Трехфазные трансформаторы

1.

Трехфазные трансформаторы
1. Паспортные данные трехфазных трансформаторов
Эксплуатационные параметры трансформатора, соответствующие
режиму работы, для которого он предназначен заводом-изготовителем,
указываются в каталогах и на табличке, прикрепленной к корпусу.
Таковыми являются:
1.
Номинальная мощность SH0M. Ею является полная мощность,
которая для трехфазного трансформатора определяется как
Sном 3U1лном I1лном
Так как коэффициент полезного действия трансформатора весьма велик и в
номинальном режиме, как правило, составляет 95-98%, то принято считать,
что мощности первичной и вторичной обмоток равны S1 = S2 = SHOM.

2.

2. Под номинальными напряжениями U1л,ном и U2л,ном понимают линейные напряжения каждой из обмоток. При неизменном линейном
напряжении первичной обмотки напряжение вторичной обмотки будет
зависеть от характера нагрузки (активный, индуктивный, емкостной).
Поэтому, чтобы избежать неопределенности, за номинальное напряжение
вторичной обмотки принимается напряжение при холостом ходе, когда
ток вторичной обмотки равен нулю (I2,л=0).
По значениям номинальных напряжений может быть определен коэффициент трансформации, определяемый как отношение номинального
высшего напряжения к номинальному низшему напряжению п = UBH
/UHН. Для трехфазных трансформаторов в зависимости от способа
соединения обмоток определяются линейный и фазный коэффициенты
трансформации.

3.

При соединении обмоток по схеме "звезда - звезда" эти коэффициенты
равны nл =nф,, а при соединении "звезда - треугольник" отличаются в
√3 раз ( nл =√3 • nф)
3. Номинальными токами трансформатора — первичным I1л,ном и
вторичным I2л,ном — называются линейные токи, указанные на щитке
и вычисленные по номинальным значениям мощности и напряжения.
4. Частота питающего напряжения f, выраженная в Гц. Принятый
стандарт промышленной частоты в России — 50 Гц.
5. Напряжение кроткого замыкания, выраженное в процентах по
отношению к номинальному напряжению первичной обмотки
Uk
Uk %
100%
U1ном

4.

6. Схема и группа соединения. Группа трансформатора
определяется относительным сдвигом фаз между
электродвижущими силами первич-ной и вторичной обмоток. В
зависимости от схемы соединения обмоток (Y или А) и порядка
соединения их начал и концов получаются различ-ные углы сдвига
фаз между линейными напряжениями.
Принято сдвиг фаз между ЭДС характеризовать положением стрелок на
циферблате часов, при этом вектор ЭДС обмотки высшего напряжения
мысленно совмещают с минутной стрелкой часов и постоянно устанавливают на цифре 12, а вектор ЭДС обмотки низшего напряжения с
часовой стрелкой. Цифра, на которую будет ориентирована часовая
стрелка, показывает группу соединения обмоток.

5.

Например, маркировка Y/Y - 6 означает, что векторы линейных ЭДС
АВ и ав сдвинуты на 180°. Таким образом, в трехфазных трансформаторах может быть образовано 12 групп со сдвигом фаз ЭДС от 0 до 330° через
30°, что соответствует 12 цифрам часового циферблата.
7. Режим работы (продолжительный или кратковременный).
8. Полная масса.
Марка трансформатора содержит информацию о его
номинальной мощности и высшем линейном напряжении.
Например, марка ТСМ 60/35 указывает на то, что полная
номинальная мощность составляет 60 кВА, а высшее
линейное напряжение 35 кВ.

6.

Пример № 1.
Трехфазный трансформатор ТМ-63/10 имеет следующие данные:
низшее напряжение U2 ~ 400 В, потери при холостом ходе Рх = 265 Вт,
потери при коротком замыкании Рк = 1280 Вт, напряжение короткого
замыкания UK составляет 5,5% от номинального значения, ток
холостого хода IХ составляет 2,8% от номинального значения.
Определить:
а) фазные напряжения Uф при группе соединения трансформатора
Y/∆;
б) фазный пф и линейный пд коэффициенты трансформации;
в) номинальные токи первичных и вторичных обмоток;
г) КПД при нагрузке 0.5 от номинального значения и коэффициенте
мощности нагрузки равном 0,8;
д) активное и реактивное сопротивления фазы при коротком
замыкании;
е) абсолютное значение напряжения короткого замыкании;
ж) процентное изменение напряжения на вторичной цепи при
индуктивном и емкостном характере нагрузки и при номинальном токе;
з) напряжение во вторичной цепи, соответствующее этим нагрузкам.

7.

Расшифровка марки трансформатора ТМ-63/10 означает: Т —
трехфазный, М—• масляный, 63 кВ " А — номинальная мощность
трансформатора, 10 кВ — напряжение на первичной обмотке. Знак
Y/∆ означает, что первичная обмотка соединена в "звезду", вторичная
— в "треугольник".
Согласно условиям задачи имеем ил = 10000 В. Так как первичная
обмотка соединена "звездой", напряжение на фазе первичной обмотки
U1Ф
Uл
10000
5780 В
1,73
3
Из условия соединения вторичной обмотки "треугольником" имеем
U 2Ф U 2 л U 2 ном 400В
Коэффициент трансформации по фазе
nф
U1ф
U 2ф
Линейный коэффициент трансформации
U1л U1ном 10000
nл
25
U 2 л U 2 ном
400
5780
14 ,45
400

8.

Номинальный ток в первичной обмотке Iном определяем из соотношения
S ном 3U1ном I1ном
I1ном
S ном
63000
3 ,64 А
3U1ном 1,73 10000
Номинальный ток вторичной обмотки при условии S2 ном≈ S1 ном
I 2 ном
S
3U 2 ном
63000
91А
1,73 400
КПД при нагрузке 0,5 Рном
Sном cos 2
0 ,5 63000 0 ,8
0 ,81
2
2
Sном cos 2 Pх Pк 0 ,5 63000 0 ,8 265 0 ,5 1280
где SHOM — номинальная мощность; Рх — потери холостого хода; Рк
— потери короткого замыкания; β — коэффициент нагрузки.
Абсолютное значение напряжения при коротком замыкании UK =
5,5% UHOM = 0,05510000 = 550 В.

9.

Активное сопротивление фазы при коротком замыкании
Pк
Pк
1280
Rф 2 2
32 ,2Ом
2
3I1к 3I1ном 3 3,64
Полное сопротивление фазы
Zф
U1ф
3I1ф
550
50 ,3Ом
3 3,64
реактивное сопротивление фазы
X ф Z ф2 Rф2 50 ,32 32 ,22 38 ,6Ом
Для определения процентного падения напряжения воспользуемся
формулой
U 2 U a % cos 2 U p % cos 2
Напряжение короткого замыкания можно выразить через ее
составляющие:
U k U a2 U 2p

10.

Определим составляющие короткого замыкания:
а) активная
P
1280
Ua
б) реактивная
k
S ном
100%
63000
100% 2%
U p U k2 U a2 5,52 22 5,12%
Изменение напряжения на вторичной обмотке при индуктивной
нагрузке
U 2 U a % cos 2 U p % sin 2 1 ( 2 0 ,8 5 ,12 0 ,6 ) 4 ,6%
sin 2 1 cos 2 2 1 0 ,82 0 ,6
cosφ2 = 0,8 соответствует
Падению напряжения 4,6% соответствует абсолютное значение
U 2 %U 2 ном 4 ,6 400
U
18 ,4 В
100
100
Отсюда напряжение на вторичной обмотке при номинальной
индуктивной нагрузке
U '2 U 2 U 400 18,4 381,6B

11.

Изменение напряжения на вторичной обмотке при емкостной
нагрузке составляет
U 2 U % cos U p % sin 1 2 0,8 5,12 0,6 1,472%
Падению напряжения соответствует абсолютное значение
U %U 2ном 1,472 400
U 2
5,888В
100
100
Отсюда напряжение на вторичной обмотке при номинальной емкостной
нагрузке составляет
U 2'' U 2 U 400 5,888 405,888B
Активное сопротивление фазы при коротком замыкании
Pк
Pк
1280
Rф 2 2
32,2Ом
2
3I1к 3I1ном 3 3,64
Полное сопротивление фазы
U 1ф
550
Zф
50,3Ом
3I 1ф 3 3,64

12.

реактивное сопротивление фазы
X ф Z ф2 Rф2 50,32 32,2 2 38,6Ом
Для определения процентного падения напряжения воспользуемся
формулой
U 2 U a % cos 2 U p % cos 2
Напряжение короткого замыкания можно выразить через
ее составляющие:
2
2
Uk Ua U p
Определим составляющие короткого замыкания: а) активная
P
1280
U a k 100%
100% 2%
S ном
63000
б) реактивная
U p U k2 U a2 5,52 2 2 5,12%
Изменение напряжения на вторичной обмотке при индуктивной нагрузке
U 2 U a % cos 2 U p % cos 2 1 2 0,8 5,12 0,6 4,6%

13.

соsφ2 = 08 соответствует
sin 2 1 cos 2 2 1 0,8 2 0,6
Падению напряжения 4.6% соответствует абсолютное значение
U 2 %U 2 ном 4,6 400
U
18,4 В
100
100
Отсюда напряжение на вторичной обмотке при номинальной
индуктивной нагрузке
U 2' U 2 U 400 18,4 381,6 B
Изменение напряжения на вторичной обмотке при емкостной нагрузке
составляет
U 2 U % cos U p % sin 1 2 0,8 5,12 0,6 1,472%
Падению напряжения соответствует абсолютное значение
U 2 %U 2ном 1,472 400
5,888В
100
100
Отсюда напряжение на вторичной обмотке при номинальной
емкостной нагрузке составляет
U
U 2'' U 2 U 400 5,888 405,888B