ФГОУ  ВПО «Башкирский  государственный  аграрный университет» 
 
 

                                      Факультет: Энергетический

                                      Кафедра: Электрических  машин               

                                                        электрооборудования                  

                                      Специальность: Энергообеспечение п\п

                                      Форма обучения: очная  

                                      Курс, группа: 3,1 
 
 
 
 

     Гарипова  Регина Надировна 

     Расчет  трансформатора

     Курсовой  проект

                                                              «К защите допускаю»:

                                                                Руководитель: ассистент Акчурин С.В. 

                                                                                                         ( ученая степень,звание ФИО)                                                                                                                                                                                                                                                                       

                                                                                                            _________________________

                                                                                           «____» _______ 2011 г.

     Оценка  при защите:

     ____________________

     ____________________

                         (подпись) 

     «____» __________ 2011 г. 
 
 

     Уфа 2011

     ОГЛАВЛЕНИЕ

     ВВЕДЕНИЕ

           Трансформаторы–это наиболее распространённые устройства в современной электротехнике. Трансформаторы большой мощности составляют основу систем передачи электроэнергии от электростанций в линии электропередачи. Они повышают напряжение переменного тока, что необходимо для экономной передачи электроэнергии на значительные расстояния. В местах распределения энергии между потребителями применяют трансформаторы, понижающие напряжение до требуемых для потребителей значений. Наряду с этим, трансформаторы являются элементами электроустановок, где они осуществляют преобразование напряжения питающей сети до значений необходимых для работы последних.

            Трансформатором называется статическое  электромагнитное устройство, имеющее  две или более обмоток связанных индуктивно, и предназначенные для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока  в одну или несколько других систем переменного тока. Обмотку, присоединённую к питающей сети, называют первичной, а обмотку, к которой подсоединяется нагрузка–вторичной. Обычно все величины, относящиеся к первичной обмотке трансформатора  помечают индексом 1, а относящиеся к вторичной–индексом 2.

          Первичную обмотку трансформатора подсоединяют к питающей сети переменного тока. Ток первичной обмотки I₁ имеет активную и индуктивную составляющие. При разомкнутой вторичной обмотке (холостой ход), вследствие действия индуктивной составляющей тока I_Ом, возникает магнитный поток, который намагничивает сердечник. Активная составляющая тока I определяется потерями, возникающими, в местах стали, при перемагничивании сердечника. Наибольшая часть потока Ф₁ сцеплённого с первичной обмоткой, сцеплена также со всеми обмотками фазы и является потоком взаимоиндукции между обмотками, или главным рабочим потоком Ф. Другая часть полного потока Ф₁ сцеплена не со всеми витками первичной и вторичной обмоток. Её называют потоком рассеивания.

           ЭДС обмотки пропорциональна  числу её витков. Отношение ЭДС  первичной и вторичной обмоток называется коэффициентом трансформации, который пропорционален отношению чисел витков первичной и вторичной обмоток 1.     

     Устройство  силовых трансформаторов:

     Трансформаторы имеют  магнитопроводящие сердечники и  токопроводящие обмотки. Для лучшего охлаждения сердечники и обмотки мощных трансформаторов погружаются в бак, наполненный маслом. Сердечники трансформаторов состоят из стержней, на которых размещаются обмотки, и ярм, которые служат для проведения потока между стержнями. Различают два вида сердечников: стержневой и броневой.

           Трёхфазные трансформаторы выполняются  обычно стержневыми. Их сердечники  состоят из расположенных в  одной плоскости трёх стержней, соединённых ярмами. Магнитная система таких трансформаторов несколько несимметрична, так как магнитная проводимость потока крайних стержней и среднего – является неодинаковой.

     Вследствие  изменения потока, в контурах стали  сердечника индуктируется ЭДС, вызывающая вихревые токи, которые стремятся замкнуться по контуру стали, расположенному в поперечном сечении стержня. Для уменьшения вихревых токов, сердечники трансформатора набираются (шихтуются) из изолированных прямоугольных пластин электротехнической стали толщиной 0.5мм или 0.35мм. Для уменьшения зазоров в местах стыков, слои сердечника, набранные различными способами, чередуются через один. После сборки, листы верхнего ярма вынимаются и на стержнях устанавливаются обмотки, после чего ярмо вновь зашихтовывается. Листы сердечника изолируются лаком или бумагой, имеющей толщину 0.03мм, и стягиваются при помощи изолированных шпилек.

            В большинстве случаев в трансформаторах  электропередач применяются так  называемые концентрические обмотки,  имеющие вид размещённых концентрически (одна в другой) полых цилиндров. Обычно ближе к сердечнику размещается обмотка низшего напряжения, требующая меньшей толщины изоляции сердечника.

            По способу охлаждения трансформаторы  разделяются на масляные, обмотки  которых погружены в масло  и сухие, охлаждаемые воздухом. Мощные силовые трансформаторы имеют масляное охлаждение. Трансформатор в большинстве случаев не является полностью твёрдым телом, а содержит большое количество жидкого масла, которое оказывает значительное влияние на теплопередачу.

             В трансформаторах мощностью  до 560 кВА концентрическая обмотка  выполняется по типу цилиндрической обмотки, в большинстве случаев имеющей два слоя. Слои обмотки выполняются из провода круглого или прямоугольного сечения. Провод наматывается впритык по винтовой линии вдоль образующей цилиндра.

            В трансформаторах на напряжение 35 кВ и более применяют концентрическую обмотку, выполненную по типу непрерывной, в которой, отличие от винтовой, каждый виток состоит из нескольких концентрически намотанных витков обмотки. Катушки этой обмотки наматываются непрерывно одним проводом без пайки. При воздействии осевых сжимающих усилий, возникающих при внезапных коротких замыканиях, наиболее надёжными являются непрерывные обмотки. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     РЕФЕРАТ

     Расчетно-пояснительная  записка отражает все разделы курсовой работы и содержит 26 листов формата А4, включает 4 рисунка, 3 наименования источников использованной литературы.

     РАСЧЕТ  ТРЕХФАЗНОГО ДВУХОБМОТОЧНОГО ТРАНСФОРМАТОРА      320 кВА, 10; 0,525 кВ, 50 ГЦ С ЕСТЕСТВЕННЫМ МАСЛЯНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ

     Курсовая работа по дисциплине «Электрические машины и аппараты» выполняется с целью закрепления и углубления знаний и выработки умения применять теоретической материал для решения конкретных практических задач.

         Графическая часть включает общий  вид трансформатора в двух проекциях, конструкции обмоток (разрез одной фазы) начерченных на  листе  формата А1.

     ЗАДАНИЕ 

     1 Основные электрические величины.

     Номинальные фазные напряжения: 

                          В;    (1.1)

                                        В;

     Номинальные линейные токи:

                                 А;                                      (1.2)

                                      А;

     Номинальные фазные токи

                                                          А;                                        (1.3)

         

А.

     Расчет  трансформатора ведется для обмотки  с алюминиевыми проводами; 
 
 
 
 
 

     2 Определение основных размеров трансформатора

   Металл  провода обмоток - алюминий;

   Марка стали сердечника – 1212;

Толщина листов стали – 0,5 мм;

Удельные  потери в стали  р₁₀= 1,6 Вт/кг;

     Магнитная индукция в стержня  В_с=1,4 Тл;

Средняя плотность тока в обмотках  j = 2 А/мм²; 

     Отношение веса стали к весу металла обмоток

                                    .                        (2.1)

     ЭДС на один виток  

                       В/виток.        (2.3)

     Число витков в обмотке 1

       витков;                                (2.4)

     Число витков в обмотке 2

       витков;                        (2.5)

  Уточненное  значение ЭДС на виток

                                     В/виток;                                         (2.6)

  Площадь поперечного сечения стали стержня сердечника

                        см²;                        (2.7)

     Рисунок 1 Ступенчатая форма поперечного  сечения стержня трансформатора

     Число ступеней стержня сердечника n=6;

     Число каналов в сердечнике – сердечник без каналов;

     Коэффициент заполнения площади описанного круга  площадью ступенчатой фигуры k_кр=0,875;

     Изоляция  стали – бумага;

     Коэффициент заполнения ступенчатой фигуры сталью f_с=0,92;

     Диаметр круга, описанного вокруг стержня сердечника

                       см.                          (2.8)

        Номинальная мощность обмотки 1 на стержень сердечника

                                         кВА;                                         (2.9)

     Номинальное напряжение обмотки 1 на стержень сердечника

     

 В;

     Номинальный ток обмотки 1 на стержень сердечника

     

А;

     Число витков обмотки 1 на стержень сердечника

      витков;

     Предварительная площадь поперечного сечения  провода обмотки 1

                                              мм²;                                 (2.10)

     Тип обмотки 1 – цилиндрическая двухслойная  из провода прямоугольного сечения;

     Номинальная мощность обмотки 2 на стержень сердечника

       кВА;

     Номинальное напряжение обмотки 2 на стержень

     

 В;

     Номинальный ток обмотки 2

     

 А;

     Число витков обмотки 2 на стержень

     

 витков;

     Предварительная площадь поперечного сечения  провода обмотки 2

     

 мм²;

     Тип обмотки 2 – многослойная цилиндрическая  из провода круглого сечения.

        Испытательное напряжение обмотки 1 кВ;

     Испытательное напряжение обмотки 2 кВ;

     Изоляционный  цилиндр между обмоткой 1 и сердечником  δ_цо не предусматривается;

     Полное  расстояние между обмоткой 1 и стержнем сердечника

     δ_о=0,6 см;

     Расстояние  между обмоткой и ярмом   

     l_о=3 см;

     Толщина изоляционного цилиндра в промежутке между обмотками 1 и 2

     δ_ц12=0,3 см;

     Толщина каждого из двух вертикальных каналов

     а_к12=0,5 см;

     Полное  расстояние между обмотками 1 и 2

     δ₁₂=2а_к12+δ_ц12=2^.0,5+0,3=1,3 см;                       (2.11)

     Предварительная радиальная толщина обмотки 1

     δ₁=4 см; 

     Предварительная радиальная толщина обмотки 2

     δ₂=2.7 см;

          Предварительное приведенное расстояние между обмотками

                                см.                          (2.12)

     Средний диаметр обмотки 1

                       см;                            (2.13)

     Средний диаметр обмотки 2

                см;                (2.14)

     Средняя длина витка обмоток

                    см.               (2.15)

     Активная  составляющая напряжения короткого замыкания

                                   ;                                        (2.16)

     Индуктивная составляющая напряжения короткого  замыкания 

                                  ;                                (2.17)

     Высота  обмоток по оси стержня сердечника

    см;           (2.18)

     где k_р – коэффициент учитывающий переход от средней длины магнитных линии к действительной высоте обмотки по оси стержня.

     Предварительный эскиз расположения обмоток в  окне трансформатора представлен на рисунке 3.

     Высота  окна сердечника 

            см.                                (2.19)

     Рисунок 3 Предварительный эскиз расположения обмоток в окне трансформатора

     Отношение высоты окна сердечника к диаметру стержня сердечника

                                                  .                                             (2.20)

     Для обмоток из алюминиевого провода должно выполняться условие :

 

     3 Расчет обмоток трансформатора

     Уточнение средней плотности тока в обмотках

                 А/мм².                (3.1)

     k_м – коэффициент учитывающей дополнительные потери в трансформаторе от потока рассеяния и в отводах трансформатора, при S до 110 кВА

     k_м=1,01-1,03.

     Предварительная удельная тепловая загрузка поверхности обмотки 1  q₁=700/м²;

     Предварительная удельная тепловая загрузка поверхности обмотки 2  q₂=500м². 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     4 Расчет цилиндрической обмотки 1 из провода прямоугольного сечения

     Предварительная плотность тока в обмотке 1

                               А/мм²;                                  (4.1)

     Площадь поперечного сечения провода  обмотки 1

     

 мм².

     Число слоев n_в1=5

     Число витков в слое      витков;                                  (4.2)

     Предварительная высота витка вдоль стержня сердечника

                                см;                           (4.3)

     Число цилиндрических поверхностей охлаждения обмотки

                                         (4.4)

     принимаем .

     Окончательно  по Приложению 1 принимаются следующие  размеры провода

      мм

     намотка на «ребро»;

     Число параллельных проводов       ;

     Площадь поперечного сечения провода

                                   мм²;                                 (4.5)