Расчет силового трехфазного двухобмоточного трансформатора с естественным масляным охлаждением

Тепловой расчет силового трехфазного трансформатора с плоской шихтованной магнитной системой и основных размеров электрических величин. Определение изоляционных расстояний. Расчет параметров и напряжения короткого замыкания, потерь и тока холостого хода.

Рубрика Производство и технологии
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 26.03.2015
Размер файла 389,9 K

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/

КОСТАНАЙСКИЙ СОЦИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМЕНИ АКАДЕМИКА З.АЛДАМЖАР

ТЕХНИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине: Расчет трансформаторов

Тема: «Расчет силового трехфазного двухобмоточного трансформатора с естественным масляным охлаждением»

Выполнил:

Толеш А.С.

Костанай 2014

Содержание

1. Условие и исходные данные курсовой работы

2. Расчет основных электрических величин и определение изоляционных расстояний

3. Определение основных размеров

4. Расчет обмотки НН

5. Расчет обмотки ВН

6. Расчет параметров короткого замыкания

7. Расчет напряжения короткого замыкания

8. Расчет магнитной системы

9. Расчет потерь и тока холостого хода

10. Тепловой расчет трансформатора

Список литературы

1. Условие и исходные данные курсовой работы

Рассчитать силовой трехфазный двухобмоточный трансформатор с естественным масляным охлаждением (Общая методика расчета и справочный материал в виде таблиц, графических зависимостей и рисунков даются по книге «Расчет трансформаторов» автор П.М. Тихомиров М.: Энергоатомиздат, 1986). Исходные данные:

полная мощность трансформатора S =400 кВА;

число фаз m = 3;

частота тока в сети f = 50 Гц;

номинальное линейное напряжение обмотки высшего напряжения (ВН) U1н = 10 кВ;

номинальное линейное напряжение обмотки низшего напряжения (HH) U2H= 0,4 кВ;

ток холостого хода - i0 = 2,1%,

потери холостого хода - Рх = 1,05 кВт,

напряжение короткого замыкания - Uк = 4,5%,

потери короткого замыкания - Рк =5,5 кВт.

способ регулирования напряжения, число ступеней и пределы регулирования - ПБВ 2 х 2,5% (переключением без возбуждения на стороне ВН, т.е. ручным переключением, 2 ступени каждая по 2,5%);

схема и группа соединения обмоток - Y/?- 11;

материал сердечника (магиитопровода) и обмоток - холоднокатаная текстурованная рулонная сталь 3404, медь;

- режим работы и способ охлаждения - длительный, естественный масляный, - характер установки - внутренний.

2. Расчет основных электрических величин и определение изоляционных расстояний

трансформатор магнитный электрический напряжение

Расчет проводится для трехфазного трансформатора с плоской шихтованной магнитной системой, с концентрическими обмотками из медного провода.

Определение основных электрических величин. Мощность одной фазы и одного стержня

Sф = S' = S/m = 400/3 = 133 кВА.

Номинальные токи:

I = S/v3*U,

где S - в кВА, U - в кВ

на стороне ВН

I1 = 400/v3*10 = 23 А;

на стороне НН

I2 = 400/v3*0.4 = 577 А

Фазные токи:

ВН Iф1 = 23 А;

НН Iф2 =577/v3 =333 A.

Фазные напряжения:

ВН Uф1 =10000/v3=5774 В;

НН Uф1 = 400 В.

Испытательные напряжения: обмотки ВН Uисп1= 35 кВ; обмотки НН Uucn2=18 кВ.

Выбираем тип обмоток: обмотка ВН при напряжении 10 кВ и токе 23 А -- выбрали цилиндрическую многослойную из кругового провода; обмотка НН при напряжении 0,4 кВ и токе 333 А -- выбрали цилиндрическая двухслойная обмотка из прямоугольного провода.

Для испытательного напряжения обмотки ВН Uисп1= 35 кВ находим изоляционные расстояния a12= 9 мм; l02= 30 мм; а22= 10 мм.

Для испытательного напряжения обмотки НН Uucn2=18 кВ найдем а01 = 5 мм.

Рисунок 1

Определение исходных данных расчета. Мощность обмоток одного стержня S'=133 кВА.

Ширина приведенного канала рассеяния

ap= a12+(a1 + а2)/3;

12)/3=1,25*k*S'^(1/4)*10-2 = 1,25*0,53*133^(1/4)*10-2=0,0225 м aр=0,009+0,0225=0,0315 м.

Активная составляющая напряжения короткого замыкания

ua=Pk/(10S) = 5500/(10*400) = 0,1375 %.

Реактивная составляющая

up = v 4.52-0,13752 = 4,28%.

Выбираем трехфазную стержневую шихтованную магнитную систему с косыми стыками на крайних стержнях и комбинированными «полукосыми» на среднем стержне. Прессовка стержней бандажами из стеклоленты и ярм-- стальными балками.

Материал магнитной системы -- холоднокатаная текстурованная рулонная сталь марки 3404 толщиной 0,35 мм. Индукция в стержне ВС= 1,6. В сечении стержня 6 ступеней, коэффициент заполнения круга kкр = 0,913, изоляция пластин -- нагревостойкое изоляционное покрытие, k3-- 0,97. Коэффициент заполнения сталью kс=kкр*kз = 0,913*0,97 = 0,886. Ярмо многоступенчатое, число ступеней 5, коэффициент усиления ярма kя=1,015. Индукция в ярме Вя= 1,6/1,015= 1,576 Тл.

Число зазоров в магнитной системе на косом стыке 6, на прямом 2. Индукция в зазоре на прямом стыке Вз''=1,60 Тл, на косом стыке Bз' = BC/v2 = 1,60/v2 = 1,131 Тл.

Удельные потери в стали рс= 1,295 Вт/кг; ря= 1,242 Вт/кг. Удельная намагничивающая мощность qc= 1,795 ВА/кг; qя=1,655 ВА/кг; для зазоров на прямых стыках qз = 23 500 В-А/м2, для зазора на косых стыках q'з =3000 В-А/м2.

Находим коэффициент, учитывающий отношение потерь в обмотках к потерям короткого замыкания kд = 0,95 и постоянные коэффициенты для медных обмоток а = 1,33 и b = 0,42. Принимаем kр = 0,95.

3. Определение основных размеров

Диаметр стержня

d = A*в^(1/4)

где в - соотношение размеров,

Я принимаю для своего расчета в = 1,9.

А= 0,507*((S'*ap*kp)/(f*up*Bc2*kc2))^(1/4)

A=0,507*((133*0,0315*0,95)/(50*4,28*1,62*0,8862))^(1/4)=0,157

d = 0,157*1,9^(1/4) = 0,18 м.

Окончательно принимаем d = 0,18 м.

Средний диаметр обмоток НН и ВН

dl2= a*d

dl2= 1,33*0,18 = 0,246 м.

Ориентировочная высота обмоток

l = р* dl2/Bc

l= 3.14*0,246/1,6 = 0,41 м.

Активное сечение стержня

Пс = kзфс,

где Пфс- площадь ступечатой фигуры поперечного сечения стержня

Пс = 0,97*232*10-4 = 0,0226 м2.

Напряжение одного витка предварительно

uв ==4.44* f * Bc* Пс

uв = 4,44*50*1,6*0,0226 = 8,02 В.

4. Расчет обмотки НН

Число витков в обмотке НН

w2=U2/uв

w2 = 400/8,02= 49,87

принимаем 50 виток.

Уточнение напряжения одного витка

uв= U2/ w2

uв= 400/50 = 8 В.

Уточнение индукции в стержне

Вс = uв/(4,44 * f *Пс)

Вс = 8/(4,44*50*0,0226)

Средняя плотность тока в обмотках

Jcp= 0.746*kд*((Рк*uв)/(S*d12))*10^4

Jcp= 0.746*0.95*((5500*8)/(400*0.246))*10^4= 3,172688 МА/м2

Окончательно принимаем 3 МА/м2

Так как S=400 кВА, номинальному току группы I2 = 333 А и напряжению 0,4 кВ выбираем цилиндрическую двухслойную обмотку из прямоугольного медного провода. Размер радиального канала предварительно hк = 5 мм, число реек по окружности 8.

Число витков в одном слое двухслойной обмотки

wсл2 = w1/2.

wсл2 = 50/ 2 = 25.

Ориентировочный осевой размер витка, м,

hв2 = l2/(wсл2+1)

hв2 = 0,41 /(25+1)=0,016 м.

Ориентировочное сечение витка, м2,

(П'в)нн =Iф2/ Jcp

(П'в)нн = 333,33*10-6/3 = 111,11 *10-6 м2.

По сечению витка выбираем четыре параллельных провода сечением 29 мм2. МПБ 4х изоляция 0,5 мм на две стороны.

Сечение витка

П2 =4*29*10-6= 116*10-6 м2.

Плотность тока в обмотке НН

J2 = Iф22

J2 = 333/116*10^(-6)= 2,9 МА/м2.

Осевой размер обмотки, м,

l2= hв2(wсл+1)+(0,005ч0,015)

l2= 0,016*(25+1)+0,005= 0,41 м.

Радиальный размер обмотки (обозначения по рис. 6.2 и 6.3), м:

двухслойной

а2 = (2а' + а22)*10-3

а2 = (2*3+10)*10-3 = 0,016 м.

Рисунок 2

Внутренний диаметр обмотки, м,

D'2 = d + 2*a01 *10-3

D'2 = 0,41+2*5*10-3=0,19 м.

Наружный диаметр обмотки, м,

D''2 = D'2+ 2а2

D''2 = 0,19+ 2*0,016 = 0,227 м.

Средний диаметр

Dср2 = (D'2+ D''2 )/2

Dср2 = (0,19 + 0,227)/2 = 0,211 м.

Масса метала

GM 2= 28*103*с* Dcp2*w*П2

где с- число активных стержней трансформатора.

GM2 = 28*103*3*0,211*50*116*10-6 = 103 кг.

Масса провода

Gпр2= к* GM2

где к - коэффициент ориентировочное увеличение массы прямоугольного медного провода в процентах за счет изоляции выбираем 1,05

Gпр2=1,05*103 = 108 кг.

Однослойная обмотка и двухслойная без охлаждающего канала между слоями имеют две охлаждаемые поверхности. Полная охлаждаемая поверхность обмотки НН, м2, для всего трансформатора в этом случае

П02= с*kз*р*(D'2+ D''2 )*l2

П02=3*0,97*3,14*(0,19+0,227)*0,41= 2 м2.

Основные потери короткого замыкания в НН

Росн2 =2,4*10-12*J2*GM

Росн2 =2,4*10-12*2,92*1012*103 = 2035 Вт.

После определения потерь короткого замыкания для обмотки НН следует найти плотность теплового потока, Вт/м2, на поверхности обмотки

q2 = (Росн2*kд2)/ П02

kд2 = 1+0,095*10824*n2

в= (b*m/l)*kp

в= (11,8*10-3*4/0,41)*0,95= 0,11

kд2 = 1+ 0,095*108*0,112*(2,5*10-3)4*82=1,00033

где n -- число проводников обмотки в направлении, перпендикулярном направлению линий магнитной индукции поля рассеяния; m-- число проводников обмотки в направлении, параллельном направлению линий магнитной индукции поля рассеяния; а -- размер проводника в направлении, перпендикулярном линиям магнитной индукции поля рассеяния; b -- размер проводника в направлении, параллельном линиям магнитной индукции поля рассеяния; l -- общий размер обмотки в направлении, параллельном направлению линий магнитной индукции поля рассеяния; kp -- коэффициент приведения поля рассеяния.

q2 = (2035*0,95)/2 = 1286 Вт/м2.

меньше допустимого (qдоп <= 1200ч1400 Вт/м2 ).

5. Расчет обмотки ВН

Расчет обмоток ВН начинается с определения числа витков, необходимого для получения номинального напряжения, для напряжений всех ответвлений. Число витков при номинальном напряжении определяется по формуле

wн1= w2*(Uф1 / Uф2)

wн1= 50*(5774/400) = 722.

Число витков па одной ступени регулирования напряжения при соединении обмотки ВН в звезду

wр = ?U/(u B* v3)

wр = (10000 * 0,025) / (8 * v 3) = 18,04

принимаем wр = 18

где ?U -- напряжение на одной ступени регулирования обмотки или разность напряжений двух соседних ответвлений, В;

uB -- напряжение одного витка обмотки, В.

Обычно ступени регулирования напряжения выполняются равными между собой, чем обусловливается также и равенство числа витков на ступенях. В этом случае число витков обмотки на ответвлениях

На четырех ступенях:

верхние ступени напряжения.... w1=wн1+2wр, wH1+wp;

при номинальном напряжении: wн1

нижние ступени напряжения.... wн1 -- wp, wн1--2wр.

Напряжение, В число витков на ответвлениях

Uн1+2*0,025* Uн1 w1=wн1+2wр

Uн1+0,025* Uн1 w1=wH1+wp

Uн1 w1

Uн1 - 0,025* Uн1 w1=wH1 - wp

Uн1 - 2*0,025* Uн1 w1=wн1-2wр

Таблица 1

напряжение, В

Число витков на ответвлениях

10500

758

10250

740

10000

722

9750

704

9500

686

Для трехфазного трансформатора или однофазного с параллельным соединением обмоток двух стержней найденное число витков w1=wн1+2wр или w1=wн1-2wр является числом витков на один стержень.

Осевой размер обмотки ВН l1 принимается равным ранее определенному осевому размеру обмотки НН l2.

Плотность тока, А/м2, в обмотке ВН предварительно определяется по формуле

J1= 2*JCP - J2

J1= 2*3*106 - 2,9*106 = 3,5*106 А/м2.

Сечение витка обмотки ВН, мм2

(П'в)вн =Iф1/ (Jcp*10-6)

(П'в)вн = 23/ 3=6,7 мм2

Выбрали цилиндрическую многослойную из кругового провода (S= 400 kBA; I1= 23 A; Uн1=10000 B; П'1 =6,7 мм2)

Расчет многослойной цилиндрической обмотки из круглого провода.

П1 =(П'в)вн/ n в1 = 6,7/2 =3,3

сечение одного провода, мм2. Окончательно принимаем П1 = 3,53 мм2. По этому сечению и сортаменту обмоточного провода для трансформаторов подбирается провод подходящего сечения или в редких случаях два параллельных одинаковых провода с диаметрами провода без изоляции d2 и провода в изоляции d” 2, мм. Подобранные размеры провода записываются так:

Полное сечение витка, м2,

П1 = n в1* П 1*10-6

П1 = 2 * 3,53* 10-6 = 7,06*10-6 м2

где П 1-- сечение одного провода, мм2. Полученная плотность тока, А/м2,

J1 = IФ11

J1= 23/7,06 *10-6 = 3,27 *106 А/м2.

Рис. 3. Многослойная цилиндрическая обмотка из провода круглого сечения.

Число витков в слое

wcл1= l1*103/( n в1* d''1) - 1

wcл1= 0,41*103/ (2*3,95) -1 = 52

Число слоев в обмотке

nсл1 = w1/ wcл1

nсл1 = 722/ 52= 14

(nсл1округляется до ближайшего большего числа).

Рабочее напряжение двух слоев, В,

Uмсл= 2*wcл1 *uв.

Uмсл= 2*52* 8,02= 834,18 В.

По рабочему напряжению двух слоев выбираются число слоев и общая толщина дмсл кабельной бумаги в изоляции между двумя слоями обмотки (2* дмсл =0,12 мм). Минимальная ширина масляного канала между катушками а22 выбирается по методическим указаниям.

Радиальный размер обмотки, м: две катушки без экрана

а1 = (d''1* nсл1 + дмсл *( nсл1 -1)+ а22) *10-3

а1 = (3,95*14+0,24*(14-1)+10) *10-3= 0,01314 м.

В обмотках классов напряжений 20 и 35 кВ под внутренним слоем обмотки устанавливается металлический экран -- незамкнутый цилиндр из алюминиевого листа толщиной 0,5 мм. Экран соединяется электрически с линейным концом обмотки (начало внутреннего слоя) и изолируется от внутреннего слоя обмотки обычно междуслойной изоляцией. Такая же изоляция экрана устанавливается со стороны масляного канала.

При наличии экрана радиальный размер обмотки определяется по формуле

а2экр = а1 +(дэкр + 2*дмсл)*10-3

а2экр = 0,01314+(0,5+ 2*0,12)*10-3 = 0,01412м

где дэкр = 0,5 мм; дмсл=0,12 мм.

Для рабочего напряжения 35 кВ можно принять дополнительное увеличение радиального размера обмотки за счет экрана и двух слоев междуслойной изоляции на 3 мм. Минимальный радиальный размер а'12, мм, осевого канала между обмотками НН и ВН и толщина изоляционного цилиндра выбираются по испытательному напряжению обмотки ВН. (а'12= 9 мм)

а12экр=(а'12+ дэкр + 2*дмсл)*10-3

а12экр= (9 + 0,5+ 0,12)*10-3 = 0,00998 м.

Внутренний диаметр обмотки (при наличии экрана -- до его внутренней изоляции), м,

D'1 = D2 + 2a12

D'1 = 0,227+2*9*10-3 = 0,245 м.

Наружный диаметр обмотки: с экраном

D1 = D'1 +2*а2экр

D1 = 0,245 + 2*0,01314 = 0,273 м.

Поверхность охлаждения, м2,

По1 = с*n*k*р*( D'1+ D1)*l

где с -- число активных стержней магнитной системы.

Для двух катушек n = 2; k = 0,8.

По1 = 3* 2* 0,8*3,14*(0,245+0,273)*0,41 = 3,17 м2.

Средний диаметр

Dср1 = (D'1+ D''1 )/2

Dср1 = (0,245+0,273)/2 = 0,259 м.

Масса метала

GM1 = 28 * 103 * с * Dcp1* wн1 * П1

где с- число активных стержней трансформатора.

GM1 = 28 * 103 * 3 * 0,259 * 722 * 7,06 * 10-6 = 111 кг.

Масса провода

Gпр1= к* GM1

где к - коэффициент ориентировочное увеличение массы прямоугольного медного провода в процентах за счет изоляции выбрали 1,05

Gпр1=1,1*103 = 126 кг.

Основные потери короткого замыкания в НН

Росн1 =2,4*10-12*J2*GM1

Росн1 =2,4*10-12*32*1012*111 = 2845 Вт.

После определения потерь короткого замыкания для обмотки НН следует найти плотность теплового потока, Вт/м2, на поверхности обмотки

q1 = (Росн1*kд1)/ П01

kд1 = 1+0,095*10812*d4*n2

в1= (d*m/l)*kp

в= (2,12*10-3*2/0,41)*0,95= 0,01

kд = 1+ 0,095*108*0,012*(2,12*10-3)4*82=1,000007

где n -- число проводников обмотки в направлении, перпендикулярном направлению линий магнитной индукции поля рассеяния;

т -- число проводников обмотки в направлении, параллельном направлению линий магнитной индукции поля рассеяния;

l -- общий размер обмотки в направлении, параллельном направлению линий магнитной индукции поля рассеяния;

d -- диаметр круглого проводника;

kp -- коэффициент приведения поля рассеяния.

q2 = (2845*1,000007)/3,17= 853 Вт/м2.

меньше допустимого (qдоп <= 1200ч1400 Вт/м2 ).

6. Расчет параметров короткого замыкания

Основные потери в отводах:

отводы НН

общую длину проводов для соединения в треугольник

lотв2 = 14 * l

lотв2 = 14*0,41= 5,8 м;

масса металла проводов отводов можно

Gотм2 = lотв2* П2* г

где г - плотность металла отводов для меди 8900 кг/м3

Gотм2 =5,8 * 116 * 10^(-6) * 8900 = 5,94 кг.

Ротв2 = k * Gотм2 * J22

где k выбирается в зависимости от металла отводов для меди выбрали 2,4*10-12

Ротв2= 2,4 * 10-12 * 5,94 *(2,88 * 106)2 = 118 Вт;

отводы ВН

общую длину проводов для соединения в звездой

lотв1 = 7,5 * l

lотв1 = 7,5 * 0,41= 3 м;

масса металла проводов отводов можно

Gотм1 = lотв1* П1* г

где г - плотность металла отводов для меди 8900 кг/м3

Gотм1 = 3 * 7,06 * 10^(-6) * 8900 = 0,2 кг.

Ротв1 = k * Gотм1 * J12

где k выбирается в зависимости от металла отводов для меди выбрали 2,4*10-12

Ротв1= 2,4 * 10-12 * 0,2 *(3 * 106)2 = 5 Вт;

Потери в стенках бака и других элементах конструкции до выяснения размеров бака определяем приближенно и К принимаем для нашего расчета К = 0,015

Рб= 10 * К * S

Рб = 10 * 0,015* 400 = 60 Вт.

Полные потери короткого замыкания

Рк ном = Росн1*kд1 + Росн2*kд2 + Ротв2 + Ротв1 + Рб

Рк ном = 2845 * 1,000007 + 2035 * 1,00033 + 118 + 5 +60 = 5063,32 Вт,

7. Расчет напряжения короткого замыкания

Активная составляющая

uа = Рк ном/(10* S)

uа = 5063,32/(10 * 400) =1,27 %.

Реактивная составляющая

up= (( 7,92 * f * S' * в * ap * kp) / uв2) * 10-3

up= (( 7,92 * 50 *133 * 1,9 * 0,0315 * 0,95)/ 8,022) *10-3 = 4,66 %.

Напряжение короткого замыкания

uk = v uа2 + up2

uk = v 1,272 + 4,662 = 4,83 %

Установившийся ток короткого замыкания в обмотке ВН

Iky = (100 * Iном ) /( uk * ( 1 + (( 100* Sном) / ( uk * Sk))))

Iky = (100 * 23 ) / ( 4,83 * (1 + (( 100*400) / ( 4,83 * 500000)))) = 470,8 A

где Sk - выбирается согласно данным.

Мгновенное максимальное значение тока короткого замыкания

ikmax =1,41 * kм * Iky

где при uр/ uа = 4,66 / 1,27 = 4 по табл. 7.3 kMv2 = 2,09.

ikmax = 2,09 * 470 = 984 A.

Радиальная сила

Fp = 0,628 (ikmax* w)2 * в * kР *10-6

Fp = 0,628 ( 984* 722 )2 * 1,9 * 0,95 * 10-6 = 571613 Н.

Среднее растягивающее напряжение в проводах обмотки ВН

уp = Fp / ( 2 * р * w1 * П1 )

уp = 571613 / ( 2 * 3,14 * 722 * 6,7 * 10-6 ) = 18,96 МПа.

Среднее сжимающее напряжение в проводах внутренней обмотки

уp = Fp / ( 2 * р * w2 * П2 )

уp = 571613 / ( 2 * 3,14 * 50 * 111,11 * 10-6 ) = 15,69 МПа.

8. Расчет магнитной системы

Выбираем конструкцию плоской трехфазной магнитной системы, собираемой в переплет (шихтованной), с четырьмя косыми стыками и комбинированными «полу косыми» на среднем стержне. Стержень прессуется бандажами из стеклоленты, ярма -- балками и стальными полубандажами. Обмотки прессуются прессующими кольцами. Сечение стержня с 6 ступенями без прессующей пластины. Сечение ярма повторяет сечение стержня, три последних пакета ярма объединены в один; в ярме 5 ступеней. В Стержне и ярме два продольных канала по 3 мм.

Полное сечение стержня

Пфс= 232,8 см2

Активное сечение

Пс = kз * Пфс

Пс = 0,97 * 235 = 228 см2.

Полное сечение ярма

Пфя= 242 см2.

Активное сечение ярма

Пя = kз * Пфя

Пя = 0,97 * 242= 235 см2.

Общая толщина пакетов в половине сечения стержня

0,8 + 0,9 + 0,8 + 0,13 + 0,25 + 0,21 = 3,09 см.

Ширина ярма

bя = 2 * 3,09 = 6,18 см.

Длина стержня при наличии нажимного кольца по

lc = ( l + 2 * l'0) * 10-3

lc = (410 + 2 * 30) * 10-3 = 0,47 м.

Расстояние между осями соседних стержней

С = D1 + а22

С = 0,273 + 0,01 = 0,283 м.

Объем угла Vy=3452 см3, гcт = 7650 кг / м3.

Масса стали угла по

Gy = k3 * Vy * гcт * 10-6

Gy = 0,97* 3452 * 7650 * 10-6 = 26 кг.

Масса стали стержней в пределах окна магнитной системы по

G'c =c * Пс * lc * гcт

G'c = 3 * 226 * 10-4 * 0,44 * 7650 = 254 кг.

Масса стали в местах стыка пакетов стержня и ярма

G"c= c * ( Пс * а * гст * 10-3 - Gy)

G"c= 3 * ( 228 * 10-4 * 0,175 * 7650 * 10-3 -- 25,6 ) = 14 кг.

Масса стали стержней

Gc = G'c + G"c

Gc = 254 + 14 = 267 кг.

Масса стали в ярмах по

G'я = 2 * ( с -1) * С * Пя * гcт

G''я = 2 * Gy

Gя = G'я + G''я

G'я = 2 * (3-- 1) * 0,283 * 235 * 10-3 * 7650 = 203 кг;

G''я = 2* 26 = 52 кг;

Gя = 203 + 52 = 255 кг.

Полная масса стали трансформатора

Gст = Gc + Ся = 267 + 255 = 522 кг.

9. Расчет потерь и тока холостого хода

Магнитная система шихтуется из электротехническом тонколистовой рулонной холоднокатаной текстурованной стали марки 3404 толщиной 0,35 мм.

Индукция в стержне

Вс = uв / ( 4,44 * f * Пс )

Вс = 8,02 / ( 4,44 * 50 * 228 *10-4) = 1,6 Тл.

Индукция в ярме

Вя = uв / ( 4,44 * f * Пя )

Вя = 8,02 / ( 4,44 * 50 * 235 *10-4) = 1,54 Тл.

Находим удельные потери:

при Вс = 1,6 Тл; рс = 1,32 Вт/кг; р з, с = 650 Вт/м2 (шихтовка в одну пластину);

при Вя =1,54 Тл; ря = 1,54 Вт/кг;

при Вз = 1,6 /v 2= 1,12 Тл; рз = 360 Вт/м2.

Находим коэффициенты для стали 3404 толщиной 0,35 мм при наличии отжига: kп,я = 1,0; kп,р = 1,05; kп,з =1,0; kп, л = 1,0; kп, ш=1,02;

kп,п =l,03; kп,y= 9,38.

Число косых зазоров 5, прямых -- 1.

Px = ( kп,р* kп,з* ( рс * Gc + ря * G'я - 4 * ря * Gy + ((рс + ря ) / 2) * kп,у * Gy ) + У рз * nз * Пз ) * kп,я * kп,п * kп, ш

Px = ( 1,05 * 1 * ( 1,32 * 267 + 1,54 * 203 - 4 * 1,54 * 26 + (( 1,32 + 1,54 ) / 2 ) * 9,38 * 26 ) + 650 * 1 * 228/v2 * 10-4 + 360 * 5/v2 * 228 * 10-4 ) * 1,0 * 1,03 * 1,02 = 893 Вт

Потери холостого хода Px = 893 Вт, или (( 1050 - 893) / 50) *100 = 15 %.

Находим удельные намагничивающие мощности:

при Вс = 1,6 Тл; qс = 1,8 ВA/кг; qз, с = 24000 ВA/м2 (шихтовка в одну пластину);

при Вя =1,54 Тл; qя = 1,6 ВA/кг;

при Вз = 1,6 /v 2= 1,12 Тл; qз = 3500 ВA/м2

Находим коэффициенты: kт,р = l,18; kт,з=l,0 (при наличии отжига пластин); kт,у=35,2; kт,пл = 1,2; kт,я = 1,0; kт,п=1,05; kт,ш=1,02.

Qx = (kт,р * kт,з * (qс * Gc + qя * G'я - 4 * qя * Gy + ((qс + qя ) / 2) * kт,у * kт,пл * Gy ) + У qз * nз * Пз ) * kт,я * kт,п * kт,ш

Qx = ( 1,18 * 1,0 * ( 1,8 * 267 + 1,6 * 203 - 4 * 1,6 * 26 + (( 1,8 + 1,6) / 2) * 35,2 * 1,2 * 25,6 ) + 24000/v2 * 1 * 228 * 10-4 + 3500/v2 * 5 * 228 * 10-4) * 1,0 * 1,05 * 1,02 = 3864 ВА

Относительное значение тока холостого хода

i0 = Qx / (10 * S)

i0 = 3864 /(10 * 400) =1 %,

или ((2,1 - 1)/ 2,1) *100 = 54 %.

Активная составляющая тока холостого хода

iоа = Px / ( 10 * S )

iоа =893 / ( 10 * 400) = 0,22 %.

Реактивная составляющая

iop = v i02 - i2оа

iop = v 12 -- 0,222 = 0,94 %.

Ток холостого хода (для обмотки НН)

Ix = Qx / ( m * Uф2 )

Ix =3864 /(3 * 400) = 3,22 А

Активное составляющая тока холостого хода, фазное значение,

Ixa = Рх / ( m * Uф2 )

Ixa =893 /(3 * 400) = 0,74 А;

Реактивная составляющая

Ixр = v Ix2 - Ixa2

Ixр = v 3,412 - 0,722 = 3,13 А

Коэффициент полезного действия трансформатора

з = ( 1- ((Рк ном + Px) / ( S + Рк ном + Px ))) * 100

з = ( 1 - (( 5063,32 + 893) / ( 400 * 103 + 5063,32 + 893))) * 100 = 98,58

10. Тепловой расчет трансформатора

Внутренний перепад температуры

Обмотка НН

где q2 - плотность теплового потока на поверхности обмотки (см. п. Расчет обмотки НН)

д2 - толщина изоляции провода на одну сторону

- теплопроводность изоляции провода определяемая для различных материалов по таблице

- Бумага кабельная в масле

Обмотка ВН

Полный внутренний перепад для обмоток, не имеющих горизонтальных охлаждающих каналов рассчитываются по формуле:

,

Где - радиальный размер катушки.

- потери, выделяющиеся в общего объема обмотки

Для медного провода

- средняя теплопроводность обмотки приведенная к условному случаю равномерного распределения витковой и межвитковой изоляции по всему объему обмотки, определяется по формуле

,

где - теплопроводность междуслойной изоляции.

- средняя условная теплопроводность обмотки без учета междуслойной изоляции

,

Где - теплопроводность материала изоляции витков

- коэффициент, который рассчитывается по формуле

Средний перепад температуры

Перепад температуры на поверхности обмотки

Обмотка НН

Перепад на поверхности обмотки НН может быть рассчитан по эмпирической формуле

Где - коэффициент, учитывающий скорость движения масла внутри обмотки; для естественного масляного охлаждения

- коэффициент, учитывающий затруднение конвекции масла в каналах внутренних обмоток; для внутренних обмоток НН и СН

- коэффициент, учитывающий влияние на конвекцию масла относительной ширины (высоты) горизонтальных масляных каналов.

Обмотка ВН

Для цилиндрической обмотки из круглого провода, не имеющей радиальных (горизонтальных) каналов, перепад на поверхности обмотки масляного трансформатора рассчитывается по формуле

,

Где - коэффициент, учитывающий условия теплообмена

- плотность теплового потока на охлаждаемой поверхности (см. п. расчета ВН)

Среднее превышение температуры обмотки над средней температурой масла

Обмотка ВН

Обмотка НН

Выбираем бак с навесными радиаторами с прямыми трубами

Минимальные расстояния и размеры

- изоляционная расстояние от изолированного отвода обмотки ВН (внешней) до собственной обмотки

- расстояние отвода до стенки бака

- диаметр изолированного отвода обмотки

- изоляционное расстояние от отвода обмотки НН до обмотки ВН

- изоляционной расстояние от неизолированного отвода обмотки НН до стенки бака

- диаметр изолированного отвода от обмотки НН, равный (стр. 430)

Минимальная ширина бака, м

Минимальная длина бака для трехфазного трансформатора

где - при испытательных напряжениях до 85кВ может быть принято таким же, как и расстояние от неизолированного отвода до обмотки и определено по таблице

Высота активной части

Где - толщина прокладки под нижнее ярмо

Общая глубина бака

Принимаем

Среднее превышение температуры

Длительно допустимое среднее превышение температуры обмоток над воздухом при номинальном нагрузке может быть принято равным . Тогда среднее превышение температуры масла, омывающего обмотки, должно быть не более

Для обмотки ВН

Для обмотки НН

Следует принять большее из посчитанных значений.

Среднее превышение температуры стенки бака

Полученное значение должно удовлетворять равенству

Поверхность излучения бака

Где - учитывающий отношение периметра поверхности излучения к поверхности гладкой части бака

(для гладкого бака)

(для бака с навесным радиатором)

Ориентировочная необходимая поверхность конвекции

Поверхность крышки бака

где 0,16 - удвоенная ширина верхней рамы бака

0,5 - коэффициент учитывающий закрытие поверхности крышки вводами и арматурой

Поверхность конвекции радиатора

Поверхность конвекции радиатора, приведенная к поверхности гладкой стенки

Где - коэффициент, учитывающий улучшение или ухудшение теплоотдачей конвекцией для данной формы поверхности по сравнению с вертикальной стенкой

- площадь конвекции труб

- поверхность конвекции двух коллекторов

Необходимое число радиаторов

Принимаем число радиаторов

Поверхность конвекции бака

Увеличиваем Пк до 23 м2

Среднее превышение температуры стенки бака над температурой окружающей воздуха

где

Среднее превышение температуры масла вблизи стенки над температурой стенки бака

Где - для естественного масляного охлаждения

- сумма поверхности гладкой части труб, волн, крышки, без учета коэффициента улучшения или ухудшения конвекции

Превышение температуры в верхних слоях над температурой окружающего воздуха

где Коэффициент для трубчатых баков и для баков с радиаторами может быть принят равным 1,2.

Превышение температуры обмоток над температурой окружающего воздуха

Обмотка ВН

Обмотка НН

Масса проводов двух обмоток

Масса активной части трансформатора

Объем бака определяется по формуле

Объем активной части

Для определения можно воспользоваться приближенной формулой

Объем масла в баке

Масса масла в радиаторах

Общая масса масла в трубах

Список литературы

1) Тихомиров П.М. «Расчет трансформаторов»; Москва, 1986

2) Сапожников В.А. «Конструирование трансформаторов»; Москва, 1684

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Устройство силовых трансформаторов. Расчет исходных данных, коэффициентов и основных размеров. Расчёт обмоток, параметров короткого замыкания, магнитной системы трансформатора, потерь и тока холостого хода. Общее описание конструкции трансформатора.

    курсовая работа [156,5 K], добавлен 13.06.2010

  • Расчет основных электрических величин и размеров трансформатора. Определение параметров короткого замыкания и магнитной системы исследуемого устройства. Тепловой расчет трансформатора: обмоток, бака, а также превышений температуры обмоток и масла.

    курсовая работа [228,8 K], добавлен 21.10.2013

  • Определение параметров и основных характеристик трансформатора. Методы расчета тока холостого хода, а также напряжения короткого замыкания. Параметры приведенного трансформатора. Способы приведения асинхронного двигателя к эквивалентному трансформатору.

    контрольная работа [2,2 M], добавлен 13.02.2015

  • Проектирование варианта герметизированного трехфазного двухобмоточного масляного трансформатора с пространственной навитой магнитной системой из холоднокатаной анизотропной стали марки 3406. Определение коэффициента полезного действия трансформатора.

    курсовая работа [1,8 M], добавлен 29.06.2010

  • Определение критериев оптимизации электрических машин, выбор главных размеров электродвигателя. Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора. Основные параметры обмоток статора и ротора. Вычисление потерь в машине и параметров холостого хода.

    курсовая работа [348,3 K], добавлен 22.06.2021

  • Особенности проектирования масляного трансформатора с контурами из алюминиевого провода, плоской трёхстержневой магнитной системой и типом регулирования напряжения РПН. Схема магнитопровода, определение параметров обмоток высокого и низкого напряжения.

    курсовая работа [347,4 K], добавлен 30.10.2013

  • Расчет главных размеров трехфазного асинхронного двигателя. Конструирование обмотки статора. Расчет воздушного зазора и геометрических размеров зубцовой зоны ротора. Параметры асинхронного двигателя в номинальном режиме. Тепловой и вентиляционный расчет.

    курсовая работа [927,5 K], добавлен 26.02.2012

  • Выбор главных размеров турбогенератора. Расчет номинального фазного напряжения при соединении обмотки в звезду. Характеристика холостого хода. Определение индуктивного сопротивления рассеяния Потье. Оценка и расчет напряжений в бандаже и на клине.

    курсовая работа [572,5 K], добавлен 21.06.2011

  • Основные электрические величины. Определение основных размеров трансформатора, разновидности обмоток и порядок расчета их параметров. Механические силы в обмотках при коротком замыкании. Коэффициент полезного действия трансформатора, пути его повышения.

    курсовая работа [541,8 K], добавлен 28.03.2011

  • Проектирование трехфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором. Выбор аналога двигателя, размеров, конфигурации, материала магнитной цепи. Определение коэффициента обмотки статора, механический расчет вала и подшипников качения.

    курсовая работа [3,0 M], добавлен 29.06.2010

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.