Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Электромеханика - Контрольная работа

.pdf
Скачиваний:
20
Добавлен:
07.03.2015
Размер:
155.95 Кб
Скачать

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования “ Ивановский Государственный энергетический университет

им. В.И. Ленина”

Кафедра электромеханики

Контрольная работа по курсу "Электромеханика"

Выполнил:

Иваново 2014

Задание 2. Трансформаторы

 

Вариант 15

 

Исходные данные:

 

 

Номинальная мощность

Sн = 1000

кВА

Номинальное напряжение

U= 35

кВ

 

U= 3.3

кВ

Группа соединений

Y/Y

 

Потери холостого хода

P0 = 2.1

кВт

Потери короткого замыкания

PК = 11.6

кВт

Ток холостого хода (в % от Iн)

I0 = 1.4%

 

Напряжение короткого замыкания

UК = 6.5%

 

Характер нагрузки

активно-индуктивная

Коэффициент мощности нагрузки

cosφ2 = 0.7

 

Группа соединения

Y/Y - 2

 

2

Решение:

1. Определить фазные и линейные значения напряжений и токов при номинальной нагрузке трансформатора. Определить коэффициент трансформации.

При заданной группе соединений Y/YН , при номинальной нагрузке:

линейные напряжения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U1л.н = U= 35000

 

 

 

 

 

 

В

 

 

 

 

 

 

U2л.н = U= 3300

 

 

 

В

 

 

 

 

 

 

 

 

 

фазные напряжения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U1ф.н =

U1л.н

=

35000

 

 

= 20207.259

В

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U2ф.н =

U2л.н

=

3300

 

= 1905.256

В

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

линейные токи

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I1л.н

=

 

 

 

 

Sн

 

 

 

=

 

1000× 103

= 16.496

A

 

 

 

 

× U1л.н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

× 35000

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I2л.н

=

 

 

 

 

Sн

 

 

 

=

 

1000× 103

= 174.955

A

 

 

 

 

× U2л.н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

× 3300

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

фазные токи

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I1ф.н = I1л.н = 16.496

 

 

 

 

A

 

 

I2ф.н = I2л.н = 174.955

A

 

 

Коэффициент трансформации

 

 

k =

U1ф.н

 

=

 

20207.259

 

 

= 10.606

 

 

U2ф.н

1905.256

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

2. По данным опыта холостого хода и короткого замыкания определить параметры схемы замещения, как приведённые, так и неприведённые. Вычертить Т-образную схему замещения. Рассчитать составляющие напряжения короткого замыкания.

Расчёт производим на одну фазу.

Фазное напряжение короткого замыкания со стороны обмотки высокого напряжения

Uк.ф = U1ф.н

×

UК%

= 20207.259 ×

6.5

= 1313.472

В

 

 

100

 

 

 

 

100

 

 

 

 

Мощность потерь короткого замыкания на фазу

 

Pк.ф =

PК

=

 

11600

= 3866.667

Вт

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определяем параметры схемы замещения при коротком замыкании, приведённой на рис.1.

Iɺ

r1

x1

r’2

x’2

ф

 

 

 

 

Uɺк.ф

Рис.1. Схема замещения трансформатора при коротком замыкании.

zк

=

Uк.ф

 

=

 

1313.472

 

= 79.625

Ом

 

 

 

 

 

I1ф.н

 

 

 

16.496

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

rк =

Pк.ф

 

 

=

 

3866.667

= 14.21

Ом

 

 

 

 

 

I1ф.н2

 

16.4962

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

к

=

 

z

к

2 - r

к

2 =

79.6252 - 14.212 = 78.347

Ом

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Полагая, что

 

 

 

 

r1

r2 '

и

 

x1 x2 '

получим

rк = r1 + r'2

 

 

 

=>

r1 =

rк

=

14.21

= 7.105

Ом

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xк = x1 + x'2

 

 

 

=>

x1 =

xк

=

78.347

 

= 39.173 Ом

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Неприведённые параметры вторичной обмотки

 

r

 

=

r'2

 

=

 

 

 

7.105

= 63.162 × 103

Ом

 

 

2

k2

10.6062

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

=

x'2

 

=

 

39.173

= 348.243 × 103

 

Ом

 

2

k2

10.6062

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

Определим активную и реактивную составляющие напряжения к.з.

Uк.а

=

I1ф.н

× rк

× 100%

=

16.496

× 14.21

× 100%

= 1.16%

U1ф.н

20207.259

 

 

 

 

 

 

 

Uк.р

=

I1ф.н

× xк

× 100%

=

16.496

× 78.347

× 100% = 6.396%

U1ф.н

20207.259

 

 

 

 

 

 

 

 

Рассмотрим схему замещения трансформатора при холостом ходе - рис.2.

Ток холостого хода

 

 

 

 

 

 

 

 

I=

I0%

× I1ф.н

=

1.4

× 16.496 = 0.231

 

А

100

100

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Мощность потерь холостого хода

 

 

 

 

P=

P0

=

2100

 

= 700

Вт

 

 

 

 

m

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Iɺ

r1

 

 

x1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

rm

Uɺ

xm

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.2. Схема замещения трансформатора при холостом ходе.

Параметры схемы замещения:

 

 

 

 

 

 

z0

=

U1ф.н

 

=

 

20207.259

= 87500

 

Ом

 

 

 

I

 

 

0.231

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r0 =

P

 

=

 

700

= 13125

Ом

 

 

 

I

2

 

0.2312

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x0

=

 

z0

2 - r0

2 =

875002 - 131252 = 86510.025

Ом

 

 

r0

= r1 + rm

 

 

 

 

=>

rm = r0 - r1

= 13125 - 7.105 = 13117.895

Ом

 

x0

= x1 + xm

 

 

 

 

=>

xm = x0 - x1

= 86510.025 - 39.173 = 86470.851

Ом

5

Начертим Т-образную схему замещения трансформатора, где

z1 = r1 + j × x1

z'2 = r'2 + j × x'2

zm = rm + j × xm

z1 z’2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ɺ

 

 

 

 

 

 

 

ɺ

ɺ

 

 

ɺ

 

 

 

 

 

zm

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U1

 

 

E1

= E2

 

 

 

 

 

 

U2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.3. Т-образная схема замещения трансформатора.

6

3. Рассчитать и построить зависимость падения напряжения DU в процентах от угла f2 ,

изменяющегося в пределах от +90о до -90о при номинальном токе нагрузки.

Изменение напряжения трансформатора в процентах равно

DU% = Uк.а × cos(f2) + Uк.р × sin(f2)

Произведём расчёт для f2 с шагом 30о

DU% = 1.16× cos(f2) + 6.396 × sin(f2)

Результаты сведём в таблицу 1

 

 

 

 

 

 

φ2

град

-90

-60

-30

0

30

60

90

 

U

%

-6.396

-4.959

-2.193

1.16

4.202

6.119

6.396

 

Зависимость

DU(f2)

показана на рис.4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

DU(f2) , %

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

90

 

60

 

30

0

 

30

60

90

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f2 , град

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.4. Зависимость DU(f2)

 

 

Вычислим угол f2 , при котором значение

DU максимально:

 

 

 

 

 

Uк.р

 

6.396

 

o

 

 

 

 

 

 

 

= arctg

= 79.72

 

 

 

 

f = arctg

 

 

 

 

 

 

 

 

Uк.а

 

1.16

 

 

 

 

 

 

DU% = 1.16× cos(79.72o) + 6.396 × sin(79.72o) = 6.5

(B)

 

 

 

7

4. Рассчитать и построить зависимость КПД от нагрузки при двух значениях коэффициента мощности: cosf2 = 1 и cosf2 = 0.707. Определить коэффициент нагрузки, при котором значение

КПД максимально.

Максимальный КПД при коэффициенте нагрузки

bmax =

P0

=

 

2100

 

= 0.425

PК

 

11600

 

 

 

 

 

КПД трансформатора рассчитывается по формуле

P0 + b 2 × PК

h = 1 -

b × Sн × cosf2 + P0 + b 2 × PК

I2

где b = - коэффициент нагрузки

I

Расчёт зависимости h (b) для P0 = 2100 Вт, PК = 11600 Вт, Sн = 1000000 ВА

Результаты сведём в таблицу 2

 

 

 

 

 

 

β

0.1

0.2

0.4

0.425

0.6

0.8

1

cosφ2=1

0.978

0.987

0.99

0.99

0.99

0.988

0.986

η

 

 

 

 

 

 

 

cosφ2=0,707

0.97

0.982

0.986

0.986

0.985

0.983

0.981

Зависимость h (b) показана на рис.5

 

 

 

 

 

h (b)

 

 

 

 

 

 

 

0.995

 

 

β max

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.99

 

 

 

 

cosf2 = 1

 

 

 

 

 

 

 

 

0.985

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cosf2 = 0.707

 

0.98

 

 

 

 

 

 

 

0.975

 

 

 

 

 

 

 

0.97

 

 

 

 

 

 

 

0.965

 

 

 

 

 

 

 

0.96

 

 

 

 

 

 

 

0

0.2

 

0.4

0.6

 

0.8

1

 

 

Рис.5. Зависимость h (b)

 

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

 

 

 

5. Построить векторную диаграмму трансформатора, работающего с номинальной нагрузкой ( I2 = I) при заданном коэффициенте мощности и характере нагрузки.

Строим векторную диаграмму при cosf2 = 0.7 и активно-индуктивной нагрузке -

рисунок 6 (схема замещения на рисунке 3) для фазных напряжений и токов.

Определим приведённое вторичное напряжение для заданного коэффициента мощности:

 

U1ф.н - U'2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

DU

 

 

 

 

DU =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=>

 

 

U'

2

= U

1ф.н

× 1 -

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1ф.н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

100

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

DU = Uк.а × cos(f2) + Uк.р × sin(f2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos(f

2

) = 0.7

- по условию

=>

f

2

= arccos(cos(f

2

)) = 45.573o

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin(f

 

 

) =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 - cos(f

 

 

)2

 

 

 

 

 

2

 

2

= 1 - 0.72 = 0.714

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

DU = 1.16× 0.7 + 6.396 × 0.714 = 5.379%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.379

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U'2 =

20207.259 × 1

-

 

 

 

 

 

 

= 19120.2

В

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

100

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Построение векторной диаграммы начнём с векторов

 

ɺ

и

ɺ

 

U'2

I'2

фазу вектора

ɺ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

о

 

 

 

 

 

 

 

U'2

 

примем равной -90

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- j×

 

o

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ɺ

 

 

 

 

 

 

 

 

90

= -j

× 19120.2

B

 

 

 

 

U'2 = 19120.2 × e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

длина вектора

 

ɺ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I'2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I'2 =

 

I2

 

=

174.955

 

= 16.496

 

А

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

10.606

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

фаза вектора I'ɺ 2

fI'2 = fU'2 - f2 = -90o - 45.573o = -135.573o

ɺ

 

 

 

 

o

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16.496 × e

- j× 135.573

= -11.78 - j

× 11.547 А

 

 

 

I'2 =

 

 

 

 

 

 

 

 

ɺ

 

 

ɺ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Строим вектор E'2 =

E1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ɺ

ɺ

ɺ

 

 

ɺ

 

ɺ

 

ɺ

 

 

 

 

 

E'2 =

U'2

+ I'2× Z'2

= U'2+

I'2× r'2+

I'2× jx'2

 

 

 

 

Вычислим значения составляющих

ɺ

 

 

ɺ

x'2

 

 

I'2× r'2 и I'2×

 

 

фаза напряжения на резисторе совпадает с фазой тока

 

 

ɺ

 

 

 

-

 

o

j×

o

 

 

o

 

 

=

16.496 × e

j× 135.573

× 7.105 × e

0

= 117.2

× e

- j× 135.573

= -83.7 - j × 82.0

 

I'2× r'2

 

 

 

 

 

 

В

фаза напряжения на индуктивном элементе опережает по фазе ток через него на угол 90о

ɺ

 

 

o

 

o

 

 

o

 

 

 

=

16.496 × e

- j× 135.573

× 39.173 × e

j× 90

= 646.2

× e

- j× 45.573

= 452.3

- j × 461.5

 

I'2× jx'2

 

 

 

В

9

Результирующий вектор

ɺ

 

 

 

 

 

 

 

 

E'2

 

 

 

 

 

 

 

 

ɺ

 

 

=

 

ɺ

 

 

 

 

ɺ

 

 

 

 

 

 

ɺ

=

-j × 19120.2 + (-83.7 - j × 82.0) + (452.3 - j × 461.5)

=

 

E'2

U'2+

I'2× r'2+

I'2× jx'2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

o

 

 

 

 

 

 

=

 

 

368.6 - j × 19663.7 = 19667.2 × e- j× 88.926

B

 

 

 

 

 

Вектор

 

-Eɺ1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-Eɺ

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

o

 

 

 

 

 

 

-368.6 + j × 19663.7 = 19667.2 × ej× 91.074

B

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Строим вектор тока холостого хода

Iɺ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

Iɺ

 

= Iɺ

 

 

 

+ Iɺ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вектор

 

Iɺ

 

 

совпадает по направлению с вектором

-Eɺ1

 

 

 

а вектор

 

 

ɺ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ɺ

на угол

о

 

 

 

ɺ

 

 

 

I

 

 

отстаёт от -E1

90 , совпадая по фазе с магнитным потоком

Fm

 

I0 = 0.231

 

 

 

А

 

 

- из п.2

 

 

 

 

 

 

 

 

активная составляющая тока холостого хода

 

 

 

 

 

I

=

 

 

 

P0

 

 

 

=

 

 

 

2100

 

= 0.035

А

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

× U1ф.н

3 × 20207.3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

o

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Iɺ

 

= 0.035 × ej× 91.074

= -0.001 + j × 0.035

А

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

реактивная составляющая тока холостого хода

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

=

 

 

 

I

0

2

- I

 

2

=

0.2312 - 0.0352 = 0.228

А

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f

 

I0р

= f

I0a

- 90o = 91.074o - 90o = 1.074o

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

o

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Iɺ

 

= 0.228 × ej× 1.074

= 0.228 + j × 0.004

А

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Iɺ

 

= Iɺ

 

 

 

+

 

Iɺ

 

 

= (-0.001 + j × 0.035) + (0.228 + j × 0.004) = 0.228 + j × 0.039 = 0.231 × ej×

9.701

o

 

 

 

 

 

 

 

А

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Угол смещения тока холостого хода

ɺ

относительно магнитного потока

ɺ

 

 

I0

Fm

 

 

g

0

= f

I0

- f

I0р

= 9.91o - 2.057o = 8.305o

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Строим вектор первичного тока

 

 

 

 

 

 

 

 

ɺ

 

 

 

=

 

ɺ

 

 

 

 

 

ɺ

 

=

 

(0.228 + j × 0.039) - (-11.78 - j × 11.547) = 12.008 + j × 11.586

=

 

 

I1

 

 

I0 - I'2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

o

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 16.686 × ej× 43.975

 

А

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10