Расчет основных электрических величин трансформатора
Определение основных размеров трансформатора. Рассмотрение параметров короткого замыкания. Выбор типа обмоток трехфазного трансформатора. Определение размеров ярма и сердечника в магнитной системе. Тепловой расчет трансформатора и охладительной системы.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 07.05.2019 |
| Размер файла | 2,4 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http: //www. allbest. ru/
Исходные данные
1. Тип трансформатора ТМ-40/10;
2. Номинальное линейное напряжение: обмотка ВН 10 кВ, обмотка НН 0,4 кВ;
3. Схема и группа соединений Д / Д - 0;
4. Потери холостого хода 190 Вт;
5. Потери короткого замыкания 880 Вт;
6. Напряжение короткого замыкания 4,5%:
7. Ток холостого хода 1,6%;
8. Материал обмоток - медь;
9. Материал сердечника - сталь электротехническая марки 3411.
1. РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН ТРАНСФОРМАТОРА
1. Мощность одной фазы, кВА
,
где m - число фаз, m = 3.
2. Мощность на один стержень, кВА
,
где c - число активных стержней, несущих обмотки трансформатора.
Для силовых масляных трехфазных трансформаторов c = m = 3.
Номинальный линейный ток обмотки низкого напряжения (Н.Н.), А
.
Номинальный линейный ток обмотки высокого напряжения (ВН), А
.
Номинальные фазные токи и напряжения обмотки низкого напряжения при соединении обмотки в треугольник
; .
Номинальные фазные токи и напряжения обмотки высокого напряжения при соединении обмотки в треугольник
; .
Активная составляющая напряжения короткого замыкания, %
.
Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания, %
Испытательное напряжение Uисп (эффективное), для обмотки ВН - 35кВ; для обмотки НН - 5 кВ
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ ТРАНСФОРМАТОРА
Основой конструкции трансформатора является его магнитная система, размеры которой вместе с размерами обмоток определяют его габариты. В проектируемых трансформаторах рассматривается плоская трехстержневая магнитная система, поперечное сечение стержней имеет вид симметричной многоступенчатой фигуры, вписанной в окружность. Поперечное сечение стержня в виде ступенчатой фигуры выполняется для наибольшего заполнения сталью площади круга, а также для изготовления технологичных цилиндрических обмоток. Обмотки на стержнях расположены концентрично по отношению друг к другу, причем для уменьшения расхода материалов внутренней всегда является обмотка НН. Магнитная система такого трехфазного транс-форматора с обмотками схематически изображена на рис 1.
Материалом для магнитной системы силового трансформатора служит электротехническая холоднокатаная анизотропная тонколистовая сталь марки 3411 с нагревостойким изоляционным покрытием.
Рис. 1 Основные размеры трансформатора
Диаметр d окружности, в которую вписана ступенчатая фигура стержня, является первым основным размером трансформатора и рассчитывается по формуле:
d = 0.507 , см
2.1 Ширина приведенного канала рассеяния трансформатора
ар = а12 10 -1+ (а1 + а2)/3, см.
Размер мм канала между обмотками ВН и НН определяется как изоляционный промежуток из табл. 8. а12 = 9 мм
Суммарный приведенный размер медных обмоток ВН и НН (а1+а2)/3 (см) может быть приближенно определен по формуле:
(а1+а2)/3
где величина k в зависимости от мощности трансформатора, металла обмоток, напряжения обмотки ВН может быть найдена в табл.1.
k=0.63
Таблица 1 Значения коэффициента k в формуле для расчета приведенного размера обмоток
|
Мощность трансформатора, кВА |
Напряжение обмотки ВН, кВ |
||
|
6, 10 |
20, 35 |
||
|
До 250 |
0,63 |
0,65 - 0,58 |
|
|
400 - 630 |
0,53 |
0,65 - 0,58 |
|
|
1000 - 6300 |
0,51 - 0,43 |
0,52 - 0,48 |
|
|
10 000 - 80 000 |
-- |
0,48 - 0,46 |
2.3 Зададимся значениями =1,8; B=1.55; kp = 0.95
2.4 Коэффициент заполнения сталью k3 = 0.97 при d = 100..140мм
Коэффициент заполнения круга ступенчатой фигурой kкр = 0.92
Коэффициент заполнения сталью
kc = k3 * kкр= 0.97*0.92=0.893
Выбираем нормализованный диаметр стержня 110 мм.
2.5 Второй основной размер трансформатора - средний диаметр канала между обмотками d12
d12 = d + 2а1 +0,1а12 +0,2а01
где d - нормализованное значение диаметра стержня.
Радиальные размеры осевых каналов а01 между стержнем и обмоткой НН и а12 между обмотками НН и ВН определяются из условий электрической прочности, главной изоляции трансформатора по испытательным напряжениям обмоток НН и ВН
Радиальный размер обмотки НН а1 можно приблизительно вычислить по формуле:
а1 k1(a1 + a2)/3 см,
где k1 - коэффициент может быть принят равным:
1,1 - для трансформаторов мощностью 25 - 630 кВА;
1,4 - для трансформаторов мощностью 1000 - 80 000 кВА.
d12 = 0,11 + 2*1,1*0,012 +0,1*0,009 +0,2*0,004=0,149
2.6 Третий основной размер трансформатора - высота обмоток определяется по формуле
,
2.7 Активное сечение стержня, т.е. чистое сечение стали, см2
Пс = kс =0,008м2
2.8 Электродвижущая сила одного витка, В
Uв = 4,44f Bc Пс=4,44*50*1,55*0,008=3,231В
3. РАСЧЕТ ОБМОТОК
3.1 Выбор типа обмоток
Для расчета поперечного сечения витков обмотки ВН и НН необходимо определить среднюю плотность тока в обмотках, А / мм2, для медных обмоток
Jср = 0,746 kД ;
где kД - коэффициент, учитывающий добавочные потери в обмотках, потери в отводах, в стенках бака и определяется из табл. 16.
трансформатор сердечник замыкание охладительный
Таблица 2 Значение kД для трехфазных трансформаторов
|
Мощность трансформатора, кВА |
До 100 |
160-630 |
1000-6300 |
10 000-16 000 |
25 000-63 000 |
80 000-100 000 |
|
|
kД |
0,97 |
0,96-0,93 |
0,93-0,85 |
0,84-0,82 |
0,82-0,81 |
0,81-0,80 |
Jср = 0,746*0,97*880*2,715/(40*0,149)=2865786 А/м2 = 2,866 А/мм2
Плотность тока сравним с предельными значениями табл.3.2
Таблица 3 Средняя плотность тока в обмотках Jср, А/мм2 для современных масляных трансформаторов с потерями короткого замыкания по ГОСТ
|
Мощность трансформатора, кВА |
25-40 |
63-630 |
1000-6300 |
10 000-16 000 |
25 000-80 000 |
|
|
Медь |
1,8-2,2 |
2,2-3,5 |
2,2-3,5 |
2,0-3,5 |
2,0-3,5 |
|
|
Алюминий |
1,1-1,8 |
1,2-2,5 |
1,5-2,6 |
1,5-2,7 |
-- |
Вычисленная плотность тока больше рекомендованной, задаемся значением 2,2 А/мм2
Предварительное сечение витка, мм2
обмотки НН П'1 = ,
обмотки ВН П' 2 = .
Тип обмотки ВН - катушечный, из круглого провода.
Тип обмотки НН - цилиндрический, из прямоугольного провода.
Предельное значение большего из двух размеров поперечного сечения прямоугольного провода b, мм выбрано по формулам для медного провода
Принимаем kз равным 0,8 для цилиндрической обмотки.
3.2 Расчет обмоток низкого напряжения
Число витков на фазу обмотки
3
Полученное значение w'1 округлим до целого большего числа 124 и уточним значение Uв:
.
Уточним значение индукции в стержне, Тл
,
где Uв - уточненное значение ЭДС одного витка.
Число витков в слое:
Осевой размер витка:
Параметры медного провода выбираем из таблицы 3.3
Таблица 4 Номинальные размеры и сечения медного и алюминиевого прямоугольного провода
|
а b |
1,40 |
1,50 |
1,60 |
1,70 |
1,80 |
1,90 |
2,00 |
2,12 |
2,24 |
2,36 |
2,50 |
2,65 |
2,80 |
|
|
3,75 |
5,04 |
-- |
5,79 |
-- |
6,39 |
-- |
7,14 |
-- |
8,04 |
-- |
8,83 |
-- |
-- |
|
|
4,00 |
5,39 |
5,79 |
6,19 |
6,44 |
6,84 |
7,24 |
7,64 |
8,12 |
8,60 |
8,89 |
9,45 |
10,1 |
10,7 |
|
|
4,25 |
5,74 |
-- |
6,59 |
-- |
7,29 |
-- |
8,14 |
-- |
9,16 |
-- |
10,1 |
-- |
11,4 |
|
|
4,50 |
6,09 |
6,54 |
6,99 |
7,29 |
7,74 |
8,19 |
8,64 |
9,18 |
9,72 |
10,1 |
10,7 |
11,4 |
12,1 |
|
|
4,75 |
6,44 |
-- |
7,39 |
-- |
8,19 |
-- |
9,14 |
-- |
10,3 |
-- |
11,3 |
-- |
12,8 |
|
|
5,00 |
6,79 |
7,29 |
7,79 |
8,14 |
8,64 |
9,14 |
9,64 |
10,2 |
10,8 |
11,3 |
12,0 |
12,7 |
13,5 |
|
|
5,30 |
7,21 |
-- |
8,27 |
-- |
9,18 |
-- |
10,2 |
-- |
11,5 |
-- |
12,7 |
-- |
14,3 |
|
|
5,60 |
7,63 |
8,19 |
8,75 |
9,16 |
9,72 |
10,3 |
10,8 |
11,5 |
12,2 |
12,7 |
13,5 |
14,3 |
15,1 |
|
|
6,00 |
8,19 |
-- |
9,39 |
-- |
10,4 |
-- |
11,6 |
-- |
13,1 |
-- |
14,5 |
-- |
16,3 |
|
|
6,30 |
8,61 |
9,24 |
9,87 |
10,4 |
11,0 |
11,6 |
12,2 |
13,0 |
13,8 |
14,3 |
15,2 |
16,2 |
17,1 |
|
|
6,70 |
9,17 |
-- |
10,5 |
-- |
11,7 |
-- |
13,0 |
-- |
14,7 |
-- |
16,2 |
-- |
18,2 |
|
|
7,10 |
9,73 |
10,4 |
11,2 |
11,7 |
12,4 |
13,1 |
13,8 |
14,7 |
15,5 |
16,2 |
17,2 |
18,3 |
19,3 |
|
|
7,50 |
10,3 |
-- |
11,8 |
-- |
13,1 |
-- |
14,6 |
-- |
16,4 |
-- |
18,2 |
-- |
20,5 |
|
|
8,00 |
11,0 |
11,8 |
12,6 |
13,2 |
14,0 |
14,8 |
15,6 |
16,6 |
17,6 |
18,3 |
19,5 |
20,7 |
21,9 |
|
|
8,50 |
11,7 |
-- |
13,4 |
-- |
14,9 |
-- |
16,6 |
-- |
18,7 |
-- |
20,7 |
-- |
23,3 |
|
|
9,00 |
12,4 |
13,3 |
14,2 |
14,9 |
15,8 |
16,7 |
17,6 |
18,7 |
19,8 |
20,7 |
22,0 |
23,3 |
24,7 |
|
|
9,50 |
13,1 |
-- |
15,0 |
-- |
16,7 |
-- |
18,6 |
-- |
20,9 |
-- |
23,2 |
-- |
26,1 |
|
|
10,00 |
13,8 |
14,8 |
15,8 |
16,6 |
17,6 |
18,6 |
19,6 |
20,8 |
22,0 |
23,1 |
24,5 |
26,0 |
27,5 |
|
|
10,60 |
14,6 |
-- |
16,8 |
-- |
18,7 |
-- |
20,8 |
-- |
23,4 |
-- |
26,0 |
-- |
29,1 |
|
|
11,20 |
15,5 |
16,6 |
17,7 |
18,7 |
19,8 |
20,9 |
22,0 |
23,4 |
24,7 |
25,9 |
27,5 |
29,1 |
30,8 |
|
|
11,80 |
-- |
-- |
18,7 |
-- |
20,9 |
-- |
23,2 |
-- |
26,1 |
-- |
29,0 |
-- |
32,5 |
|
|
12,50 |
-- |
18,5 |
19,8 |
20,9 |
22,1 |
23,4 |
24,6 |
26,1 |
27,6 |
29,0 |
30,7 |
32,6 |
34,5 |
|
|
13,20 |
-- |
-- |
-- |
-- |
23,4 |
-- |
26,0 |
-- |
29,2 |
-- |
32,5 |
-- |
36,4 |
|
|
14,00 |
-- |
-- |
-- |
-- |
24,8 |
26,2 |
27,6 |
29,3 |
31,0 |
32,5 |
34,5 |
36,6 |
38,7 |
|
|
15,00 |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
29,6 |
-- |
33,2 |
-- |
37,0 |
-- |
41,5 |
|
|
16,00 |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
31,6 |
33,6 |
35,5 |
37,2 |
39,5 |
41,9 |
44,3 |
|
|
17,00 |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
47,2 |
|
|
18,00 |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
|
|
3,00 |
3,15 |
3,35 |
3,55 |
3,75 |
4,00 |
4,25 |
4,50 |
4,75 |
5,00 |
5,30 |
5,60 |
a b |
||
|
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
3,75 |
||
|
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
4,00 |
||
|
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
4,25 |
||
|
13,0 |
13,6 |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
4,50 |
||
|
-- |
14,4 |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
4,75 |
||
|
11,5 |
15,2 |
16,2 |
17,2 |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
5,00 |
||
|
-- |
16,2 |
-- |
18,3 |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
5,30 |
||
|
16,3 |
17,1 |
18,2 |
19,3 |
20,1 |
21,5 |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
5,60 |
||
|
-- |
18,4 |
-- |
20,8 |
-- |
23,1 |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
6,00 |
||
|
18,4 |
19,3 |
20,6 |
21,8 |
22,8 |
24,3 |
25,9 |
27,5 |
-- |
-- |
-- |
-- |
6,30 |
||
|
-- |
20,6 |
-- |
23,2 |
-- |
25,9 |
-- |
29,3 |
-- |
-- |
-- |
-- |
6,70 |
||
|
20,8 |
21,8 |
23,2 |
24,7 |
25,8 |
27,5 |
29,3 |
31,1 |
32,9 |
34,6 |
-- |
-- |
7,10 |
||
|
-- |
23,1 |
-- |
26,1 |
-- |
29,1 |
-- |
32,9 |
-- |
36,6 |
-- |
-- |
7,50 |
||
|
23,5 |
24,7 |
26,3 |
27,9 |
29,1 |
31,1 |
33,1 |
35,1 |
37,1 |
39,2 |
41,5 |
43,9 |
8,00 |
||
|
-- |
26,2 |
-- |
29,6 |
-- |
33,1 |
-- |
37,4 |
-- |
41,6 |
-- |
46,7 |
8,50 |
||
|
26,5 |
27,8 |
29,6 |
31,4 |
32,9 |
35,1 |
37,4 |
39,6 |
41,9 |
44,1 |
46,8 |
49,5 |
9,00 |
||
|
-- |
29,4 |
-- |
33,2 |
-- |
37,1 |
-- |
41,9 |
-- |
46,6 |
-- |
52,1 |
9,50 |
||
|
29,5 |
31,0 |
33,0 |
35,0 |
36,6 |
39,1 |
41,6 |
44,1 |
46,6 |
49,1 |
52,1 |
55,1 |
10,00 |
||
|
-- |
32,8 |
-- |
37,1 |
-- |
41,5 |
-- |
46,8 |
-- |
52,1 |
-- |
58,5 |
10,60 |
||
|
33,1 |
34,7 |
37,0 |
39,2 |
41,4 |
43,9 |
46,7 |
49,5 |
52,3 |
55,1 |
58,5 |
61,9 |
11,20 |
||
|
-- |
36,6 |
-- |
41,3 |
-- |
46,3 |
-- |
52,2 |
-- |
58,1 |
-- |
65,2 |
11,80 |
||
|
37,0 |
38,8 |
41,3 |
43,8 |
46,0 |
49,1 |
52,3 |
55,4 |
58,5 |
61,6 |
65,4 |
69,1 |
12,50 |
||
|
-- |
41,0 |
-- |
46,3 |
-- |
51,9 |
-- |
58,5 |
-- |
65,1 |
-- |
73,1 |
13,20 |
||
|
41,5 |
43,6 |
46,4 |
49,2 |
52,0 |
55,1 |
58,6 |
62,1 |
65,6 |
69,1 |
73,3 |
77,5 |
14,00 |
||
|
-- |
46,7 |
-- |
52,7 |
-- |
59,1 |
-- |
66,6 |
-- |
74,1 |
-- |
83,1 |
15,00 |
||
|
47,5 |
49,9 |
53,1 |
56,3 |
59,1 |
63,1 |
67,1 |
71,1 |
75,1 |
79,1 |
83,9 |
88,7 |
16,00 |
||
|
-- |
53,2 |
-- |
59,4 |
-- |
67,1 |
-- |
75,6 |
-- |
84,1 |
-- |
94,3 |
17,00 |
||
|
53,1 |
55,8 |
59,4 |
63,0 |
66,6 |
71,1 |
75,6 |
80,1 |
84,6 |
89,1 |
94,5 |
99,9 |
18,00 |
Выбираем размеры провода
ПБ х 1 х
Уточненная плотность тока
Рис. 2 Двухслойная цилиндрическая обмотка из прямоугольного провода
Радиальный размер обмотки, м,
а1 = (2а' + а11)10 -1=0,017м
где а11 = 4мм - ширина осевого масляного канала между слоями обмотки
Окончательная высота (осевой размер) обмотки НН, см,
l1 = hв1 (wсл1 + 1) + (0,5 1,5)=289 мм ,
Внутренний диаметр обмотки НН, см,
D1 = d + 0,2 а01 =0,118м
Ширина канала а01 =0,004 м между обмоткой НН и стержнем определяется из условий изоляции обмотки НН по табл. 7.
Наружный диаметр обмотки НН, см,
D1" = D1 + 2 а1 =0,152м.
Полная охлаждаемая поверхность обмотки, м2,
П01 = 2с . k . (D1" + D1) 1 10 -4=1,176 м2;
3.3 Расчет обмотки ВН
В обмотке выполняются отводы для регулирования напряжения, например, на ±5 % от номинала:
Число витков обмотки ВН при номинальном напряжении
Полное число витков обмотки ВН
W2H = 3250
Предварительное значение плотности тока
=2*2,2-1,52>2,2А/мм2
Выбираем j2 = 2,2А/мм2
Предварительное значение сечения витка обмотки
Тип провода, число параллельных проводов и фактическое сечение витка обмотки определяются по табл. 5.1 [1] или по табл. П-2а [2]:
Сечение провода П2=2,01мм2
Уточняем значение плотности тока
Число витков в слое .
,где (м), (мм).
Число слоев в обмотке ВН
Рабочее напряжение двух слоев
Обмотка выполняется в виде двух катушек с масляным каналом
между ними, . Величина междуслойной изоляции дмсл=0,72
Радиальный размер обмотки
Внутренний диаметр обмотки
=0,152+2*0,008=0,178 м
где радиальный размер осевого канала между обмотками
Наружный диаметр обмотки
Полная поверхность охлаждения обмотки ВН при наличии масляного канала
Средний диаметр канала между обмотками
Соотношение между шириной и высотой трансформатора
Полученные уточненные значения и принимаются для дальнейших расчетов.
Рис. 3 Многослойная цилиндрическая обмотка из круглого провода
Рис. 4 Изоляция торцевой части многослойной цилиндрической обмотки: 1 - экран; 2 - междуслойная изоляция; 3 - бортики из электрокартона; 4 - витковая изоляция.
4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
4.1 Потери короткого замыкания
Электрические потери в обмотке НН (для медной обмотки)
Масса обмотки из меди:
где средний диаметр
Все линейные размеры в м, масса в кг, плотность тока в А/м2.
Вычисляем электрические потери в обмотке ВН
Потери в отводах обмотки НН
где
при соединении обмотки в звезду
2,4*1,52*2,691=54,39 Вт
Потери в отводах обмотки ВН
\где
при соединении обмотки в звезду
0,944 Вт
Потери в стенках бака
Вт
При номинальной мощности трансформатора менее 1000 кВА величина k может быть принята в пределах от 0,015 до 0,02, принимаем k=2
Потери короткого замыкания трансформатора
=1.05*(182,9+662)+2,3+0,9+6=896 Вт
где коэффициент добавочных потерь kg принят равным 1,05.
Значение РK не должно превосходить заданное более чем на 10%. (896-880)/880=1,8%
Потери короткого замыкания в допустимых пределах. .
4.2 Расчет напряжения короткого замыкания
Активная составляющая напряжения короткого замыкания
Реактивная составляющая короткого замыкания
где в Гц; S в кВА; в м; Uв в В.
Напряжение короткого замыкания
Полученное значение нужно сравнить с заданным. Если различие превышает , необходимо пересмотреть принятые значение и магнитной индукции.
Проверим различие: (4,103-4,5)*100%/4,5 = 8.8%.
Отклонение в допустимых пределах.
4.3 Определение механических усилий в обмотках
Установившееся значение тока короткого замыкания
Мгновенное наибольшее значение тока короткого замыкания
где
коэффициент, учитывающий апериодическую составляющую тока короткого замыкания.
Радиальное растягивающее усилие в обмотке ВН
100160 Н
где Fp в Н; iKM в А.
Растягивающее механическое напряжение в проводе обмотке ВН
=1,562 МПа
где -в МПа; П2-в м2.
Допустимое значения растягивающих напряжений для медной обмотки - 30 МПа. Вычисленное значение 1,562 МПа соответствует допустимому значению.
Сила, сжимающая обмотку:
Обмотки имеют одинаковую длину и равномерно распределены на ней,
Величина напряжения сжатия
где п - число прокладок по окружности обмоток между катушками, обычно от 4 до 8;
а - радиальный размер обмотки, м;
b - ширина прокладки, обычно от 0,04 до 0,06 м.
Допустимое напряжение сжатия МПа, вычисленное значение 0,487 МПа в пределах допуска.
5. РАСЧЕТ МАГНИТНОЙ СИСТЕМЫ
5.1 Определение размеров ярма и сердечника
Размеры пакетов стержня и ярма определяются по табл. 8.2-8.5 [1] или по табл.
Таблица 5 Размеры пакетов в стержне d=110 мм и ярме
|
№ пакета |
Размеры пакетов в стержне aс*bс |
Размеры пакетов в ярме aя*bя |
|
|
1 |
105*16 |
105*16 |
|
|
2 |
95*11 |
95*11 |
|
|
3 |
85*7 |
85*7 |
|
|
4 |
75*6 |
75*6 |
|
|
5 |
65*4 |
65*4 |
|
|
6 |
40*7 |
65*7 |
Рис. 5.1 Угол магнитной системы
По табл. 8.6, 8.7 [1] определяются площади ступенчатых стержня ПФС и ярма ПФЯ в см2 и объем угла VУ в см3 .
При d=110 мм
ПФС =0,0082; ПФЯ=0,0087; VУ =0,001050
Активное сечение стержня
м2,
Активное сечение ярма
м2,
Длина стержня
,м.
Для Uисп = 35 кВ мм.
5.2 Определение массы стали
Масса стали угла
кг,
для холодокатаной стали кг/ м3 ,
Масса стали стержней
где ПС в м2, в м, Gу в кг, в кг/ м3, а1Я =83,3 мм,
Масса стали ярма
=0,299+0,006=0,305
Масса стали трансформатора
5.3 Расчет потерь холостого хода
Магнитная индукция в стержне
Магнитная индукция в ярме
Магнитная индукция в косых стыках
Схема магнитной цепи
Выбираем для холоднокатаной стали плоскую трех стержневую магнитную систему.
Рис.5.2 схема магнитной цепи
При использовании холоднокатаной стали
Pc = 1,15;
Ря = 0.970;
Рз = 515
Кпp =1,05 учитывает увеличение потерь за счет резки полосы рулона на ленты.
Кпз =1 учитывает наличие заусениц.
Кпу = 8,85 - учитывает увеличение потерь в углах магнитной системы.
Кпя=1учитывает различие числа ступеней ярма и стержня.
Кпn =1,03 учитывает способ прессовки стержня и ярма.
Кпш, 1,02 при Sн =400 кВА, учитывает перешихтовку верхнего ярма при установке обмотки.
=235 Вт
Отклонение от заданной в условии величины не должно превышать 35%.
Проверяем отклонение от заданной величины
(235-190)*100%/190= 23,8%
Значение находится в допустимом диапазоне.
5.3.6. Намагничивающая мощность
При использовании холоднокатаной стали
где
qC =1,2
qЯ=1,1
q3 =2000
КТР =1,18 учитывает увеличение намагничивающей мощности за счет резки полосы рулона на ленты.
КТ3 =1 учитывает наличие заусениц.
КТУ = 4,3
КТП=1,045
КТПЛ =1,15...1,19.
КТЯ = 1 учитывает форму сечения ярма.
КТШ, = 1,02 при SН от 400, учитывает необходимость перешихтовки верхнего ярма при установке обмотки.
Подставим числовые значения и выполним вычисления:
=664 BA
Активная составляющая тока холостого хода
%
Реактивная составляющая холостого хода
%
Ток холостого хода
Величина тока холостого хода должна отличаться от заданной не более чем на +30 %.
Проверяем: (1,762 - 1,6)*100/1,6=10%.
Вычисленное значение находится в допустимых пределах.
6. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА. РАСЧЕТ ОХЛАДИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
6.1 Тепловой расчет обмотки низшего напряжения
Рассматривается вариант применения прямоугольного провода обмотки.
Плотность теплового потока на поверхности обмотки
Внутренний перепад в обмотке
где =0.0025 м - толщина изоляции провода на одну сторону, м;
Вт/м°С для бумажной изоляции, пропитанной лаком или маслом.
Перепад температуры между поверхностью обмотки и маслом
0С,
где К1=1для естественного масляного охлаждения;
К2= 1,1 для обмоток ВН; К3=1для обмоток НН;
К4=1для номинальной мощности трансформатора вплоть до 630 кВА.
Превышение температуры обмоток над средней температурой масла.
6.2 Тепловой расчет обмотки высшего напряжения
Рассматривается вариант применения круглого провода обмотками.
Внутренний перепад температуры в обмотке
где
Удельные потери в 1 м3 объема обмотки для медной обмотки
где j2 = -- плотность тока в обмотке ВН, А/м2 ;
d2 =1,6 диаметр провода обмотки ВН без изоляции, м;
d '2 =2,0 то же с изоляцией, м;
- толщина прокладки между слоями обмотки ВН, м.
Средняя теплопроводность обмотки ВН:
, Вт/м 0С
где
Плотность теплового потока на поверхности обмотки ВН
Перепад температур на поверхности обмотки
Превышение температуры обмотки ВН над средней температурой
6.3 Расчет охладительной системы
Выбор типа бака производится по табл. 9.4 [I]. Для мощности SH=160 кВА выбираем бак с навесными радиаторами и прямыми трубами.
Изоляционные расстояния для отводов
S1 =25мм (от отвода НН до обмотки)
S2 =25 мм (от отвода НН до стенки бака)
S3 = 25 мм (от отвода ВН до обмотки)
S4 = 25 мм (от отвода ВН до стенки бака)
S5 = 75 мм (от катушки до стенки бака)
Ширина бака по условиям изоляции
где S1 , S2, S3, S4 -- изоляционные расстояния для отводов, мм;
d1 и d2 - наибольший размер сечения отвода, мм.
Длина бака
А=2С+B=1.108м
Глубина бака
где h - толщина деревянной прокладки под нижнее ярмо 0,05м;
НЯК =0,3м-- расстояние от верхнего ярма до крышки бака
hЯ =0,105м - высота ярма.
Среднее превышение наиболее нагретой части обмотки над температурой воздуха, допустимое по ГОСТ 11677-85:
Допустимое среднее превышение температуры масла над температурой окружающего воздуха
Среднее превышение температуры поверхности бака над температурой воздуха
где от 5 до 6 0С
Поверхность конвекции гладкой части бака
где поверхность крышки бака
Поверхность излучения бака трансформатора
К =1,0 для бака
Необходимая поверхность конвекции трансформатора
Необходимая поверхность трубчатых охладителей
КФТР=1,26 - для трубчатых охладителей.
В трубчатых радиаторах нет необходимости.
Превышение температуры стенки бака или трубы трубчатого охладителя над температурой воздуха
Превышение температуры масла вблизи стенки бака над температурой стенки
Превышение температуры масла верхних слоев над температурой воздуха
По ГОСТ 11677-85
Превышение температуры обмоток относительно воздуха:
По ГОСТ 11677-85
Расчетные значения соответствуют ГОСТ.
6.4 Определение объема масла и размеров расширителя
Объем выемной части бака
где удельная масса выемной части зависит от материала обмоток:
Объем бака
Объем масла в баке
Масса масла в баке
327,7 кг
Объем расширителя
Расширитель обычно выполняется цилиндрическим из листовой стали толщиной от 1 до 3 мм и длиной
=0,36м
Диаметр расширителя
Заключение
В результате выполненной работы был спроектирован силовой трансформатор, обладающий заданными характеристиками.
Номинальная мощность 40 кВт, напряжения обмоток ВН и НН - соответственно 10 кВ и 0,4 кв. Соединение обмоток ВН и НН - треугольником.
Расчет обмоток выполнен с учетом требований к потерям КЗ и напряжению КЗ. Расчетные величины соответствуют допустимым нормам.
Магнитная система разработана с учетом потерь холостого хода. Рассчитанный трансформатор соответствует заданным параметрам ХХ.
Охлаждение - масляное, с естественной циркуляцией. Радиаторы не требуются, поверхность бака обеспечивает достаточный теплоотвод.
Выемная часть трансформатора
Общий вид трансформатора
Литература
1. Тихомиров П.М. Расчет трансформаторов: Учеб. пособие для вузов. М.:
Энергоатомиздат, 1986. 528 с.
2. Попов А.Д., Соломин В.А., Соломин А.В. Приложения к методическим указаниям по проектированию мощных силовых трансформаторов. Ростов н/Д:
РГУПС, 2000. 35 с.
3. Петров Г.М. Электрические машины. 4.1. М.: Энергия, 1974. 240 с.
4. Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины. М.: Энергия, 1980. 928с.
5. Свечарник Д.В., Нарешелашвили Д.Г. Расчет на ЭЦВМ электрических параметров силовых трансформаторов при вероятностной оценке характеристик нагрузки: Методические указания к курсовому проектированию. М.: МИИТ, 1982. 40
6. Попов А.Д. Проектирование силовых трансформаторов на ЭВМ:
Методические указания к курсовому проектированию. Ростов-н/Д: РГУПС, 1987. 24с.
7. Попов А.Д. Математическое моделирование в электромеханике с применением ЭВМ. 4.1. Трансформаторы: Методические указания к самостоятельной научно-исследовательской работе. Ростов-н/Д: РГУПС, 1989.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Определение основных электрических параметров и размеров трансформатора, расчет обмоток, выбор его схемы и конструкции. Параметры короткого замыкания. Тепловой расчет исследуемого трехфазного трансформатора. Окончательный расчет магнитной системы.
курсовая работа [984,2 K], добавлен 29.05.2012Расчет основных электрических величин и изоляционных расстояний, определение размеров трансформатора. Вычисление параметров короткого замыкания, магнитной системы, потерь и тока холостого хода. Тепловой расчет трансформатора, его обмоток и бака.
курсовая работа [4,4 M], добавлен 06.11.2014Определение основных электрических величин и коэффициентов трансформатора. Расчет обмотки типа НН и ВН. Определение параметров короткого замыкания и сил, действующих на обмотку. Расчет магнитной системы трансформатора. Расчет размеров бака трансформатора.
курсовая работа [713,7 K], добавлен 15.11.2012Расчет основных электрических величин, размеров и обмоток трансформатора. Определение потерь короткого замыкания. Расчет магнитной системы и определение параметров холостого хода. Определение механических сил в обмотках и нагрева обмоток трансформатора.
курсовая работа [2,1 M], добавлен 19.09.2019Расчет основных электрических величин. Выбор изоляционных расстояний и расчет основных размеров трансформатора. Расчет обмоток низкого и высшего напряжения. Определение параметров короткого замыкания. Определение размеров и массы магнитопровода.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 12.03.2009Определение основных электрических величин и размеров трансформатора. Выбор конструкции магнитной системы, толщины листов стали и типа изоляции пластин. Расчет обмоток, потерь и напряжения короткого замыкания, тока холостого хода. Тепловой расчет бака.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 23.11.2014Проект масляного трансформатора мощностью 160 кВА. Определение основных электрических величин. Выбор типа конструкций, расчет обмоток высокого и низкого напряжения. Расчёт магнитной системы трансформатора и параметров короткого замыкания; тепловой расчет.
курсовая работа [474,1 K], добавлен 17.06.2017Определение испытательных напряжений. Расчет основных размеров трансформатора. Выбор марки и толщины листов стали и типа изоляции, индукция в магнитной системе. Расчет обмоток низкого и высокого напряжения. Определение параметров короткого замыкания.
курсовая работа [238,7 K], добавлен 14.01.2013Определение основных электрических величин. Расчет размеров трансформатора и его обмоток. Определение параметров короткого замыкания. Окончательный расчет магнитной системы и параметров холостого хода. Тепловой расчет и расчет системы охлаждения.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 21.06.2011Расчет основных электрических величин и размеров трансформатора. Определение потерь и напряжения короткого замыкания. Определение механических сил в обмотках и нагрева при коротком замыкании. Расчет магнитной системы и тепловой расчет трансформатора.
курсовая работа [469,2 K], добавлен 17.06.2012
