Силовые трансформаторы

ВВЕДЕНИЕ

Силовые трансформаторы являются одними из важнейших элементов каждой электрической сети или энергосистемы. Потребители электрической энергии (электроприемники) рассчитаны на напряжение от 380 / 220 В до 6,3 (10 кВ). Подавляющая часть электроприемников имеет номинальное напряжение 220 или 380 В. Генераторное напряжение (напряжение, на котором производится электроэнергия) не превышает 20 кВ. Потребителей электроэнергии чрезвычайно много и они рассредоточены по территориям. Производство же электроэнергии по целому ряду причин (наличие энергоресурсов, экономическая целесообразность создания больших единичных мощностей генераторов) сосредоточено в относительно небольшом количестве мест. Отсюда встает проблема передачи больших мощностей электроэнергии на большие расстояния. Такая передача невозможна на напряжении потребителей и даже на генераторном напряжении. Поэтому напряжение для передачи на большие расстояния повышают до 35 кВ, 110 кВ, 220 кВ и выше (до 1150 кВ). Для преобразования энергии одного напряжения в энергию другого напряжения применяют такие преобразовательные устройства, как трансформаторы. Суммарная мощность всех трансформаторов в 4 с лишним раза превышает суммарную установленную мощность всех генераторов. Трансформатор – это статическое устройство, не имеющее вращающихся частей. Любое устройство преобразования энергии имеет потери, например. в двигателях внутреннего сгорания КПД не превышает 40 … 45 %. У трансформаторов КПД может (при больших мощностях) доходить до 99,5 %.
При проектировании трансформаторов стремятся применяемые материалы, в первую очередь проводниковые и магнитные, использовать до предела их возможностей (плотности тока в обмотках, магнитная индукция в стали магнитопроводов). Даже небольшое улучшение, скажем свойств трансформаторной стали, приводит к значительному снижению массогабаритных показателей трансформаторов и дает значительный экономический эффект.
В данном задании представлена несколько необычная (обратная проектированию) задача: по имеющимся конструктивным данным трансформатора определить его электрические параметры и сравнить их с параметрами известной конструкции.


ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Вариант 24 задания

Трансформатор трехфазный двухобмоточный с естественным воздушным охлаждением, материал обмоток – медь.
Мощность: S = 100 кВА.
Схема и группа соединения обмоток: Y / Y0 – 0.
Номинальные напряжения: ВН: U1ном = 6 кВ;
НН: U2ном = 0,23 кВ.
Число витков обмоток: ВН: w1 = 757;
НН: w2 = 29.
Сечение проводников обмоток: ВН: Sпр1 = 3,2 мм2;
НН: Sпр2 = 83,7 мм2.
Внутренний диаметр обмотки НН: d2 = 15,0 см.
Радиальные размеры обмоток: ВН: а1 = 3,2 см;
НН: а2 = 1,8 см.
Канал между обмотками ВН и НН: а12 = 1,0 см.
Высота обмоток: l1 = l2 = 25 см.
Диаметр стержня: d = 14,0 см.
Активные сечения в магнитопроводе: стержень: Пс = 141,5 см2;
ярмо: Пя = 144 см2.
Высота стержня: hс = 29 см.
Высота ярма: hя = 13,0 см.
Расстояние между осями стержней: c = 29 см.


Для заданного варианта произвести
следующие расчеты и построения.

1. Выбрать аналог из выпускаемых серийно трансформаторов, выписать его основные технические показатели.
2. Определить:
а) фазное значение номинального напряжения;
б) номинальные токи и их фазные значения на сторонах ВН и НН;
в) коэффициент трансформации.
3. Начертить:
а) эскиз сердечника в масштабе с размещенными на нем обмотками;
б) схемы соединения обмоток, обеспечивающие получение заданной группы.
4. Определить:
а) потери холостого хода P_х, значение тока холостого хода I_х; его активной I_ха и реактивной I_хр составляющих, а также cos⁡〖ϕ_x 〗 при номинальных напряжении и частоте питания, материал магнитопровода - горячекатаная сталь 1512;
б) параметры схемы замещения r_x; x_x; z_x при U_1=U_1н
5. Определить:
а) потери короткого замыкания P_к; коэффициент мощности при коротком замыкании cos⁡〖φ_к 〗; напряжение короткого замыкания u_к [%], а также его активную u_ка [%] и реактивную u_кр [%] составляющие;
б) приведенные к первичной обмотке параметры схемы замещения r_к; r_1; r_2^'; x_к; x_1; x_2^'; z_к; z_1; z_2^'.