Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Выберите тип работыЧасть дипломаДипломная работаКурсовая работаКонтрольная работаРешение задачРефератНаучно - исследовательская работаОтчет по практикеОтветы на билетыТест/экзамен onlineМонографияЭссеДокладКомпьютерный набор текстаКомпьютерный чертежРецензияПереводРепетиторБизнес-планКонспектыПроверка качестваЭкзамен на сайтеАспирантский рефератМагистерская работаНаучная статьяНаучный трудТехническая редакция текстаЧертеж от рукиДиаграммы, таблицыПрезентация к защитеТезисный планРечь к дипломуДоработка заказа клиентаОтзыв на дипломПубликация статьи в ВАКПубликация статьи в ScopusДипломная работа MBAПовышение оригинальностиКопирайтингДругое

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Предварительный расчет трансформатора ТМН – 6000/35

Расчет трансформатора начинается с предварительного расчета на ЭВМ, чтобы потом выбрать наиболее оптимальный вариант. Предваритель­ный расчет производился на основании методики изложенной в учебном пособии «Расчет и проектирование трансформаторов: расчет обмоток и магнитопровода». Величины, вводимые в ЭВМ для расчета, приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Величины, вводимые в ЭВМ для расчета трансформатора

№ п/п	Наименование	Обо­зна­че­ние	Иден­ти­фика­тор в  про­грамме для ЭВМ	Еди­ница изме­рения	Источник	Численные значения для трансформатора        ТМН–6000/35
						Алюминий	Медь
1	2	3	4	5	6	7	8
1	Номинальная мощность		SN	В∙А	ТУ
2	Номинальное напряжение обмотки 1 (НН)		UN1	В	ТУ
3	Номинальное напряжение обмотки 2 (ВН)		UN2	В	ТУ
4	Номинальные потери короткого замыкания		PKN	Вт	[3, § 3, 12]
5	Номинальные потери холостого хода		PON	Вт	[3, § 3, 12]
6	Номинальное напряжение короткого замыкания		UKN	%	[3, § 3]	7,5	7,5

 

Продолжение табл. 1.1

1	2	3	4	5	6	7	8
7	Номинальный ток холостого хода		AI0N	%	[3, § 3, 12]	0,8	0,8
8	Толщина витковой изоляции в обмотке 1		T1	м	[3, § 6,7]
9	Толщина витковой изоляции в обмотке 2		T2	м	[3, § 6,7]
10	Ширина масляных каналов в обмотке 1		BM1	м	[3, § 6,7]
11	Ширина масляных каналов в обмотке 2		BM2	м	[3, § 6,7]
12	Толщина прокладки		BP	м	[3, При­мечание 1]	0	0
13	Изоляционный промежуток между стерж­нем и обмоткой 1 (НН)		B01	м	[3,таб­л. 7]
14	Изоляционный промежуток между обмот­ками 1 и 2 (НН и ВН)		B12	м	[3,таб­л. 8,9]
15	Изоляционный промежуток между обмотками 2 и 3 (НН и РО)		B23	м	[3,таб­л. 8,9]

 

Продолжение табл. 1.1

1	2	3	4	5	6	7	8
16	Ориентировоч­ная ширина ре­гулировочной обмотки (РО)		BРО	м	[3, При­мечание 2]
17	Расстояние между фазами		BMF	м	[3,таб­л. 8,9]
18	Расстояние от обмотки до верхнего ярма	–––	DELBJA	м	[3,таб­л. 8,9]
19	Расстояние от обмотки до нижнего ярма	–––	DELNJA	м	[3,таб­л. 8,9]
20	Электрическая удельная проводимость провода		SIGMA	См/м	[3,таб­л. 14]
21	Плотность материала провода		GAMMA	кг/м3	[3,таб­л. 14]
22	Коэффициент увеличения радиального размера обмотки		AKU	–––	[3, При­мечание 3]	1,05	1,05
23	Цена обмоточного провода		СО	р/кг	[3, При­мечание 4]	150	250
24	Коэффициент, учитывающий стоимость изоляционных материалов		AKO	–––	[3, При­мечание 5]	2,2	1,81
25	Диаметр стержня		DS(1)	м	[3, ф. (3) и табл. 20]	0,32	0,32
26	_____,,_____		DS(2)	м	[3, ф. (3) и табл. 20]	0,34	0,34

Продолжение табл. 1.1

1	2	3	4	5	6	7	8
27	Диаметр стержня		DS(3)	м	[3, ф. (3) и табл. 20]	0,36	0,36
28	_____,,_____		DS(4)	м	[3, ф. (3) и табл. 20]	0,38	0,38
29	Площадь поперечного сечения		SСТ(1)	м2	[3,таб­л. 20]	0,0733	0,0733
30	_____,,_____		SСТ(2)	м2	[3,Таб­л. 20]	0,0829	0,0829
31	_____,,_____		SСТ(3)	м2	[3,таб­л. 20]	0,0910	0,0910
32	_____,,_____		SСТ(4)	м2	[3,таб­л. 20]	0,1020	0,1020
33	Высота ярма (ширина наибольшей пластины стержня)		HJA(1)	м	[3,таб­л. 20]	0,310	0,310
34	_____,,_____		HJA(2)	м	[3,таб­л. 20]	0,325	0,325
35	_____,,_____		HJA(3)	м	[3,таб­л. 20]	0,350	0,350
36	_____,,_____		HJA(4)	м	[3,таб­л. 20]	0,368	0,368
37	Объем угла магнитопро­вода		VUG(1)	м3	[3, табл. 20]
38	_____,,_____		VUG(2)	м3	[3, табл. 20]
39	_____,,_____		VUG(3)	м3	[3, табл. 20]

 

Продолжение табл. 1.1

1	2	3	4	5	6	7	8
40	Объем угла магнитопро­вода		VUG(4)	м3	[3, табл. 20]
41	Увеличение высоты об­мотки 1 за счет усиленных каналов	–––	ВК1	м	[3, § 6,7]	0	0
42	Увеличение высоты об­мотки 2 за счет усиленных ка­налов, емкост­ных колец, до­полнительной витковой и ка­тушечной изо­ляции	–––	ВК2	м	[3, § 6,7]
43	Ширина раз­рыва в регули­ровочной зоне обмотки 2		BR	м	[3, § 6,7]	0	0
44	Ключ, указы­вающий, нужно ли рассчиты­вать магнитное поле рассеяния	–––	RP	–––	задание	1	1

 

 

2. Результаты предварительного расчета на ЭВМ

Из сводной таблицы данных, содержащей 24 варианта предваритель­ного расчета, был выбран наиболее оптимальный вариант, который имеет удовлетворительные значения потерь тока холостого тока и является наибо­лее экономичным. Данные выбранного варианта представлены в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Результаты предварительного расчета трансформатора на ЭВМ

№ п/п	Наименование	Обозначе­ние в пособии	Идентифика­тор в программе  для ЭВМ	Единицы измерения	Числовое значение
					Алюминий	Медь
1	Диаметр стержня		DO	м	0,32	0,32
2	Индукция		B	Тл	1,60	1,60
3	ЭДС на виток		EO	В	24,86	24,86
4	Высота обмотки		H	м	1,615	1,615
5	Плотность тока	J	AJ	А/мм2	1,547	3,000
6	Потери короткого замыкания		PK	кВт	33,98	33,98
7	Потери холостого хода		PO	кВт	7,131	7,131
8	Ток холостого тока		AIO	%	0,45	0,45
9	Напряжение короткого замыкания		UK	%	7,703	7,703
10	Тип обмотки НН	–	M	–	Непрерывная катушечная	Непрерывная катушечная

 

Уточнение ЭДС на виток и индукции в стержне приведены в табл. 2.2.

Таблица 2.2

Уточнение ЭДС на виток и индукции в стержне

Расчетная формула и пример расчета	Обозначе­ние	Численное значение для алюминия	Численное значение для меди	Единицы измерения	Источник
Число витков обмотки НН Число витков округляю до ближайшего целого числа  витка		322	322	–	[3, ф. (7)]
Уточнение значения ЭДС на виток		24,845	24,845	В	[3, ф. (5)]
Коэффициент заполнения сечения стержня сталью		0,955	0,955	–	[3, § 16]
Индукция в стержне		1,599	1,599	Тл	[3, ф. (6)]

 

Регулировочная обмотка (РО)

Обмотку выполним в виде многоходовой винтовой. Расчет представлен в табл. 3.4.1.

Таблица 3.4.1

Расчет регулировочной обмотки

Расчетная формула и пример расчета для трансформатора с алюминиевыми обмотками	Обозначе­ние	Численное значение для алюминия	Численное значение для меди	Единицы измерения	Источник
Допустимая высота обмотки		1437	1051	мм	[3, рис. 4б]
Число витков в обмотке		143	143	–	[3, ф. (29)]
Осевой размер изолированного провода		8,505	6,218	мм	[3, ф. (30)]
Расчетный осевой размер неизолированного провода		7,545	5,258	мм	[3, § 22]
Плотность тока обеспечим такую же, как и в обмотке ВН, тогда расчетное сечение витка будет		63,978	32,991		[3, § 22]
Расчетное сечение одного провода		31,989	16,496		[3, пример 2]

Продолжение табл. 3.4.1

Расчетная формула и пример расчета для трансформатора с алюминиевыми обмотками	Обозначе­ние	Численное значение для алюминия	Численное значение для меди	Единицы измерения	Источник
Номинальные размеры неизолиро­ванного и изолированного провода				мм	[3, табл. 15]
Сечение выбранного провода		34,64	17,2		[3, табл. 15]
Плотность тока в обмотке РО	J	1,429	2,877		[3, пример 2]
Осевой размер обмотки		1403	1037	мм	[3, пример 2]
Радиальный размер однослойной регулировочной обмотки		11,92	9,02	мм	[3, § 22]
Средний диаметр РО		71,897	62,625	см	[3, пример 2]
Наружный диаметр РО		73,089	63,527	см	[3, пример 2]

 

Расчет магнитной системы

Для проектированного трансформатора применим плоскую несиммет­ричную стержневую магнитную систему с косыми стыками на крайних стержнях и с прямыми на средних стержнях из отожженной электротехниче­ской стали марки 3405 толщиной 0,3 мм. Прессовку стержней будем производить бандажами из стеклоленты, а ярм – полубандажами со шпильками, проходящими вне активной стали.

 

Расчет тока холостого хода

Таблица 4.3.1

Расчет составляющих полного тока и холостого тока

Расчетная формула и пример расчета для трансформатора с алюминиевыми обмотками	Обозначе­ние	Численное значение для алюминия	Численное значение для меди	Единицы измерения	Источник
Удельная намагничивающая мощность стержня		1,526	1,526		[3, табл. 21]
Удельная намагничивающая мощность ярма		1,432	1,432		[3, табл. 21]
Удельная намагничивающая мощность стыка стержня		19200	19200		[3, табл. 21]
Удельная намагничивающая мощность стыка ярма		17700	17700		[3, табл. 21]
Удельная намагничивающая мощность косого стыка		2270	2270		[3, табл. 21]
Коэффициент увеличения потерь в углах прямых стыков		12,53	12,53	–	[3, табл. 22]
Коэффициент увеличения потерь в углах косых стыков		4,3	4,3	–	[3, табл. 22]

Продолжение табл. 4.3.1

Расчетная формула и пример расчета для трансформатора с алюминиевыми обмотками	Обозначе­ние	Численное значение для алюминия	Численное значение для меди	Единицы измерения	Источник
Суммарная намагничивающая мощность в поверхностях стыков магнитной системы		4989	4989	Вт	[3, ф. (44)]
Полная намагничивающая мощность магнитной системы где .		27060	25320	ВА	[3, ф. (45)]
Индуктивная составляющая тока холостого хода		0,451	0,422	%	[3, ф. (47)]
Активная составляющая тока холостого хода		0,127	0,109	%	[3, ф. (48)]
Полный ток холостого хода		0,468	0,436	%	[3, ф. (49)]
Отклонение		-41,447	-45,517	%	[3, пример 1]

Обмотка НН

Значения радиальной составляющей индукции  и  взяты из расчетов программы на ЭВМ и представлены в табл. 5.1.1.

Таблица 5.1.1

Расчет среднеквадратичного значения индукции для обмотки НН

Уча­сток	Относительная длина участка l	Индукция,
1	0,1	291,9	95,6	0,328	1,436	1,224
2	0,1	95,6	47,4	–0,496	1,742	0,159
3	0,2	47,4	16,5	0,348	1,469	0,066
4	0,1	16,5	10,7	0,648	2,068	0,006
5	0,5	10,7	0	0	1	0,006

Среднеквадратичное значение индукции (сумма значений на всех участках обмотки) равно .

Расчет потерь в обмотке НН представлен в табл. 5.1.2.

Таблица 5.1.2

Потери в обмотке НН

Расчетная формула и пример расчета для трансформатора с алюминиевыми обмотками	Обозначе­ние	Численное значение для алюминия	Численное значение для меди	Единицы измерения	Источник
Длина витков обмотки одного стержня			403,737	м	[4, пример расчета]
Масса металла обмотки на три стержня		609,0	937,9	кг	[4, пример расчета]

Продолжение табл. 5.1.2

Расчетная формула и пример расчета для трансформатора с алюминиевыми обмотками	Обозначе­ние	Численное значение для алюминия	Численное значение для меди	Единицы измерения	Источник
Основные потери в обмотке Формула для меди:		15800	18540	Вт	[4, ф. (4)]
Число проводов в радиальном направлении		13,144	8,474	–	[4, раздел 3]
Число проводов в осевом направлении		98	76	–	[4, раздел 3]
Коэффициент заполнения обмотки по высоте материалом проводов		0,799	0,799	–	[4, ф. (9)]
Относительные потери от осевой составляющей индукции		3,8	4,1	%	[4, ф. (8)]
Потери от циркулирующих токов (для одной общей транспозиции)		2,1	0	%	[4, ф. (14)]

 

Продолжение табл. 5.1.2

Расчетная формула и пример расчета для трансформатора с алюминиевыми обмотками	Обозначе­ние	Численное значение для алюминия	Численное значение для меди	Единицы измерения	Источник
Относительные потери от радиаль­ной составляющей индукции		1,6	1,1	%	[4, ф. (11)]
Коэффициент добавочных потерь в обмотке		0,075	0,052	–	[4, ф. (18)]
Добавочные потери в обмотке		1191	964	Вт	[4, раздел 4]
Наибольшие потери будут в край­них витках, где радиальная состав­ляющая  индукции  достигает  мак­симального значения. Создаваемые ею потери равны Здесь , так как принято, что в пределах катушки		28,2	18,4	%	[4, ф. (11)]
Коэффициент добавочных потерь в крайних витках		0,341	0,225	–	[4, ф. (18)]

Обмотка ВН

Значения радиальной составляющей индукции  и  взяты из расчетов программы на ЭВМ и представлены в табл. 5.2.1.

Таблица 5.2.1

Расчет среднеквадратичного значения индукции для обмотки ВН

Уча­сток	Относительная длина участка l	Индукция,
1	0,1	-155,6	13,6	-0,087	0,921	0,223
2	0,1	13,6	27,1	1,993	6,993	0,013
3	0,2	27,1	18,0	0,664	2,105	0,031
4	0,1	18,0	13,3	0,739	2,285	0,007
5	0,5	13,3	0	0	1	0,009

Среднеквадратичное значение индукции (сумма значений на всех участках обмотки) равно .

Расчет потерь в обмотке НН представлен в табл. 5.2.2.

Таблица 5.2.2

Потери в обмотке ВН

Расчетная формула и пример расчета для трансформатора с алюминиевыми обмотками	Обозначе­ние	Численное значение для алюминия	Численное значение для меди	Единицы измерения	Источник
Длина витков обмотки одного стержня		1523	1350	м	[4, пример расчета]
Масса металла обмотки на три стержня		859,3	1240,0	кг	[4, пример расчета]

 

Продолжение табл. 5.2.2

Расчетная формула и пример расчета для трансформатора с алюминиевыми обмотками	Обозначе­ние	Численное значение для алюминия	Численное значение для меди	Единицы измерения	Источник
Основные потери в обмотке Формула для меди:		22330	24560	Вт	[4, ф. (4)]
Число проводов в радиальном направлении		16,612	9,927	–	[4, раздел 3]
Число проводов в осевом направлении		98	82	–	[4, раздел 3]
Коэффициент заполнения обмотки по высоте материалом проводов		0,799	0,77	–	[4, ф. (9)]
Относительные потери от осевой составляющей индукции		2,4	3,3	%	[4, ф. (8)]
Потери от циркулирующих токов (для одной общей транспозиции)		0	0	%	[4, ф. (14)]

 

 

Продолжение табл. 5.2.2

Расчетная формула и пример расчета для трансформатора с алюминиевыми обмотками	Обозначе­ние	Численное значение для алюминия	Численное значение для меди	Единицы измерения	Источник
Относительные потери от радиаль­ной составляющей индукции		0,30	0,16	%	[4, ф. (11)]
Коэффициент добавочных потерь в обмотке		0,027	0,035	–	[4, ф. (18)]
Добавочные потери в обмотке		603	850	Вт	[4, раздел 4]
Наибольшие потери будут в край­них витках, где радиальная состав­ляющая  индукции  достигает  мак­симального значения. Создаваемые ею потери равны   Здесь , так как принято, что в пределах катушки		8,0	4,2	%	[4, ф. (11)]
Коэффициент добавочных потерь в крайних витках		0,104	0,075	–	[4, ф. (18)]

 

Регулировочная обмотка

Расчет потерь в регулировочной обмотке представлен в табл. 5.3.1.

Таблица 5.3.1

Потери в регулировочной обмотке

Расчетная формула и пример расчета для трансформатора с алюминиевыми обмотками	Обозначе­ние	Численное значение для алюминия	Численное значение для меди	Единицы измерения	Источник
Длина витков обмотки одного стержня		322,994	281,341	м	[4, пример расчета]
Масса металла обмотки на три стержня		183,3	247,5	кг	[4, пример расчета]
Основные потери в обмотке Формула для меди:		4715	4917	Вт	[4, ф. (4)]

 

Результаты расчетов потерь в обмотках трансформатора представлены в табл. 5.3.2 и 5.3.3.

 

Таблица 5.3.2

Потери в обмотках трансформатора из алюминия

Обмотка	Основные, кВт	Добавочные
		Среднее значение		Наибольшее значение в крайних витках, %
		%	кВт
НН	15,800	7,5	1,191	34,1
ВН	22,330	2,7	0,603	10,4
РО	4,715	–	–	–
Всего (без РО)	38,130	–	1,794	–

 

Таблица 5.3.2

Потери в обмотках трансформатора из меди

Обмотка	Основные, кВт	Добавочные
		Среднее значение		Наибольшее значение в крайних витках, %
		%	кВт
НН	18,540	5,2	0,964	22,5
ВН	24,560	3,5	0,850	7,5
РО	4,917	–	–	–
Всего (без РО)	43,100	–	1,814	–

 

Обмотка НН

Тепловой расчет обмотки НН представлен в табл. 6.1.1.

Таблица 6.1.1

Тепловой расчет обмотки НН

Расчетная формула и пример расчета для трансформатора с алюминиевыми обмотками	Обозначе­ние	Численное значение для алюминия	Численное значение для меди	Единицы измерения	Источник
Периметр катушки		126,366	91,808	мм	[5, ф. (8)]
Ширина прокладок		50	40	мм	[3, рис. 17]
Коэффициент закрытия поверхно­сти катушки прокладками		1,827	1,620	–	[5, ф. (7)]
Удельная тепловая нагрузка		630	1208		[5, ф. (6) или (5) для обмоток из меди]
Перепад температуры между поверхностью обмотки и маслом		19,614	28,973		[5, табл. 4 и ф. (13)]
Поправка на ширину канала  для		1,22	0		[5, рис.9 и ф. (16)]

Продолжение табл. 6.1.1

Расчетная формула и пример расчета для трансформатора с алюминиевыми обмотками	Обозначе­ние	Численное значение для алюминия	Численное значение для меди	Единицы измерения	Источник
Перегрев проводников над маслом Для класса напряжения 35 кВт и ниже .		20,834	28,973		[5, ф. (12)]
Удельная тепловая нагрузка крайних витков		786	1407		[5, пример расчета]
Перепад температуры между по­верхностью крайнего витка и маслом		22,398	31,745		[5, ф. (13)]
Поправка на ширину канала  для Для обмоток из меди ширина каналов для крайних витков равна 6,4 мм, .		1,522	-3,630		[5, рис.9 и ф. (16)]
Перегрев проводников крайних витков над маслом		23,918	28,115		[5, ф. (12)]

 

 

Обмотка ВН

Тепловой расчет обмотки ВН представлен в табл. 6.2.1.

Таблица 6.2.1

Тепловой расчет обмотки ВН

Расчетная формула и пример расчета для трансформатора с алюминиевыми обмотками	Обозначе­ние	Численное значение для алюминия	Численное значение для меди	Единицы измерения	Источник
Периметр катушки		130,433	92,611	мм	[5, ф. (8)]
Ширина прокладок		50	40	мм	[3, рис. 17]
Коэффициент закрытия поверхно­сти катушки прокладками		1,472	1,408	–	[5, ф. (7)]
Удельная тепловая нагрузка		471	950		[5, ф. (6) или (5) для обмоток из меди]
Перепад температуры между поверхностью обмотки и маслом		14,373	21,902		[5, табл. 4 и ф. (13)]
Поправка на ширину канала  для		0,911	0		[5, рис.9 и ф. (16)]

 

Продолжение табл. 6.2.1

Расчетная формула и пример расчета для трансформатора с алюминиевыми обмотками	Обозначе­ние	Численное значение для алюминия	Численное значение для меди	Единицы измерения	Источник
Перегрев проводников над маслом Для класса напряжения 35 кВт и ниже .		15,284	21,902		[5, ф. (12)]
Удельная тепловая нагрузка крайних витков		506	987		[5, пример расчета]
Перепад температуры между по­верхностью крайнего витка и маслом		15,010	22,411		[5, ф. (13)]
Поправка на ширину канала  для Для обмоток из меди, .		0,979	0		[5, рис.9 и ф. (16)]
Перегрев проводников крайних витков над маслом		15,989	22,411		[5, ф. (12)]

 

Регулировочная обмотка

Тепловой расчет регулировочной обмотки представлен в табл. 6.3.1.

Таблица 6.3.1

Тепловой расчет регулировочной обмотки

Расчетная формула и пример расчета для трансформатора с алюминиевыми обмотками	Обозначе­ние	Численное значение для алюминия	Численное значение для меди	Единицы измерения	Источник
Коэффициент закрытия поверхно­сти рейками		1,362	1,323	–	[5, ф. (7)]
Поверхность обмотки		2,327	1,543		[5, ф. (10)]
Удельная тепловая нагрузка		674	1152		[5, ф. (4)]
Перепад температуры между поверхностью крайнего витка и маслом		14,197	19,574		[5, табл. 4 и ф. (13)]
Перегрев проводников над маслом		14,197	19,574		[5, ф. (12)]

 

 

Бак трансформатора

Тепловой расчет бака представлен в табл. 6.4.1.

Таблица 6.4.1

Тепловой расчет бака трансформатора

Расчетная формула и пример расчета для трансформатора с алюминиевыми обмотками	Обозначе­ние	Численное значение для алюминия	Численное значение для меди	Единицы измерения	Источник
Высота бака		3,017	2,631	м	[5, ф. (19)]
Боковая поверхность бака		23,439	18,640		[5, ф. (18)]
Площадь крышки бака		2,935	2,411		[5, ф. (20)]
Поверхность охлаждения бака с крышкой		25,640	20,449		[5, ф. (21)]
Допустимое превышение средней температуры масла над воздухом		41,082	36,027		[5, ф. (23)]
Высота центра потерь		128,368	109,046	см	[5, ф. (2)]

 

Продолжение табл. 6.4.1

Расчетная формула и пример расчета для трансформатора с алюминиевыми обмотками	Обозначе­ние	Численное значение для алюминия	Численное значение для меди	Единицы измерения	Источник
Высота центра охлаждения		196,737	158,092	см	[5, ф. (3)]
Отношение высот центров потерь и охлаждения		0,652	0,690	–	[5, § 5]
Максимальный перегрев масла над температурой воздуха		52,8	47,2		[5, рис. 10]
Допустимая удельная тепловая нагрузка бака		555	471		[5, § 5]
Количество тепла, отводимого поверхностями бака и крышки		14230	9629	Вт	[5, ф. (24)]
Количество тепла, которое должны отвести радиаторы		35640	43440	Вт	[5, ф. (25)]
Удельная тепловая нагрузка радиаторов		370	320		[5, рис. 11, б]

 

 

Продолжение табл. 6.4.1

Расчетная формула и пример расчета для трансформатора с алюминиевыми обмотками	Обозначе­ние	Численное значение для алюминия	Численное значение для меди	Единицы измерения	Источник
Необходимое число радиаторов Для обеспечения рационального и эффективного использования ра­диаторов, а также для их удобного размещения на баке принимаем .		4	4	–	[5, ф. (26)]
Удельная тепловая нагрузка радиаторов		262	319		[5, ф. (26)]
Максимальный перегрев масла над температурой воздуха		41	47		[5, рис. 11, б]
Средний перегрев масла над воздухом		31,2	35,8		[5, рис. 10]

 

Для обоих вариантов исполнения трансформатора по табл. 3 [5] выбираем 160-трубный радиатор с расстоянием между осями патрубков          , и поверхностью .

Результаты теплового расчета представлены в табл. 6.4.2 и 6.4.3.

 

Таблица 6.4.2

Результаты теплового расчета трансформатора с алюминиевыми обмотками

Название	Перегревы,
	над маслом по расчету	над воздухом
		по расчету	по ГОСТу
Обмотки
НН	23,918	55,118	65
ВН	15,989	47,189	65
РО	14,197	45,397	65
Масло
Средний перегрев	–	31,2	–
Наибольший перегрев	–	41	55

 

Таблица 6.4.3

Результаты теплового расчета трансформатора с медными обмотками

Название	Перегревы,
	над маслом по расчету	над воздухом
		по расчету	по ГОСТу
Обмотки
НН	28,973	64,773	65
ВН	22,411	58,211	65
РО	19,574	55,374	65
Масло
Средний перегрев	–	35,8	–
Наибольший перегрев	–	47	55

 

Обмотка НН

Таблица 7.1.1

Радиальные усилия в обмотке НН

Расчетная формула и пример расчета для трансформатора с алюминиевыми обмотками	Обозначе­ние	Численное значение для алюминия	Численное значение для меди	Единицы измерения	Источник
Максимальное значение индукции в канале между обмотками		0,057	0,074	Тл	[5, ф. (34, а)]
Среднее по ширине обмотки значение осевой составляющей индукции при токе короткого замы­кания		0,915	1,260	Тл	[5, ф. (34)]
Сила, действующая на виток		9679	13410	Н	[5, ф. (33)]
Среднее напряжение сжатия проводников				Па	[5, ф. (45)]

 

Расчет осевых усилий будем вести для витка, находящегося в наиболее сильном радиальном поле. Расчет представлен в табл. 7.1.2.

 

Таблица 7.1.2

Осевые усилия в обмотке НН

Расчетная формула и пример расчета для трансформатора с алюминиевыми обмотками	Обозначе­ние	Численное значение для алюминия	Численное значение для меди	Единицы измерения	Источник
Радиальная составляющая индук­ции при максимальном токе ко­роткого замыкания		0,659	0,701	Тл	[5, § 11]
Усилие, действующее на виток		6972	7465	Н	[5, ф. (37)]
Расстояние между краями прокладок		6,047	6,449	см	[5, ф. (48)]
Максимальный изгибающий момент на участке между двумя прокладками		2,928	3,343		[5, ф. (49)]
Момент сопротивления сечения витка					[5, ф. (50)]

 

 

Продолжение табл. 7.1.2

Расчетная формула и пример расчета для трансформатора с алюминиевыми обмотками	Обозначе­ние	Численное значение для алюминия	Численное значение для меди	Единицы измерения	Источник
Напряжение изгиба в проводни­ках витка				Па	[5, ф. (51)]
Результирующее напряжение что меньше допустимого значе­ния для алюминия				Па	[5, ф. (52)]
Коэффициент устойчивости		35	35	–	[5, ф. (54)]
Модуль упругости материала провода				Па	[5, § 10]
Критическое напряжение				Па	[5, ф. (53)]

 

Результирующее напряжение в проводниках меньше критического, следовательно, количество реек подобрано правильно.

Так как кривая распределения радиальной составляющей индукции вдоль половины высоты обмотки не изменяет знака, то наибольшее напряжение в прокладках будет на середине высоты обмотки.

Таблица 7.1.3

Напряжение в прокладках

Расчетная формула и пример расчета для трансформатора с алюминиевыми обмотками	Обозначе­ние	Численное значение для алюминия	Численное значение для меди	Единицы измерения	Источник
Значение линейной нагрузки		66290	85540		[5, § 11]
Усилие, действующее на прокладки Так как это значение, а также ин­дукция, рассчитано для амплитуды номинального тока, коэффициент  уменьшен в  раз.				Н	[5, ф. (39)]
Опорная поверхность одной прокладки					[5, § 11]
Напряжение в прокладках что меньше допустимого значения				Па	[5, ф. (55)]

 

 

Обмотка ВН

Таблица 7.2.1

Радиальные усилия в обмотке ВН

Расчетная формула и пример расчета для трансформатора с алюминиевыми обмотками	Обозначе­ние	Численное значение для алюминия	Численное значение для меди	Единицы измерения	Источник
Среднее по ширине обмотки значение индукции при токе короткого замы­кания		1,073	1,478	Тл	[5, ф. (35)]
Сила, действующая на виток		6345	8237	Н	[5, ф. (33)]
Среднее напряжение сжатия проводников				Па	[5, ф. (45)]

 

Расчет осевых усилий будем вести для витка, находящегося в наиболее сильном радиальном поле. Расчет представлен в табл. 7.2.2.

 

Таблица 7.2.2

Осевые усилия в обмотке ВН

Расчетная формула и пример расчета для трансформатора с алюминиевыми обмотками	Обозначе­ние	Численное значение для алюминия	Численное значение для меди	Единицы измерения	Источник
Усилие, действующее на виток		2076	2083	Н	[5, ф. (37)]
Расстояние между краями прокладок		10,590	9,816	см	[5, ф. (48)]
Максимальный изгибающий момент на участке между двумя прокладками		1,527	1,420		[5, ф. (49)]
Момент сопротивления сечения витка					[5, ф. (50)]
Напряжение изгиба в проводни­ках витка				Па	[5, ф. (51)]

 

 

Продолжение табл. 7.2.2

Расчетная формула и пример расчета для трансформатора с алюминиевыми обмотками	Обозначе­ние	Численное значение для алюминия	Численное значение для меди	Единицы измерения	Источник
Результирующее напряжение что меньше допустимого значе­ния для алюминия				Па	[5, ф. (52)]

 

Так как радиальная составляющая индукции в обмотке ВН меньше, чем в обмотке ВН, то силы и напряжения в прокладках будут меньше, чем в обмотке НН. Расчет напряжения   в прокладках обмотки ВН представлен в табл. 7.2.3.

Таблица 7.2.3

Напряжение в прокладках

Расчетная формула и пример расчета для трансформатора с алюминиевыми обмотками	Обозначе­ние	Численное значение для алюминия	Численное значение для меди	Единицы измерения	Источник
Значение линейной нагрузки		66340	85610		[5, § 11]

 

Продолжение табл. 7.2.3

Расчетная формула и пример расчета для трансформатора с алюминиевыми обмотками	Обозначе­ние	Численное значение для алюминия	Численное значение для меди	Единицы измерения	Источник
Усилие, действующее на прокладки Так как это значение, а также ин­дукция, рассчитано для амплитуды номинального тока, коэффициент  уменьшен в  раз.				Н	[5, ф. (39)]
Опорная поверхность одной прокладки					[5, § 11]
Напряжение в прокладках что меньше допустимого значения				Па	[5, ф. (55)]

 

 

Экономический расчет

Экономический расчет включает в себя расчет себестоимости материа­лов, необходимых для изготовления силового трансформатора, а также расчет эксплуатационных расходов трансформатора. Расчет соответственно представлен в табл. 8.1 и 8.2.

Таблица 8.1

Расчет себестоимости материалов для изготовления трансформатора

Расчетная формула и пример расчета для трансформатора с алюминиевыми обмотками	Обозначе­ние	Численное значение для алюминия	Численное значение для меди	Единицы измерения
Стоимость электротехнической стали где  – цена за 1 килограмм электротех­нической стали;  – коэффициент использования материала при раскрое стали;  – масса стали сердечника.		973560	814061	руб.
Стоимость алюминия для изготовления обмоток где  – цена алюминие­вого провода за 1 килограмм; , ,  – масса металла обмоток на 3 стержня.		247740	606350	руб.
Общая стоимость основных материалов для изготовления трансформатора		1221300	1420410	руб.

 

Таблица 8.2

Расчет эксплуатационных расходов трансформатора

Расчетная формула и пример расчета для трансформатора с алюминиевыми обмотками	Обозначе­ние	Численное значение для алюминия	Численное значение для меди	Единицы измерения
ч. – время максимальных потерь;  ч. – время нахождения трансформатора под напряжением;  – потери короткого замыкания;  – потери холостого хода. Потери трансформатора за 1 год эксплуата­ции		313128	328718
Потери за 30 лет		9393840	9861540
Эксплуатационные затраты		35978407	37769698	руб.

 

 

Заключение

В ходе выполнения задачи по проектированию трансформатора с исполнением обмоток из алюминия и из меди, были получены параметры, соответствующие требованиям ГОСТ 11677-85. Для проведения анализа результаты расчетов представлены в табл. 9.

Таблица 9

Результаты расчетов параметров трансформатора

Основной показатель	Материал обмоток трансформатора
	Алюминий	Медь
Высота окна обмотки, мм	1897	1511
Напряжение короткого замыкания, %	7,744	7,094
Отклонение напряжения короткого замыкания от ГОСТа, %	3,529	-5,407
Ток холостого хода, %	0,468	0,436
Отклонение тока холостого хода от ГОСТа, %	-41,447	-45,517
Потери холостого хода, кВт	7,599	6,562
Отклонение потерь холостого хода от ГОСТа, %	-1,476	-14,926
Потери короткого замыкания, кВт	42,270	46,500
Отклонение потерь короткого замыкания от ГОСТа, %	-5,710	3,732
Суммарные потери, кВт	49,869	53,062
Отклонение суммарных потерь от ГОСТа, %	-5,089	0,993
КПД трансформатора, %	99,176	99,123
Общая стоимость основных материалов для изготовления трансформатора, руб.	1221300	1420410
Эксплуатационные затраты, руб.	35978407	37769698

 

 

На основании данных, приведенных в табл. 9, следует вывод, что выбирать надо трансформатор с обмотками, выполненными из алюминия, так как он по своим параметрам превосходит трансформатор с обмотками из меди, у которого преимуществом являются меньшие габариты, а значит и потери в магнитной системе.

В данной работе был выполнен расчет параметров трансформатора с заданными характеристиками, выполнены чертежи общего вида и отдельных узлов трансформатора. Также было проведено сравнение характеристик трансформатора с исполнением обмоток из разного материала при одинаковых начальных параметрах.

 

 

Предварительный расчет трансформатора ТМН – 6000/35

Расчет трансформатора начинается с предварительного расчета на ЭВМ, чтобы потом выбрать наиболее оптимальный вариант. Предваритель­ный расчет производился на основании методики изложенной в учебном пособии «Расчет и проектирование трансформаторов: расчет обмоток и магнитопровода». Величины, вводимые в ЭВМ для расчета, приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Величины, вводимые в ЭВМ для расчета трансформатора

№ п/п	Наименование	Обо­зна­че­ние	Иден­ти­фика­тор в  про­грамме для ЭВМ	Еди­ница изме­рения	Источник	Численные значения для трансформатора        ТМН–6000/35
						Алюминий	Медь
1	2	3	4	5	6	7	8
1	Номинальная мощность		SN	В∙А	ТУ
2	Номинальное напряжение обмотки 1 (НН)		UN1	В	ТУ
3	Номинальное напряжение обмотки 2 (ВН)		UN2	В	ТУ
4	Номинальные потери короткого замыкания		PKN	Вт	[3, § 3, 12]
5	Номинальные потери холостого хода		PON	Вт	[3, § 3, 12]
6	Номинальное напряжение короткого замыкания		UKN	%	[3, § 3]	7,5	7,5

 

Продолжение табл. 1.1

1	2	3	4	5	6	7	8
7	Номинальный ток холостого хода		AI0N	%	[3, § 3, 12]	0,8	0,8
8	Толщина витковой изоляции в обмотке 1		T1	м	[3, § 6,7]
9	Толщина витковой изоляции в обмотке 2		T2	м	[3, § 6,7]
10	Ширина масляных каналов в обмотке 1		BM1	м	[3, § 6,7]
11	Ширина масляных каналов в обмотке 2		BM2	м	[3, § 6,7]
12	Толщина прокладки		BP	м	[3, При­мечание 1]	0	0
13	Изоляционный промежуток между стерж­нем и обмоткой 1 (НН)		B01	м	[3,таб­л. 7]
14	Изоляционный промежуток между обмот­ками 1 и 2 (НН и ВН)		B12	м	[3,таб­л. 8,9]
15	Изоляционный промежуток между обмотками 2 и 3 (НН и РО)		B23	м	[3,таб­л. 8,9]

 

Продолжение табл. 1.1

1	2	3	4	5	6	7	8
16	Ориентировоч­ная ширина ре­гулировочной обмотки (РО)		BРО	м	[3, При­мечание 2]
17	Расстояние между фазами		BMF	м	[3,таб­л. 8,9]
18	Расстояние от обмотки до верхнего ярма	–––	DELBJA	м	[3,таб­л. 8,9]
19	Расстояние от обмотки до нижнего ярма	–––	DELNJA	м	[3,таб­л. 8,9]
20	Электрическая удельная проводимость провода		SIGMA	См/м	[3,таб­л. 14]
21	Плотность материала провода		GAMMA	кг/м3	[3,таб­л. 14]
22	Коэффициент увеличения радиального размера обмотки		AKU	–––	[3, При­мечание 3]	1,05	1,05
23	Цена обмоточного провода		СО	р/кг	[3, При­мечание 4]	150	250
24	Коэффициент, учитывающий стоимость изоляционных материалов		AKO	–––	[3, При­мечание 5]	2,2	1,81
25	Диаметр стержня		DS(1)	м	[3, ф. (3) и табл. 20]	0,32	0,32
26	_____,,_____		DS(2)	м	[3, ф. (3) и табл. 20]	0,34	0,34

Продолжение табл. 1.1

1	2	3	4	5	6	7	8
27	Диаметр стержня		DS(3)	м	[3, ф. (3) и табл. 20]	0,36	0,36
28	_____,,_____		DS(4)	м	[3, ф. (3) и табл. 20]	0,38	0,38
29	Площадь поперечного сечения		SСТ(1)	м2	[3,таб­л. 20]	0,0733	0,0733
30	_____,,_____		SСТ(2)	м2	[3,Таб­л. 20]	0,0829	0,0829
31	_____,,_____		SСТ(3)	м2	[3,таб­л. 20]	0,0910	0,0910
32	_____,,_____		SСТ(4)	м2	[3,таб­л. 20]	0,1020	0,1020
33	Высота ярма (ширина наибольшей пластины стержня)		HJA(1)	м	[3,таб­л. 20]	0,310	0,310
34	_____,,_____		HJA(2)	м	[3,таб­л. 20]	0,325	0,325
35	_____,,_____		HJA(3)	м	[3,таб­л. 20]	0,350	0,350
36	_____,,_____		HJA(4)	м	[3,таб­л. 20]	0,368	0,368
37	Объем угла магнитопро­вода		VUG(1)	м3	[3, табл. 20]
38	_____,,_____		VUG(2)	м3	[3, табл. 20]
39	_____,,_____		VUG(3)	м3	[3, табл. 20]

 

Продолжение табл. 1.1

1	2	3	4	5	6	7	8
40	Объем угла магнитопро­вода		VUG(4)	м3	[3, табл. 20]
41	Увеличение высоты об­мотки 1 за счет усиленных каналов	–––	ВК1	м	[3, § 6,7]	0	0
42	Увеличение высоты об­мотки 2 за счет усиленных ка­налов, емкост­ных колец, до­полнительной витковой и ка­тушечной изо­ляции	–––	ВК2	м	[3, § 6,7]
43	Ширина раз­рыва в регули­ровочной зоне обмотки 2		BR	м	[3, § 6,7]	0	0
44	Ключ, указы­вающий, нужно ли рассчиты­вать магнитное поле рассеяния	–––	RP	–––	задание	1	1

 

 

2. Результаты предварительного расчета на ЭВМ

Из сводной таблицы данных, содержащей 24 варианта предваритель­ного расчета, был выбран наиболее оптимальный вариант, который имеет удовлетворительные значения потерь тока холостого тока и является наибо­лее экономичным. Данные выбранного варианта представлены в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Результаты предварительного расчета трансформатора на ЭВМ

№ п/п	Наименование	Обозначе­ние в пособии	Идентифика­тор в программе  для ЭВМ	Единицы измерения	Числовое значение
					Алюминий	Медь
1	Диаметр стержня		DO	м	0,32	0,32
2	Индукция		B	Тл	1,60	1,60
3	ЭДС на виток		EO	В	24,86	24,86
4	Высота обмотки		H	м	1,615	1,615
5	Плотность тока	J	AJ	А/мм2	1,547	3,000
6	Потери короткого замыкания		PK	кВт	33,98	33,98
7	Потери холостого хода		PO	кВт	7,131	7,131
8	Ток холостого тока		AIO	%	0,45	0,45
9	Напряжение короткого замыкания		UK	%	7,703	7,703
10	Тип обмотки НН	–	M	–	Непрерывная катушечная	Непрерывная катушечная

 

Уточнение ЭДС на виток и индукции в стержне приведены в табл. 2.2.

Таблица 2.2

Уточнение ЭДС на виток и индукции в стержне

Расчетная формула и пример расчета	Обозначе­ние	Численное значение для алюминия	Численное значение для меди	Единицы измерения	Источник
Число витков обмотки НН Число витков округляю до ближайшего целого числа  витка		322	322	–	[3, ф. (7)]
Уточнение значения ЭДС на виток		24,845	24,845	В	[3, ф. (5)]
Коэффициент заполнения сечения стержня сталью		0,955	0,955	–	[3, § 16]
Индукция в стержне		1,599	1,599	Тл	[3, ф. (6)]

 

Расчет обмоток трансформатора