, (1)

во вторичной обмотке ЭДС взаимоиндукции

, (2)

где -число витков в первичной и вторичной обмотках.

При подключении нагрузки к выводам вторичной обмотки под действием ЭДС создается ток и на ее выводах устанавливается напряжение . В повышающих трансформаторах , а в понижающих .

Из выражений (1) и (2) видно, что ЭДС и отличаются друг от друга из-за разного числа витков и, поэтому, применяя обмотки с требуемым соотношением витков, можно изготовить трансформатор на любое отношение напряжений. Отношение ЭДС обмоток, равное отношению числа их витков называется коэффициентом трансформации

.

Обмотку трансформатора, подключенную к сети с более высоким напряжением, называют обмоткой высшего напряжения (ВН); обмотку, присоединенную к сети меньшего напряжения, - обмоткой низшего напряжения (НН).

На рис. 1б показано изображение однофазного трансформатора на принципиальных электрических схемах, а на рис. 1в и г приведена принципиальная схема трехфазного трансформатора и его условное графическое обозначение.

Трансформаторы обладают свойством обратимости, один и тот же трансформатор можно использовать в качестве повышающего и понижающего. Но обычно трансформатор имеет определенное назначение: либо он повышающий, либо - понижающий.

Трансформатор - это аппарат переменного тока. Если его первичную обмотку подключить к источнику постоянного тока, то магнитный поток в магнитопроводе трансформатора также будет постоянным как по величине, так и по направлению , поэтому в обмотках не будет наводиться ЭДС, а следовательно, электроэнергия из первичной цепи не будет передаваться во вторичную.

Силовой трансформатор состоит из следующих элементов: магнитопровода, обмоток, вводов, бака и др. Магнитопровод с размещенными на его стержнях обмотками составляет активную часть трансформатора. Остальные элементы трансформатора являются неактивными (вспомогательными) частями.

Магнитопровод. Магнитопровод (рис.2) выполняет две функции:

· образует магнитную цепь, по которой замыкается поток Ф;

Обмотки силовых трансформаторов выполняют, как правило, в виде цилиндров, размещаемых на стержне концентрически: ближе к стержню обычно располагают обмотку НН (требующую меньшей изоляции от стержня), а снаружи--обмотку ВН.

Обмотки разделяют на несколько типов:

1. Цилиндрические однослойные или двухслойные обмотки из провода прямоугольного сечения (рис. 3а) используют главным образом в качестве обмоток НН на номинальный ток до 800 А.

2. Винтовые одно- и многоходовые обмотки выполняют из нескольких параллельных проводов прямоугольного сечения. При этом витки укладывают по винтовой линии, имеющей один или несколько ходов (рис. 3б).

3. Непрерывные обмотки (рис. 3в) состоят из отдельных секций, намотанных по спирали и соединенных между собой без пайки. Непрерывные обмотки получили наибольшее применение, что объясняется их большой механической прочностью и надежностью.

В трансформаторах с масляным охлаждением магнитопровод с обмотками помещен в бак, наполненный трансформаторным маслом (рис.4). Трансформаторное масло, омывая обмотки 2 и 3 и магнитопровод 1, отбирает от них теплоту и, обладая высокой теплопроводностью, через стенки бака 4 и трубы радиатора 5 отдает ее в окружающую среду. Наличие трансформаторного масла обеспечивает более надежную работу высоковольтных трансформаторов, так как электрическая прочность масла намного выше, чем воздуха. Масляное охлаждение интенсивнее воздушного, поэтому габариты и вес масляных трансформаторов меньше, чем у сухих трансформаторов такой же мощности.

Для компенсации объема масла при изменении температуры, а также для защиты масла от окисления и увлажнения при контакте с воздухом применяют расширитель 9, представляющий собой цилиндрический сосуд, установленный на крышке бака и сообщающийся с ним. Колебания уровня масла с изменением его температуры происходят не в баке, который всегда заполнен маслом, а в расширителе, сообщающемся с атмосферой.

Обмотки трансформатора с внешней цепью соединяют вводами 7 и 8. В масляных трансформаторах для вводов обычно используют проходные фарфоровые изоляторы. Такой ввод снабжен металлическим фланцем, посредством которого он крепится к крышке бака. К дну бака прикреплена тележка, позволяющая перемещать трансформатор в пределах подстанции. На крышке бака расположена рукоятка переключателя 6, с помощью которого можно изменять коэффициент трансформации. Это бывает необходимо делать для регулирования напряжения в электрической сети.

Потери и КПД трансформатора. В процессе трансформирования электрической энергии часть ее теряется в трансформаторе. Потери в трансформаторе разделяются на электрические и магнитные.

Электрические (нагрузочные) потери обусловлены нагревом обмоток трансформаторов при прохождении по ним электрического тока. Мощность электрических потерь пропорциональна квадрату тока и определяется суммой потерь в первичной и вторичной обмотках.

Нагрузочные потери определяются по выражению:

,

где - паспортный параметр трансформатора, называемый потерями короткого замыкания; S-мощность, передаваемая через трансформатор; - номинальная мощность трансформатора.

Электрические потери называют переменными, так как их величина зависит от нагрузки S трансформатора.

Магнитные потери возникают в магнитопроводе трансформатора. Их причина - систематическое перемагничивание магнитопровода переменным магнитным полем. Перемагничивание вызывает два вида магнитных потерь: потери от гистерезиса, связанные с затратой энергии на уничтожение остаточного магнетизма в ферромагнитном материале магнитопровода, и потери от вихревых токов, наводимых переменным магнитным полем в пластинах магнитопровода.

С целью уменьшения магнитных потерь магнитопровод трансформатора выполняют из магнитно-мягкого ферромагнитного материала -- тонколистовой электротехнической стали. При этом магнитопровод делают шихтованным в виде пакетов из тонких пластин, изолированных с двух сторон тонкой пленкой лака.

При неизменном первичном напряжении магнитные потери, называемые иначе потерями холостого хода постоянны, т. е. не зависят от нагрузки трансформатора.

Суммарные потери в трансформаторе определяются по формуле:

. (3)

Коэффициент полезного действия трансформатора определяется как отношение активной мощности вторичной обмотки (полезная мощность) к активной мощности первичной обмотки (подводимая мощность):

,

где - определяется по формуле (3).

Активную мощность вторичной обмотки можно найти по выражению:

,

где -линейные значения напряжения и тока; - коэффициент мощности; -мощность вторичной обмотки.

Учитывая, что , можно получить выражение для расчета КПД трансформатора:

. (4)

Анализ формулы (4) показывает, что КПД трансформатора зависит от коэффициента его загрузки и от характера () нагрузки. Эти зависимости иллюстрируются графиками, приведенными на рис.6.

Экономия электроэнергии в трансформаторах. На подстанциях могут устанавливаться несколько трансформаторов, работающих параллельно. В этом случае суммарные потери в них определяются по формуле:

, (5)

где n -число параллельно работающих трансформаторов.

Экономия электроэнергии за счет снижения потерь может быть достигнута параллельным включением трансформаторов при увеличении нагрузки. На рис.7 показаны зависимости потерь активной мощности в одном и двух параллельно работающих трансформаторах от их нагрузки S. Так как потери мощности в одном трансформаторе согласно (5) равны

, (6)

а в двух параллельно включенных трансформаторах

(7)

то равенство будет иметь место при нагрузке, равной

. (8)

3. ЗАДАНИЕ НА РАСЧЁТ

1.Для заданной максимальной нагрузки выбрать необходимую мощность трансформаторов, параметры которых представлены в табл.1.

2. Для выбранного трансформатора построить зависимости суммарных потерь от нагрузки для одного трансформатора и двух, включенных параллельно.

3. Для графика нагрузки в относительных единицах, приведенного на рис.8, и заданной максимальной мощности определить число включенных трансформаторов, обеспечивающее в течение суток минимальные потери электроэнергии.

4.Рассчитать зависимость КПД трансформатора от нагрузки при заданном значении .

Таблица 1

Параметры трансформаторов

№	Тип и мощность, кВА	?Рх, кВт	?Рк, кВт
1	ТМ-25	0.125	0.6
2	ТМ-40	0.180	0.88
3	ТМ-63	0.265	1.28
4	ТМ-100	0.365	1.97
5	ТМ-160	0.540	2.65
6	ТМ-250	0.780	3.7
7	ТМ-400	1.080	5.5
8	ТМ-630	1.680	7.6

Рис.8. График нагрузки в процентах

4.РЕШЕНИЕ

Задана максимальная нагрузка . Выбор мощности трансформаторов осуществляется по двум условиям:

1.В нормальном режиме работы суммарная номинальная мощность трансформаторов должна превышать .

2.В аварийном режиме при отключении одного трансформатора оставшийся в работе должен обеспечить (с учетом 40% перегрузки) передачу мощности .

Следовательно условия выбора трансформаторов можно записать в виде:

Для заданной мощности эти условия будут иметь вид

По табл. 1 выбирается трансформатор .

По формулам (6) и (7) рассчитываются зависимости потерь от нагрузки при одном и двух, параллельно работающих трансформаторах. Результаты расчета сводятся в табл. 2.

Таблица 2

Расчет потерь мощности в трансформаторе

S

, кВА

, кВт

, кВт

0

0,78

1,56

20

0,80

1,57

40

0,87

1,61

60

0,99

1,67

80

1,16

1,75

100

1,37

1,86

120

1,63

1,99

140

1,94

2,14

160

2,30

2,32

180

2,70

2,52

200

3,15

2,74

220

3,65

2,99

240

4,19

3,26

260

4,78

3,56

280

5,42

3,88

300

6,11

4,22

320

6,84

4,59

340

7,62

4,98

360

8,45

5,40

380

9,33

5,83

400

10,25

6,30

420

11,22

6,78

440

12,24

7,29

460

13,31

7,82

480

14,42

8,38

500

15,58

8,96

По данным табл. 5 строятся зависимости суммарных потерь от нагрузки, приведенные на рис.9.

Рис.9. Зависимости потерь от нагрузки

График в относительных единицах, приведенный на рис. 8, пересчитывается в именованные единице по формуле

, ,

где i -номер ступени графика нагрузки. Результаты расчетов сводятся в табл.3.

Таблица 3

График нагрузки в именованных единицах

Номер ступени графика		, кВА
1	20	96
2	30	144
3	80	384
4	100	480
5	45	216
6	25	120

По данным табл. 3 строится график нагрузки (кВА), показанный на рис.10.

Рис. 10. График нагрузки в именованных единицах

По формуле (8) определяется мощность , при которой выполняется равенство :

кВА.

Число включенных трансформаторов, обеспечивающих минимальные потери энергии в течении суток, определяется по алгоритму:

.

Результаты выбора представляются в виде графика, приведенного на рис.11.

Рис.11. Оптимальное число включенных трансформаторов

Зависимость коэффициента полезного действия от нагрузки рассчитывается по формуле (4). Коэффициент мощности принимается равным 0,8. Результаты расчета сводятся в табл.4.

Таблица 4

Расчет КПД трансформатора

№	S, кВА	, %
1	0	0
2	1	50.63
3	5	83.66
4	10	91.05
5	20	95.22
6	30	96.64
7	40	97.34
8	50	97.73
9	60	97.97
10	70	98.12
11	80	98.22
12	90	98.28
13	100	98.31
14	110	98.33
15	114,75	98.33
16	120	98.33
17	130	98.32
18	140	98.30
19	150	98.27
20	160	98.24
21	170	98.20
22	180	98.16
23	190	98.12
24	200	98.07
25	210	98.02
26	220	97.97
27	230	97.92
28	240	97.86
29	250	97.81

По данным строится зависимость КПД от нагрузки, представленная на рис. 12. На рис. 13 показан фрагмент этой зависимости в области максимально возможно КПД.

Рис.12. Зависимость КПД от нагрузки

Рис.13. Фрагмент зависимости КПД от нагрузки в области максимального

Путем дифференцирования зависимости по S и приравнивания производной к нулю можно найти нагрузку трансформатора , отвечающую максимально возможному КПД:

.

Данной мощности будет отвечать коэффициент загрузки, равный

.

Ниже приведен текст программы расчета оптимального режима работы трансформаторов в среде MATHCAD.

В отчете по выполнению работы должны быть приведены:

основные расчетные формулы;

исходные данные и результаты расчетов, сведенные в таблицы, аналогичные табл. 1…4;

графики, аналогичные представленным на рис.10…13;

краткие выводы, характеризующие полученные результаты.

5. МОДЕЛИРОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО РЕЖИМА РАБОТЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ В СРЕДЕ MATHCAD





БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Батищев В.Е., Мартыненко Б.Г., Сысков С.Л. и др. Энергосбережение: справочное пособие. -Екатеринбург:ЭнергоПресс,1999.-304 с.

2. Кацман М.М. Электрические машины. - М.: Высшая школа, 1990.-463 с.

3. Неклепаев Б.Н. Электрическая часть электростанций и подстанций. -М.: Энергоатомиздат, 1986, -640 с.

4. Справочник по проектированию электроэнергетических систем /Под ред. С.С. Рокотяна и И.М. Шапиро. -М.: Энергоатомиздат, 1985. -352 с.

Показывать только:

Все категории работ ----------------------------------- рефератдипломная работакурсовая работаконтрольная работадокладыпрактическая работашпаргалкиаттестационная работаотчет по практикенаучная работаавторефератучебное пособиестатьякнигатестлекциятворческая работапрезентациябиографиямонографияметодичкакурс лекцийлабораторная работазадачабизнес-пландиссертацияразработка урокаконспект урокамагистерская работаконспект произведенияанализ учебного пособиякраткое изложениематериалы конференциисочинениеэссеанализ книгитопиктезисыистория болезни

Портфель:

Выбранных работ

На данный момент в нашей базе:

Рефераты: 23980
Курсовые работы: 21532
Дипломные работы: 5897
Учебные пособия: 529
Статьи: 854
Контрольные работы: 9919
Книги: 206
Практические работы: 370
Аттестационные работы: 98
Тесты: 73
Лекции: 876
Творческие работы: 292
Научные работы: 271
Отчеты по практике: 716
Авторефераты: 867
Презентации: 340
Биографии: 50
Монографии: 38
Методички: 633
Курсы лекций: 509
Лабораторные работы: 508
Задачи: 107
Бизнес Планы: 153
Диссертации: 83
Разработки уроков: 24
Конспекты уроков: 41
Магистерские работы: 54
Конспекты произведений: 27
Анализы учебных пособий: 8
Краткие изложения: 59
Материалы конференций: 15
Сочинения: 122
Эссе: 99
Анализы книг: 30
Топики: 74
Тезисы: 10
Истории болезней: 344
Доклады: 1070
Шпаргалки: 571

Всего работ: 71449

[Новые поступления]


[Популярные работы]

Рубрики по алфавиту:

А	Б	В	Г	Д	Е	Ж	З
И	Й	К	Л	М	Н	О	П
Р	С	Т	У	Ф	Х	Ц	Ч
Ш	Щ	Ъ	Ы	Ь	Э	Ю	Я

Ключевые слова страницы: Расчёт оптимальной загрузки трансформаторов | курсовая работа

СтудентБанк.ру © 2014 - Банк рефератов, база студенческих работ, курсовых и дипломных работ, шпаргалок и докладов по различным дисциплинам, а также отчеты по практике и многое другое - бесплатно.