В соответствии с ГОСТом 16110-82 трансформатором называется статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанных обмоток и предназначенных для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока. Трансформатор, предназначенный для преобразования электрической энергии в сетях энергосистем и потребителей электроэнергии, называется силовым.
В конструктивном отношении современный силовой трансформатор можно схематически представить состоящим из трех основных систем: магнитной, системы обмоток с их изоляцией, системы охлаждения и вспомогательных систем — устройств регулирования напряжения, измерительных и защитных устройств, арматуры и т.д. конструктивной и механической основой трансформатора является его магнитная система, которая служит для локализации в ней основного магнитного поля трансформатор. Она представляет собой комплект пластин или других элементов из электротехнической стали или другого ферромагнитного материала, собранного в определенной геометрической форме.
Целью данной курсовой работы является изучение основных типов и конструкций трансформаторов методом его расчета.
В результате расчета необходимо:
- выбрать конструкцию магнитной системы и конструкцию главной изоляции;
- определить основные размеры трансформатора;
- выбрать конструкцию и произвести расчет обмоток низшего и высшего напряжения;
- определить потери короткого замыкания и напряжения короткого замыкания;
- произвести расчет магнитной системы, определить параметры холостого хода.
Полученные в результате расчета значения величин не должны отличаться от заданных значений более чем на:
- напряжение короткого замыкания;
- потери короткого замыкания;
- потери холостого хода;
- ток холостого хода.
Выбор исходных данных для расчетов производим из таблицы 1 методички в соответствии с номером варианта.
|
№ вари- анта |
Тип трансформатора |
Номинальная мощность транс- форматора S, КВА |
Номинальное напряжение обмоток, кВ |
Напряжение к.з uк, % |
Ток холостого хода i0, % |
Потери, кВт |
Материал обмоток |
Вид переключения обмоток |
Схема и группа соединений |
|||
|
Uвн |
Uнн |
Короткого замыкания Pк, кВт |
Хол. хода Pх, кВт |
|||||||||
|
053 |
ТРДНС |
32000 |
36,75 |
10,5/10,5 |
11,5 |
0,45 |
145 |
26 |
Алюм. |
РПН |
Д/Д-Д-0-0 |
|
Расшифровка условных обозначений масляных трансформаторов ТРДНС-32000/15-У1 ГОСТ 11920-85:
- ТРДНС XXX / YY У1, УХЛ1
- Т — трехфазный;
- Р — обмотка низшего напряжения расщеплена на две;
- Д — масляный с естественной циркуляцией масла и принудительной циркуляцией воздуха;
- Н — с регулированием напряжения под нагрузкой;
- С — для собственных нужд электростанций;
- ХХХ — Номинальная мощность кВА
- YY — Класс напряжения обмотки ВН, кВ;
- У1 — вид климатического исполнения.
ОПИСАНИЕ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТИПА ТРДНС
Силовые трехфазные двухобмоточные с масляным охлаждением с дутьем, с переключением ответвлений под нагрузкой и повышенной стойкостью к токам короткого замыкания предназначены для собственных нужд электростанций. Трансформаторы ТРДНС 32000 по технике безопасности соответствуют ГОСТ 12.2.007.2-75, выпускаются в соответствии с ГОСТ 11677-85 и ГОСТ 11920-85. ГОСТ 11677-85;ГОСТ 11920-85.
Система циркуляции воздуха — принудительная. Охлаждение — естественное, масляное.Возможность регулирования напряжения под нагрузкой (диапазон РПН ±8 х 1,5% ).
Форма баков. Для типа ТДНС, ТРДНС изготавливаются овальные. При необходимости увеличения поверхности охлаждения часто используются радиаторы. Возможность перемещения трансформатора ТРДНС также предусмотрена — под верхней рамой бака располагаются крюки.
За циркуляцию воздуха отвечают вентиляторы, установленные снизу радиаторов и имеющие мощность двигателя 0,25 кВА.
ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА
Окружающая среда невзрывоопасная, не содержащая пыли в концентрациях, снижающих параметры изделий в недопустимых пределах. Не предназначены для работы в условиях тряски, вибрации, ударов, в химически активной среде. Высота установки ТРДНС над уровнем моря не более 1000 м.
КЛИМАТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ
Масляные трансформаторы ТРДНС предназначены для наружной или внутренней установки умеренного (от + 40оС до — 45оС) климата.
1. определение основных электрических величин
1.1. Мощность одной фазы и одного стержня
где — число стержней ,m-число фаз.
1.2 Фазные напряжения и токи
(2)
где индекс 1 относится к ОНН,2 — к ОВН;
- номинальное линейное напряжение -ой обмотки, приведенное в задании.
Активная и реактивная составляющие напряжения короткого
замыкания,
2. выбор главной и продольной изоляции
Изоляция всех частей трансформатора относительно земли и друг относительно друга должна в течение всего срока службы (20—25 лет) обеспечивать необходимую электрическую прочность как при номинальном напряжении, так и при перенапряжениях, которые могут возникать в процессе эксплуатации. Перенапряжения могут вызываться процессами, происходящими в самой энергосистеме или иметь атмосферное происхождение. Первые носят название внутренних перенапряжений, вторые имеют несколько названий: внешние, атмосферные, грозовые. С точки зрения электрической прочности изоляции существенное значение имеют величина перенапряжений, длительность их воздействия и скорость нарастания. Электрическая прочность изоляции трансформатора достигается путем ограничения атмосферных и частично внутренних перенапряжений до определенной величины с помощью вентильных разрядников и надлежащим конструированием главной и продольной изоляции [2,с.8].
Определим класс напряжения масляного силового трансформатора и его испытательное напряжение (ГОСТ 1516.1-76) по [1, табл.4.1, с.169]. Под классом напряжения трансформатора понимается класс напряжения его обмотки высшего напряжения, т. е. номинальное напряжение (линейное) электрической системы, для работы на которую она предназначена. Для каждого класса напряжения установлено наибольшее рабочее напряжение, длительное воздействие которого изоляция должна выдерживать неограниченное время.
Для надежной работы трансформатора его изоляция должна испытываться в соответствии с ожидаемыми перенапряжениями, величины которых полностью определяются характеристиками защищающих его вентильных разрядников.
Электрооборудование каждого класса напряжения характеризуется определенными величинами испытательных напряжения рабочей частоты и импульсного напряжения. Испытательные напряжения по воздействию на изоляцию представляют собой эквивалент соответственно внутренним и атмосферным перенапряжениям с учетом отличия условий испытания от условий работы изоляции в эксплуатации и рода других обстоятельств. Программа, последовательность, условия и методы испытаний устанавливаются ГОСТами 11677—75 и 1516—73 [1, с.9]. Найденные данные сведем в таблицу 2.
Таблица 2
|
обмотка |
класс напряжения, кВ |
наибольшее рабочее напряжение, кВ |
испытательное напряжение, кВ |
|
|
ВН |
36,75 |
40,5 |
85 |
|
|
НН |
10.5 |
12 |
35 |
|
Выбор конструкции главной изоляции масляных трансформаторов произведем на основании [1, с. 187]. Принятая конструкция главной изоляции представлена на рис.2.
Рис. 2
Минимальные изоляционные расстояния, в главной и продольной изоляции обмоток и отводов масляных обычно выбираются применительно к определенным конструкциям изоляции, для которых они проверены опытным путем. При распространении этих расстояний на какие-либо другие конструкции необходима новая опытная проверка. Так ,изоляционные расстояния главных изоляционных обмоток, указанные из табл. 4.4. и 4.5, можно принимать только при конструкционных материалов, указанных в пояснениях к этому рисунку. При этом предполагается, что хранение изоляционных материалов, заготовка, обработка, сушка и пропитка маслом изоляционных деталей выполняются в строгом соответствии с установленным технологичесским процессом.
Минимальные изоляционные расстояния масляных трансформаторов определяются по [табл.4.4, с.183] — для обмоток низшего напряжения (ОНН) и по [табл.4. 5 стр.183] — для обмоток высшего напряжения (ОВН).
При =80 кВ изоляционные расстояния указаны [рис.4.7.]
Таблица 2.1
|
Мощность трансформатора, кВА |
Uисп для НН, кВ |
НН от ярма l01, мм |
НН от стержня, мм |
||||
|
д01 |
ац1 |
а01 |
lц1 |
||||
|
32000 |
35 |
36 |
6 |
19 |
30 |
70 |
|
Таблица 3.
|
Мощность трансформатора, кВА |
Uисп для ВН, кВ |
ВН от ярма , мм |
Между ВН и НН, мм |
Выступ цилиндра |
Между ВН и РО, мм |
||||
|
l02 |
дш |
а12 |
д12 |
lц2 , мм |
а22 |
д22 |
|||
|
32000 |
85 |
80 |
3 |
30 |
6 |
50 |
30 |
3 |
|
Ширина каналов между катушками обмоток по условиям электрической прочности определяем по формуле:
где — рабочее напряжение одной катушки.
Выберем ширину каналов по условиям охлаждения согласно [1,табл.9.2, с.426]. При этом длина вертикальных каналов принимается равной высоте цилиндрических обмоток, а длина горизонтальных каналов равна радиальному размеру винтовых и катушечных обмоток.
Таблица 9.2а.(стр.426).
Минимальная ширина охлаждающих каналов в обмотках. Масляные трансформаторы Таблица 2.2
|
Вертикальные каналы |
Горизонтальные каналы |
|||||
|
Длина канала, мм |
Обмотка-обмотка, мм |
Обмотка-цилиндр, мм |
Обмотка-стержень, мм |
Длина канала, мм |
Обмотка-обмотка, мм |
|
|
До 300 |
4-5 |
4 |
4-5 |
До 40 |
4 |
|
Минимальные размеры канала катушечных обмоток ВН в месте расположения регулировочных витков выбираются по [1, табл.4.9, с.192]: = 20 мм).
Таблица 2.3. Минимальные размеры канала в месте расположения регулировочных витков обмотки ВН
|
Класс напряжения ВН, кВ |
Схема регулирования по рис. 4.10 |
Изоляция в месте разрыва |
Размер канала, мм |
||
|
Способ изоляции |
По рис 4.11 |
||||
|
36,75 |
а |
Угловые и простые шайбы |
б |
20 |
|
Рис. 2.1 Принципиальные схемы регулирования напряжения обмотки ВН
Рис. 2.2 Конструкция изоляции в месте разрыва обмотки ВН
Толщина изоляции проводов на две стороны выбирается по табл.4.6 [1, с.189].
Таблица 2.4. Выбор нормальной витковой изоляции.
|
Испытательное напряжение обмотки, кВ |
Марки провода |
Толщина изоляции на две стороны, мм |
Назначение |
|
|
5-85 |
ПЭЛБО ПБ и АПБ |
Круглый провод 0,17-0,21(0,21-0,31) 0,30(0,40) |
Для масляных и сухих трансформаторов |
|
|
ПБ и АПБ |
Прямоугольный провод 0,45(0,50) |
|||
Примечания: 1. В скобках указаны расчетные размеры с учетом допусков.
2. Провод марок ПБ, АПБ, ПБУ может иметь изоляцию большей толщины согласно табл. 5.1. и 5.2.
При этом расшифровка марок проводов дается на [1,с.210-215]. изоляция проводов марок ПБ, АПБ и ПЭЛБО относится к классу , проводов марок ПСД и АПСД — к классу .
Алюминиевый провод прямоугольного сечения марки АПБ имеет размеры поперечного сечения проволоки — меньший от 1,80 до 5,60 и больший от 3,75 до 18,0 мм при площади поперечного сечения от 6,39 до 99,9 и номинальной толщине изоляции на две стороны такой же, как и у медного провода.
Для обмоток с испытательным напряжением
Толщина изоляции проводов на две стороны выбираем для обмотки ВН примем марка провода АПБ (алюминий); для обмотки НН примем марка провода АПБ (алюминий);
- Изоляция провода марки АПБ относится к классу нагревостойкости А (105 ОС).
Дополнительная изоляция входных витков и катушек обмоток ВН масляных трансформаторов класса напряжения выбираем по табл.4.10 [1,с.196]. Полученные данные сведем в таблицу 2.5.
Таблица 2.5. Изоляция входных витков и катушек, мм (непрерывная катушечная обмотка)
|
Класс напряжения, кВ |
Испытательное напряжение, кВ |
Первая катушка |
Вторая катушка |
Третья и четвертая катушка |
||||
|
Витков |
Всей катушки |
Витков |
Всей катушки |
Витков |
Всей катушки |
|||
|
35 |
85 |
1,35(1,50) |
— |
1,35(1,50) |
— |
— |
— |
|
3. выбор конструкции магнитопровода
Для трехфазных силовых трансформаторов мощностью до наибольшее распространение получила плоская шихтованная стержневая магнитная система со сборкой впереплет, с четырьмя косыми и двумя прямыми или полукосыми стыками. Данная система представлена на рис. 3б.
Рис.3. Варианты плана шихтовки магнитной системы:
- а — косые стыки в шести углах;
- б — косые стыки в четырех и прямые — в двух углах;
- в — сочетание косых стыков с комбинированными
Выбираем шихтовку магнитной системы согласно рис. 3.б.
Выбираем число ступеней стержней согласно табл.2.5 [1,с.83] и коэффициент усиления ярма [1,табл.2.8, с.92]. Получим следующие данные:
- число ступеней регулирования 16 (без прессующей пластины);
- коэффициент усиления ярма 1,025.
Рис 3.1. Способ сборки и прессовки стержня бандажами из стеклоленты.
Число и ширина охлаждающих каналов в стержнях выбираем по табл.2.7 [1,с.88]. Принимаем число продольных каналов, ширину продольного и поперечного каналов в стержне соответственно 2; 6мм; 10мм. По таблице 2.5 [1,с.82-83] определяем ориентировочный диаметр стержня 0,6-0,67м. Принимаем его равным 0,65м.
Коэффициент заполнения круга, равный отношению площади ступенчатой фигуры стержня к площади круга диаметром
(Без прессующих пластин)
Из формулы, представленной выше, имеем:
Коэффициент заполнения площади ступенчатой фигуры стержня сталью, т.е. отношение активного сечения стержня к площади ступенчатой фигуры , определяем по табл.2.2 [1, с.77]. В соответствии с рекомендациями принимаем .
Из формулы, представленной выше имеем:
Общий коэффициент заполнения сталью площади круга диаметром рассчитывается по формуле:
Способ прессовки стержней и ярм определяем по табл.2.8 [1, с.92]. Т.к. в данной таблице отсутствуют данные для нашего трансформатора, то, в соответствии с рекомендациями [1, с.90-91] выбираем способ прессовки ярма при помощи стальных полубандажей, стягивающих две ярмовые балки и изолированных от балок. Выбор данного способа прессовки является обоснованным: в трансформаторах большой мощности (более 10000 кВА) ярмо прессуется при помощи стальных полубандажей, стягивающих две ярмовые балки и изолированных от балок. Наглядно выбранный способ представлен на рис.4.
Рис.3.2 Способ прессовки ярма стальными полубандажами и внешними шпильками.
Согласно рекомендациям для современных трансформаторов возможно применение холоднокатаной (текстурированной) стали марок 3404 и 3405 с толщиной листов Выбираем сталь 3404 с толщиной листа 30мм. Индукцию в стержнях выберем по табл.2.4 [1,с.78]. Принимаем значение индукции равное 1,65 Тл.
4. определение основных размеров трансформатора
Под основным размером трансформатора понимают: диаметр окружности, в которую вписана ступенчатая фигура стержня, осевой размер (высоту) обмоток (их среднее значение) и средний диаметр витка двух обмоток . Наглядно их можно увидеть на рис.3.5 [1,с.104]
Рис.4.1 Основные размеры трансформатора
Если известны три основных размера, то остальные размеры, определяющие форму и объем магнитной системы и обмоток, можно найти исходя из известных изоляционных расстояний между обмотками и от обмоток до заземленных частей, а также из условий охлаждения обмоток.
Определим диаметр стержня по следующей формуле:
где:
- ;
- частота сети;
- реактивная составляющая напряжения короткого замыкания;
- индукция в стержнях Тл;
- ширина приведенного канала рассеяния;
- коэффициент;
- коэффициент Роговского (=0,95);
- коэффициент заполнения сталью (найден в п.3.4).
Для определения диаметра стержня, необходимо найти величины, которые входят в формулу, но являются неизвестными. Выбор этих данных () может быть сделан на основе исследования ряда вариантов [1, §3.5] или путем использования разработанных рекомендаций [1, §3.6]. Для определения предварительных значений и используются приближенные методы, затем значения уточняются после расчета обмоток.
Выбор оптимального значения отношения произведем по табл. 3.12 [1,с.159]. Принимаем .
Ширину приведенного канала рассеяния определим по приближенной формуле:
Минимальные изоляционные расстояния масляных трансформаторов определяются по [1, табл.4.4, с.183] — для обмоток низшего напряжения (ОНН) и по [1, табл.4.5] — для обмоток высшего напряжения (ОВН) с
Значение (см. п.2.3).
Приведенная ширина двух обмоток определяется по приближенной формуле:
Значение находим по табл. 3.3 [1, с.121].
К=1.1*0,48=0,528
Тогда
;
;
- Согласно формуле п.4.1. находим:
Полученное значение округляем до ближайшего нормализованного значения Нормализованные значения диаметров указаны [1, с.87-89]. Согласно им принимаем
= 0,50м.
Уточняем значение :
Радиальный размер ОНН приближенно находим по формуле:
где: берем из п.4.3, а значение согласно [1, с.164] принимаем равным 1,4.
Средний размер витка обмоток (средний диаметр канала рассеяния) определяем предварительно по формуле:
где: и определены в п.3.2.
Найденное значение является предварительным, оно должно быть уточнено после расчета обмотки НН.
Высота обмоток
Это значение высоты обмоток является приближенным; оно уточняется после расчета обмотки НН, т.е. после определения
Активное сечение стержня определяется по формуле
где: равное — находим по табл.8.7 [1,с.365] в зависимости от диаметра При этом магнитная система масляных трансформаторов и принимается с прессующей пластиной.
5. Выбор конструкции обмоток
ЭДС витка (предварительно),
где: значение берем из п.4.8.
Число витков обмотки НН (предварительно)
Значение округляем до целого числа: ,
Уточняем ЭДС витка
Номинальное число витков обмотки ВН определяем по формуле:
Средняя плотность тока в проводах обмоток ():
- где: берем из задания (все величины в системе СИ);
— берем из табл.3.6 [1,с.131]. Примем . Значение зависит от материала проводов (медь, алюминий), а также от расчетной температуры обмоток: — для масляных трансформаторов, а также сухих трансформаторов с изоляцией классов — для сухих трансформаторов с изоляцией классов [1, с.315]. Принимаю =0,463.
Тогда:
А/мм2
Полученное значение сверяем с данными [1,с.257, табл.5.7], где приведены средние значения плотностей тока применяемых трансформаторов. Согласно ей, значение найдено верно.
Сечение витка (предварительно) в :
Выбираем число реек согласно данным, приведенным в [1, с.225]. Принимаем
Выбор типа обмоток производим исходя из рекомендаций [1,с.258-259, табл.5.8]. Для трансформатора мощностью 32000 кВА применяем следующие типы обмоток:
- для обмотки низшего напряжения:
- для — многослойная цилиндрическая из прямоугольного провода;
- для обмотки высшего напряжения:
- цилиндрическая многослойная из прямоугольного провода;
6. расчет обмотки низшего напряжения
Задаемся значением тепловой нагрузки и определяем расстояние между соседними охлаждающими каналами с помощью формулы (5.7) [1,с.261].
По сортаменту проводов [1,с.212-213,табл.5.2] имеем: . мм
Выбираем ширину масляных каналов согласно рекомендациям, изложенным в 2.4. Используем дополнительные рекомендации о ширине каналов в непрерывных катушечных обмотках [1, с. 290]. Принимаем .
По сортаменту обмоточных проводов [1, табл.5.2,с.212-213] выбираем высоту провода так, чтобы соблюдались условия:
Выбираем значение , тогда выше приведенные условия выполняются. Ширину изоляции обмотки из расчета на две стороны выбираем равной .
Зная высоту провода и ширину каналов, определяем число катушек в обмотке с полным числом каналов по формуле:
где ,
Принимаем
Тогда:
Полученное значение округляем до целого числа так, чтобы получить в п. 6.6 целое или несколько меньшее целого число витков в катушке
Зная по сортаменту обмоточных проводов [1, табл.5.2,с.212-213] перебором размера подбираем число параллельных проводов и радиальный размер провода так, чтобы где:
- целое число; — поперечное сечение одиночного провода с размерами
Выбираем , .
Число витков в катушке ориентировочно:
Округлим число витков в катушке до целого .
Далее произведем распределение витков по катушкам и уточним число катушек Распределение витков по катушкам должно быть таким, чтобы радиальные размеры катушек стержня отличались не более чем на двойную толщину провода [1, с.253]. Т.к. в наших расчетах имеем , то в соответствии с рекомендациями обмотку выполняем из двух типов катушек с дробными числами витков, отличающимися на одно межпрокладочное расстояние. При этом берется:
где: ,
- округленное до большего целого значения число межреечных промежутков в катушке.
- Округляем до большего целого значения .
Значит, , тогда
Применяем: ,
Проверяем выше приведенные расчеты: .
Значит, выше приведенные расчеты верны.
Высота обмотки:
, в случае обмотки НН ,
Радиальный размер обмотки НН:
Зная , уточняем размер по [1, с.426,табл.9.2,а]: .
Проверяем радиальный размер провода по величине добавочных потерь. Коэффициент добавочных потерь, обусловленных полем рассеяния, определяется по формуле:
где: — радиальный размер прямоугольного привода, — коэффициент, зависящий от материала обмотки, температуры и формы провода (табл.4 методички) и равен 0,095, — число проводов в катушке, уложенных в радиальном направлении.
Таблица 4
|
Материал провода |
Значения при температуре |
||||
|
75 0С |
115 0С |
||||
|
прямоугольный провод |
круглый провод |
прямоугольный провод |
круглый провод |
||
|
Медь |
0,095 |
0,044 |
0,063 |
0,0292 |
|
|
Алюминий |
0,037 |
0,017 |
0,029 |
0,0134 |
|
Для катушечных обмоток
где: — число проводов обмотки в осевом направлении.
Тогда:
- Условие выполняется — значит, расчет, приведенный выше, сделан верно. Подобранный по сортаменту провод записываем в виде: где — сечение одного провода;
- т.е.
6.10. Уточняем значение плотности тока в обмотке НН:
Определяем:
- массу проводов по формуле:
где: ,
- внутренний диаметр, — наружный диаметр.
- электрические потери :
где: — коэффициент, зависящий от материала обмотки и расчетной температуры. Значение принимаем равным 12,75 (табл.5 методички).
|
Материал проводов |
Значения при расчетной температуре |
||
|
75 0С |
115 0С |
||
|
Медь |
2,4 |
2,72 |
|
|
Алюминий |
12,75 |
14,4 |
|
Коэффициент берем из п.6.9.: .
- тепловую нагрузку
:
- где: — длина охлаждающего канала, равная радиальному размеру катушек — для катушечных обмоток;
- округленное до большего целого значения число витков непрерывной катушечной обмотки;
- для катушечных обмоток из прямоугольного провода;
- коэффициент закрытия поверхности, равный
где:
- число реек;
- ширина прокладок;
- средний диаметр катушки.
Тепловую нагрузку также можно определить по формуле:
Тогда:
7. РАСЧЕТ ОБМОТОК ВЫСШЕГО НАПРЯЖЕНИЯ
Произведем выбор схемы регулирования напряжения в соответствии с заданием на курсовую работу. В трансформаторе с переключением ответвлений под нагрузкой мощностью 32000 кВА, предусматривается изменение числа витков ОВН в пределах
(табл.6 методички).
Т.к. для обмотки ВН применяем непрерывную катушечную обмотку, то используем схему регулирования со способом размещения регулировочных катушек (витков) в отдельных концентрах (см. рис.5)
На рис.5 цифрами обозначены:
1 — основная обмотка, 3 — обмотка тонкого регулирования.
Рис.5. Схема расположения основной и регулировочной частей обмотки ВН.
Т.к. в данной схеме регулирования главная часть обмотки рассчитывается на номинальную мощность, а регулировочная часть — на напряжение, равное половине диапазона регулирования, и включается ступенями, согласно или встречно, последовательно с основной частью обмотки ВН, то данная обмотка ВН при регулировании получается более компактной.
Обмотка ВН состоит из двух частей:
- основной части с с.
- регулировочной части (обмотка тонкого регулирования) с
Здесь — число витков на одной ступени регулирования;
- , — число витков обмотки ВН при номинальном напряжении (берется из п.5.2);
- относительное значение напряжения из одной ступени регулирования.
Тогда округляем число катушек до 40.
7.1 Расчет основной части
Рассчитаем основную часть ОВН, выполненной в виде непрерывной катушечной обмотки.
Для ОВН выбираем толщину изоляции проводов на две стороны: =1.35.
Ориентировочная плотность тока: ,
Ориентировочное сечение витка ,Тогда
Задаемся значением тепловой нагрузки и определяем расстояние между соседними охлаждающими каналами :
- коэффициент закрытия поверхности охлаждения.
Выбираем ширину масляных каналов согласно рекомендациям, изложенным в [1, с. 290]. Принимаем .
По сортаменту обмоточных проводов выбираем высоту провода так, чтобы соблюдались условия: Выбираем значение , , тогда выше приведенные условия выполняются.
Зная высоту провода и ширину каналов, определяем число катушек в обмотке с полным числом каналов по формуле:
Принимаем .
Зная по сортаменту обмоточных проводов перебором размера подбираем число параллельных проводов и радиальный размер провода так, чтобы где — целое число; — поперечное сечение одиночного провода с размерами
Выбираем , .
Число витков в катушке ориентировочно: . Принимаем .
Произведем распределение витков по катушкам и уточним число катушек Т.к. в наших расчетах имеем , то в соответствии с рекомендациями обмотку выполняем из двух типов катушек с дробными числами витков, отличающимися на одно межпрокладочное расстояние. При этом берется:
где
- округленное до большего целого значения число межреечных промежутков в катушке.
- Округляем до большего целого значения .
Значит, , тогда:
Применяем:
Проверяем выше приведенные расчеты: . Значит, выше приведенные расчеты верны.
Высота обмотки:
Радиальный размер обмотки ВН:
Проверяем радиальный размер провода по величине добавочных потерь. Коэффициент добавочных потерь, обусловленных полем рассеяния, определяется по формуле:
где: — радиальный размер прямоугольного привода, — коэффициент, зависящий от материала обмотки, температуры и формы провода (табл.4 методички) и равен 0.095, — число проводов в катушке, уложенных в радиальном направлении.
Для катушечных обмоток , возьмем
где: — число проводов обмотки в осевом направлении.
Тогда:
- Условие выполняется — значит, расчет, приведенный выше, сделан верно. Подобранный по сортаменту провод записываем в виде: где — сечение одного провода;
- т.е.
Уточняем значение плотности тока в обмотке НН:
Определяем:
- массу проводов по формуле:
где: ,
- внутренний диаметр, — наружный диаметр.
- электрические потери
:
где: — коэффициент, зависящий от материала обмотки и расчетной температуры. Значение принимаем равным 12.75 (табл.5 методички).
Коэффициент берем из п.6.9.: .
- тепловую нагрузку :
- где: — длина охлаждающего канала, равная радиальному размеру катушек — для катушечных обмоток;
- округленное до большего целого значения число витков непрерывной катушечной обмотки;
- для катушечных обмоток из прямоугольного провода;
- коэффициент закрытия поверхности, равный
где:
- число реек;
- ширина прокладок;
- средний диаметр катушки.
Тепловую нагрузку также можно определить по формуле:
Тогда:
7.2 Расчет обмотки тонкого регулирования
Обмотка тонкого регулирования выполняется в виде винтовой и рассчитывается по методике, изложенной выше.
Рассчитаем регулировочную часть ОВН, выполненной в виде винтовой обмотки.Для ОВН тонкого регулирования выбираем толщину изоляции проводов на две стороны: =1.35 и берем — четырехходовая обмотка.
Ориентировочная плотность тока: ,
Тогда:
Задаемся значением тепловой нагрузки и определяем расстояние между соседними охлаждающими каналами :
Выбираем ширину масляных каналов согласно рекомендациям, изложенным в [1, с. 290]. Принимаем .
Определяем число витков регулирования:
Округляем до целого числа .
Определяем высоту витка
Определяем высоту провода с изоляцией
По сортаменту обмоточных проводов выбираем высоту провода без изоляции. Выбираем значение .
Определяем предварительное сечение витка, площадь сечения провода и второй размер:
7.3 Определение высоты обмотки
где:
- толщина емкостного кольца;
- ;
- — ширина канала между емкостным кольцом и катушкой,
Зная высоту провода и ширину каналов, определяем число катушек в обмотке с полным числом каналов по формуле:
Принимаем .
Число витков в катушке ориентировочно:
Принимаем .
Высота обмотки:
Радиальный размер обмотки ВН: ,
Проверяем радиальный размер провода по величине добавочных потерь. Коэффициент добавочных потерь, обусловленных полем рассеяния, определяется по формуле:
где: — радиальный размер прямоугольного привода, — коэффициент, зависящий от материала обмотки, температуры и формы провода (табл.4 методички) и равен 0.095, — число проводов в катушке, уложенных в радиальном направлении.
Для винтовых обмоток , возьмем
где: — число проводов обмотки в осевом направлении.
Тогда:
- Условие выполняется — значит, расчет, приведенный выше, сделан верно. Подобранный по сортаменту провод записываем в виде: где — сечение одного провода;
- т.е.
Уточняем значение плотности тока в обмотке НН:
Определяем:
- массу проводов по формуле:
где: ,
где: = 0.05см,
=0.1см,
- внутренний диаметр,
- наружный диаметр.
- электрические потери
:
где: — коэффициент, зависящий от материала обмотки и расчетной температуры. Значение принимаем равным 12.75 (табл.5 методички).
- тепловую нагрузку :
- где: — длина охлаждающего канала, равная радиальному размеру катушек для катушечных обмоток;
- округленное до большего целого значения число витков непрерывной катушечной обмотки;
- для катушечных обмоток из прямоугольного провода;
- коэффициент закрытия поверхности, равный
где:
- число реек;
- ширина прокладок;
- средний диаметр катушки.
Тепловую нагрузку также можно определить по формуле:
Тогда:
8. расчет параметров короткого замыкания
изоляция обмотка напряжение замыкание
Определим потери короткого замыкания, складывающиеся из:
- электрических потерь (основных и дополнительных) в обмотках НН и ВН;
- электрических потерь в отводах обмоток;
- потерь в стенках бака и других металлических элементах конструкции трансформатора.
а) Электрические потери обмоток с учетом добавочных потерь от поля рассеяния определены выше при расчете обмоток.
б) Потери в отводах
где: — масса отводов i-й обмотки, — длина отводов i-й обмотки, — сечение отвода i-й обмотки,
Таким образом,
(94)
где — плотность тока в отводах обмотки, (потери в не учитываются);
- отводы НН: -берется в п 5.4
Плотность материала обмотки: алюминий
отводы ВН основной части обмотки:
отводы ВН тонкого регулирования:
в) Потери в стенках бака: где — коэффициент, определяемый по табл.7.1 [1,с.319]. Выберем
Расчет напряжения короткого замыкания:
Активная составляющая напряжения короткого замыкания: (см.п.1.3)
принимают за их среднее значение:
Коэффициент Роговского:
где:
Тогда .
Приведенная ширина канала рассеяния:
aр=111.73
Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания:
Или . Полученное значение отличается от заданного не более чем на значит, приведенные выше расчеты верны.
9. РАСЧЕТ МАГНИТНОЙ СИСТЕМЫ ТРАНСФОРМАТОРА
9.1 Определение размеров магнитной системы
Выбираем конструкцию плоской трехфазной магнитной системы, собираемой в переплет (шихтованной), с четырьмя косыми стыками и комбинированными «полукосыми» на среднем стержне, собираемую из пластин холоднокатаной текстурированной стали марки 3405, толщиной 0,35 мм. Стержень прессуется бандажами из стеклоленты, ярма — балками, стянутыми шпильками, расположенными вне ярма, и стальными полубандажами. Обмотки прессуются кольцами.
Размеры пакетов выбираем по [1,с.360-361,табл.8.5] для стержня d =0.36 м с прессующей пластины. Число ступеней в сечении стержня и ярма соответственно 9 и 8.
Полное сечение стержня:
По табл. 8.7 [1,с.365] .
Активное сечение:
Полное сечение ярма:
Активное сечение ярма:
Объем угла магнитной системы: .
Объем стали угла магнитной системы: ; .
Длина стержня магнитной системы: , где и — расстояние от обмотки до верхнего и нижнего ярма [1,с.365, формула 8.3].
Расстояние между осями соседних стержней:
- Масса стали угла: ; =7650 кг/м3 холоднокатаная
Масса стали стержней в пределах окна магнитной системы: ; .
Масса стали в местах стыка пакетов стержня и ярма:
- где: ;
- Масса стали стержней .
Масса стали в ярмах:
Полная масса стали трансформатора:
9.2 Расчет потерь холостого хода производится согласно [1, §8.2]
Магнитная система шихтуется из электротехнической тонколистовой рулонной холоднокатаной текстурированной стали марки 3405 толщиной 0,35мм.
Индукция в стержне
;
Индукция в ярме
;
- По табл. 8.10 [1,с.376] находим удельные потери:
При — (шихтована в одну пластину).
При —
При —
Потери холостого хода определяем по формуле (8.32) [1,381].
Потери холостого хода •100/25000=98.56 %
По тексту главы 8 и табл.8.13 находим коэффициенты для стали 3405 толщиной 0,35мм при наличии отжига:
Число косых зазоров 5, прямых — 1.
9.3 Расчет тока холостого хода трансформатора
По табл. 8.17(ст.390) находим удельные намагничивающие мощности:
При —
При —
При —
Полная намагничивающая мощность по (8.43) [1,393]:
По тексту гл.8 и табл. 8.12,8.20 и 8.21 находим коэффициенты:
Относительное значение тока холостого хода:
или заданного значения.
Активная составляющая тока х.х
Реактивная составляющая
Ток холостого хода (для обмотки НН)
Коэффициент полезного действия трансформатора:
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В ходе выполнения курсовой работы был произведен расчет силового трансформатора ТРДН мощностью 25000кВА и основных его параметров. Результатом выполнения КР явился расчет полной массы стали , токов хх ,, , потерь холостого хода , КПД трансформатора .
В результате выполнения курсовой работы закрепил знания в области принципов действия, способов построения, методов расчета и анализа силовых трансформаторов.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/kursovaya/raschet-transformatora-2/
1. Тихомиров П.М. Расчет трансформаторов. — М.: Энергоатомиздат, 1986. -526 с.
2. Копылов И.П. Электрические машины. — М.: Энергоатомиздат, 1986. -653 с.
3. Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника. — М.: Энергоатомиздат, 1998. -440 с.
4. Основы промышленной электроники. Под ред. В.Г.Герасимова. — М.: Высшая школа, 1986. -340 с.
5. Бородулин Ю.Б, и др. Автоматизированное проектирование электрических машин. — М.: Высшая школа, 1989. -345 с.
6. Забродин Ю. С. Промышленная электроника. — М.: Высшая школа, 1982. -496 с., с ил.
7. Васютинский С.Б., Красильников А.Д. Расчет и проектирование трансформаторов. Расчет обмоток. Учебное пособие.
