Расчет силового трансформатора. 3

2.2. Выбор марки и толщины листов стали и типа изоляции пластин, индукции в магнитной системе

3.2 расчет обмотки НН

3.3 расчет обмотки BН

Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Содержание

Введение……………………………………………………………………….. 2

Задача на расчет трансформатора ……………………………………… ..….3

1. Определение основных электрических величин ………………………….4

2. Расчет основных размеров трансформатора ………………………………6

2.1 Данные предварительного расчета трансформатора……………………14

2.2 Определение уточненных параметров трансформатора………………..18

3. Расчет обмоток ……………………………………………………………..20

3.1 Расчет обмотки НН ……………………………………………………… .21

3.2 Расчет обмотки ВН ………………………………………………………..22

4. Расчет параметров короткого замыкания …………………… …………...25

4.1 Расчет потерь короткого замыкания……………………………………...25

4.2 Расчет напряжения короткого замыкания …………………………….. ..26

5. Окончательный расчет магнитной системы…………………………….... 29

5.1 Определение размеров магнитной системы и массы…………………….29

5.2 Расчет потерь холостого хода ……………………………….. …………..30

5.3 Расчет тока холостого хода ………………………………………………31

6. Тепловой расчет и расчет системы охлаждения ………………………….32

6.1 Тепловой расчет обмоток…………………………………………….........32

6.2 Тепловой расчет бака ……………………………………………………...33

Заключение……………………………………………………………………..36

Список использованной литературы …………………………………………37

Введение

Силовой трансформатор является одним из важнейших элементом современной электрической сети, и дальнейшее развитие трансформаторостроения определяется в первую очередь развитием электрических сетей, а следовательно, энергетики страны. В народном хозяйстве используются трансформаторы различного назначения в диапазоне мощностей от долей вольт-ампер до 1 млн. кВА и более. Принято различать трансформаторы малой мощности с выходной мощностью 4 кВА и ниже для однофазных сетей и 5 кВА и ниже для трехфазных сетей и трансформаторы силовые мощностью от 6,3 кВА и более для трехфазных и от 5 кВА и более для однофазных сетей.

Проектирование трансформатора является трудоемким и ответственным процессом. Его особо важными задачами являются повышение качества трансформаторов, использование прогрессивной технологии их производства, экономия материалов при их изготовлении и возможно низких потери энергии при их работа в сети. Экономия материалов и снижение потерь особенно важны в распределительных трансформаторах, в которых расходуется значительная часть материалов и возникает существенная часть потерь энергии всего трансформаторного парка. Знания, полученные при проектировании трансформатора, могут быть использованы инженерами и техниками, работающими в области производства, эксплуатации и ремонта трансформаторов.

Целью данной курсовой работы является проектирование трёхфазного масляного трансформатора ТМ- 40/10, соответствующего ГОСТ 12022-76.

Задача на расчет трансформатора.

Рассчитать трехфазный понижающий трансформатор со следующими характеристиками:

Номинальная мощность S = 40 кBA
Напряжение обмотки ВН U₂= 10 кB
Напряжение обмотки НН U₁= 0,4 кB
Число фаз m = 3
Схема и группа соединения обмоток Y/ Y -0
Напряжение короткого замыкания U_к = 4,5%
Ток холостого хода I_o = 3,0 %
Потери короткого замыкания P_к = 888 Вт
Потери холостого хода P_x = 150 Вт

1. Определение основных электрических величин

1.1. Линейных и фазных токов и напряжений обмоток ВН и НН

Мощность одной фазы:

, где S - мощность трансформатора, m - число фаз;

Мощность обмоток одного стержня:

, где с - число активных (несущих обмотки) стержней трансформатора (мощность в кВА);

Номинальные (линейные) токи на сторонах для трехфазного трансформатора:

обмотки ВН , где U₂–номинальное линейное напряжение обмотки ВН;

обмотки НН , где U1₁– номинальное линейное напряжение обмотки НН.

Фазные токи обмотки одного стержня для соединении схемы Y/ Y –0 равны линейным токам.

Фазные напряжения при этом соединении:

обмотки ВН ;

обмотки НН ;

1.2. Испытательные напряжения обмоток (по таблице 4.1):

обмотки ВН: U_исп2= 35 кВ

обмотки НН: U_исп1= 5 кВ

Активная составляющая напряжения короткого замыкания u_a,

Р_к – потери короткого замыкания в Вт, S – мощность трансформатора, кВА;

Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания:

u_k – заданное напряжение короткого замыкания;

u_a – активная составляющая напряжения короткого замыкания

2. Расчет основных размеров трансформатора

2.1. Выбор схемы, конструкции и технологии изготовления магнитной системы

Для схемы шихтовки сердечника выбираем трехфазную стержневую магнитную систему с косыми стыками в четырех углах и прямыми стыками в средней фазе; число зазоров на косом стыке – 4, на прямом – 3.

Поперечное сечение стержня магнитопровода представляет собой ступенчатую фигуру, вписанную в окружность, с концентрическим расположением обмоток. Ориентировочный диаметр стержня принимаем d=0,10м. Число ступеней в сечении стержня для данного диаметра равно 6.

Коэффициент заполнения площади круга площадью ступенчатой фигуры

k_кр=0,91.

Прессовка стержней осуществляется путем расклинивания с жестким цилиндром обмотки НН.

Стержни диаметром d=0,10 м будут достаточно хорошо охлаждаться маслом, омывающим их наружную поверхность, поэтому необходимости в охлаждающих каналах нет.

Прессовка ярм осуществляется балками, стянутыми шпильками, расположенными вне ярма. ???????????????

Форма сечения ярма также представляет собой ступенчатую фигуру, с 3-5 ступенями.?????????????????????????сммотри звезду

Коэффициент усиления ярма k_я=1,025.

Материалом для магнитной системы трансформатора служит электротехническая холоднокатаная анизотропная тонколистовая сталь марки 3404, толщиной 0,35 мм. Изоляция пластин – нагревостойкое изоляционное покрытие.

Коэффициент заполнения для данной стали (k_з) равен 0,97. Но поскольку прессовка стержня выполняется путем расклинивания с внутренней обмоткой, а также потому, что толщина листов выбрана равной 0,35 мм, данный коэффициент уменьшаем на 0,02 и получаем k_з=0,95.

Общий коэффициент заполнения сталью

Индукция в стержнях трансформатора В_с=1,6 Тл.

Индукция в ярме

Индукция в зазоре на прямом стыке

Индукция на косом стыке

2.3. Выбор материала и конструкции обмоток(СПРОСИТЬ У ДИМАСА)

Для обмоток ВН:

тип обмотки: цилиндрическая многослойная обмотка из круглого провода;
материал обмоток: алюминий.

Для обмоток НН:

тип обмотки: цилиндрическая одно- и двухслойная из прямоугольного провода;
материал обмоток: алюминий.

2.4. Выбор конструкции и определение размеров основных изоляционных промежутков главной изоляции обмоток

Для обмотки НН (U_исп1 = 5 кВ):

расстояния от обмотки до заземленных частей ( ярма):

l₀₁=15 мм;

толщина изолирующих цилиндров между обмоткой НН и стержнем δ₀₁=2×0.5.

Для обмотки ВН (U_исп2 = 35 кВ):

расстояния от обмотки до заземленных частей (ярма), l₀₂=20 мм;
изоляционные расстояния между обмотками а₁₂=9 мм, а₂₂=8 мм;
толщина изолирующих цилиндров между обмоткой НН и ВН δ₁₂=2.5 мм;
выступ цилиндра l_ц2=10 мм.

2.5. Предварительный расчет трансформатора и выбор соотношения основных размеров β с учетом заданных значений

– ширина приведенного канала рассеяния (м);

– приведенная ширина двух обмоток (м);

- коэффициент, зависящий от мощности трансформатора, напряжения ВН и потерь КЗ.

k_р – коэффициент приведения идеализированного поля рассеяния к реальному (коэффициент Роговского)

k_р = 0,95;

а – коэффициент, равный отношению среднего диаметра витка двух обмоток к диаметру стержня

a = 1,36;

b = 0,55.

Значение коэффициента е принимаем е = 0,405.

к_Д – коэффициент, учитывающий добавочные потери в обмотках, потери в отводах, стенках бака и других электрических конструкциях от гистерезиса вихревых токов, от воздействия поля рассеяния;

к_Д = 0,97.

К₀ – коэффициент, равный для алюминия К_0А = 1,27*10^-2.

Минимальная стоимость активной части трансформатора имеет место при условиях описанных уравнением: .

k_o,c = 1,81 (по таблице).

Коэффициент k_и.р используется при расчетах массы металла обмоток и учитывает два фактора: изоляцию провода и регулирование напряжения; для алюминиевого провода k_и.р = 1,13.

Тогда уравнение приобретает вид:

Решение этого уравнения дает: x = 1,143.

β = х⁴

β = (1,143)⁴ = 1,707 соответствует минимальной стоимости активной части.

Пределы варьирования β в данном случае β = 1,2-1,6.

Находим предельные значения β по допустимым значениями плотности тока и растягивающим механическим напряжениям:

=> β < 3,787

=> β < 74,205

Оба полученных значения β лежат за пределами обычно применяемых.

Плотность тока:

К – постоянный коэффициент, зависящий от удельного электрического сопротивления и плотности металла обмоток; для алюминия К_а = 12,75*10^-12

Потери холостого хода:

k_пд = 1,12 – коэффициент добавочных потерь;

k_пу = 10,18 – коэффициент увеличения потерь в углах;

р_с = 1,295 Вт/кг; р_я = 1,207 Вт/кг – удельные потери в стали.

Масса одного угла магнитной системы:

Активное сечение стержня:

Площадь зазора на косом стыке:

Намагничивающая мощность:

где = 1,20; = 1,06; = 1,25; = 42,45.

Полный ток хх трансформатора:

Основные размеры трансформатора:

Для пяти промежуточных значений β в пределах, выбранных ранее, рассчитываем коэффициенты формул и параметры. Данные расчетов представлены в таблице.

2.1 Данные предварительного расчета трансформатора.

b	1,2	1,3	1,4	1,5	1,6
	1,047	1,068	1,088	1,107	1,125
	1,095	1,140	1,183	1,225	1,265
	1,146	1,217	1,287	1,355	1,423
	36,382	35,667	35,011	34,410	33,860
	3,528	3,673	3,812	3,946	4,076
	39,910	39,340	38,823	38,356	37,936
	32,279	34,279	36,251	38,166	40,082
	2,729	2,841	2,948	3,053	3,152
	35,008	37,120	39,199	41,219	43,234
	74,918	76,460	78,022	79,575	81,170
	2,858	3,035	3,210	3,380	3,550
P_x=1,556G_c + 1,428	63,528	62,641	61,837	61,110	60,456
П_с = 0,005x²	0,005	0,006	0,006	0,006	0,006
	964,054	1006,047	1046,951	1086,874	1125,952
	2,410	2,515	2,617	2,717	2,815
	31,500	30,257	29,157	28,158	27,267
	32,445	31,165	30,032	29,003	28,085
	33,418	32,100	30,933	29,904	28,928
	60,487	58,101	55,989	54,126	52,360
	135,405	134,561	134,011	133,701	133,53
	1,464*10⁶	1,494*10⁶	1,522*10⁶	1,549*10⁶	1,574*10⁶
8,19x³	9,386	9,967	10,541	11,097	11,654
	0,087	0,089	0,090	0,092	0,093
	0,118	0,121	0,122	0,125	0,126
	0,309	0,292	0,274	0,262	0,247
	0,183	0,187	0,190	0,193	0,196

По результатам расчетов строим графики:

1,2 1,3 1,4 1,5 1,6

Выбираем значение b = 1,3

2.2 Определение уточненных параметров трансформатора.

Диаметр стержня где x =

_{d = 0,083 ·1,068 = 0,08864 ≈ 0,09м}

Активное сечение стержня

Средний диаметр канала между обмотками

Высота обмоток

Высота стержня

Расстояние между осями стержней

Электродвижущая сила одного витка

Масса стали

Масса обмоток

Масса провода Gпр=k_ир*G₀

12. Плотность тока

J=1,494*10⁶

Механические напряжения в обмотках

Стоимость активной части в условных единицах

Стоимость активной части в денежном выражении

где

Потери холостого хода

P_x=k_пд*p_c*(G_c+0.5k_пу*G_y)+k_пд*р_я(G_я-6*G_y+0.5k_пу*Gy)

Ток холостого хода

Средняя плотность тока в обмотках

Расчет обмоток НН и ВН

выбор типа обмоток НН и ВН

Ориентировочное сечение витка каждой обмотки, может быть определено по формуле

П = I_c /J_ср

где I_c —ток соответствующей обмотки одного стержня, А;

J_ср — средняя плотность тока в обмотках ВН и НН, А/м²

П1 =37,123 мм

П2 =1,484 мм

Выбираем для ВН цилиндрическую многослойную обмотку из круглого алюминиевого провода, а для НН цилиндрическую двухслойную обмотку из прямоугольного алюминиевого провода.

, можно записать в виде:

Действительная индукция в стержне, Тл:

B_c= u_в/(4,44fП_с)

B_c= 0,215Тл

3.2.1. Расчет двухслойных цилиндрических обмоток из прямоугольного провода

Для двухслойной обмотки:

w_сл1=w₁/2

w_сл1=60

Ориентировочный осевой размер витка:

h_в1=l1/( w_сл1+1)

h_в1=4,77мм

Ориентировочное сечение витка,

=I₁/(J_ср*10^-6)

= 37,12мм²

По полученным значениям П_в и h_в по таблице 5.2 /1/ подбираем сечение витка из 2 проводов AПБ c сечением П₁ = 18,4 мм²

Полное сечение витка

Общий суммарный радиальный допустимый размер проводов для алюминиевого провода

Высота обмотки – осевой размер обмотки

Радиальный размер обмотки

Обмотка наматывается на бумажно-бакелитовом цилиндре , на котором на 8 рейках наматывается обмотка.

Внутренний диаметр обмотки

Внешний диаметр обмотки

Плотность теплового потока на поверхности обмотки

Масса металла обмотки

Масса провода по таблице 5.5

C _а.ч. > 1,01C _min

P_x > 150 Вт

i ₀ > 3,0%

J > 2,7*10⁶ А/м

σ _p > 25МПа

Выбираем схему регулирования с выводом концов всех трех фаз обмотки к одному трехфазному переключателю. Контакты переключателя рассчитываются на рабочий ток 2,5А. Наибольшее напряжение между контактами переключателя в одной фазе рабочее 588 B, испытательное 1176 В.

Напряжение, В Ответвления обмотки

10500 А2А3 В2В3 С2С3