Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электротехника и электроника
.pdf
61
(
)
(
)
(
)
(
)
=
I
5.2.5. Опыт холостого хода трансформатора
Для определения коэффициента трансформации, потерь в стали и параметров цепи намагничивания схемы замещения производят опыт холо-
стого хода при разомкнутой вторичной обмотке (рис. 5.10).
Измеряют напряжение
ность
PWP
0
первичной обмотки и напряжение
PVU , ток
11
PAI , потребляемую мощ-
10
1
PVU вторичной об-
22
мотки.
При холостом ходе токи и потери в первичной обмотке трансформатора весьма малы, а во вторичной – ток отсутствует, поэтому потерями в
обмотках можно пренебречь и считать, что вся мощность расходуется на
покрытие потерь в стали сердечника (
PP
).
CT
0
Опыт холостого хода обычно производится при номинальном напряжении первичной обмотки.
*
I10
PA1
*
PW
T
U10
Рис
PV1
. 5.10
PV2
По данным опыта можно рассчитать:
• коэффициент трансформации
U
U
10
20
k ≈
• процентное значение тока холостого хода
I
I
10
НОМ
(%)I
0
%
100
⋅=
• активное сопротивление цепи намагничивания
P
R = (Ом)
0
0
2
10
• полное сопротивление цепи намагничивания
U
z = (Ом)
10
0
I
10
• индуктивное сопротивление цепи намагничивания
2
2
RzX −= (Ом)
0
00
U20
62
÷
≈
≈
*
(
)
=
(
)
(
)
• коэффициент мощности холостого хода
P
cos
ϕ
0
О
=
IU
1010
5.2.6. Опыт короткого замыкания трансформатора
Для определения напряжения короткого замыкания, потерь в проводниках обмоток и сопротивлений, производят опыт короткого замыкания
по схеме (рис. 5.11), в которой вторичная обмотка замкнута накоротко перемычкой.
Опыт короткого замыкания производят при пониженном первичном
напряжении
U
, составляющем
K
1
U
%155
, которое подбирается так,
H
1
чтобы токи в обмотках были равны номинальным
Напряжение
U
заносится в паспорт трансформатора.
K
1
I1K
PA1
*
PW
,
I2K
IIII
HKHK
2211
T
~ U1K
Рис
При пониженном напряжении
трансформатора в десятки раз меньше, чем в номинальном режиме, и сталь
трансформатора не насыщена. Поэтому считают, что вся подводимая мощность
P расходуется на нагревание проводов (меди) обмоток
K
Во время проведения опыта измеряют напряжение
U
PV1
. 5.11
поток взаимоиндукции сердечника
K
1
PVU
K
11
PP
MK
, ток
.
.
PAI
1
K
, потребляемую мощность
1
этим данным можно определить:
• номинальное напряжение короткого замыкания
• процентное напряжение короткого замыкания
U
%U
K
1
U
• активное сопротивление короткого замыкания
K
1
⋅=
H
1
100
%
PWP
K
первичной обмотки. По
U ;
1K
63
I
2
2
(
)
=
1
=
ϕ
cos
8
0
,
cos
=
ϕ
8
0
,
cos
−
=
ϕ
P
R
K
K
= (Ом)
2
K
• активное сопротивление первичной и приведённой вторичной
обмоток
R
К
'RR =≈ (Ом)
11
• полное сопротивление короткого замыкания
U
z
K
K
= (Ом)
I
K
1
• индуктивное сопротивление короткого замыкания
22
RzX −= (Ом)
KKK
• индуктивное сопротивление первичной и приведённой вторич-
ной обмоток
X
'XX =≈ (Ом)
11
К
• коэффициент мощности короткого замыкания
P
cos
ϕ
=
К
К
IU
КК
11
5.2.7. Внешняя характеристика трансформатора
Под внешней характеристикой трансформатора понимается зависимость напряжения на нагрузке
'U от тока нагрузки 2'I .
2
'' IfU
22
Внешняя характеристика анализируется при следующих режимах работы трансформатора (рис. 5.12):
1 – холостой ход;
2 – резистивная нагрузка R,
3 – индуктивная нагрузка X
4 – емкостная нагрузка X
R'2
I1
I'2
T
,
C
,
L
;
;
.
1
X X
2
3
4
U1
Рис. 5.12
U'20
PV2
U'2
R
XL
XC
64
=
1
cos
=
ϕ
>
8,0
cos
=
ϕ
>
2
2
c
L
ϕ
ϕ
cos
8,0
cos
−
=
ϕ
ϕ
cos
При холостом ходе вторичная обмотка трансформатора разомкнута и
•
ток 0'
I , поэтому
2
При резистивной нагрузке (R,
0'
I , тогда напряжение на нагрузке будет
2
••
где
( )
С ростом тока нагрузки
сопротивлениях вторичной обмотки (R'
''
≈UU .
202
'''' jXRIU +=∆
– потеря напряжения.
2222
) по обмотке W2 идет ток
••••
( )
'I увеличивается потеря напряжения
2
, X'
2
), и внешняя характеристика
2
RIjXRIUU
''''''
=+−= ,
2222202
трансформатора имеет падающий характер (рис 5.13).
При индуктивной нагрузке (X
0'
I , тогда напряжение на нагрузке будет
2
,
L
), по обмотке идет ток
•
'
∆U на
2
'U
, В
X
, cosϕ = - 0.8
R, cosϕ=1
'•U
20
, cosϕ = 0.8
X
, A
'I
Рис
. 5.13
••••
2
20
( )
2
=+−=
jXIjXRIUU
''''
L
222
Внешняя характеристика имеет падающий характер, причем, так как
cos меньше, чем
L
резистивной нагрузки, то характеристика идет
круче внешней характеристики резистивной нагрузки.
При емкостной нагрузке (X
,
C
) внешняя характеристика
будет иметь «повышающий» характер и вследствие компенсации падения
•
напряжения
'
∆U емкостной нагрузкой.
2
••••
22202 C
)(''''
jXIUUU −=−=
С учетом вышеизложенного можно констатировать, что чем меньше
коэффициент нагрузки
, тем больший ток I1 потребляется от источни-
ка, а при емкостной нагрузке трансформатор «разгружается», потребляя
наименьший ток из-за возрастания вторичного напряжения
'U .
2
65
Φ
2
1
b с n
B
А
4
5.2.8. Трёхфазный трансформатор. Устройство и принцип работы.
Устройство трехфазного трансформатора показано на рис. 5.14.
Трехфазный трансформатор выполняется обычно стержневым. Его
сердечник состоит из расположенных в одной плоскости трех стержней
(1), соединенных ярмами (2).
На стержнях расположена первичная обмотка (3) с числом витков W
и вторичная обмотка (4) с числом витков W
. На данном рисунке первич-
2
1
ная обмотка соединена в «звезду» , вторичная – в «звезду» с выведенной
нейтральной точкой .
Принцип действия трехфазного трансформатора аналогичен принципу
действия однофазного (см. п. 5.1.1), за исключение того, что магнитные
потоки
в стержнях сдвинуты относительно друг друга на угол 120°.
С
Коэффициент трансформации трехфазных трансформаторов равен
Φ
Φ
A
2
1
C
w
B
Φ
C
3
w
а
Рис
. 5.14
W
K
W
U
Φ
1
2
1
==
U
.
Φ
2
Кроме коэффициента трансформации K вводится понятие эксплуатационного коэффициента трансформации
U
Л
K
Л
1
=
U
.
Л
2
K
:
Л
66
(
)
=
(
)
=
(
)
=
(
)
=
В зависимости от схем соединений обмоток, эксплутационный коэффициент
K
может не совпадать с коэффициентом трансформации K.
Л
Обмотки трехфазных трансформаторов могут соединяться в различные виды трехфазных соединений – «звезда», «треугольник», поэтому вводится понятие группы соединения трансформаторов.
Всего групп соединений – 12, наиболее часто применяются следующие группы:
0 – соединение /
11 – соединение / ∆
5.2.9. Параллельная работа трансформаторов
Под параллельной работой трансформаторов понимается работа двух
и более трансформаторов на общую нагрузку, при этом первичные обмотки присоединены к общим шинам питающей сети, вторичные – к общим
шинам потребителя (рис 5.15).
U1 ~
T 1
Iур
T2
U2
ZH
Рис
. 5.15
Обычно на трансформаторных подстанциях устанавливают два и более однотипных трансформаторов, что позволяет выполнять переменный
график нагрузки предприятия. При увеличении нагрузки на параллельную
работу включают большее количество трансформаторов, при уменьшении
– часть трансформаторов отключается.
При нормальной параллельной работе между трансформаторами не
должны проходить уравнительные токи, а это возможно при соблюдении
следующих условии:
•
равенство первичных
UU
формации
•
равенство напряжений короткого замыкания
•
принадлежность трансформаторов к одной группе соединений
и, как следствие, равенство коэффициентов транс-
2212 TT
КК
;
21
UU
и вторичных напряжений
2111 TT
UU
;
21 КTКT
(только для трехфазных трансформаторов).
67
ϕ
β
⋅
ϕ
β
∑
ϕ
β
⋅
=
η
7,0
≈
β
=
ϕ
(
)
β
η
=
0
β
8.0
cos
=
ϕ
1
cos
=
ϕ
Стандарт допускает параллельную работу трансформаторов при условии, что их коэффициенты трансформации отличаются не более чем на
0.5%, а напряжения короткого замыкания отличаются не более чем на 10%
от среднего арифметического значения.
5.2.10. Коэффициент полезного действия трансформатора
КПД трансформатора – это отношение активной мощности на нагрузке
P
к активной мощности потребляемой из сети
2
HT
P
cosS
2
(5.7)
1
где
P
P
2
==
1
η
S
– номинальная мощность (кВ·А);
HT
2
– угол сдвига фаз нагрузки;
P
.
1
– коэффициент загрузки, равный
I
2
=
где
I
– текущее значение тока нагрузки,
2
I
– номинальное значение тока нагрузки.
H
2
Потребляемую мощность
грузки
P
плюс сумма потерь в трансформаторе
2
где
P
– потери в меди обмоток (кВт),
M
P
– потери в стали сердечника (кВт) при неизменном напряже-
ст
β
,
I
H
2
P
можно представить, как мощность на-
1
P
.
пот
2
β
221
PPPPPP ++=+=
, (5.8)
стMпот
нии питания.
С учетом (5.7) и (5.8) КПД будет равен
S
cos
η
=
cos
H
2
Исследуя (5.9) на экстремум, получаем, что 95,0
1cos
.
2
Зависимость
f
построена на рис. 5.16.
2
αβϕβ
++⋅
(5.9)
22
PPS
стMH
max
при
и
η
0,95
0,5 0,7
1,0
Рис
. 5.16
68
7,0
=
β
С ростом нагрузки КПД трансформатора возрастает, при дальнейшем
увеличении (свыше
торе.
) падает из-за увеличения потерь в трансформа-
5.2.11. Применение трансформаторов в системах
теплогазоснабжения и вентиляции
Трансформаторы находят широкое применение в промышленности.
По своим функциональным возможностям они подразделяются на следующие виды:
•
силовые;
•
сварочные;
•
измерительные;
•
специальные;
•
малой мощности.
Силовые трёхфазные трансформаторы предназначены для приёма
электроэнергии высокого напряжения 6 ÷ 10 кВ и преобразования её в
электрическую напряжением 380/220 В для питания силовых потребителей
и электроосвещения.
Как правило,
трансформаторных подстанций (КТП), которые, кроме трансформаторов,
содержат аппаратуру защиты и управления, а также электроизмерительные
приборы.
Сварочные трансформаторы
рочных работ, необходимость в которых возникает в процессе эксплуатации оборудования.
Измерительные трансформаторы
пряжения, предназначенные для изменения пределов измерений в цепях
переменного тока свыше 1000 В.
Специальные трансформаторы
специальных электротехнических работ, а
ности
освещения.
– для питания цепей управления электроприводов и низковольтного
силовые трансформаторы
предназначены для производства сва-
– это трансформаторы тока и на-
предназначены для производства
трансформаторы малой мощ-
входят в состав комплектных
6. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ
6.1. Основные понятия
Электрические машины
назначенные для преобразования механической энергии в электрическую
(генератор), и наоборот (электродвигатель).
Любая электрическая машина может работать в трех режимах:
– это электромеханические устройства, пред-
69
•
генератором – источником электрической энергии;
•
двигателем – для привода механических устройств,
•
электромагнитного торможения, когда электродвигатель используется для торможения производственного механизма, находящегося на валу электродвигателя.
Электрические машины подразделяются по источнику питания:
•
постоянного тока;
•
переменного тока.
В свою очередь электрические машины переменного тока бывают:
•
однофазные;
•
трехфазные;
•
асинхронные;
•
синхронные.
В этом разделе будут рассмотрены машины трехфазного переменного
тока, работающие в двигательном режиме.
6.2. Асинхронный двигатель трёхфазного переменного тока
6.2.1. Устройство и принцип работы
Конструктивная схема трехфазного асинхронного электродвигателя
показана на рис.6.1.
A(L1)
2
3
1
B(L2)
С(L3)
n1
n2
Рис
. 6.1
Трехфазный асинхронный электродвигатель (А.Д.) состоит из неподвижной части 1, именуемой
ром
. Статор представляет собой полый цилиндр, собранный из отдельных
статором
, и подвижной 3, именуемой
рото-
тонких листов электротехнической стали, изолированных друг от друга с
целью уменьшения потерь мощности в магнитопроводе на гистерезис и
70
3
вихревые токи. По окружности статора сделаны пазы, в которых уложена
трехфазная обмотка статора 2, состоящая из трех отдельных обмоток фаз,
оси которых сдвинуты в пространстве относительно друг друга на угол
120°. Если линейное напряжение
няется в звезду ( ), если же
U
U
= 380 В, то статорная обмотка соеди-
Л
= 220 В, то в треугольник (∆).
Л
Между статором и ротором есть воздушный промежуток.
Ротор А.Д. изготавливают в двух исполнениях: короткозамкнутом
(рис. 6.2) и с контактными кольцами (фазным) (рис. 6.3).
Короткозамкнутый ротор (рис. 6.2) представляет собой ферромагнитный сердечник в виде цилиндра 1 с пазами, в которых залита в виде алюминиевых стержней обмотка ротора 2, эти стержни соединены между собой торцевыми кольцами 3 и образуют цилиндрическую клетку («беличью» клетку).
2
3
1
Рис
. 6.2
2
1
Рис
. 6.3
Ротор с контактными кольцами (рис. 6.3) называется
стоит из ферромагнитного цилиндра 1, в котором в пазы уложена роторная
обмотка 2, состоящая из трёх отдельных обмоток (как в статоре), оси которых сдвинуты в пространстве относительно друг друга на 120º. Обмотка
ротора соединена «звездой», свободные концы её подводятся к контактным кольцам 3 ротора.
4
фазным
, он со-
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]