Расчет параметров трехфазного трансформатора. Расчет параметров синхронного генератора

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РФ

ФГБОУ ВПО Тверской государственный технический университет

Институт дополнительного профессионального образования

Бежецкий филиал

Кафедра строительства и энергетики

Кафедра электроснабжения и электротехники

Курсовая работа

по дисциплине "Электрические машины"

Тема: Расчет параметров трехфазного трансформатора. Расчет параметров синхронного генератора

Направление 140400 "Электроэнергетика и электротехника"

Профиль "Электроснабжение"

Бежецк 2014

Задача 1

Расчет параметров трехфазного трансформатора

Задан силовой трехфазный трансформатор, номинальные данные которого следующие:

Sн = 400 кВА

Р 0 = 920 Вт

Рк = 5550 Вт

i0 = 2,1 %

Пс = 280 см 2 = 0,028 м 2

U1 = 10 кВ

U2 = 0,69 кВ

Группа соединений: Y/Y0 -12

Uк = 6,5 %

Решение

1) Определим фазные и линейные напряжения и токи в номинальном режиме

Так как соединение Y/ Y0, то

2) Определим параметры схемы замещения, приведенные к первичной обмотке, активную и реактивную составляющие напряжения короткого замыкания.

Параметры схемы замещения

а) Фазный ток холостого хода

б) Активное, реактивное и полное сопротивление фазы трансформатора в режиме холостого хода

cosц0 = r0 / z0 = 1,28 / 11,8 = 0.11

I0а = I10 * сosц0 = 0,49 * 0,11 = 0,054А

в) Фазное напряжение короткого замыкания

г) Активное, реактивное и полное сопротивление фазы трансформатора в режиме короткого замыкания

cosцк = rк / zк = 3,46 / 16,2 = 0,214

д) Активная и реактивная составляющая напряжения короткого замыкания

е) Сопротивление первичной и вторичной приведенных ветвей

r1 = r/2 = rк / 2 = 3,46 / 2 = 1,73 Ом

х 1 = х/2 = хк / 2 = 15,83 / 2 = 7,92 Ом

Расчет параметров для построения векторных диаграмм:

U/2 = U1 - Iф 1 * z/2 = 5770 - 23,11 * 8,1 = 5583 В

3) Определим число вольт на один виток обмотки

Uв = 4,44 * f * Пс * В = 4,44 * 50 * 0,028 * 1,6 = 9,95 В

Определим расчетные данные для построения внешней характеристики трансформатора и зависимость КПД трансформатора от коэффициента нагрузки:

а) Расчет значения ДU2 в % при cosц = 1 и cosц = 0,8

ДU2 = в * (uка*cosц + uкр*sinц) = в * (1,4*cosц + 6,3*sinц)

в	0,25	0,5	0,75	1	1,25
ДU2 % cosц = 1	0,35	0,7	1,05	1,4	1,75
ДU2 % cosц = 0,8	1,23	2,45	3,68	4,9	6,13

Б) Расчет КПД трансформатора при cosц = 1

в	0,25	0,5	0,75	1	1,25
з	0,987	0,989	0,987	0,984	0,981

Согласно графика максимальный КПД трансформатора, з=0,989 достигается при коэффициенте загруженности в=0,5

При аналитическом расчете максимальный КПД трансформатора достигается при:

И будет равен:

Трансформатор включен на параллельную работу с другими такими же трансформаторами. Определить распределение нагрузок и допустимую суммарную нагрузку при коэффициенте мощности 0,8.

а) Коэффициент трансформации

К = U1 / U2 = 10/0,69 = 14,5

По заданию k1 = 1,05* k2, то разница коэффициентов трансформации линейных напряжений в % будет равна:

Уравнительный ток в относительных единицах:

Т.к. уравнительные токи равны и направлены противоположно во вторичных обмотках, то:

Iу(1) = Iу(2) = I*у * I2 = 0,38*333,3 = 126,65 А

Для построения векторной диаграммы распределения нагрузок трансформаторов необходимо рассчитать цк, который равен:

цк = arctg (ukp / uka) = arctg (6,3 / 1,4) = 780

Также необходимо знать ц2, который задан и равен:

ц2 = arcos ц2 = arcos 0.8 = 370

По векторной диаграмме допустимый (нагрузочный) ток параллельно работающих трансформаторов получился равным:

Iнг(1) = Iнг(1) = Iнг.доп = 157,5 А

Допустимая мощность нагрузки при неравном коэффициенте трансформации:

Sнг.доп = 2*Sн*(Iнг.доп / I2н) = 2*400* (157,5 / 333,3) = 378 кВА

б) По заданию uk2 = 1,2* uk1 = 1,2*6,5 = 7,8 %

Общая нагрузка параллельной группы

S = S1ном + S2ном = 400 + 400 = 800 кВА

Распределение нагрузок на трансформаторы:

Первый трансформатор оказался перегружен.

Оценка перегрузки первого трансформатора составит в %:



Так как перегрузка трансформатора недопустима, то общая допустимая нагрузка составит: трехфазный трансформатор напряжение

S/ = 0.9092*S = 0.9092*800 = 727,4 кВА

4) Рассчитать наибольшее мгновенное значение тока короткого замыкания (считать, что максимум тока наступает через 0,01 с после короткого замыкания)

Максимальный, или ударный, ток короткого замыкания рассчитывается по формуле:

Задача 2

Расчет параметров синхронного генератора

Задан трехфазный явно полюсный синхронный генератор (обмотка якоря соединена в "звезду"), номинальные данные которого следующие:

S = 4800 кВА

U1 = 3,3 кВ

ОКЗ = 1,16

Х 6 = 0,14 о.е.

Kаd = 0,88

Kaq = 0,48

Х 2 = 0,23

Решение

1. При выполнении задания принято, что активное сопротивление якоря равно нулю za= 0. Все величины, рассчитанные при решении, получены в относительных значениях, нормированных и соответствующим базисным величинам. Так как Kаd не равно Kaq то задана явнополюсная машина.

Базисные величины равны:

Фазное напряжение:

Фазный ток:

Полное сопротивление нагрузки:

Полная (кажущаяся) мощность задана: Sн = 4800 кВА

Характеристика холостого хода х.х.х. построена по данным таблицы Д. Прямая ОД соответствует спрямленной ненасыщенной х.х.х. Характеристика короткого замыкания - прямая, проведенная через начало координат и точку, ордината которой равна единице (Iн = 1) и абсцисса равна

ifk = 1 / ОКЗ = 1 / 1,16 = 0,86

Из него находим, что МДС реакции якоря равна длине отрезка АС и равна (в масштабе тока возбуждения ifk)

Fа / = кid Iн = 0,8

Хd? = Е? / ОКЗ = 1,16 / 1,16 = 1

Абсолютное значение

хd? // = хd? * Zн

хd? // = 1 * 2,3 = 2,3 Ом

Продольное ненасыщенное индуктивное сопротивление реакции якоря равно

Хаd? = Хd? - Х 6 = 1 - 0,14 = 0,86

Поперечное ненасыщенное индуктивное сопротивление реакции якоря равно

Хаq? = Хаd? * каq / каd = 0,86 * 0,48/0,88 = 0,47

Поперечное синхронное ненасыщенное сопротивление генератора равно

Хq? = Хаq? + Х 6 = 0,47 + 0,14 = 0,61

Абсолютное значение

Хаq? = Хq? * Zн = 0,61 * 2,3 = 1,4 Ом

2) Диаграмма совмещена с х.х.х. Вектор нормированного напряжения Uн=1 совмещен с осью ординат, под углом ц=370 в сторону отставания отложен вектор тока Iн = 1. К концу вектора Uн пристроен вектор Е 6 = jх 6 Iн эдс рассеяния якоря. Суммарный вектор Е 6 определяет результирующую эдс от основной гармоники результирующего поля в зазоре. В продолжение вектора Е 6 пристраивает вектор jхaq Iн где хaq - насыщенное поперечное индуктивное сопротивление реакции якоря. Насыщенное хaq и ненасыщенное Хаq? величины связаны через коэффициент насыщения кµq.

хaq = Хаq? / кµq

Величина кµq неизвестна, она лежит в пределах кµq = 1,2….1,6. Поэтому задается любой величиной в этих пределах. Соединяя конец вектора jхaq Iн и начало координат. Получаем прямую, на которой лежит эдс Е, индуктируемая потоком возбуждения. Находим проекцию вектора Е 6 на эту прямую Е 6d и вектор поперечной составляющей реакции якоря Еaq, соединяющий концы векторов Е 6 и Е 6d. Длина вектора Еaq равна

Еaq = хaq * Iq,

Где Iq - поперечная составляющая тока якоря, которая равна

Iq = IН сos,

Где ш - угол между векторами Е 6d и Iн

Таким образом, вычисляя Еaq и измеряя длину вектора Еaq, полученного в результате построения, определяем, правильно ли принят коэффициент кµq (должно быть равенство). Если равенство не выполняется, то принимается другое значение кµq до тех пор, пока оно выполнится. В результате получаем кµq = 1,4

хaq = 0,47/1,4 = 0,34

ш = 550;

Iа = 1*cos 550 = 0,57

В продолжение вектора Е 6d пристраиваем вектор Еad продольной реакции якоря, равный

Еad = j xad Id

Где xad - насыщенное продольное индуктивное сопротивление реакции якоря

Id - продольная составляющая тока якоря

Величины xad и xad? связаны через коэффициент насыщения кµd :

xad = xad? / кµd

Величину кµd определим, отложив на х.х.х. величину Еб и проведя через эту точку линию, параллельную оси ординат до точки пересечения со спрямленной ненасыщенной х.х.х. (дает значение Еб?)

кµd = Еб? / Еб = 1,3/1,07 = 1,2

xad = 1,02 / 1,2 = 0,85

Насыщенное значение продольного синхронного сопротивления генератора

Ха = xad + х 6 = 0,85 + 0,14 = 0,95

Абсолютное значение

Ха а = Ха * Zн = 0,95 * 2,3 = 2,2 Ом

Составляющая Id равна

Id = Iн * sin ш = 1* sin 55 = 0.82

Получаем

Еad = 0,85 * 0.82 = 0,7

Вектор эдс в обмотке якоря равен

Е = Ебd + Еad

Его длина

Е = Ебd + Еad = 1,01 + 0,71 = 1,72

Проводим спрямленную насыщенную ххх через начало координат и точку на ххх, равную Еб и откладываем на ней величину Е. Абсцисса этой точки дает ток возбуждения

ifn = Z1 42,

При этом значении на х.х.х находим напряжение холостого хода генератора

U0 = 1,31

Повышение напряжения при сбросе нагрузок равно

ДU = U0 - Uн = 1,31-1 = 0,31 или 31 %

Точка ifn соответствует также полной МДС Ffn возбуждения (в масштабе тока возбуждения if0). Откладывая на спрямленной насыщенной х.х. величину Ебd отпределяем ток возбуждения и МДС, соответствующей эдс ifбd (Ffбd). Разница дает продольную МДС

Fad / = Ffn - Ffбd = 2,25 - 1 = 1,25

Поперечная МДС равна

Faq / = Fad / * сtgш = 1,25* сtg57 = 0,56

При построении принято, что расчетное сопротивление Патье равно индуктивному сопротивлению рассеяния якоря. Диаграммы Патье совмещены с ххх. Следует отметить, что эта длина для чисто активной нагрузки уменьшена в соответствии с коэффициентом 0,75 (задан номинальный ток якоря Iн = 0,75).

Повышение напряжения при сбросе нагрузки равно (определяется по диаграммам):

Для активной нагрузки:

ДU = U0 - Uн = 1,23 - 1 = 0,23 (23%)

Для активно-индуктивной нагрузки:

ДU = U0 - Uн = 1,3 - 1 =0,3 (30%)

Для активно-ёмкостной нагрузки

ДU = U0 - Uн = 1,1 - 1 = 0,1 (10%)

Следует отметить, что для явно полюсной машины диаграмма Патье дает ошибку (до 10% при сosц=0,8…0,7), так как используется полная МДС, а не составляющие.

Внешние характеристики трансформатора

U2 = U/2 * (1 - Дu/100)

в	0,25	0,5	0,75	1	1,25
U2 cosц = 1	5563	5544	5524	5505	5485
U2 cosц = 0,8	5514	5446	5378	5309	5241

Размещено на Allbest.ru

...