Расчет трехфазного трансформатора

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.

Рубрика Физика и энергетика
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 29.05.2012
Размер файла 984,2 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/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

на тему «Расчет трехфазного трансформатора»

1. Определение основных электрических величин

а) Номинальные (линейные) токи

I=S/v3/U (где S - кВА, U-кВ.)

Для ВН I1=60,623 А

Для НН I2= 103,93 А

Фазные токи при соединении Y/Д - 11

Iф1=I1= 60,623 А,

Iф2= ==60 А

Фазные напряжения

Для ВН Uф1=U/v3= =3,464 кВ

Для НН Uф2=U=3,15 кВ

б) Мощность одной фазы и обмоток одного стержня.

Sф=S/m==210,0 кВА,

S'=Sф= 210,0 кВА,

в) Испытательные напряжения обмоток; (таблица 4.1)

Наиб. рабочее напр. Испыт. Напряжение

ВН 6 кВ 25 кВ

НН 3,5кВ 18 кВ,

г) активная и реактивная составляющие напряжения короткого замыкания

UА=Рк/10S= =0,3%, (где Рк - Вт, S - КВА,)

Uр=v(Uк2-UА2)= v(5,52-0,32)=5,49%

2. Расчет основных размеров трансформатора

а) выбор схемы, конструкции и технологии изготовления магнитной системы

Силовые трансформаторы выполняются с плоской магнитной системой (магнитопроводом) стержневого типа,

с вертикально расположенными стержнями, поперечное сечение которых - ступенчатая фигура вписанная в окружность, обмотки - круговые цилиндры

Число ступеней в сечении стержня и коэффициент заполнения площади круга р*d2/4 площадью Пф ступенчатой фигуры Ккр=Пф*4/(р*d2) выберем (стр. 355 таблица 8.1) Ккр= 0,928,

Число ступеней - 6, (число ступеней определяется

количеством углов стержня в одной четверти круга).

Поперечное сечение ярма - многоступенчатое с числом ступеней

на 1-2 меньше.

Прессовка набора пластин стержня выполняется забивания деревянных стержней и планок между стержнем и НН.;

б) выбор марки и толщины листов стали и типа изоляции пластин, индукции в магнитной системе

Сердечник трансформатора собирается из пакетов пластин тонколистовой электротехнической холоднокатаной анизотропной легированной стали (ГОСТ 21427.1-75) марки 3404 толщиной 0,35 мм

магнитная индукция стали 3404 Вс= 1,65 Тл

в) предварительный расчет трансформатора и выбор соотношения основных параметров

Основными размерами трансформатора являются:

d - диаметр стержня магнитной системы,

l - высота обмотки,

d12 - диаметр осевого канала между обмотками, приближенно равный среднему диаметру витка двух обмоток

Основные размеры трансформатора

Диаметр стержня:

м

(по табл 3 методич.)

S'=S/3=210 кВА

a12=0,9 см=0,009 м=9 мм (табл 8 методич.)

K=0.55 (табл 4 методич.)

Kp=0.95 - коэффициент приведения идеального поля рассеивания к реальному

Кз=0,965

- коэффициент заполнения сечения пакета сечением стали

Ккр=0,928

f=50 Гц

Bc=1,6 Тл

Up=5,49

г) Oпределение диаметра стержня и высоты обмотки

Выбираем ближайшее значение из нормализ. ряда dH=0.20 м

Уточняем в:

активное сечение стержня, м2:

ЭДС одного витка:

Средний диаметр осевого канала:

К1=1,1

a01=0,005

Высота обмотки:

д) предварительный выбор конструкции обмоток

Основным элементом всех обмоток трансформаторов является виток. В зависимости от величины тока нагрузки виток может быть выполнен одним проводом круглого или прямоугольного сечения, а при достаточно больших токах - группой параллельных проводов прямоугольного сечения (реже круглого).

Выбор конструкции обмотки производится по таблице с учетом мощности трансформатора отнесенной к одному стержню выбранного металла обмотки, тока обмотки одного стержня, поперечного сечения витка и номинального напряжения обмотки.

Число витков обмотки на фазу

ВН:

НН:

Средняя плотность тока в обмотках ВН и НН (предварительно):

КД=0,9

Сечение витков:

Где Ic-фазный ток

По таблице выбираем тип обмоток:

ВН - цилиндрическая многослойная из провода прямоугольного сечения

НН - цилиндрическая многослойная из провода прямоугольного сечения

е) выбор конструкции и размеров основных изоляционных промежутков главной изоляции обмоток

Главной изоляцией обмоток называется изоляция каждой из обмоток от частей остова и от других обмоток.

1) главная изоляция

Uисп, кВ = 5

l01, см (от ярма)=3,0

НН от стержня: д01=0,2; a01=0.5;

ВН Uисп, кВ = 18

ВН от ярма, см l02=3.0

Между ВН и НН, см a12=0,9; д12=0.3

Выст. цил., см lц2=1,5

Между ВН и НН, см a22=1,0

2) продольная изоляция

Марка провода ПБ и АНБ 0,45 (0,50) прямоугольный провод

3) Междуслойная изоляция: в масляном трансформаторе с циллиндрич. обмоткой прямоугольного провода достаточная изоляция обеспеч-ся 2 слоями картона по 0,5-1 мм.

3. Расчет обмоток

а) Расчет обмоток НН

Число витков

Так как ?м=4 А/мм2 приведет к нагреву обмотки, поэтому выберем провод большего сечения, чем ориентировочное при предварительных расчетах (15 мм2).

Выбираем конструкцию двухслойной цилиндрической обмотки из провода прямоугольного сечения.

Выбираем прямоугольный медный провод размерами:

=

Число витков в слое:

Сечение витка:

П1=a*b=3,15*6,3=19,8 мм2

?=Iф1=60/19,8=3 А/мм2

Осевой размер обмотки НН - высота обмотки

Радиальный размер обмотки:

a1=(2b'+2a11)=2*7,3+2=16,6 мм

Внутренний диаметр:

Наружний диаметр:

Увеличено за счет 2-х слоев картона по 1 мм наружной изоляции катушки

Масса медной обмотки:

где

б) Расчет обмоток ВН

В масляных трансформаторах на стороне ВН осуществляется регулирование напряжения по схеме ПБВ (переключение без возбуждения). Регулирование напряжения по этой схеме осуществляется после отключения трансформатора от сети и он нагрузки путем перестановки соединяющей пластины (вводятся дополнительные витки, либо уменьшается число витков от номинального значения).

Для обеспечения такой регулировки в обмотке ВН выполняются четыре ответвления на +5, +2.5, -2.5, -5% UH и основной вывод на номинальное напряжение. Для получения на стороне ВН различных напряжений необходимо рассчитать число витков на напряжения: 5700, 5850, 6000, 6150, 6300 В.

Число витков обмотки ВН при номинальном напряжении:

витков

Число витков на одной ступени регулирования

Число витков в ответвлениях:

Ступень 5700В W=W1-0,05W1= 348-2*9=330

Ступень 5850В W= W1-0,025W1= 348-9=339

Ступень 6000В W= W1= 348

Ступень 6150В W= W1+0,025W1= 348+9=357

Ступень 6300В W=W1+0,05W1=348+18=366

Ориентировочная плотность тока

Выберем размеры провода

=

При намотке таким проводником в 1 слое уместится

l1/b'=50,1/0,73=68 витков

Все 366 витков уложатся в 6 слоев (5 слоев по 68 витков, 1 слой-26 витков)

Радиальный размер обмотки

Внутренний диаметр обмотки:

Наружный диаметр:

Масса металла обмотки:

Где Дср=27,8 см

Общая масса металла обмоток НН и ВН:

4. Определение параметров КЗ.

а) определяем потери КЗ:

Потери КЗ состоят из: основных потерь в обмотках НН и ВН, добавочных потерь в обмотках, основных потерь в отводах.

Основные (электрические) потери Рэосн

трансформатор обмотка замыкание трехфазный

, где

НН:

ВН:

Дополнительные потери:

Kd1=kd2=1,1

Рд2=(kd2-1) Росн2=0,1*2365,2=236,52Вт

Рд1=(kd1-1) Росн1=0,1*3672=367,2Вт

Потери в отводах:

, где

Для Д:

Потв=19,8 мм - поперечное сечение витка

c=8,9 кг/дм3

Полные потери КЗ:

Потери в баке и металлических конструкциях:

Окончательно

, что находится в пределах заданной нормы 11600Вт.

б) рассчитаем напряжение короткого замыкания.

Активная составляющая:

Реактивная составляющая:

%

Где ap=a12+(a1+a2)|3=0,9+2,1=3

что на меньше заданной нормы.

5. Окончательный расчет магнитной системы

а) Определение размеров пакетов и активных сечений стержня и ярма:

Активное сечение стержня:

(где kз=0,965 табл. 10 метод.)

Активное сечение ярма:

Пфс и Пфя по таблице с учетом диаметра стержня (d=0,18 м)

Индукция в стержне:

Индукция в ярме:

№ пакета Стержень Ярмо

1 175Ч21 175Ч21

2 155Ч25 155Ч25

3 135Ч13 135Ч13

4 120Ч8 120Ч8

5 95Ч9 95Ч17

6 65Ч8

Ширина ярма:

8,4*2=16,8 см

Длина стержня:

где l1=50,1 см l01=3 см

Расстояние между осями свободных стержней:

Д1»=31,3 см а22=1 см

б) определение массы стали

Масса стали в стержнях:

- число стержней металлической системы

гст=7650 - плотность трансформаторной стали

lс=56,1 - длина стержня

Масса стали ярм:

Gя=Gя'+Gя»=226,6+26=252,6 кг

Полная масса стали:

в) определение потерь и тока холостого хода

Потери холостого хода зависят от магнитных свойств, конструкции магнитной системы и принятой технологии ее изготовления. Кроме того в углах магнитной системы возникают добавочные потери, обусловленные анизотропией магнитных свойств холоднокатаной стали.

Потери ХХ в магнитной системе:

Pc=2,5Вт/кг Pя=2,5Вт/кг - удельные потери в стали при расчетной индукции и частоте

Кпд=1,08

Ку=1,3 - коэффициент для стали

что на меньше заданной нормы

Намагничивающая мощность:

Кт=4 - для медных обмоток

qc=2,92 - удельная намагничивающая мощность

qя=2,62 - удельная намагничивающая мощность

Ток холостого хода:

Активная составляющая: или

Реактивная составляющая: или

Полный ток холостого хода:

что на меньше заданного значения.

7. Тепловой расчет и расчёт системы охлаждения

Во время работы трансформатора в его активных материалах - металле обмоток и стали магнитной системы возникают потери энергии, выделяется тепло, трансформатор нагревается, увеличивая свою температуру, возникает температурный перепад между ним и окружающей средой, следовательно, часть тепла отводится в окружающую среду, в масляных трансформаторах от активных материалов тепло передается маслу и металлическому баку, от которого тепло рассеивается в окружающей среде.

а) поверочный тепловой расчет обмоток.

Внутренний перепад температуры:

обмотка НН И02=q2*д/лиз= =0,573Со,

где q2=Pосн2д02==325,2Вт/м2,

д= 0,3 мм - толщина изоляции,

кд=1,1

лиз = 0,17Вт/мєС (стр. 424, табл 9.1)

П02=kз*2а'*1=0,965*2*4,15=8

kз=0,965

обмотка ВН И01=q1*д/лиз= =0,506єС,

где q1=P'м2д02= =286,7 Вт/м2,

П01=kз*2а'*1=0,965*2*7,3=14,089

д=0,45 мм - толщина изоляции,

лиз = 0,17 Вт/мєС (стр. 424, табл 9.1)

Перепад температур на поверхности обмоток:

обмотка НН И0,м2=0,35к123*q20,6=1,1*0,85*0,35*325,20,6= 10,5 єС,

где к1= 1 (-для естественного охлаждения),

к2= 1,1 (-внутренняя обмотка)

кз= 0,85 (табл 9.3 стр. 428)

обмотка ВН И0,м1=0,35к1*к2*к3q10,6= 1,1*0,8*0,35*286,70,6=9,18 єС,

где к1= 1 (-для естественного охлаждения),

к2= 1 (-наружная обмотка)

кз= 0,8 (табл 9.3 стр. 428)

Полный средний перепад температуры от обмотки к маслу:

обмотка НН И0,м2ср020,м2= 10,5+0,573=11,073 єС

обмотка ВН И0,м1ср010,м1= 9,18+0,506=9,686 єС

б) Тепловой расчет бака

По табл. 9.4 стр. 429 для S кВА =630 выбираем конструкцию бака с вваренными охлаждающими гнутыми трубами(трубчатый)

Минимальные внутренние размеры бака

Изоляционные расстояния от отводов до заземленных частей определяем по табл. 4.11 стр. 199.

s1= 22 мм, для отвода Uисп=25кВ,

s2= 25 мм, для отвода Uисп=25кВ,

s3= 22 мм, для отвода Uисп=18кВ,

s4= 25 мм, для отвода Uисп=18кВ,

d1=5 мм

d2=5 мм

Минимальная ширина бака

В=D»1+(s1+s2+b2+s3+s4+b1)*10-3=31,3+2,2+2,5_2,2+2,5+1= 42 см=0,42 м,

Длина бака:

А=2*С+В=2*32,3+42= 106,6 см=1,066 м,

Высота активной части трансформатора в баке:

На.ч=L+2*hя+hБ=2*16,8+56+5=94,6 см=0,946 м,

где L-длина стержня, hя - высота ярма, hБ - высота бруса

Расстояние от верхнего ярма до крышки бака при горизонтальном расположении над ярмом переключателя ответвлений обмотки ВН по табл. 9.5 стр. 431, Ня, к= 0,16 м,

Глубина бака:

Нб=На.ч.+Ня.к.=94,6+16=110 см=1,1 м,

в) Охлаждающие трубы

По табл. 9.7 стр. 439 выберем круглую трубу сечением d=30 мм,

толщина стенки 1,2 мм,

поперечное сечение (мм2) =600мм2

поверхность м2 = 0,0942,

шаг между рядами(tp)= 55 мм, в ряду(tt)= 45 мм,

радиус изгиба(R)= 150 мм,

число рядов(n)= 2.

По табл. 9.8 стр. 439 выберем для а1= 60 мм, смин= 60 мм, емин= 70 мм

расстояние между осями труб:

b2= H - (c+e)*10-3=110-6-7=97 см,

b1= b2-tp=97-2*5,5=86 см,

Развернутая длина труб в каждом ряду:

1-й внутренний ряд l1=b1+(р*R-2*R+2a1)= 86+(3,34*15-2*15+6*6)=116 см=1,16 м,

2-й ряд l2=l1+4*tp= 1,343 м

Число труб в одном ряду на поверхности бака

mтр==103= =58

Поверхность излучения бака с трубами

Пи=(2*(А-В)+р*В+р*(2*а1+2*R+2*tp*(n-1)+72)/1000)*H +0,5* Пкр=(2*(1,07-0,42)+3,14*0,42+3,14*(2*0,06+2*0,15+2*0,055+0,03)) 1,1+0,5*0,42=5,1м2

Где Пкр=2*С*В+рВ2/4=2*32,3*42+3,14*422/4=0,42м2

Поверхность конвекции бака (м2)

Пкк,глф,глк.трф,тр=3,1*1+14*1,546= 24,744м2

где по табл 9.6 стр. 432 Кф, гл= 1,

трубы 2 ряда Кф, тр= 1,546,

Пк,гл=(2*(А-В)+р*В)*Н+0,5*(2*С*В+р*В*В/4)= (2 (1,07-0,42)+3,14*0,42) 1,1+0,21=3,1м2

Пк,тр= Пм(m1*l1+m*2l2)+0,0942 (58*1,16+58*1,34)=14 м2,

Превышение температуры поверхности бака над температурой воздухом

Иб,в=(0,8= 0,8=43,3єС,

k=1,05

Среднее превышение температуры масла около стенки над температурой внутренней поверхности стенки

Им,б=0,165*k1*()0,6=0,165 ()0,6=6,5 єС,

k1=1 при естественном масляном охлаждении

Превышение температуры масла в верхних слоях над температурой воздуха

Им, в.в=1,2 (Им, б+Иб, в) =1,2 (43,3+6,5)=59,76 єС (меньше 60 єС)

Превышение температуры обмоток над температурой окружающего воздуха:

Иов=Им, б+Иб, в+ Ио.ср+Ио.м

Обмотка НН:

Иов=43,3+6,5+0,573+10,5=60,87 єС (меньше 65 єС)

Обмотка ВН:

Иов=43,3+6,5+0,506+9,18=59,49 єС (меньше 65 єС)

Заключение

В процессе выполнения курсового проекта осуществили

- Определение основных электрических параметров

- Определение основных размеров трансформатора

- Расчет обмоток НН и ВН

- Определение параметров короткого замыкания (КЗ)

- Окончательный расчет магнитной системы

- Тепловой расчет трансформатора

На основе ручного расчета трансформатора, поняли взаимосвязьразмеров трансформатора, свойств материалов и его технических и экономических параметров. Например, влияние выбор индукции в стержне напрямую влияет на результаты расчета, а в частности с увеличением индукции уменьшается диаметр стержня, следовательно и масса стали и обмотки, что экономически выгодно. Однако увеличение индукции ведет кк увеличению потерь и особенно тока холостого хода трансформатора. При выполнении данной работы, выбрали оптимальную индукцию и убедились, что потери холостого хода не превышают заданную норму, и массогабаритные показатели являлись удоволетворительными.

Так же убедились, что потери короткого замыкания не превышают заданную норму.

Проведя тепловой расчет, выбрали отимальные габаритные размеры бака трансформатора и системы охлаждения (гладкий бак с охлаждающими трубками) и убедились, что превышение температур масла и обмоток относительно окружающего воздуха не превышают нормы.

Список используемой литературы

1) П.М. Тихомиров «Расчет трансформаторов» учебн. пособие для вузов, издание пятое. 1986 г.

2) Электротехнический справочник 1981 г.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Расчет исходных данных и основных коэффициентов, определение основных размеров. Расчет обмоток низкого и высокого напряжения, параметров короткого замыкания, магнитной системы трансформатора, потерь и тока холостого хода, тепловой расчет обмоток и бака.

    курсовая работа [196,7 K], добавлен 30.05.2010

  • Определение 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 21.06.2011

  • Расчет 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 06.11.2014

  • Расчет 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 12.03.2009

  • Определение 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 23.11.2014

  • Определение основных электрических величин: напряжений, линейных и фазовых токов. Расчет обмоток из медного и алюминиевого проводов. Активная и индуктивная составляющая напряжения короткого замыкания. Расчет магнитной системы и размеров трансформатора.

    курсовая работа [5,7 M], добавлен 28.11.2014

  • Мощность одной фазы и одного стержня трансформатора. Выбор схемы конструкции и изготовления магнитной системы. Расчет трансформатора и выбор соотношений конструкции обмоток размеров с учетом заданных значений. Определение параметров короткого замыкания.

    курсовая работа [202,8 K], добавлен 11.10.2012

  • Проект 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 17.06.2017

  • Расчет электрических величин трансформатора. Выбор материала и конструкции магнитной системы, определение размеров главной изоляции обмоток. Расчет напряжения короткого замыкания. Определение размеров магнитной системы, тепловой расчет трансформатора.

    курсовая работа [443,7 K], добавлен 07.04.2015

  • Расчёт основных электрических величин трансформатора. Определение диаметра окружности в которую вписана ступенчатая фигура стержня. Выбор конструкции обмоток трансформатора. Расчет обмотки низкого напряжения. Определение потерь короткого замыкания.

    курсовая работа [2,7 M], добавлен 22.05.2012

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.