|
|
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА12 ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» КАФЕДРА «ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ» УТВЕРЖДАЮ: Преподаватель к.т.н., доцент уч.степень, звание ____________/А.В. Виноградов/ подпись ФИО «___» _______________ 2011 г. ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ (проект) по дисциплине «Электрические машины» Студент _______________________________ Группа _______________ шифр ___________ Тема проекта: ___________________________________________________ Утверждено распоряжением по кафедре№ ___ от «__» ________ 20___г. Срок представления проекта к защите «____» ______________ 20___ г. 1. Исходные данные для проектирования: справочные данные по силовым трансформаторам, вариант задания на курсовую работу. Перечень разделов пояснительной записки 2.1. Расчет параметров силового трансформатора. 2.2. Распределение нагрузки между силовыми трансформаторами. 2.3. Оптимизация потерь электроэнергии в силовых трансформаторах 3. Перечень графического материала: 1. Схемы замещения силового трансформатора. 2. Векторная диаграмма силового трансформатора 3. Схема двухтрансформаторной подстанции ПРИМЕЧАНИЕ: Все листы рекомендуется выполнять на формате А4 или большем (при необходимости). 4. Календарный план выполнения курсовой работе
Руководитель проекта: __________________________/______________/___ подпись ФИО Задание принял к исполнению: _____________________/_______________/ подпись ФИО «____»________________20___г. Выполнение, оформление и защита курсовых работ осуществляется в соответствии с требованиями учебного пособия «ВЫПУСКНЫЕ КВАЛИФИКАЦИОННЫЕ РАБОТЫ БАКАЛАВРОВ. ДИПЛОМНЫЕ ПРОЕКТЫ И РАБОТЫ. МАГИСТЕРСКИЕ ДИССЕРТАЦИИ. КУРСОВЫЕ РАБОТЫ И ПРОЕКТЫ. (ТРЕБОВАНИЯ К СОДЕРЖАНИЮ, ОФОРМЛЕНИЮ И ЗАЩИТЕ)» [1]. Вариант типового задания на курсовое проектирование для студентов очного и заочного отделения может быть определен по вариантам (таблицы в соответствующих разделах курсовой работы). Вариант определяется в соответствии с номером студента в списке группы. Приветствуется выполнение курсового проекта (работы) по теме дипломного проектирования. ЗАДАНИЕ 1.1 РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ТРАНСФОРМАТОРА Выполнить описание силового трансформатора с заданной, согласно варианта, мощностью. Указать типы выпускаемых трансформаторов данной мощности, их особенности по конструкции, назначению, маркировке. Выполнить однолинейную схему трансформаторной подстанции с трансформатором данной мощности и ее описание. Определить следующие параметры силового трансформатора, приведенного в таблице 1.1, согласно своего варианта: 1. номинальные значения фазных токов и напряжений; 2. коэффициент трансформации; 3. составляющие напряжения короткого замыкания и тока холостого хода в процентах и именованных единицах; 4. параметры Т-образной схемы замещения трансформатора; 5. наибольшее значение коэффициента полезного действия трехфазного трансформатора; 6. коэффициент мощности при коротком замыкании и холостом ходе, 7. сопротивления схемы замещения для режима короткого замыкания; 8. КПД при номинальной нагрузке и коэффициентах мощности cosφ=1 и cosφ=0.8; 9. активную мощность на вторичной стороне для cos φ= 0.8, при которой значение КПД будет наибольшим; 10. потери в трансформаторе при заданной мощности; 11. напряжение на выводах вторичной обмотки при номинальной нагрузке и коэффициентах мощности cos φ=1 и cos φ=0.8. 12. начертить схему замещения трансформатора с расчетными значениями сопротивлений; 13. построить упрощенную векторную диаграмму трансформатора. Таблица 1.1 – Данные трансформаторов для задания 1.1
Указания к расчетам по заданию 1.1: Вначале внимательно выпишите необходимые данные из задания. Обратите внимание на схемы соединения обмоток высшего и низшего напряжения. Для различных схем соединения существуют отличия в расчетах ряда параметров трансформатора. Приступив к расчетам примите обозначения и индексы таким образом, чтобы они легко читались и было понятно, к какому случаю и к какому оборудованию относится данный коэффициент или величина. Например, для первичной обмотки в расчетах принимается индекс 1, для вторичной – индекс 2. В то же время индексы 1 и 2 могут использоваться для обозначения разных трансформаторов, например на двухтрансформаторной подстанции. Пример расчета для варианта 1 приведен в приложении 1 к данному учебному пособию. Пример выполнен в программе Mathcad. Основные расчетные формулы: фазные значения номинальных напряжений, кВ определяются, для схемы Y:
Где U1(2)н – номинальное напряжение соответствующих обмоток, высшего (с индексом 1) или низшего (с индексом 2) напряжения. Для схемы ∆:
Фазные значения номинальных токов, А для схемы Y:
Где Sн – номинальная мощность трансформатора, Iн – номинальный ток соответствующих обмоток, высшего (с индексом 1) или низшего (с индексом 2) напряжения. Для схемы ∆:
Коэффициент трансформации:
Напряжение короткого замыкания, В:
где Uk% - напряжение короткого замыкания, %. Полное сопротивление схемы замещения для опыта к.з., Ом:
Активное сопротивление для опыта к.з., Ом:
где m – количество фаз, Рk – потери короткого замыкания, Вт. Сопротивления короткого замыкания, Ом, активное:
где r1, r2 – активное сопротивление обмоток высшего и низшего напряжения соответственно. Индуктивное сопротивление:
где Ukp% - реактивная составляющая напряжения короткого замыкания; Ukа% - активная составляющая напряжения короткого замыкания; х1, х2 – индуктивное сопротивление обмоток высшего и низшего напряжения соответственно. Индуктивное сопротивление для опыта к.з., Ом:
Коэффициент мощности для опыта короткого замыкания, о.е.:
Индуктивная составляющая напряжения короткого замыкания:
Приведенное значение полного сопротивления вторичной обмотки трансформатора: Z2/ = Z2·k. Приведенное значение активного сопротивления вторичной обмотки трансформатора: R2/ = R1 = R2·k. Приведенное значение индуктивного сопротивления вторичной обмотки трансформатора: Х2/ = X1 = Х2·k. Приведенное значение тока во вторичной обмотке трансформатора: I2/ = I2/k
Приведенное значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора: U2/ = U2·k
Полное сопротивление схемы замещения для опыта холостого хода, Ом:
где Iхх – ток холостого хода, А. Активное сопротивление для опыта холостого хода, Ом:
где Рхх – потери холостого хода, Вт. Индуктивное сопротивление для опыта холостого хода, Ом:
Коэффициент мощности при холостом ходе, о.е.:
Коэффициент полезного действия трансформатора:
где Р2 – мощность нагрузки, кВт; Р1 – мощность, потребляемая из сети, кВт. Коэффициент загрузки трансформатора:
где Sнагр – мощность нагрузки.
Коэффициент загрузки, соответствующий максимальному КПД:
Максимальное значение КПД, %:
где ∆Р – потери мощности в трансформаторе, Вт Максимальное значение коэффициента полезного действия соответствует условию Рхх = Рk. Учитывая, что потери короткого замыкания Рk=3·I1ф2·Rкз, можно определить значения тока:
и активной мощности на вторичной стороне:
где I2 – ток нагрузки (во вторичной обмотке), А. Потери мощности в трансформаторе при Sнагр:
Приведенное напряжение на вторичной обмотке, соответствующее упрощенной схеме замещения трансформатора под нагрузкой:
Напряжение на выводах вторичной обмотки при номинальной нагрузке:
ЗАДАНИЕ 1.2 РАСПРЕДЕЛЕНИЕ НАГРУЗКИ МЕЖДУ ДВУМЯ ТРЕХФАЗНЫМИ ТРАНСФОРМАТОРАМИ Найти распределение нагрузки между двумя трехфазными трансформаторами, имеющими одинаковые коэффициенты трансформации и одинаковые группы соединения обмоток (Y/Y-12), но различные значения напряжения короткого замыкания. Коэффициент мощности cosφ2=0.8, ток нагрузки отстающий I = 80 А. Напряжение на первичных обмотках U1н=35 кВ, напряжение на вторичных обмотках U2н=10 кВ. Трансформаторы имеют следующие отличные данные, согласно варианта (см. таблицу 1.2). Таблица 1.2 – Данные трансформаторов для задания 1.2
Указания к расчетам: При включении трансформаторов на параллельную работу необходимо соблюдать условия: равенство напряжений короткого замыкания, одинаковые группы и схемы соединения, правильная фазировка, одинаковые напряжения на низкой стороне, близкая мощность. В данном задании необходимо выполнить расчет для случая, когда не соблюдается условие равенства напряжений короткого замыкания. Напряжение короткого замыкания, кВ:
Активная составляющая напряжения короткого замыкания:
Индуктивная составляющая напряжения короткого замыкания, кВ:
Номинальные токи, А:
Сопротивления схемы замещения в режиме короткого замыкания, Ом:
Комплексное значение тока нагрузки, А:
Ток нагрузки распределяется обратно пропорционально сопротивлениям короткого замыкания:
Упрощенный расчет. Для крупных трансформаторов погрешность упрощенного расчета не превышает 5 %. Он производится по следующей схеме: 1) определяются сопротивления короткого замыкания трансформаторов, Ом
2) определяются токи в трансформаторах, А:
Выполняется сравнение значений тока, полученных по двум методам. Если разница составляет меньше 5%, то результат расчета по упрощенной методике признается правильным. Общая нагрузка всех включенных на параллельную работу трансформаторов SОБЩ не должна превышать суммарной номинальной мощности этих трансформаторов:
Распределение нагрузки между параллельно работающими трансформаторами определяется следующим образом:
где Si — нагрузка одного из параллельно работающих трансформаторов, кВА; SОБЩ — общая нагрузка всей параллельной группы, кВА; SНОМi — номинальная мощность данного трансформатора, кВА; UКЗi — напряжение КЗ данного трансформатора, %. Рассчитать по приведенным формулам распределение нагрузки между параллельно работающими трансформаторами. Сделать вывод о влиянии отличия напряжения короткого замыкания на распределение токов между трансформаторами. ЗАДАНИЕ 1.3 ОПТИМИЗАЦИЯ ПОТЕРЬ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРАХ Для трансформаторов, представленных в задании 1.2, выбрать оптимальный режим распределения нагрузки для минимизации потерь электроэнергии, исходя из условий, что трансформаторы работают не параллельно, а на разные секции шин. Суммарная нагрузка на них указана в таблице 1.3. Определить суммарные потери электроэнергии на трансформаторах в течение года при рассматриваемых вариантах распределения нагрузки и затраты, руб, на оплату данных потерь электроэнергии. Стоимость электроэнергии принять равной 5 руб. Изобразить схему двухтрансформаторной подстанции и описать ее. Напряжения короткого замыкания для трансформаторов принять одинаковыми. Таблица 1.3 – суммарная нагрузка на трансформаторы, % от мощности трансформатора №2
Sнагр – максимальная мощность нагрузки, кВА, Sн2 – мощность трансформатора Т2 (см. задание 1.2), кВА, Т – время использования максимума нагрузки Sнагр, ч/год. Указания к расчетам: Данное задание представляет собой оптимизационную задачу, решение которой направлено на минимизацию потерь электроэнергии в силовых трансформаторах. Данная задача возникает на производстве, и ее рациональное решение позволяет экономить значительные средства, являясь эффективным энергосберегающим мероприятием. Функцией оптимизации в данной задаче является минимум потерь мощности и электроэнергии, который определяется посредством перебора вариантов, заключающихся в различных сочетаниях распределения нагрузки между трансформаторами. Расчетные выражения: Определение нагрузки на трансформаторы: Sнагр = к · Sн(2), где к – коэффициент (таблица 1.3), показывающий долю мощности трансформатора Т2, которую составляет мощность нагрузки Sнагр. Задаемся вариантами распределения нагрузки между трансформаторами Т1 и Т2. Данные варианты можно представить в виде двух матриц Х и Y, которые показывают, соответственно, доли нагрузки, приходящиеся на Т1 и Т2.
Выражение для определения суммарных потерь электроэнергии в трансформаторах при различных вариантах распределения нагрузки между Т1 и Т2 имеет вид:
где ∆Рв11 - суммарные потери электроэнергии в трансформаторах, кВт; Рхх1, Рхх2 – потери холостого хода трансформаторов Т1 и Т2 соответственно, кВт; Х,Y – матрицы, которые показывают, соответственно, доли нагрузки, приходящиеся на Т1 и Т2; Sнагр - мощность нагрузки, кВА; Sн1, Sн2 – номинальные мощности трансформаторов Т1 и Т2 соответственно, кВА; Рк1, Рк2 – потери короткого замыкания трансформаторов Т1 и Т2 соответственно, кВт. Отметим, что данное выражение не охватывает варианты отключенного состояния Т1 или Т2. Для определения потерь в данных вариантах в указанном выражении необходимо приравнять Рхх и Рк соответствующего трансформатора (который считаем отключенным) к нулю. Выражение В результате решения приведенного выше уравнения получим матрицу ∆Рв11 суммарных потерь мощности в Т1 и Т2. Из нее уже можно вариант с минимальным значением потерь мощности. В данной матрице порядковый номер места минимального значения потерь будет соответствовать порядковому номеру варианта распределения нагрузки между Т1 и Т2 в матрицах Х и Y. Построив графики относительно Х и Y (см. пример расчета) можно визуально определить вариант с оптимальным распределением нагрузки между Т1 и Т2, соответствующий минимуму потерь мощности. Годовые потери электроэнергии (матрица ∆Wв11) определяются с учетом времени Т использования нагрузки S нагр.
Матрица ∆Wв11 показывает значения потерь электроэнергии при всех вариантах распределения нагрузки кроме отключенного состояния одного из трансформаторов. В практических ситуациях время Т для должно определяться из графика нагрузки подстанции или годового потребления электроэнергии подключенной к ней нагрузкой. Существуют различные методики его определения (метод средней нагрузки, среднеквадратичной и т.д.). Достаточно точным является метод расчета по средней нагрузке, когда в качестве Sнагр принимается рассчитанная из годового электропотребления средняя нагрузка подстанции, а в качестве времени Т – время работы подстанции в год, если подстанция работает круглогодично, то 8760ч. В качестве мощности нагрузки может приниматься и максимальная нагрузка на подстанции. В этом случае время Т определяется как время, в течении которого при работе подстанции с максимальной мощностью будет потреблено то же количество электроэнергии, что и при реальной нагрузке. Этот метод менее достоверен для расчета потерь в трансформаторах.
Стоимость потерь электроэнергии определится:
где Сэ – стоимость электроэнергии, руб/кВт·ч. Матрица Спэ11 показывает значения потерь электроэнергии при всех вариантах распределения нагрузки кроме отключенного состояния одного из трансформаторов. Далее следует построить графики зависимости ∆Wв11 и Спэ11 от Х и от Y. Сделать выводы.
1 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 1. Выпускные квалификационные работы бакалавров. Дипломные проекты и работы. Магистерские диссертации. Курсовые работы и проекты (требования к содержанию, оформлению и защите). Учебное пособие / Сост. А.В. Виноградов, С.М. Астахов, А.В. Виноградова – Орел: Изд-во Орел ГАУ, 2012. – 140 с. 2. Сборник задач по дисциплинам «Электрические машины», «Электромеханика» для студентов ЭМФ, ЭЭФ, ФЭТ всех форм обучения. Составители: Н.М. Гераскина, канд. техн. наук, доц., Э.Е. Савилова, ст.преп., В.А. Тюков, канд. техн. наук, доц., З.С. Темлякова, д-р техн. наук, доц.. Под общей редакцией З.С. Темляковой, д-р техн. наук, доц..- Новосибирский государственный технический университет, 2002 г. 3. Астахов С.М. Словарь энергетика: понятия, термины, определения. – Орел: Изд-во Орел ГАУ, 2008. –268 с. 4. Гольдберг, О. Д. Электромеханика : учебник / О. Д. Гольдберг, С. П. Хелемская ; под ред. О. Д. Гольдберга. - М. : Академия, 2007. - 512 с. - (Высшее профессиональное образование. Электротехника). - ISBN 978-5-7695-2886-6 : 420-00. Сиглы хранения: чз, УДК-- 621.313(075.8) Пол.инд.-- 621.3 Кат.инд.-- 621.313(075.8) 5. Гольдберг, О. Д. Электромеханика : учебник / О. Д. Гольдберг, С. П. Хелемская. - 2-е изд., испр. - М. : Академия, 2010. - 512 с. - (Высшее профессиональное образование. Электротехника). - ISBN 978-5-7695-6176-4 : 234-30; 459-80. Сиглы хранения: аб.1, аб.2, чз, УДК-- 621.313(075.8) Пол.инд.-- 621.3 Кат.инд.-- 621.313(075.8) 6. Вольдек, А. И. Электрические машины. Введение в электромеханику. Машины постоянного тока и трансформаторы : учебник / А. И. Вольдек, В. В. Попов. - СПб. : Питер, 2007. - 320 с. : ил. - (Учебник для вузов). - ISBN 5-469-01380-4 : 395-00. 7. Вольдек, А. И. Электрические машины. Машины переменного тока : учебник / А. И. Вольдек, В. В. Попов. - СПб. : Питер, 2007. - 350 с. : ил. - ISBN 978-5-469-01381-5 : 310-00. 8. Епифанов, А. П. Электрические машины : учебник / А. П. Епифанов. - СПб. : Лань, 2006. - 272 с. - ISBN 5-8114-0669-X : 285-00. 9. Копылов, И. П. Электрические машины : учебник / И. П. Копылов. - 5-е изд., стер. - М. : Высш. шк., 2006. - 607 с. - ISBN 5-06-003841-6 : 384-00. 10. Шпиганович, А. Н. Электрические машины и трансформаторы систем электроснабжения предприятий металлургической и горной промышленности : учеб. пособие / А. Н. Шпиганович, Д. И. Шишлин. - Липецк : ЛГТУ, 2007. - 340 с. - ISBN 5-88247-299-7 : 209-27.
Приложение 
12 Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: ©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|
,
.
,
.
.
Рисунок 1.1 - Схема замещения одной фазы трансформатора в режиме КЗ
Рисунок 1.2 - Упрощённая схема замещения одной фазы трансформатора в режиме КЗ
,
.
,
,
,
.
.
,
, %
, В
, %
Рисунок 1.3 - Схема замещения одной фазы трансформатора в режиме ХХ
,
,
.
.
,
,
.
,
, А
,
, Вт.
.
;
Рисунок 1.4 - Т-образная схема замещения одной фазы трансформатора
Рисунок 1.5 - Векторная диаграмма токов и напряжений трансформатора при активно-индуктивной нагрузке
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
представляет собой коэффициент загрузки соответствующего трансформатора.
