Расчет параметров трансформатора по номинальным данным

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГБОУ  ВО

«Иркутский НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

Технический университет»

 

 

ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ

Кафедра электропривода и электрического транспорта

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Практическая работа

 

«Расчет параметров трансформатора по номинальным данным»

 

 

Вариант 3.11

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студент группы                  ___________Канузелев А.А.

 

Проверил:                                                                   ______________________

 

 

 

 

 

Иркутск 2016

 

 

 

Расчет параметров трансформатора по номинальным данным

 

Тип трансформатора – ТМ-38000/35

 

Номинальная мощность                                      SН = 38000кВА = 38МВА

Номинальное напряжение первичной обмотки                            U1H = 35кВ

Номинальное напряжение вторичной обмотки                            U2H = 0,69кВ

Мощность холостого хода                                                            РО = 36 кВт

Мощность короткого замыкания                                                    РК = 170 кВт

Напряжение короткого замыкания                                                 uК = 12,7 %

Ток холостого хода                                                                          iO% = 0,5%

Схема соединения обмоток                                    D/YH

Группа соединения обмоток                                    11

 

Задание

 

1. Дать характеристику трансформатора по условному обозначению.
2. Рассчитать по номинальным данным:

2.1. Коэффициент  трансформации трансформатора.

2. Фазные напряжения первичной и вторичной обмоток при холостом ходе.
3. Номинальные линейные и фазные токи в обмотках трансформатора.
4. Ток первичной обмотки в режиме холостого хода, выраженный в амперах.
5. Напряжение короткого замыкания, выраженное в вольтах.
6. Коэффициент мощности трансформатора при холостом ходе.
7. Параметры однофазной схемы замещения трансформатора при холостом ходе.
8. Потери в стали трансформатора.
9. Коэффициент мощности трансформатора при опыте короткого замыкания.
10. Параметры однофазной схемы замещения трансформатора при коротком замыкании.
11. Параметры однофазной схемы замещения трансформатора под нагрузкой.
12. Электрические потери в обмотках трансформатора в номинальном режиме.
3. Построить внешние характеристики трансформатора при cosj2 = 1  и при cosj2 = 0,8 для b = 0;  0,25;  0,5;  0,75;  1;  1,25.
4. Построить   зависимости   КПД   трансформатора   от  его загрузки при cosj2 = 1  и при cosj2 = 0,8 для b = 0; 0,05; 0,1; 0,25;  0,5;  0,75;  1;  1,25.

 

1) Характеристика  трансформатора по условному  обозначению.

Из условного обозначения следует, что это трехфазный трансформатор силовой общего назначения (Т), имеющий охлаждение с дутьем (Д), а также с устройством переключения регулировочных отводов под нагрузкой (с устройством РПН) (Н), применяющийся для собственных нужд(С). Номинальная мощность трансформатора 38 МВА, номинальное напряжение первичной обмотки 35 кВ

 

 

 

 

 

 

 

 

2) Расчет параметров трансформатора  по номинальным данным.

2.1) Коэффициент трансформации трансформатора  определяется в режиме холостого  хода при номинальном напряжении  первичной обмотки:

=50,7

2. Фазные напряжения первичной и вторичной обмоток при холостом ходе.

В паспортных данных указываются линейные напряжения. С учетом того, что схема соединения обмоток трансформатораD/YH находим:

U1H = 35кВ

фазное напряжение вторичной обмотки:

= 0,4 кВ

Номинальные линейные и фазные токи в обмотках трансформатора.

С учетом того, что для трехфазного трансформатора независимо от схемы соединения обмоток ,то номинальный линейный ток в первичной обмотке равен:

=626,8 А = 0,63 кА

а номинальный линейный ток во вторичной обмотке:

= 31796,1 А  = 31,8 кА

 

2.4) Ток первичной обмотки в  режиме холостого хода, выраженный  в амперах:

= 3,134 А

5. Напряжение короткого замыкания, выраженное в вольтах:

12,7 = 4,445 кВ

2.6) Коэффициент мощности  трансформатора при холостом  ходе

= 0,02

2.7) Параметры однофазной схемы  замещения трансформатора при  холостом ходе (рис.1).

Для трехфазных трансформаторов в номинальных данных указывается мощность потерь холостого хода Р0 и короткого замыкания РК на три фазы. При расчете параметров однофазной схемы замещения эти мощности будут в три раза меньше. Полное,  активное и индуктивное сопротивления холостого хода для одной фазы рассчитаем по формулам:

= 11167,8 Ом = 11,2 кОм

= 1221,7 Ом = 1,2 кОм

= 11,13 Ом = 0,0111 кОм

 

где Z1, r1, X1 – полное, активное и индуктивное сопротивления первичной обмотки;

Zm, rm, Xm – полное, активное и индуктивное сопротивления намагничивающего контура.

В силовых трансформаторах сопротивления первичной обмотки в десятки и сотни раз меньше сопротивления намагничивающего контура, поэтому с достаточной точностью можно считать, что сопротивления намагничивающего контура равны сопротивлениям холостого хода:

 

Zm»Z0 = 11,2 кОм

rm»r0= 1,2 кОм

Xm»X0 =0,0111 кОм

 

 

 

Рис. 1. Схема замещения трансформатора при  холостом ходе

2.8) Потери в стали трансформатора.

Так как ток холостого хода мал по сравнению с номинальным током, то электрическими потерями в первичной обмотке пренебрегают и считают, что вся мощность, потребляемая трансформатором из сети, расходуется на компенсацию потерь в стали, т.е.

Рст = Р0=0,95 кВт

2.9) Коэффициент мощности трансформатора  при коротком замыкании:

= 0,12

2.10) Параметры  однофазной схемы замещения трансформатора  при коротком замыкании (рис. 2).

Рис.2. Схема замещения трансформатора при коротком замыкании

Полное, активное и индуктивное сопротивления короткого замыкания трансформатора  можно определить по формулам:

 

=1,16 Ом

= 0,142 Ом

= 1,15 Ом

Так как в опыте короткого замыкания мощность потерь делится поровну между первичной и приведенной вторичной обмотками, то полное, активное и индуктивное сопротивления первичной обмотки и соответствующие им сопротивления вторичной обмотки, приведенной к первичной равны:

=0,58 Ом

= 0,071 Ом

= 0,57 Ом

Истинные сопротивления вторичной обмотки

= 0,00022 Ом

= 0,000027 Ом

= 0,00022 Ом

2.11) Однофазная схема замещения  трансформатора под нагрузкой  представлена на рис.3. На этой  схеме Z¢НГ – это полное сопротивление нагрузки, приведенное к первичной обмотке.

 

Рис.3. Схема замещения трансформатора  под нагрузкой

2.12) Электрические потери в обмотках  трансформатора в номинальном  режиме.

Так как ЭДС, индуктируемая в первичной обмотке трансформатора Е1составляет при коротком замыкании примерно 0,5U1 » (3-7)% от U1H, то потери в стали трансформатора в опыте короткого замыкания имеют ничтожную величину. Таким образом, мощность, потребляемая трансформатором в  режиме короткого замыкания, равна электрическим потерям в его обмотках:РК = pЭЛ1 + рЭЛ2= 1,97 КВт

3) Построение внешних  характеристик трансформатора.

Внешней характеристикой трансформатора называют зависимость напряжения на выводах вторичной обмотки U2 от тока этой обмотки I2 при условии, что cosj2=const и U1=const.

Вторичное напряжение трансформатора при нагрузке

где  U20 – напряжение на вторичной обмотке при номинальном напряжении на первичной обмотке в режиме холостого хода. В рассматриваемом примере U20 = U2Н = 0,69 кВ.

- процентное изменение      напряжение    трансформатора    при   нагрузке

b = I2 / I2H-  коэффициент загрузки трансформатора;

I2 –ток во вторичной обмотке (ток нагрузки);

I2H – номинальный ток вторичной обмотки.

Определим составляющие напряжения короткого замыкания:

активная составляющая

= 0,26%

реактивная составляющая

*100%= 2,07%

Необходимо рассчитать и построить внешние характеристики при cosj2=1  и при cosj2 = 0,8 для b = 0;  0,25;  0,5;  0,75;  1;  1,25. Данные расчета свести в табл. 1.

Для cosj2 = 0,8:

= 0

= 0,3625%

= 0,725 %

= 1,0875 %

= 1,45 %

= 1,8125 %

 

= 0,69 кВ

= 0,6875 кВ

= 0,6858 кВ

= 0,6824 кВ

= 0,6789 кВ

= 0,676 кВ

 

Для cosj2= 1:

= 0

= 0,065 %

= 0,13%

= 0,195%

= 0,26%

= 0,325%

 

 

= 0,69 кВ

= 0,689кВ

= 0,688кВ

= 0,687кВ

= 0,686кВ

= 0,685кВ

 

 

Результаты расчета внешних характеристик трансформатора        Таблица 1

сosj2=1	b	0	0,25	0,5	0,75	1	1,25
	I2	0	7,95	15,9	23,9	31,8	39,8
	U2	0,69	0,689	0,688	0,687	0,686	0,685
сosj2=0,8	I2	0	7,95	15,9	23,9	31,8	39,8
	U2	0,69	0,6875	0,6858	0,6824	0,6789	0,676

 

4) Построение зависимости КПД  трансформатора от его загрузки

Коэффициент полезного действия трансформатора рассчитывается по соотношению

Необходимо рассчитать h при cosj2 = 1 и при cosj2 = 0,8 для b= 0; 0,05; 0,1; 0,25;  0,5;  0,75;  1;  1,25. Данные расчета свести в табл. 2 и построить зависимость зависимости h=f(I2).

Расчёт для cosj2 = 0,8:

 

=0

 

=0,976

=0,98

=0,994

=0,994

=0,994

=0,999

=0,992

 

Расчёт для cosj2 =1:

 

=0

 

=0,981

=0,990

=0,995

=0,999

=0,995

=0,994

=0,993

 

 

 

Результаты расчета зависимости КПД трансформатора от тока нагрузкиТаблица 2

сosj2=1	b	0	0,05	0,1	0,25	0,5	0,75	1	1,25
	I2	0	1,59	3,18	7,95	15,9	23,9	31,8	39,8
	h	0	0,981	0,990	0,995	0,999	0,995	0,994	0,993
сosj2=0,8	I2	0	1,59	3,18	7,95	15,9	23,9	31,8	39,8
	h	0	0,976	0,98	0,994	0,994	0,994	0,999	0,992

 

 

 

 

 

БиБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ  литературы

 

1. Костенко М.П., Пиотровский Л.М. Электрические машины.     

Машины переменного тока. - Л.: Энергия, 1973.-ч.1.-  648 с.

3. Вольдек А.Л. Электрические машины. – Л.: Энергия, 1978.-  839 с.
4. Электрические машины: Трансформаторы: Учебн. пособие для электромех. спец. вузов/ Под ред. И.П.Копылова.-М.:Высш.шк., 1989. - 352 с.
5. Каганович Е.А., Райхлин И.М. Трансформаторы: Испытание трансформаторов мощностью до 6300 кВА и напряжением до 35 кВ.–М.: Энергия, 1980.- 312 с.
6. Важнов А.И. Электрические машины. – Л.: Энергия, 1968.- 768 с.