.RU

РАЗДЕЛ 3. ТРЕХФАЗНЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК - Постоянный ток электротехника как наука теоретическая и прикладная вначале...


^ РАЗДЕЛ 3. ТРЕХФАЗНЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК


3.1. ЭЛЕМЕНТЫ ТРЕХФАЗНОЙ СИСТЕМЫ


В настоящее время получение, передача и распределение электроэнергии в большинстве случаев производится посредством трехфазной системы.

Эта система была изобретена и практически разработала во всех основных се частях выдающимся русским инженером М. О. Доливо-Добровольским.

Как показывает само название, трехфазная система состоит из трех источников электроэнергии и трех цепей, соединенных общими проводами линии передачи.

Источником энергии для всех фаз системы является трехфазный генератор (рис. 3.1). Он отличается от однофазного генератора переменного тока тем, что у него на статоре размещены три изолированные друг от друга одинаковые обмотки. Они расположены так, чтобы индуктируемые в них э.д.с. были сдвинуты по фазе одна относительно другой на 120°.

Если генератор двухполюсный, как на рис. 3.1, то оси катушек обмоток фазы сдвинуты одна по отношению к другой на одну треть окружности статора.



Рис.3.1 Схема устройства трехфазного генератора.




При вращении ротора его постоянное магнитное поле пересекает проводники обмоток не одновременно. Э.д.с. обмотки ^ А достигает своего максимального значения, когда мимо нее проходит середина полюса ротора. Э.д.с. в следующей обмотке В достигает максимума позже, когда ротор повернется на 1/3 оборота. В двухполюсном генераторе повороту на 1/3 оборота соответствует 1/3 периода индуктируемой э.д.с. Следовательно, э.д.с. в обмотке В отстает по фазе от э.д.с. в обмотке А на 1/3 периода. В свою очередь, э.д.с. в обмотке С отстает по фазе от э.д.с. обмотки Д на 1/3 периода и от э.д.с. обмотки А на 2/3 периода. При такой симметрии устройства генератора максимальные значения этих э.д.с. одинаковы. Конструкция генератора должна обеспечивать их синусоидальность.

Уравнения мгновенных значений э.д.с. будут:



Кривые мгновенных значении э.д.с. показаны на рис. 3.2. На рис. 3.3 дана векторная диаграмма для их действующих значений



Сумма этих векторов образует замкнутый треугольник: ЕА + ЕВ+ Ес = О — это трехфазная симметричная система э.д.с. Алгебраическая сумма мгновенных значений э.д.с. еA + еB + еC = О, что легко проверить, подставив выражения этих значений как синусоидальных функций времени.



Изображения э.д.с. трехфазной системы в комплексной форме будут:



От последовательности фаз системы зависит направление вращения трехфазных двигателей, поэтому в трехфазных устройствах она проверяется специальными указателями последовательности фаз и обозначается раскраской шин на распределительных устройствах; приняты следующие цвета: фаза А — желтый, фаза В — зеленый и фаза С — красный; незаземленная нейтраль — белый, заземленная нейтраль — черный. Зажимы обмоток генератора различают: начала Л, В, С, концы X, Y, Z.

Два основных способа соединения обмоток генераторов, трансформаторов и приемников в трехфазных цепях: звездой и треугольником.


^ 3.2. СОЕДИНЕНИЕ ФАЗ ЗВЕЗДОЙ


Обмотки фаз генераторов можно было бы соединить с тремя приемниками электроэнергии шестью проводами (рис. 3.4а) и получить таким путем три независимые фазные цепи. Практически подобное соединение применяется лишь в редких случаях, но с помощью такой схемы можно нагляднее представить условия, возникающие при объединении цепей в трехфазную систему. Как и в однофазных цепях переменного тока, стрелки на схеме показывают положительные направления фазных э.д.с. и создаваемых ими токов. Положительные направления определяет разметка зажимов обмоток фаз генератора. Внутри обмоток э.д.с. и токи направлены от «концов» (X, Y, Z) к «началам» (А, В, С). Во внешней цепи токи направлены от начал обмоток фаз генераторов к приемникам.

Для соединения звездой (условное обозначение Y) зажимы X, Y, Z («концы» обмоток фаз генератора) объединяются в одну общую точку N. Соответственно в точке и объединяются и три конца фазных цепей приемника (рис. 3.4 б) Между нейтральными точками генератора и приемника проложен общий нейтральный провод (или нейтраль) трехфазной системы, образуемый объединением трех обратных проводов.



Если предположить равными нулю поочередно все фазные эдс, кроме одной (например, проследить в объединенной системе контур тока 1Л при наличии в системе одной э.д.с. ЕА) то легко убедиться, что объединение системы не изменит контуры, по которым замыкаются фазные токи. Следовательно, в нейтральном проводе системы ток будет равен векторной сумме фазных токов:



Нагрузка всех трех фаз называется симметричной, если ток во всех фазах одинаков и равны сдвиги фаз между фазными напряжениями и токами, а также полные сопротивления отдельных фаз приемника (т, е. равны комплексные сопротивления фаз приемника).





При симметричной нагрузке сумма векторов фазных токов образует замкнутый треугольник. Следовательно, в этом случае ток в нейтральном проводе IN = 0. По этой причине для заведомо симметричной трехфазной нагрузки нейтральный провод не нужен. В частности, он не используется для трехфазных двигателей.

При соединении звездой фаз генератора и приемника напряжения на их зажимах называются фазными напряжениями Uф (UA , UB, UC на рис. 3.5). Но в системе имеются также напряжения между линейными проводами, называемые линейными напряжениями Uл {UAB,UDC. UCА) Положительные направления фазных напряжений противоположны по отношению к приемнику, включенному между линейными проводами (рис. 3.5). Следовательно, каждое из трех линейных напряжений равно векторной разности соответствующих фазных напряжений:



Численные соотношения между линейными и фазными напряжениями в симметричной системе легко определить на основании векторной диаграммы (рис. 3.6). За основу диаграммы можно взять три вектора фазных напряжений UA, UB и UC. Углы между ними равны 120' . Для построения вектора линейного напряжения Uав следует из UA вычесть UB, следовательно, нужно к UA прибавить (—UB).



Последний равен UB по величине, но противоположен ему по направлению. Так же строятся UBC и UCA. Так как рассматриваемая система напряжений симметрична, то векторы фазных и линейных напряжений образуют три равнобедренных треугольника с острыми углами по 30° и тупым углом 120°. Опустив из вершины тупого угла любого из треугольников перпендикуляр на противоположную сторону (рис. 3.7), можно найти, что



В трехфазной системе, соединенной звездой, линейные напряжения больше фазных в √3 раз. При смешанной осветительной и силовой нагрузке линейное напряжение 380 В подается на зажимы трехфазных двигателей, а фазное 220 В=380/√3 — на осветительные приборы.

При соединении звездой токи в проводах линии передачи— линейные токи Iji равны фазным, так как все части фазной цепи и линейные провода соединены последовательно: Iл = Iф,

При осветительной нагрузке в случае соединения звездой приемники включаются между линейными проводами и нейтральным проводом,

Часто осветительная нагрузка бывает несимметричной, в этом случае необходим нейтральный провод (рис. 3.8). При отсутствии нейтрального провода в зависимости от отношения сопротивлений фаз приемника одно фазное напряжение может быть ниже необходимого, а другое слишком велико. По этой причине в нейтральном проводе магистрали запрещается устанавливать предохранители или выключатели.


^ 3.3. СОЕДИНЕНИЕ ФАЗ ТРЕУГОЛЬНИКОМ


Несколько реже, чем соединение звездой, в трехфазных устройствах применяют соединение треугольником (условное обозначение Δ).

При соединении треугольником (рис. 3.9) обмотки фаз генератора соединяются так, чтобы начало одной обмотки фазы соединялось с концом предыдущей (А с Z; В с X и С с Y). Положительные направляя э.д.с. при таком соединении направлены внутри треугольника обмоток фаз одинаково; следовательно, внутри этого треугольника действует алгебраическая сумма мгновенных значений фазных э.д.с. еA + еB + еC = 0 и поэтому уравнительного тока в мотках генератора не возникает6. Общие точки, созданные объединением двух зажимов обмоток, соединяются с линейными проводами, к которым подключаются фазы приемника. Ток в каждом из линейных проводов системы равен сумме двух токов, положительные направления которых противоположны (см. рис. 3.9). На основании сказанного ясно, что результирующие, токи линейных проводах равны векторной разности соответствующих фазных токов:



В этой системе три фазных напряжения будут вместе с тем линейными, поэтому как линейные, так и фазные токи, ими создаваемые, обозначают двумя индексами узлов («начал» обмоток генератора или фаз приемника).

Три линейных напряжения UAB, UBC и UCA могут быть исходными при построении векторной диаграммы системы (рис. 10а). Углы между ними равны 120°. Векторы фазных токов IAB, IBC, ICA симметричной нагрузке сдвинуты по отношению создающим их напряжениям на некоторый угол φ значение которого зависит от отношения реактивного и активного сопротивлений приемника.

На основании соотношений (3.5), чтобы построить вектор линейного тока Iл .нужно к IAB прибавить (—ICA), т. е. вектор, равный по ICA величине, но противоположный ему по направлению. На этом же основании определяются и два остальных линейных тока.

При симметричной нагрузке фазные токи по величине одинаковы: IAB = IBC - 1ф и должны быть равны между собой линейные токи IA = IB = IC = Iл-

На диаграмме векторы фазных и линейных токов образуют три равнобедренных треугольника с острыми углами по ^ 30" и тупым углом 120°. В таком треугольнике, опустив из вершины угла перпендикуляр на противолежащую сторону (рис. 3.10 6), найдем, что



Следовательно, в трехфазной симметричной системе, соединенной треугольником, фазные напряжения являются одновременно линейными: U φΔ= UлΔ, а линейные токи больше фазных в √5 раз:





Некоторым преимуществом соединения фаз треугольником является то, что при несимметричной нагрузке нет необходимости использовать четвертый провод. На рис. 3.11 показана схема осветительной сети жилого дома при соединении фаз приемников треугольником.

Приемники подключаются к трем проводам трехфазной сети, причем они могут быть соединены звездой или треугольником независимо от способа соединения фаз генератора, питающего сеть.

В ряде случаев целесообразно в зависимости от условий работы приемников изменять способ соединения фаз — переключать фазы приемника от звезды на треугольник и обратно. Такое переключение применяется для уменьшения пусковых токов трехфазных электродвигателей, для изменения температуры трехфазных электрических печей, для изменения вторичных напряжений трансформаторов.

При переключении со звезды, на треугольник фаз симметричных приемников, сопротивления которых не зависят от напряжения, линейные токи увеличиваются в три раза:



но фазные токи возрастают в √5 раз:




^ 3.4. МОЩНОСТЬ ТРЕХФАЗНОЙ СИСТЕМЫ И ЕЕ ИЗМЕРЕНИЕ


Активная мощность трехфазной системы Р является суммой фазных активных мощностей, а для каждой из них справедливо основное выражение активной мощности цепей переменного тока. Следовательно, фазная активная мощность Рф = 3UфIфcos φ и при симметричной нагрузке активная мощность трехфазного устройства


Р = ЗРФ = 3 UфIф cos φ (3.7)


Но в трехфазных установках в большинстве случаев приходится выражать активную мощность устройства не через фазные, а через линейные величины. Это легко сделать на основании соотношений фазных и линейных величин, заменив в выражении активной мощности фазные величины линейными. При соединении звездой Uф = Uл / √3 ; 1Ф = Iл, а при соединении треугольником Uф = Uji; Iф = Iл/√3 .После подстановки этих выражений в формулу (3.7) получим одно и то же выражение для активной мощности трехфазной симметричной установки:



Хотя это выражение относится только к активной мощности симметричной системы, тем не менее им можно руководствоваться в большинстве случаев, так как в промышленных устройствах основная нагрузка редко бывает несимметричной.

Реактивная мощность в симметричной системе, так же как и полная мощность, выражается через линейные величины подобно активной мощности:



Простейшие условия измерения активной мощности трехфазной системы имеются в том случае, если фазы приемников соединены звездой с доступной нейтральной точкой. В этом случае для измерения мощности одной фазы цепь тока ваттметра соединяют последовательно с одной из фаз приемника (рис. 3.12 а), а цепь напряжения включают под напряжение той фазы приемника, в которую включена цепь тока ваттметра, т. е. зажимы цепи напряжения ваттметра присоединяются один к линейному проводу, а второй—к нейтральной точке приемника. В подобных условиях измеренная мощность



а мощность симметричного приемника



Часто нейтральная точка недоступна или фазы приемника соединены треугольником. Тогда применяется измерение с помощью искусственной нейтральной точки (рис. 12 6).



Такая точка (точнее узел) составляется из цепи напряжения ваттметра с сопротивлением rnm-n и двух добавочных резисторов С такими же сопротивлениями. При таком соединении цепь напряжения ваттметра находится под фазным напряжением, а через цепь тока прибора проходит фазный ток. Следовательно, и при таком измерении



Для измерения активной мощности в четырехпроводной установке (т. е. установке с нейтральным проводом) при несимметричной нагрузке применяют способ трех ваттметров (рис. 3.13). В такой установке каждый из ваттметров измеряет активную мощность одной фазы, а активная мощность установки определяется как сумма мощностей, измеренных тремя ваттметрами:



Если включить два ваттметра в трехпроводную систему постоянного тока (рис. 3.14), то они будут измерять мощность всей установки. При этом не имеет знамения, каковы напряжения отдельных пеней, объединенных в трехпроводную систем. Если вместо постоянных тока и напряжения рассматривать мгновенные значения напряжений и токов трехфазной системы, то в таких условиях ваттметры будут показывать средние значения мгновенных мощностей, т. е. активные мощности. Но следует иметь в виду, что хотя Р = Р1 + Р2, мощность системы равна сумме показаний двух ваттметров, но эта сумма алгебраическая, т. е. показание одного из ваттметров может быть отрицательным — стрелка одного из ваттметров может отклоняться в обратную сторону, за нуль шкалы. Чтобы отсчитать в таких условиях показание ваттметра нужно переключить зажимы цепи напряжения. Показания прибора после такого переключения следует считать отрицательными.



Рис. 3.14 Схема измерения активной мощности в трехфазной трехпроводной системе (способ двух ваттметров)


Пример. Трехфазный симметричный потребитель электроэнергии с сопротивлением фаз Za = Zь = Zc = Zф = R = 10 Ом соединен «звездой» и включен в трехфазную сеть с симметричным линейным напряжением Uл = 220 В (рис.3.15). Определить токи в фазных и линейных проводах, а также потребляемую активную мощность в режимах:

а) при симметричной нагрузке;

б) при отключении линейного провода;

в) при коротком замыкании той же фазы нагрузки.

Построить для всех трех режимов токографические диаграммы напряжений и показать на них вектора токов.



а) Решение. Фазные напряжения при симметричной нагрузке; Ua = Ub = Uc = Uф= Uл/√З = 220/√3 = 127 В. Фазные токи при этой нагрузке: IФ = Uф/Rф = 127/10 = 12,7 А. Линейные токи при симметричной нагрузке: IA = IС = Iл = Iф = 12,7 А, так как симметричный трехфазный потребитель электроэнергии соединен «звездой».

Активная мощность трехфазного симметричного потребителя: Р = ЗРф = ЗUф 1ф cos φ = 3*127*12,7* 1 = 4850 Вт = 4,85 кВт или Р = √5 Uл Iл соs φ _ф = √3*220*12,7*1 = 4850 Вт= 4,85 кВт, где cos φ _ф = 1 при Zф = Rф.

Векторная диаграмма напряжений и токов приведена на рис.3.16.



б)Решение Ток в линейных проводах аА и сС при обрыве линейного провода ЬВ (выключатель S разомкнут); так как сопротивление фазы Zb = ∞ (1В = 0), a Za = R и Zс = R включены последовательно на линейное напряжение UCa = Uл = 220 В; IA=1С = I = UcA/(R + R) = 220/(10 + 10) = 11 А.

Напряжение на фазах потребителя при обрыве линейного провода bВ (нейтральная точка и в этом случае соответствует середине вектора линейного напряжения UCA): Ua = Uc = UCA/2 = 220/2=110 В.



Напряжение между проводом фазы В и нейтральной точкой п определяют из векторной диаграммы (рис. 3.17): Uc = Uл cos pi/6 = 220* 0.866 = 190,5 В.

Активная мощность потребителя при обрыве линейного провода bВ: P = PA + РC = 2I2 Rф = 2*112*10 = 2420 Вт= 2,42 кВт.

в) Для условия задачи определить фазные напряжения Uф и токи 1Ф, активную мощность Рк потребителя при коротком замыкании фазы Zb, построить векторную диаграмму для этого случая рис. 3.18.



Решение. В данном случае Zb = 0 и Ub = 0, нейтральная точка п переместится в точку В, при этом фазные напряжения Uc = UBC, UA = Uав, т.е. фазные напряжения равны линейным напряжениям (Uф = Uл). При этом фазные токи: IA = Ic = Uл/R = 220/10 = 22 А. Ток 1В при коротком замыкании в соответствии с первым законом Кирхгофа для нейтральной точки n: IA + IB + IC = О или -IB = IA + Iс.

Из прямоугольного треугольника на векторной диаграмме рис. 3.19 имеем: (-IB/2)2 + (IA/2)2 = I2 А, откуда IB = √3 IA = √5 • 22 = 38 A. При этом 1А = Uл/Za = IC = Uл/Zc = Uл/R = 220/10 = 22 А.

Активная мощность цепи при коротком замыкании: Рк = РA + РC = 2 *I2:ф* R = 2 * 222 * 10 = 9680 Вт = 9,68 кВт. Векторная диаграмма напряжений и токов приведена на рис. 3.19




^ РАЗДЕЛ 4.ТРАНСФОРМАТОРЫ


4.1. НАЗНАЧЕНИЕ ТРАНСФОРМАТОРОВ


Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования переменных напряжений и токов неизменной частоту при передаче электроэнергии от источника к потребителю.

Трансформация напряжений и токов необходима, прежде всего, для экономичной передача и распределения электроэнергии. Энергия большой мощности S = U 1 при небольшом значении напряжения может быть передана только при большом значении тока. Потери энергии в линии электропередачи определяются по формуле:



где Rn - сопротивление 1 км линии передачи, Ом/км',

L - длина линии км, а потери напряжения в этой же линии:



Следовательно, чем меньше ток, тем меньше потери мощности и напряжения в линях электропередачи. Это достигается повышением напряжения в линии. Чем выше напряжение, тем меньше значение тока, а значит меньше сечение проводов линии передачи. Поэтому в местах производства электрической энергии - на электрических станциях напряжение повышают до 35, ПО, 220, 330, 500, 750 кВ и выше, передают энергию по проводам к потребителю, где на понижающих подстанциях трансформируют до 3, 6, 10 кВ. Эти напряжения используют при питании мощных электродвигателей, других приемников, а также трансформаторов, понижающих напряжение до 500, 380, 220 В и ниже.


^ 4.2. УСТРОЙСТВО ТРАНСФОРМАТОРА


Трансформатор состоят из сердечника (см. рис.4.1), собранного из отдельных листов электротехнической стали и двух обмоток - первичной с числом витков ω1 и вторичной с числом витков ω2.

Обмотки обычно выполняют из медного провода круглого или прямоугольного сечения. Начала обмоток обозначают буквами А и а, концы X и х. Обмотки различают также по значению напряжения: обмотка высшего напряжения (BH), обмотка низшего напряжения (////). К первичной обмотке подключается генератор, ко вторичной -приемник.




Условное обозначение трансформатора приведено на рис.4.2

На табличке трансформатора указывается его номинальные величины: мощность SH, первичное (U1н и вторичное U2н, напряжения, первичный I1н и вторичный I2н токи, напряжение короткого замыкания Uк и частота f которые соответствуют номинальному тепловому режиму.




^ 4.3. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ОДНОФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА


Переменное напряжение в подведенное к первичной обмотке трансформатора, вызывают в ней ток i1, который возбуждает в сердечнике, являющимся магнитопроводом, переменный магнитный поток Ф. Часть потока замыкается вокруг первичной обмотки по сердечнику и по воздуху, образуя поле рассеяния.

Основной магнитный поток Ф наводит в обмотках э.д.с.



Э.д.с. e2 имеет такое же направление по отношению к началу вторичной обмотки, как в э.д.с. е1, по отношению к первичной обмотке (на рис. 4.1 начала обмоток обозначены точками).

Для гармонически изменяющегося магнитного потока



где Ф и Фт - мгновенное и амплитудное значения потока. С учетом выражения магнитного потока формулы (4.3) примут следующий вид:





Действующие значения первичной и вторичной э.д.с.



Отношение э.д.с. первичной обмотки к э.д.с. вторичной обмотки, рапное отношению чисел витков этих обмоток, называется коэффициентом трансформации трансформатора



Таким образом, для повышения напряжения генератора необходимо выполнить условие ω2 > ω1. Трансформатор с таким соотношением витков называют повышающим. Если трансформатор понижающий, то для него ω1 > ω2.


^ 4.4. ПОТЕРИ МОЩНОСТИ И КПД ТРАНСФОРМАТОРОВ


При трансформации электрической энергии в трансформаторе возникают потери мощности





Потерь мощности состоят из потерь в стальном сердечнике Рст и потерь на нагрев обмоток Pм. Последние является переменными потерями, поскольку зависят от нагрузки, и определяются:



где R1 и R2 активные сопротивления первичной и вторичной обмоток трансформатора. КПД трансформатора



и составляет для мощных трансформаторов 98 - 99%.


^ 4.5. РЕЖИМ ХОЛОСТОГО ХОДА ТРАНСФОРМАТОРА


Это такой режим при котором к первичной обмотке трансформатора подведено напряжение сети, а вторичная обмотка разомкнута.

Поскольку вторичная обмотка разомкнута, то ток в ней отсутствует. Ток первичной обмотки будет равен току холостого хода I1 = I0, которые составляет 2 - 10% от номинального тока первичной обмотки для силовых трансформаторов. Причем, чем больше мощность трансформатора, ток меньше ток холостого тока.

Вследствие малости тока I1, можно считать, что



Учтивая, что в режиме холостого хода U20 = E2 коэффициент трансформации трансформатора можно определить как



Определив потери на нагрей первичной обмотки по формуле



можно найти потери в стали сердечника



При проведении опыта холостого хода к первичной обмотке подводят напряжение, которое постепенно повышают от 0 до 1,1 Un1, При этом снимают показания приборов, а затем строят характеристики холостого хода, представляющие собой зависимости тока I0 мощности Ро и коэффициента мощности cos φ от напряжения U1 Построенные характеристики используются для определения значения тока Iо и мощности Ро соответствующих номинальному напряжению U1н-


^ 4.6. РЕЖИМ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ


Различают короткое замыкание трансформатора в условиях эксплуатации и сопровождающиеся всплесками тока или разрушением обмоток трансформатора, и опыт короткого замыкания, проводимый для определения параметров короткого замыкания.

При опыте короткого замыкания вторичную обмотку трансформатора замыкают накоротко, а к первичной обмотке подводят пониженное напряжение, повышая его от нуля до некоторого значения UK , при котором токи короткого замыкания равны номинальным токам. В этом случае снимают показания приборов и строят характеристики короткого замыкания:



Где I1К ток короткого замыкания в первичной обмотке трансформатора;

Рк - мощность потерь короткого замыкания при номинальных токах в обмоткам.

Напряжение короткого замыкания Uk обычно выражается в процентах от номинального напряжения первичной обмотки U1н



и составляет 2..8 % от U1н.

На рис. 4.3 приведена упрощенная схема замещения трансформатора i режиме короткого замыкания. Величины сопротивлений Rк



Хк, Zк называют параметрами короткого замыкания. Их значения определяют из опыта короткого замыкания, При номинальных токах в обмотках измеряют ток I1K, напряжение Uk и мощность РK и рассчитывают значения




^ 4.7. РАБОТА ТРАНСФОРМАТОРА ПОД НАГРУЗКОЙ


В режиме нагрузки первичная обмотка трансформатора включена на номинальное первичное напряжение, а ко вторичной обмотке подключен приемник (см рис.4.4). В этом случае можно выделить три потока: основной поток Ф , сцепленный с первичной и вторичной обмотками, поток рассеяния первичной обмотки Фрас1 и поток вторичной обмотки Фрас2.



Работа трансформатора под нагрузкой подчиняется тем же закономерностям, что и работа в режимах холостого хода и короткого замыкания. Эта закономерности выражаются в форме уравнений напряжения, э.д.с. и намагничивающих сил, или могут быть изображены с помощью векторных диаграмм.

Нагрузочный режим позволит построить внешние характеристики и определить КПД (η) трансформатора. С увеличением нагрузки изменяется напряжение на вторичной обмотке. Зависимость этого напряжения от нагрузки выражается графически внешними характеристиками трансформатора U2 = f (I2). Вид внешней характеристики зависит от характера нагрузки и от величины коэффициента мощности cos φ2. При активной и активно-индуктивной нагрузках внешние характеристики имеют падающий вид, при активно-емкостной нагрузке внешняя характеристика имеет восходящий вид (рис.4.5).






^ 4.8. ОСОБЕННОСТИ УСТРОЙСТВА И РАБОТЫ ТРЕХФАЗНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ


Описание рабочих процессов относится как к однофазным, так и к трехфазным трансформаторам, в последнем случае—к одной фазе трансформатора, нагруженного симметрично. Трансформирование трехфазной системы токов может осуществляться трансформаторной группой — тремя однофазными трансформаторами, работающими как одни агрегат. Но можно объединить три однофазных трансформатора в один трехфазный аппарат и при этом достигнуть экономии материалов. Это было сделано изобретателем трехфазного трансформатора М. О. Доливо-Добровольским в 1891 г. Покажем наглядно, как создается экономия материала при построении трехфазного трансформатора. Представим себе три однофазных трансформатора (рис. 4.6а). Составляя сердечник для трехфазного трансформатора, оставим без изменения те части сердечников однофазных трансформаторов, на которых расположены обмотки, а свободные части этих трех сердечников соединим в один общий магнитопровод (рис. 4.6 б). Такое построение магнитной системы можно сопоставить с соединением трех электрических цепей звездой. Но в трехфазной системе при равномерной на грузке нейтральный провод не нужен; отказываясь от него, получаем экономию меди.



Нейтральному проводу в магнитной системе трехфазного трансформатора соответствует средний общий стержень. При наличии симметричной трехфазной системы магнитных потоков этот стержень не нужен и может быть удален (рис. 4.6в), так как алгебраическая сумма этих магнитных потоков всегда равна нулю. Магнитный поток в стальном сердечнике трансформатора можно считать прямо пропорциональным напряжению и отстающим от него по фазе почти на 90°. Три первичных напряжения трехфазной системы, следовательно, должны обусловливать три потока одинаковой амплитуды, сдвинутых по фазе по отношению друг к другу на одну треть периода (120°).

Показанный на рис. 4.6в симметричный сердечник неудобен для изготовления и в настоящее время заменен несимметричным магнитопроводом (рис. 4.6г), который, можно мыслить как выпрямленный вариант магнитопровода (рис. 4.6в) Симметричная

трехфазная система первичных напряжений трансформатора возбуждает и в каком несимметричном магнитопроводе симметричную систем) магнитных потоков. Но из-за неравенства магнитных сопротивлении намагничивающие токи отдельных фаз между собой не равны- Однако эта несимметрия намагничивающих токов для основных соотношений существенного значения не имеет. Физически в каждый данный момент магнитный поток одного стержня замыкается через два других стержня магнитопровода (рис. 4.7).

Отметим, что для фазных напряжений и токов при симметричной нагрузке справедливы те же отношения, что и для однофазного трансформатора. Эти условия нарушаются лишь в некоторых случаях при несимметричной нагрузке трехфазных трансформаторов.



Рис. 4.8.Трехфазный масляный трансформатор с трубчатым баком в частичном разрезе:

1 - катки, 2 — спускной кран для масла, 3 - изолирующий цилиндр, 4 — обмотка высшего напряжения, 5 — обмотка низшего напряжения, 6 — сердечник, 7 — термометр, 8, 9 — выводы низшего напряжении. 10 — выводы обмотки высшего напряжения. 11 — расширитель для масла, 12 — указатель уровня масла, 13 — радиаторы


Группа из трех однофазных трансформаторов дороже, чем трехфазный трансформатор той же мощности, занимает больше места, а кпд несколько ниже. Зато в качестве резерва на случай аварии или ремонта при такой группе достаточно иметь один однофазный трансформатор, так как маловероятно одновременное повреждение всех трех фаз трансформатора, а периодический ремонт их может осуществляться поочередно. Но при трехфазном трансформаторе в качестве резерва необходим второй трехфазный трансформатор. Таким образом, трехфазная группа обеспечивает большую надежность при эксплуатации; наконец, перевозка и установка трех однофазных трансформаторов при больших мощностях значительно проще перевозки и установки трехфазного трансформатора большой мощности.

Практически большинство трансформаторов малой и средней мощности выполняют трехфазными (рис. 4.8), а больших мощностей — с учетом конкретных условий установки. Трехфазные трансформаторы изготовляют мощностью до 60 000 кВА, но уже начиная с мощности 3 х 600 = 1800 кВА допускается применять трехфазные группы трехфазных трансформаторов.

Зажимы трехфазного трансформатора размечаются в порядке чередования фаз: на стороне высшего напряжения зажимы А, В, С —

начала обмоток, X, У, Z —их концы; на стороне низшего напряжения — соответственно а, b, с и х, у, z (см. рис. 4.6г).

Основными способами соединения обмоток трехфазного трансформатора являются соединения звездой и треугольником.

Самым простым и дешевым из них является соединение обеих обмоток трансформатора звездой, при котором каждая из обмоток и ее изоляция (при глухом заземлении нейтральной точки) должны быть рассчитаны только на фазное напряжение и линейный ток; так как число витков обмотки трансформатора прямо пропорционально напряжению, то, следовательно, соединение обмоток звездой требует в каждой из обмоток меньшего количества витков, но большего сечения проводников с изоляцией, рассчитанной лишь на фазное напряжение. Соединение обеих обмоток звездой широко применяют для трансформа торов небольшой и средней мощности (примерно до 1800 кВА). Соединение звездой является наиболее желательным для высокого напряжения, так как при нем изоляция обмоток рассчитывается лишь на фазное напряжение. Чем выше напряжение и меньше ток, тем относительно дороже обходится соединение обмоток треугольником.

Соединение обмоток треугольником конструктивно удобнее при больших токах. По этой причине соединение Y/Δ широко применяется для трансформаторов большой мощности в тех случаях, когда на стороне низшего напряжения не требуется нейтрального провода.

При трехфазной трансформации только отношение фазных напряжений U1ф/U2ф всегда приближенно равно отношению чисел витков первичной и вторичной обмоток w1/w2, что же касается линейных напряжений, то их отношение зависит от способа

соединения обмоток трансформатора. При одинаковом способе соединения (У/У или Δ/Δ) отношение линейных напряжений также равно коэффициенту трансформации. Однако при различном способе соединения (У/Δи Δ/У) отношение линейных напряжений меньше или больше этого коэффициента в √3paз. Это дает возможность регулировать вторичное линейное напряжение трансформатора соответствующим изменением способа соединения его обмоток.







rabochaya-programma-uglublennogo-kursa-po-chercheniyu-dlya-shkolnikov-yaderno-tehnicheskij-profil.html
rabochaya-programma-upravlenie-personalom-naimenovanie-disciplini-dlya-specialnosti-ej-080801-prikladnaya-informatika-v-ekonomike-230202-informacionnie-sistemi-i-tehnologii.html
rabochaya-programma-utverzhdena-na-zasedanii-kafedri-elektrosnabzhenie-2000-goda-protokol-.html
rabochaya-programma-utverzhdena-na-zasedanii-kafedri-gostinichnogo-i-turisticheskogo-biznesa-protokol-11-ot-27-dekabrya-2013-g.html
rabochaya-programma-v-zdorovom-tele-zdorovij-duh-avtori-programmi-evstigneeva-e-n-caryova-l-v-stranica-2.html
rabochaya-programma-valeevoj-eleni-nikolaevni-uchitelya-himii-ikvalifikacionnoj-kategorii-po-himii-v-8-klassah-rassmotreno-na-zasedanii-stranica-6.html
  • composition.bystrickaya.ru/osnovnaya-obrazovatelnaya-programma-nachalnogo-obshego-obrazovaniya-mou-forshtadtskaya-oosh-stranica-10.html
  • pisat.bystrickaya.ru/tema-12-antimonopolnoe-zakonodatelstvo-kak-element-gosudarstvennogo-regulirovaniya-mirovoj-opit-i-rossijskaya-praktika.html
  • uchit.bystrickaya.ru/syurrealizm-v-labirintah-soznaniya-i-podsoznaniya-d-v-sarabyanov-pechataetsya-po-postanovleniyu-redakcionno-izdatelskogo.html
  • zadachi.bystrickaya.ru/razrabotka-tehnologii-processa-upravleniya-personalom.html
  • letter.bystrickaya.ru/obshaya-harakteristika-programmi-040400-62-socialnaya-rabota-cel-missiya-programmi-normativnie-dokumenti-dlya-razrabotki-op-bakalavriata-po-napravleniyu-podgotovki-040400-62-socialnaya-rabota.html
  • turn.bystrickaya.ru/organizacionno-ekonomicheskij-mehanizm-snizheniya-bednosti-na-sele-na-materialah-stavropolskogo-kraya-08-00-05-ekonomika-i-upravlenie-narodnim-hozyajstvom-ekonomika-truda.html
  • shpora.bystrickaya.ru/zakoni-elektricheskogo-toka.html
  • ekzamen.bystrickaya.ru/sostavitel-i-a-muromov-2003-stranica-8.html
  • turn.bystrickaya.ru/osnovi-menedzhmenta-polnij-kurs-obucheniya-s-ocenkoj-horosho-ekologiya-polnij-kurs-obucheniya-s-ocenkoj-udovletvoritelno-gornoe-pravo-polnij-kurs-obucheniya-s-ocenkoj-zachteno-elyutinu-d-v-gr-hn-07.html
  • portfolio.bystrickaya.ru/plan-uroka-beseda-ob-arhitekture-kak-osobom-vide-izobrazitelnogo-iskusstva-ee-vidah-i-meste-v-zhizni-cheloveka-postanovka-hudozhestvennoj-zadachi-stranica-2.html
  • klass.bystrickaya.ru/administraciya-altajskogo-rajona.html
  • college.bystrickaya.ru/1-principialnie-podhodi-k-probleme-ocenke-effektivnosti-it-konspekt-lekcij-disciplina-effektivnost-informacionnih.html
  • universitet.bystrickaya.ru/tehnika-gipnoza-stranica-3.html
  • esse.bystrickaya.ru/publichnij-doklad-municipalnogo-doshkolnogo-obrazovatelnogo-uchrezhdeniya-detskogo-sada-kombinirovannogo-vida-96-goroda-lipecka-za-2010-2011-uchebnij-god.html
  • reading.bystrickaya.ru/mchs-organizovalo-telefonnuyu-goryachuyu-liniyu-posle-aviakatastrofi-v-moskovskom-aeroportu-domodedovo-foto-press-sluzhba-mchs.html
  • literature.bystrickaya.ru/biologicheskoe-dejstvie-ioniziruyushih-izluchenij-i-sposobi-zashiti-ot-nih-2.html
  • lesson.bystrickaya.ru/nachalo-novogo-vremeni.html
  • college.bystrickaya.ru/1-stanciya-yunie-botaniki-kurs-kubanovedenie-reshaet-problemi-patrioticheskogo-vospitaniya-razvitiya-emocionalno-poznavatelnoj.html
  • shpargalka.bystrickaya.ru/vedmi-za-granicej-stranica-6.html
  • pisat.bystrickaya.ru/tablica-3-krupnejshie-megalopolisi-mira-otchet-o-nauchno-issledovatelskoj-rabote-gradostroitelnoe-obosnovanie-sovmestnoj.html
  • turn.bystrickaya.ru/polozhenie-stranica-4.html
  • abstract.bystrickaya.ru/2-indeksi-ocenki-sostoyaniya-grazhdanskogo-obshestva-o-sostoyanii-grazhdanskogo-obshestva-v-kurskoj-oblasti.html
  • holiday.bystrickaya.ru/obrazovatelnaya-programma-municipalnogo-byudzhetnogo-obsheobrazovatelnogo-uchrezhdeniya-srednej-obsheobrazovatelnoj-shkoli-3-imeni-s-a-krasovskogo-posyolka-monino.html
  • tasks.bystrickaya.ru/2-funkcii-administrativno-hozyajstvennaya-deyatelnost-obrazovatelnogo-uchrezhdeniya.html
  • otsenki.bystrickaya.ru/reshenie-vzavisimosti-ot-napravleniya-obhoda.html
  • shkola.bystrickaya.ru/osobennosti-organizacii-obucheniya-inostrannomu-yaziku-trudovomu-obucheniyu-tehnologiyam-informatiki-fizkulture.html
  • writing.bystrickaya.ru/analiz-materialnih-resursov.html
  • textbook.bystrickaya.ru/ih-ministerstvo-oboroni-rf-programma-meropriyatij-prazdnovaniya-dnej-istoricheskogo-i-kulturnogo-naslediya-moskvi.html
  • ucheba.bystrickaya.ru/problema-telesnih-osnovanij-chelovecheskoj-subektivnosti-koncepciya-formirovaniya-razvitiya-kafedri-bistrova-i-v.html
  • esse.bystrickaya.ru/rasporyazhenie-24-fevralya-2012-g-103-rp-onaznachenii-na-dolzhnost-direktora-avtonomnogo-uchrezhdeniya-hanti-mansijskogo-avtonomnogo-okruga-yugri-yugramegasport-vsootvetstvii-s-zakonom-hanti-mansijskogo-avtonomnogo.html
  • textbook.bystrickaya.ru/iz-za-pozharov-v-priangare-vveden-rezhim-chs-internet-resurs-wwwgazetairkutskru-14062011.html
  • testyi.bystrickaya.ru/avtor-n-n-gara-himiya.html
  • institute.bystrickaya.ru/glava-vi-ne-budet-zhazhdat-vovek-issledovanie-ucheniya-o-neotstupnosti.html
  • bukva.bystrickaya.ru/poka-mi-budem-ugovarivat-no-potom-snimem-so-steni-shtrafnoe-ruzhe.html
  • bukva.bystrickaya.ru/mikromarketingovoe-issledovanie-konkurenti.html
  • © bystrickaya.ru
    Мобильный рефератник - для мобильных людей.