем первичные и вторичные обмотки могут иметь как одинаковые, так и различные схемы. Если при соединении обмоток «звездой» нулевая точка выводится, то такое соединение называют «звезда c нулем» (Yо).

Самым простым и дешевым из них является соединение обеих обмоток трансформатора звездой (Y/Y), при котором каждая из обмоток и ее изоляция (при глухом заземлении нейтральной точки) должны быть рассчитаны только на фазное напряжение и линейный ток; так как число витков обмотки трансформатора прямо пропорционально напряжению, то, следовательно, соединение обмоток звездой требует в каждой из обмоток меньшего количества витков, но большего сечения проводников с изоляцией, рассчитанной лишь на фазное напряжение.

Схема трехфазного трансформатора

 

 

 

 

 

  

 

 

 

На рисунке приведено устройство трехфазного трансформатора при соединении обеих обмоток звездой (Y/Y). Такое соединение широко применяют для трансформаторов небольшой и средней мощности (примерно до 1800 кВ-А). Соединение звездой является наиболее желательным для высокого напряжения, так как при нем изоляция обмоток рассчитывается лишь на фазное напряжение. Чем выше напряжение и меньше ток, тем относительно дороже обходится соединение обмоток треугольником.

1. Для силовых  трехфазных трансформаторов можно  считать, что  практически равна вторичной , поскольку номинальное значение КПД близко к единице. Поэтому номинальные линейные значения первичного и вторичного токов трансформатора определяем из этих соотношений:

, А

, А

Значения фазных токов и напряжений определяем на основе известных из курса ТОЭ соотношений между линейными и фазными величинами в трехфазной системе при соединении обмоток трансформатора в Y:

,  кВ

, А

, кВ

, А

Величину тока холостого хода в амперах определяем из соотношения

, А.

 

 

2. Для определения  параметров схемы замещения трансформатора вначале находим значение фазного напряжения короткого замыкания, а также величину полного, активного и индуктивного сопротивлений короткого замыкания по следующим зависимостям

, кВ

, Ом

, Ом

, Ом

Поскольку и , то сопротивления обмоток трансформатора можно легко определить на основе допущения, что и , то есть

, Ом и , Ом.

Значение величин  полного, активного и индуктивного сопротивлений ветви намагничивания для схемы замещения трансформатора определяем из соотношений

, кОм

, кОм

, кОм

На основе выполненных  расчетов вычерчиваем Т-образную схему  замещения трансформатора и указываем на ней величины соответствующих сопротивлений (рис. 3).

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3. Схема замещения трансформатора.

 

3. Оптимальный коэффициент  загрузки трансформатора по току, соответствующий максимальному  КПД, определяем из соотношения . Величину КПД трансформатора при заданном значении загрузки по току определяем методом отдельных потерь по формуле

Для построения зависимости  в выражение КПД подставляем значения b_i=0; 0,25; 0,5; 0,75; 1; 1,25 и находим соответствующие им значения h. По полученным данным строим график (рис. 4).

β	η
0	0,0000
0,25	0,0300
0,5	0,0350
0,75	0,0313
1	0,0267
1,25	0,0228

 

Рис. 4. Зависимость КПД трансформатора от нагрузки.

4. Для построения зависимости  воспользуемся выражением

, где

,

В выражение для подставляем значения b_I = 0; 0,25; 0,5; 0,75; 1; 1,25 и находим соответствующие им величины . На основании полученных данных строим график (рис. 5).

Для построения внешней характеристики трансформатора находим значение вторичного напряжения при рассматриваемых выше значениях b_i, то есть . На основании полученных данных строим график (рис. 6).

 

 

 

β	ΔU	U
0	0	100
0,25	1,43	98,57
0,5	2,87	97,13
0,75	4,30	95,70
1	5,73	94,27
1,25	7,16	92,84

 

Рис 5. Зависимость изменения вторичного напряжения от изменения нагрузки и внешняя характеристика трансформатора

5. Упрощенную векторную  диаграмму трансформатора строим  следующим образом. На листе бумаги строим горизонтально вектор номинального вторичного тока в произвольном масштабе. Под углом ° в сторону опережения от строим вектор вторичного номинального напряжения длиной 100 мм (отрезок ОА). С конца вектора параллельно вектору строим вектор , по модулю равный (отрезок АВ). От точки В перпендикулярно к вектору откладываем вектор , по модулю равный , и получаем точку С. Соединив точки А и С, получаем прямоугольный треугольник короткого замыкания трансформатора.

Отрезок СО характеризует величину подведенного к трансформатору напряжения (рис. 6).

 

 С

 

А В

  

 

  

 

 

 

                         j₂

О

 

Рис. 6. Упрощенная векторная диаграмма трансформатора.

 

 

Раздел 1. Задача 2 по асинхронным машинам

Трехфазный асинхронный двигатель включен в сеть с напряжением U_Н=380В при схеме соединения обмоток статора в звезду. Величины, характеризующие номинальный режим работы двигателя, приведены в табл. 2. полезная мощность на валу Р_П; потребляемый ток I_Н; частота вращения ротора n_Н; коэффициент мощности , КПД. Кроме того, заданы величины тока холостого хода I₀, сопротивление обмотки статора R_1х при температуре 20°С, мощность потерь холостого хода р₀, мощность потерь короткого замыкания р_КН при токе обмотки статора I_H и напряжении короткого замыкания U_К.

Содержание задания

1 .Начертить электромагнитную схему асинхронного двигателя.

2. Построить рабочие характеристики n, М, I, Р_К, , и механическую характеристику асинхронного двигателя .

Вариант	РП, кВт	IН, А	nН, об/мин	,%.		R1х, Om	I0, А	Р0, Вт	рКН, Вт	UК, В
06	15	29	1460	90	0,87	0,17	10,5	560	1670	64

Решение:

I. На электромагнитной схеме асинхронной машины следует показать статор, ротор, обмотки статора и ротора, а также путь замыкания основного потока соответственно числу (парам) полюсов машины, которое можно определить как р = 3000/ n_Н.

В этом случае берется ближайшее целое число, определяющее количество полюсов при частоте 50 Гц.

Асинхронный двигатель  с фазным ротором; 1 — обмотки статора, 2 — ротор с короткозамкнутыми стержнями, 2 — обмотки фазного ротора, 3 — контактные кольца, 4— сопротивления в цепи фазного ротора.

 

 

Обмотка статора равномерно распределена по его окружности. Обмотки фаз  статора соединяются в звезду.

В основу построения диаграммы положена упрощенная Г-образная схема замещения (рис. 8), где параметры Rк, Xк, X_M, R_M предполагаются постоянными при постоянном значении напряжения U₁=U_1H.

Строится диаграмма согласно опытным данным режимов холостого  хода (Х. Х.) – I_x, P_x, cos ϕ_x, и короткого замыкания (к. з.) – I_1K, P_K, cos ϕ_K, взятых из соответствующего варианта задания.

I₀ = const – ток идеального холостого хода двигателя, когда ротор вращается с синхронной частотой n=n₁ (s=0)

Рис. 7. Г-образная схема замещения асинхронного двигателя.

Построение рабочих и механических характеристик с помощью круговой диаграммы

Круговая диаграмма строится для одной фазы асинхронного двигателя и представляет собой геометрическое место концов векторов тока обмотки статора при постоянных значениях частоты и подводимого напряжения при изменении скольжения от нуля до .

Для построения упрощенной диаграммы асинхронного двигателя достаточно провести два предельных опыта — холостого хода и короткого замыкания, из которых за исходные принимаются следующие величины: