Курсовое проектирование
Учебное пособие для студентов
направления подготовки 140400 «Электроэнергетика и электротехника» (профиль «Электроснабжение»)
очной и заочной форм обучения
ОРЕЛ - 2014
| Автор: | к.т.н., доц., зав. кафедрой «Электроснабжение» Орел ГАУ Виноградов А.В. |
| Рецензенты: | Д.т.н., профессор, директор НИПИ «Градоагроэкопром» Шарупич В.П. к. т. н, доцент кафедры «Электроснабжение» Волчков Ю.Д. |
Рекомендовано к изданию методической комиссией
факультета агротехники и энергообеспечения Орел ГАУ,
протокол № __ от ___________ 2014 года
| В учебном пособии представлено задание, методика расчета, пример расчета, выполненный в программе «Mathcad» курсовой работы по дисциплине «Электрические машины». Курсовая работа посвящена расчету параметров силовых трансформаторов, расчету потерь в силовых трансформаторов и выбору оптимального варианта распределения нагрузки между трансформаторами. Учебное пособие «Электрические машины: курсовое проектирование» предназначено для самостоятельной работы студентов направления подготовки 140400 «Электроэнергетика и электротехника» (профиль «Электроснабжение») очной и заочной формы обучения. |
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение.............................................................................................................. 4
ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ……………………………………………….5
ТРЕБОВАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ, ОФОРМЛЕНИЮ И ЗАЩИТЕ
КУРСОВОЙ РАБОТЫ (ПРОЕКТА)………………………………………………14
Задание 1.1 Расчет параметров трансформатора............................................ 20
Задание 1.2 Распределение нагрузки между двумя
трехфазными трансформаторами .................................................................... 27
Задание 1.3Оптимизация потерь электроэнергии в силовых трансформаторах 30
Список использованных источников................................................................ 34
Приложения …………………………………..…………………..……………….. 36
ВВЕДЕНИЕ
Электрические машины применяются в различных областях жизнедеятельности человека. К числу таких электрических машин относятся трансформаторы, асинхронные и синхронные электродвигатели, генераторы, машины постоянного тока.
Для будущего инженера-электрика важно понимать и знать как принцип работы электрических машин, так и их устройство. Учебное пособие предназначено для студентов направления подготовки «Электроэнергетика и электротехника» очной и заочной форм обучения.
В ходе выполнения курсовой работы студенты приобретают компетенции:
ü способностью и готовностью к практическому анализу логики различного рода рассуждений, к публичным выступлениям, аргументации, ведению дискуссии и полемики (ОК-12). Компетенция осваивается посредством анализа различных вариантов решений по оптимизации потерь электроэнергии в силовых трансформаторах и при защите курсовой работе;
ü способностью формировать законченное представление о принятых решениях и полученных результатах в виде отчета с его публикацией (публичной защитой) (ПК-7). Компетенция осваивается посредством выполнения выводов о принятых решениях по расчетам параметров силовых трансформаторах, при оформлении и при защите курсовой работе;
ü готовностью обосновать принятие конкретного технического решения при создании электроэнергетического и электротехнического оборудования (ПК-14). Компетенция осваивается посредством выполнения расчетов параметров силовых трансформаторов, необходимых для технических решений при создании данного оборудования;
ü готовностью разрабатывать технологические узлы электроэнергетического оборудования (ПК-17). Компетенция осваивается посредством выбора вариантов решений по оптимизации потерь электроэнергии в технологическом узле, представляющем собой двухтрансформаторную подстанцию;
ü готовностью к составлению инструкций по эксплуатации оборудования и программ испытаний (ПК-51) Компетенция осваивается посредством выполнения расчетов, выводов и рекомендаций по оптимизации потерь электроэнергии в силовых трансформаторах.
ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
При выполнении курсовой работы необходимо знать определения, которые приведены ниже.
Автотрансформатор- электрический трансформатор, все обмотки которого гальванически соединены друг с другом. При малых коэффициентах трансформации автотрансформатор легче и дешевле многообмоточного трансформатора. Недостаток автотрансформатора - невозможность гальванического обособления цепей. Автотрансформаторы служат преобразователями электрического напряжения в пусковых устройствах мощных электродвигателей переменного тока, в схемах релейной защиты для плавного регулирования напряжения и т.д. Регулируемые автотрансформаторы позволяют благодаря механическому перемещению точки отвода вторичного напряжения сохранить его постоянным при изменениях первичного напряжения. Если необходимо указать, что трансформатор не является автотрансформатором, должны использоваться термины «трансформатор с раздельными обмотками» или «двухобмоточный трансформатор».
Высшее напряжение подстанции (трансформатора)- наибольше из номинальных напряжений распределительных устройств подстанции (обмоток трансформатора).
Коэффициент заполнения графика нагрузки энергоустановки потребителя (коэффициент заполнения) - отношение среднеарифметического значения нагрузки энергоустановки потребителя к максимальному за установленный интервал времени.
Коэффициент использования установленной мощности электроустановки-отношение среднеарифметической мощности к установленной мощности электроустановки за установленный интервал времени.
Коэффициент полезного действия (кпд) - характеристика эффективности системы (устройства, машины) в отношении преобразования или передачи энергии. Определяется отношением полезно использованной энергии к суммарному количеству энергии, полученному системой. В электрических двигателях кпд - отношение совершаемой (полезной) механической работы к электрической энергии, получаемой от источника; в электрических трансформаторах - отношение электромагнитной энергии, получаемой во вторичной обмотке, к энергии, потребляемой первичной обмоткой.
Коэффициент спроса -отношение совмещенного максимума нагрузки приемников энергии к их суммарной установленной мощности.
Масляный трансформатор-трансформатор, магнитная система и обмотки которого погружены в масло.
Мощность - физическая величина, измеряемая отношением работы к промежутку времени, в течение которого она произведена. Если работа производится равномерно, то мощность определяется формулой Р = A/t, где А - работа, произведённая за время t; в общем случае Р = dA/dt, где dA - элементарная работа, производимая за элементарный промежуток времени dt (обычно 1 сек). Мощность измеряется в ваттах (Вт), а в технике иногда в лошадиных силах.
Нагрузка электрическая - любой приемник (потребитель) электрической энергии в электрической цепи.
Нагрузка электроэнергетической системы - суммарная электрическая мощность, расходуемая всеми приемниками (потребителями) электроэнергии, присоединёнными к распределительным сетям системы, и мощность, идущая на покрытие потерь во всех звеньях электрической сети (трансформаторах, преобразователях, линиях электропередачи).
Нагрузка энергоустановки потребителя (нагрузка потребителя) - значение мощности или количества тепла, потребляемых энергоустановкой в установленный момент времени.
Обмотка трансформатора- совокупность витков, образующих электрическую цепь с целью получения одного из напряжений трансформатора. Для трехфазного трансформатора под «обмоткой» подразумевается совокупность соединяемых между собой обмоток одного напряжения всех фаз.
Подстанция электрическая, подстанция (ПС) - электроустановка или совокупность электрических устройств для преобразования напряжения (трансформаторная подстанция) или рода электрического тока (преобразовательная подстанция), а также для распределения электрической энергии между потребителями. Является промежуточным звеном в системе передачи электрической энергии от электростанций к потребителям. В состав электрической подстанции входят: распределительное устройство, содержащее высоковольтные (свыше 1000 В) коммутационные аппараты (выключатели, разъединители, отделители, короткозамыкатели) и аппараты защиты от перенапряжения (разрядники); основные преобразовательные агрегаты - электрические трансформаторы, выпрямители, инверторы и преобразователи частоты; распределительное устройство, содержащее низковольтные (до 1000 В) коммутационные аппараты (рубильники, автоматические выключатели, контакторы) для включения и отключения электрических сетей, отходящих к потребителям электрической энергии; щит управления, на котором размещается аппаратура ручного или автоматического управления агрегатами и коммутационными аппаратами, а также измерительные приборы и аппаратура защиты от перегрузок, коротких замыканий, чрезмерного понижения напряжения. Кроме того, к электрической подстанции относят вспомогательные установки и сооружения (аккумуляторные батареи для питания систем управления, ремонтные мастерские, помещения для ревизии основных агрегатов, установки для сушки и регенерации трансформаторного масла). Могут входить также устройства для повышения коэффициента мощности (статические конденсаторы или синхронные компенсаторы). Электрические подстанции подключаемые к протяжённым высоковольтным линиям электропередачи, оборудуют установками диспетчерской высокочастотной связи, осуществляемой по проводам линии электропередачи.
Показатель использования установленной мощности электростанции-отношение произведенной электростанцией электрической энергии за установленный интервал времени к установленной мощности электростанции.
Потери короткого замыкания трансформатора (они же потери в меди, потери в обмотках или переменные потери)- активная мощность, потребляемая трансформатором при номинальной частоте и расчетной температуре, устанавливающихся при протекании номинального тока (тока ответвления) через линейные выводы одной из обмоток при замкнутых накоротко выводах другой обмотки. Остальные обмотки, при их наличии, должны быть разомкнуты. В двухобмоточном трансформаторе возможна только одна комбинация обмоток и одно значение потерь короткого замыкания. В многообмоточном трансформаторе имеется несколько значений потерь короткого замыкания в зависимости от сочетания пар обмоток. Поэтому значение потерь короткого замыкания многообмоточного трансформатора относят к определенному сочетанию нагрузок обмоток. Как правило, измерение этих потерь невозможно осуществить во время проведения испытаний. Если две обмотки имеют различные номинальные мощности, потери короткого замыкания относят к номинальному току обмотки с меньшей номинальной мощностью.
Потери холостого хода трансформатора (они же потери в стали или постоянные потери)- активная мощность, потребляемая трансформатором при номинальном напряжении (или напряжении ответвления) и номинальной частоте на выводах одной из обмоток при разомкнутых остальных обмотках.
Потеря энергии - разность между количеством подведенной (первичной) и потребляемой (полезной) энергии.
Потребитель электрической энергии (тепла) -предприятие, организация, территориально обособленный цех, строительная площадка, квартира, у которых приемники электрической энергии (тепла) присоединены к электрической (тепловой) сети и используют электрическую энергию (тепло).
Присоединенная мощность электроустановки (присоединенная мощность) - сумма номинальных мощностей трансформаторов и приемников электрической энергии потребителя, непосредственно подключенных к электрической сети.
Реактивная мощность - величина, характеризующая нагрузки, создаваемые в электротехнических устройствах колебаниями энергии электромагнитного поля в цепи переменного тока. Реактивная мощность Q равна произведению действующих значений напряжения U и тока I, умноженному на синус угла сдвига фаз φ между ними: Q = UI sinφ. Измеряется в варах. Реактивная мощность связана с полной мощностью S и активной мощностью Р соотношением: 
. Реактивная мощность, потребляемая в электрических сетях, вызывает дополнительные активные потери (на покрытие которых расходуется энергия на электростанциях) и потери напряжения (ухудшающие условия регулирования напряжения). В некоторых электрических установках реактивная мощность может быть значительно больше активной мощности. Это приводит к появлению больших реактивных токов и вызывает перегрузку источников тока. Для устранения перегрузок и повышения коэффициента мощности электрических установок осуществляется компенсация реактивной мощности.
Трансформатор силовой - электрический трансформатор, служащий для преобразования энергии переменного тока в электрических сетях энергетических систем, в радиотехнических устройствах, системах автоматики и других, и работающий при постоянном действующем значении напряжения. Представляет собой наиболее распространённый класс трансформаторов.
Трансформатор собственных нужд (ТСН) - силовой понижающий трансформатор для питания электроприемников собственных нужд подстанции.
Трансформатор тока (ТТ) - измерительный трансформатор электрический, предназначенный для измерения и контроля больших токов с использованием стандартных измерительных приборов и устройств автоматического управления и контроля. Одновременно ТТ служат для изоляции аппаратуры от потенциала сети, в которой производится измерение (контроль). ТТ подразделяются на трансформаторы переменного тока (обычно их называют просто ТТ) и трансформаторы постоянного тока. ТТ классифицируют по назначению (измерительные, защитные, промежуточные, лабораторные), способу установки (наружные, внутренние, встроенные в электрические аппараты и машины, накладные, надеваемые на проходные изоляторы, переносные), числу ступеней (одноступенчатые, каскадные), способу крепления (проходные, в том числе клещи электроизмерительные, опорные), числу витков первичной обмотки (одновитковые, или стержневые, многовитковые), рабочему напряжению (низкого напряжения, высокого напряжения), виду изоляции обмоток (с сухой, бумажно-масляной, компаундной изоляцией).
Трансформатор тока (ТТ) измерительный - метрологически аттестованный трансформатор для подключения слаботочных (до 5 А) средств измерения электроэнергии и мощности в точку измерения с высоким значением тока.
Трансформаторная подстанция (ТП) - подстанция электрическая, предназначенная для повышения или понижения напряжения в сети переменного тока и для распределения электроэнергии. Повысительные ТП (сооружаемые обычно при электростанциях) преобразуют напряжение, вырабатываемое генераторами, в более высокое напряжение (одного или нескольких значений), необходимое для передачи электроэнергии по линиям электропередачи (ЛЭП). Понизительные ТП преобразуют первичное напряжение электрической сети в более низкое вторичное. В зависимости от назначения и от величины первичного и вторичного напряжений понизительные ТП подразделяются на районные, главные понизительные и местные (цеховые). Районные ТП принимают электроэнергию непосредственно от высоковольтных ЛЭП и передают её на главные понизительные ТП, а те (понизив напряжение до 6, 10 или 35 кВ) - на местные и цеховые подстанции, на которых осуществляется последняя ступень трансформации (с понижением напряжения до 400 или 230 В) и распределение электроэнергии между потребителями. В состав ТП входят трансформаторы силовые (обычно 1 или 2), распределительные устройства, устройства автоматического управления и защиты, а также вспомогательные сооружения.
Трансформации коэффициент- отношение эдс, наводимых основным магнитным потоком в первичной и вторичной обмотках электрического трансформатора, равен: e1/e2 = w1/w2, где e1 и e2, w1 и w2 - эдс и число витков в обмотках трансформатора. На практике определяют как отношение номинального напряжения, подводимого к первичной обмотке, к напряжению на разомкнутой вторичной обмотке, при этом погрешностью.
Трансформатор электрический - статическое (не имеющее подвижных частей) устройство для преобразования переменного напряжения по величине.