Кутонов_5А93_ИДЗ_1.2 (2)

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«Национальный исследовательский Томский политехнический Университет»

Центр цифровых

образовательных технологий

13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника»

ОЦЕНКА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ

СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА

ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ №1.2

Вариант - 17

по дисциплине:

Электрические машины

Выполнил

Студент группы 5А93 Кутонов Вячеслав Сергеевич

09.10.2021

(подпись) (дата)

Руководитель:

К.т.н., доцент ОЭЭ ИШЭ Столярова Ольга Олеговна

__________ __________

(подпись) (дата)

Томск – 2021

Sн, кВА	UВН, кВ	UНН,кВ	P0, кВт	Pк, кВт	uК, %	I0, %
160	6	0,23	0,730	2,65	4,5	3,85

Решение:

1. Номинальный ток первичной обмотки трансформатора при соединение обмоток по схеме звезда:

2) Номинальное фазное напряжение:

3) Ток холостого хода трансформатора:

4) Потери холостого хода, приходящиеся на одну фазу:

5) Полное сопротивление ветви намагничивания схемы замещения трансформатора при холостом ходе:

6) активное сопротивление ветви намагничивания:

7) реактивное сопротивление цепи намагничивания:

8) Коэффициент мощности холостого хода:

9) Номинальное напряжение короткого замыкания:

10) полное сопротивление короткого замыкания:

11) мощность потерь короткого замыкания на фазу:

12) активное сопротивление короткого замыкания:

13) индуктивное сопротивление короткого замыкания:

Обычно принимают схему замещения симметричной, полагая

При расчете зависимости U2H=f(β) силовой трансформатор включается в сеть как понижающий. Коэффициент нагрузки β задается в диапазоне от 0 до 1,25 расчет ведется для двух характерах нагрузки: при активно-индуктивой нагрузке cosφ2=0,8, при активно-емкостной нагрузке cos(–φ2)=0,8.

При таком изменении нагрузки сначала рассчитывают для обоих характеров нагрузки процентное изменение напряжения трансформатора по формуле:

где u_a u_р, – расчетные значения активной и реактивной составляющих напряжения короткого замыкания, %;

Рассчитаем активную и реактивную составляющие напряжения короткого замыкания:

при получим

при получим

В качестве примера рассмотрим расчет одной из точек при коэффициенте нагрузки β=1, остальные расчеты сведены в таблицу.

При активно-индуктивной нагрузке:

Затем находим в процентах фазное (оно же линейное) напряжение обмотки НН:

При активно-емкостной нагрузке:

Таблица 1.

Коэффициент нагрузки , о.е.			0		0,25		0,5		0,75		1		1,25
Активноиндуктивная нагрузка при		0		0.959		1,198		2,877		3,836		4.795
				99.041		98,082		97,123		96,164		95,205
Активноиндуктивная нагрузка при		0								-3,504

По результатам расчетов построены внешние характеристики трансформатора.

Рисунок 1 - Зависимости отклонения напряжения от коэффициента нагрузки

Выводы: было выявлено, что изменение вторичного напряжения зависит от тока нагрузки, при постоянном коэффициенте мощности и номинальном первичном напряжении. Положительное и отрицательное значения вторичного напряжения непременно влияют на коэффициент нагрузки трансформатора. Чем меньше отрицательное напряжение, тем больше должен быть коэффициент. Чем больше положительное напряжение, тем больше должен быть коэффициент. Также выявлено, что наибольшее значение вторичного напряжения достигается при активно-емкостной нагрузке и коэффициенте 1,25 (по графику). Наименьшее значение при активно-индуктивной нагрузке и коэффициенте 1,25 (по графику). Стоит добавить, что в случае нулевого коэффициента нагрузки вторичное напряжение не будет подвержено изменению

обмотки трансформатора от характера симметричной нагрузки ΔU=f(φ2)

Зависимости отклонения напряжения на клеммах вторичной обмотки трансформатора от характера симметричной нагрузки ΔU=f(φ₂), рассчитываются для двух неизменных величин коэффициента нагрузки (β=0,5; 1,0) при питании со стороны обмотки ВН номинальным напряжением номинальной частоты. Результаты расчет приводим в таблице 2.

В качестве примера рассмотрим расчет точки при β=0,5 и угле φ2=30⁰

при β=0,5 и угле φ2=-30⁰

Таблица 2.

	-90	-75	-60	-45	-30	-15	0
	-2,36	-2,065	-1,629	-1,082	-0,461	0,191	0,83
	-4,72	-4,13	-3,258	-2,164	-0,922	0,382	1,66
	90	75	60	45	30	15	0
	2,36	2,494	2,459	2,256	1,899	1,413	0,83
	4,72	4,988	4,918	4,512	3,798	2,826	1,66

На основании расчетов постоим график

Рисунок 2 - Зависимости отклонения напряжения на клеммах вторичной обмотки трансформатора от характера симметричной нагрузки ΔU=f(φ2)

Выводы: заметим, что при активно-емкостной нагрузке мы имеем отрицательное значение отклонения напряжения, а при активно-индуктивной положительное. Стоит заметить, что если мы имеем положительное отклонение, то напряжение вторичной обмотки будет уменьшаться, а если мы напротив имеем отрицательное значение отклонения, то напряжение вторичной обмотки будет увеличиваться. Максимальное отклонение напряжение происходит при активно-индуктивной нагрузке.

Рассчитываем зависимости коэффициента полезного действия от величины симметричной нагрузки при питании трансформатора со стороны обмотки ВН номинальным напряжение номинальной частоты, при заданных коэффициентах мощности активно-индуктивного cosφ2=0,8 и активноемкостного cos(–φ2) = 0,5.

Результаты расчета зависимости КПД силового трансформатора от коэффициента нагрузки β при двух указанных выше характерах нагрузки по формуле ГОСТ сводятся в таблицу 3.

В качестве примера рассмотрим расчет точки cosφ2=0,8 при β=0,75.

Таблица 3.

Коэффициент нагрузки		0	0,25	0,5	0,75	1	1,25
Активно-индуктивная нагрузка при cosφ2=0,8		660	660	660	660	660	660	0,5
		0	662,5	1325	1490,6	2650	3312,5
		0	32000	64000	96000	128000	160000
		0	0,975	0,98	0,978	0,975	0,971
Активно-ёмкостная нагрузка при cos(-φ2)=0,5		660	660	660	660	660	660	0,5
		0	662,5	1325	1490,6	2650	3312,5
		0	20000	40000	60000	80000	100000
		0	0,96	0,968	0,965	0,96	0,954

Рисунок 3 - зависимости коэффициента полезного действия от величины симметричной нагрузки

Выводы: заметим, что оптимальное значение коэффициента нагрузки при котором КПД максимален зависит от, вида нагрузки. Максимальный КПД будет при равенстве переменных электрических потерь постоянным магнитным потерям. Для того, чтобы поддерживать максимальное значение КПД при меняющейся нагрузке необходимо придерживаться коэффициента нагрузки 0,5-0,7.

Вывод: в результате проделанной работы был проведён расчёт внешних характеристик. После чего был построен график внешних характеристик трансформатора в одних осях координат. То же самое было проделано для определения зависимости ΔU=f(φ2), и для энергетических характеристик трансформатора. По всем проведённым опытам были сделаны выводы.