Расчет трансформатора. 3

ОГЛАВЛЕНИЕ  

ЗАДАНИЕ  НА КУРСОВУЮ  РАБОТУ  …………………………...………… 4

1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ   ОСНОВНЫХ  ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ   ПАРАМЕТРОВ  …… 6

2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЛАВНЫХ  РАЗМЕРОВ  ТРАНСФОРМАТОРА  ……... 8

3 РАСЧЁТ  ОБМОТОК НИЗКОГО  И  ВЫСОКОГО  НАПРЯЖЕНИЯ  …… 12

4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ  КОРОТКОГО  ЗАМЫКАНИЯ  ……….16

5 ОКОНЧАТЕЛЬНЫЙ РАСЧЁТ  МАГНИТНОЙ  СИСТЕМЫ  ……………..21

6 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ  ХОЛОСТОГО  ХОДА  ………………...23

7 СРАВНЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ,  ПОЛУЧЕННЫХ  В РЕЗУЛЬТАТЕ

    РАСЧЁТА  В  П.П.  4, 5  И  6  С ПАСПОРТНЫМИ ДАННЫМИ  ………..24 

   ЗАКЛЮЧЕНИЕ  ….…..…………………………………………………………25

   БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ  СПИСОК  ….…………………………………….26 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      ЗАДАНИЕ  НА  КУРСОВУЮ  РАБОТУ 

      Для  трёхфазного  трансформатора,  паспортные  данные  и  соединение  обмоток  которого  приведены  в  табл. 1,  выполнить  следующее:

      1. Определить  основные  электрические   величины:  линейные  и  фазные  токи  и  напряжения  обмоток  ВН  и  НН.  Выбрать  испытательное  напряжение  обмоток.

      2. Определить  главные  размеры   трансформатора

а)  выбор  схемы  и  конструкции  магнитной  системы; 

б)  выбор  марки  и  толщины  листов  стали  и  вида  изоляции  пластин  магнитной  системы;

в)  выбор  материала  обмоток  медного  или  алюминиевого  провода;

г)  выбор  конструкции  и  определение  основных  изоляционных  промежутков  главной  изоляции  обмоток;

д)  определение  диаметра  стержня  и  высоты  обмотки;

е)  предварительный  расчёт  магнитной  системы.

      3. Рассчитать  обмотки  низкого   и  высокого  напряжения

а)  выбор  типа  обмоток  НН  и   ВН;

б)  расчёт  обмотки  НН;

в)  расчёт  обмотки  ВН;

      4. Определить  параметры  короткого   замыкания

а)  потери  короткого  замыкания;

б)  напряжение  короткого  замыкания;

в)  механические  силы  в  обмотках;

      5.  Провести  окончательный  расчёт  магнитной  системы 

а)  определить  размеры  пакетов  и  активных  сечений  стержня  и  ярма;

б)  определить  массы  стержней  и  ярма  к  общей  массе  активной  стали;

      6. Определить  параметры  холостого   хода

а)  потери  холостого  хода;

б)  ток  холостого  хода;

      7. Сравнить  параметры,  полученные  в  результате  расчёта  в   п.п. 4, 5, 6  с  паспортными   данными  трансформатора.

Таблица  1 - Паспортные  данные  трансформатора  ТМ-160/10/0,069

1  ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ  ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ   ПАРАМЕТРОВ. 

Рассчитаем  линейные  и  фазные  токи  и  напряжения  для  обмотки  ВН: 

Так  как  обмотка  ВН  соединена  в  звезду,  то: 

           , 

По  исходным  данным  U=10, кВ,  тогда фазное  напряжение  будет равно: 

Рассчитаем  линейные  и  фазные  токи  и  напряжения  для  обмотки  НН: 

Так  как  обмотка  НН  соединена  в  звезду,  то: 

           , 

По  исходным  данным  U=0,69, кВ,  тогда фазное  напряжение  будет равно: 

            U_Ф=U=0,69,  кВ,

      Нормированные  испытательные  напряжения  силового  трансформатора  с  нормальной  изоляцией приведены  в  таблице 2

Таблица  2 - Испытательные  напряжения  силового  трансформатора  с  нормальной  изоляцией

      2  ОПРЕДЕЛЕНИЕ  ГЛАВНЫХ РАЗМЕРОВ  ТРАНСФОРМАТОРА 

      Подавляющее  большинство  современных  трансформаторов  выполняется  с  плоской  магнитной  системой  (магнитопроводом)  стержневого  типа,  с  вертикально  расположенными  стержнями,  имеющими  поперечное  сечение  в  виде  ступенчатой  фигуры,  вписанной  в  окружность,  и  с  обмотками  в  виде  круговых  цилиндров.

      Выберем  из  справочного  материала  число  ступеней  в  сечении  стержня,  ориентировочный  диаметр  стержня  d  и коэффициент заполнения  площади  круга  площадью  ступенчатой  фигуры  k_КР для масляных  трансформаторов: число  ступеней = 6,  d=0,18,  м,  k_КР=0,913.

      Так  как  d < 0,36, м ,  то  охлаждающих каналов в сечении стержня не  будет.

      Поперечное  сечение  ярма – многоступенчатое  с  числом  ступеней  на  1-2  меньше числа ступеней  стержня,  поэтому примем  число ступеней  ярма  равным  6.

      Так  как  мощность  трансформатора  S < 630,  кВ×А,  и  d < 0,22, м,  то  прессовка набора  пластин стержня осуществляется  путём забивания деревянных  стержней  и  планок  между  стержнями  магнитной  системы  и  обмоткой  НН. 

      Выбираем  сталь  3405 по  ГОСТ  21427.1 – 83  с  рекомендуемой  индукцией  В_С =1,55-1,60, Тл ,  с толщиной  стали 0,35, мм   и  с  электроизоляционным  термостойким  двусторонним  покрытием,  выдерживающим  отжиг  при  температуре  до  820°С. 

      Выберем  коэффициент  заполнения  сечения  пакета  сечением  стали: k_З=0,96.

      Определим  коэффициент  заполнения  сталью,  т.е.  отношение  активного  сечения  стержня  к  площади  круга  с  диаметром,  равным  диаметру  стержня  трансформатора:  k_С = k_КР×k_З=0,913×0,96=0,876

        Диаметр  стержня,  м,  предварительно  определяется  по  формуле:

       ,   

где  S_СТ – мощность  одного  стержня,  S_СТ = 53,33,  кВ×А;

        b -  выбираем  из  справочного материала:  b = 1,4;

         ,

где  а₁₂ – выбирается  из  справочного материала:  а₁₂=9×10^-3,  м;

     ,

где  k – выбирается  из  справочного материала:  k=0,79

      , м,

           а_Р = 9×10^-3 + 0,021 = 0,03, м,

           k_Р – выбирается  из  справочного  материала: k_Р = 0,95,

           , 

где  U_K=4,5%,

                   U_A=P_K / (S×10) = 2650/(160×10)= 1,656%,

            ,     

             f – частота сети;  f=50, Гц,

                               ,  м.

      По  диаметру  стержня,  найденному  по  формуле,  выбирается  ближайшее  значение  из  нормализованного  ряда  диаметров  стержня:  d_Н = 0,14,  м.

      Уточним  значение  b_Н: 

            b_Н= .

      Активное  сечение  стержня, м²:    

           , м².

      Электродвижущая  сила  одного  витка, В 

            ,  В. 

      Средний  диаметр  осевого  канала,  м: 

           , 

      где  а₀₁= 5×10^-3, м – из  справочного материала;

              ,

               ,  м. 

      Высота  обмотки:

                , м. 

      Определим  изоляционные  расстояния  и  конструкцию  главной  изоляции  обмоток  из  справочного  материала.

      а)  для  обмотки  НН:

• расстояние  от  обмотки  НН  до  ярма:  l₀₁=30, мм;
• толщина  перегородки  между  стержнем  и  обмоткой  НН:  d₀₁ -  картон 2´0,5, мм;
• расстояние  между  стержнем  и  обмоткой  НН:  а₀₁=5,  мм;

      б)  для  обмотки  ВН:

• расстояние  от  обмотки  ВН  до  ярма:  l₀₂=30, мм;
• расстояние  между  обмотками  НН  и  ВН:  а₁₂=9,  мм;
• толщина  перегородки  между  обмотками  НН  и  ВН:  d₁₂ =3,  мм;
• выступ  цилиндра:  l_Ц2=15, мм;
• расстояние  между  обмотками  ВН  соседних  фаз:  а₂₂=10,  мм.

   Рассчитаем   продольную  изоляцию  обмоток .

Выберем  изоляцию  витков:

      Обмотка  НН выполняется  из  прямоугольного  провода  марки  АПБ  с  толщиной  изоляции  на  две  стороны  0,45,  мм. 

      Обмотка  ВН  выполняется  из  круглого  провода  марки  АПБ  с  толщиной  изоляции  на  две  стороны  0,3,  мм.

   Определим  междуслойную  изоляцию  обмоток.

      В  обмотке  НН  достаточная  междуслойная  изоляция  обеспечивается  двумя  слоями  картона  по  0,5,  мм.  

      В  обмотке  ВН  междуслойная  изоляция  обеспечивается  тремя  слоями  кабельной  бумаги  по  0,12,  мм.   
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   3  РАСЧЁТ  ОБМОТОК НН  И ВН 

   Выбор  конструкции  обмотки  производится  с  учётом:  мощности  трансформатора,  отнесённой  к  одному  стержню,  выбранного  металла  обмотки – меди  или  алюминия,  тока  обмотки  одного  стержня,  номинального  напряжения обмотки и сечения витка из  справочного материала:

   Рассчитаем  число  витков  обмотки  на  фазу:

   Для  НН: 

          ; 

           ,  В. 

   Средняя  плотность  тока  в  обмотке  ( предварительно ): 

           , МА/м² 

      Определим  сечение  витка  в  мм²: 

             ,  мм². 

      Возьмём   провод  сечением  П_В’ = 46,8, мм².

      Размеры  такого  провода:  а´b = 4,5 ´ 10,6,  мм. 

      Определим  действительную  плотность  тока:                            

            ,  МА/м². 

      Обмотка  НН  выполняется  из  двух  слоёв. 

      Для  обеспечения  крепления  крайних  витков  слоя  и  учёта  отклонений  изоляции  провода  расчётная  сумма  высот  проводов  в  слое  выдерживается  на  5 – 15,  мм  менее  высоты  обмотки.  Выдержим  13,  мм.

1  слой   -   85  витков = 85 и 1  слой  -    64  витка = 64, всего  149  витков            Найдём  радиальный  размер  обмотки  а₁.

Радиальный  размер  обмотки  определяется  по  размерам  сечения  провода,  чис-                        лу  слоёв  и  междуслойной  изоляции.  а₁=0,0231,  м.

  Определим  массу  металла  обмотки  НН:                            

      G = 8,47×10³×с×D_СР×v×П_В, 

где  с – число  активных  стержней:  с = 3;

       v -  число витков:   v = 149;

D_СР – средний диаметр витка,  определяющийся  по  диаметру  стержня,  изоляционным  расстоянием между стержнем  и обмоткой,  размерам  сечения  провода  и  междуслойной изоляции:  D_СР =0,17,  м. 

           G = 8,47×10³×3×0,17×149×46,8×10^-6 = 30,7,  кг 

      Масса  металла  отводов,  кг: 

         G_ОТВ = 2,7×14×l×П_В×10³ = 2,7×14×0,434×46,8×10^-6×10³ = 0,77,  кг.

   Для  ВН: 

       ; 

     ,  В. 

   Средняя  плотность  тока  в  обмотке  ( предварительно ): 

        , МА/м² 

      Определим  сечение  витка  в  мм²: 

          ,  мм². 

      По  сортаменту  обмоточного  провода  подбираются  сечение,  число  и  размеры  параллельных  проводов  для  обмотки:

      Возьмём  провод  сечением  П_В’ = 5,515, мм².

      Размеры  такого  провода:  d = 2,65,  мм.

      Определим  действительную  плотность  тока:                            

          ,  МА/м²; 

      Для  обеспечения  крепления  крайних  витков  слоя  и  учёта  отклонений  изоляции  провода  расчётная  сумма  высот  проводов  в  слое  выдерживается  на  5 – 15,  мм  менее  высоты  обмотки.  Выдержим  14,  мм.

8  слоёв   по   142  витка = 1136 и 1  слой     -      106  витков = 106, всего  1242  витка             

   Найдём  радиальный  размер  обмотки  а₂.

   Радиальный  размер  обмотки  определяется  по  размерам  сечения  провода,  числу  слоёв  и  междуслойной  изоляции.  а₂=0,0267,  м.

   Определим  массу  металла  обмотки  ВН: 

                                G = 8,47×10³×с×D_СР×v×П_В, 

где  с – число  активных  стержней:  с = 3;

       v -  число витков:   v = 1242;

D_СР – средний диаметр витка,  определяющийся  по  диаметру  стержня, изоляционным  расстояниям между стержнем  и обмотками,  размерам  сечения провода  и  междуслойной  изоляции:  D_СР =0,241,  м. 

           G = 8,47×10³×3×0,241×1242×5,515×10^-6 = 42,  кг. 

      Масса  металла  отводов,  кг: 

         G_ОТВ = 2,7×7,5×l×П_В×10³ = 2,7×7,5×0,434×5,515×10^-6×10³ = 0,048,  кг. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  4  ОПРЕДЕЛЕНИЕ   ПАРАМЕТРОВ  КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ 

      Потери  короткого  замыкания  Р_К  состоят из:  1)  основных  потерь  в обмотках  НН  и ВН   Р_ОСН1  и Р_ОСН2;  2)  добавочных  потерь  в обмотках,  вызванных  полем  рассеяния,  Р_Д1 = (k_Д1 – 1)×Р_ОСН1  и Р_Д2 = (k_Д2 – 1)×Р_ОСН2;  3)  основных  потерь  в  отводах  между  обмотками  и  вводами  Р_ОТВ1  и   Р_ОТВ2;  4)  потерь  в стенках бака  и других  металлических конструкциях,  вызванных полем  рассеяния  обмоток  и  отводов,  Р_Б. 

      Для  обмотки  НН: 

      Потери  обмотках:

      Р_ОСН1=12,75×10^-12×J²×G_М = 12,75×10^-12×(1,65×10⁶)²×30,7 =1065,  Вт. 

      K_Д1 = 1+0,037×10⁸×b²×а⁴×n², 

где  b = ;

       а – толщина  провода:  а  = 10,6×10^-3,  м;

       n – число полных  слоёв:  n = 1,75.

       l -  высота  обмотки;  

      K_Д1 = 1+0,037×10⁸×0,837²×(10,6×10^-3)⁴×1,75²=1,078. 

      Потери  в  отводах ,  Вт: 

      Р_ОТВ1=12,75×10^-12×J²×G_ОТВ = 12,75×10^-12×(1,65×10⁶)²×0,77 =26,7,  Вт. 

      Потери  в  баке  и  металлических  конструкциях,  Вт: 

      Р_Б » 10×k×Sн, 

где –  k – коэффициент,  выбираемый  из  справочника:  k=0,015;

        Р_Б » 10×0,015×160 = 24,  Вт.