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

Курсовая работа

Расчёт трансформатора ТМ 1000/35

 

 

 

 

Каменск – Уральский

2009г.

Ведение

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

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

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

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

 

Таблица.1.1

Испытательные напряжения промышленной частоты для масляных силовых трансформаторов

Класс напряжения,  кВ	3	6	10	15	20	35	110	150	220	330	500
Наибольшее рабочее напряжение, кВ	3,6	7,2	12,0	17,5	24,0	40,5	126	172	252	363	525
Испытательное напряжение, кВ	18	25	35	45	55	85	200	230	325	460	680

 

U_1исп = 35кВ                      U_2исп = 85кВ

1.7. Активная составляющая напряжения короткого замыкания

 

, %

(1.6)

 

1.8. Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания

 

, %

(1.7)

 

Таблица.2.1

Значения изоляционных промежутков трансформатора

Расстояние обмотки НН  от стержня мм	Расстояние между  обмотками  ВН и НН, мм	Расстояние между обмотками ВН, мм	Расстояние обмотки НН  от ярма, мм	Расстояние обмотки ВН  от ярма, мм
a01	a12	a22	l01	l02
15	27	30	15	75

Таблица.2.2

Таблица.2.3

Минимально допустимые изоляционные расстояния  для обмотки ВН

Мощность трансформатора S , кВА	Испытательное напряжение U2 исп , кВ	Между  обмотками  ВН и НН, a12 , мм	Между обмотками ВН, a22 , мм	Расстояние от  от ярма,   l02 , мм
25 - 100	18, 25, 35	9	8	20
160 - 630	18, 25, 35	9	10	30
1000 - 6300	18, 25, 35	20	18	50
630  и более	45	20	18	50
630  и более	55	20	20	50
160 - 630	85	27	20	75
1000 - 6300	85	27	30	75
10000 и более	85	30	30	80

2.2 Предварительное значение приведенной ширины обмоток НН и ВН. Приведенная ширина обмоток НН и ВН

 

(1.8)

 

определяется по следующей формуле

 

, мм

(1.9)

 

где коэффициент k_a находится из табл. 2.4, S _ст (кВА).

Принимаем k_a =4.6

Таблица.2.4

Значения коэффициента k_a в формуле 4.2

Мощность трансформатора Sном, кВА	Медные обмотки		Алюминиевые обмотки
	U2ном, кВ
	10 кВ	35 кВ	10 кВ	35 кВ
до 100	8.0-6.0	-	10.0-7.5	-
160-630	6.5-5.2	6.5-5.8	8.1-6.5	8.1-7.3
1000-6300	5.1-4.3	5.4-4.6	6.4-5.4	6.8-6.0
10000-80000	-	4.8-4.6	-	6.0-5.8

 

2.3. Ширина приведенного канала рассеяния

 

, мм

(2)

2.4 Диаметр стержня магнитопровода d определяется выражением, полученным в [4]:

 

, мм

(2.1)

 

Как видно из (2.1) для нахождения диаметра стержня трансформатора необходимо предварительное определение двух величин :

- основного геометрического коэффициента 

- расчетной индукции стержня В_р.

 

2.4.1. Значение параметра 

.

(2.2)

 

влияет на массогабаритные и стоимостные показатели трансформатора. При выборе его можно руководствоваться рекомендациями табл. 2.5. принимаем Значение параметра  = 1.5

Таблица.2.5

Рекомендуемые значения  для масляных трансформаторов

Металл обмоток	  при мощности S , кВА
	25 -630	1000 - 6300	10000 - 80000
Медь	1,2 - 3,6	1,5 - 3,6	1,2 - 3,0
Алюминий	0,9 - 3,0	1,2 - 3,0	1,2 - 3,0

 

2.4.2. Предварительное значение расчетной индукции в стержне магнитопровода

 

,

(2.3)

где В_с - индукция в стали магнитопровода;

k_З - коэффициент заполнения пакета активной сталью.

k_кр - коэффициент заполнения круга ступенчатой фигурой.

Предварительные значения коэффициентов в (2.7)

 

.

(2.4)

 

Таблица.2.6

 

Таблица.2.7

 

Индукция в стали стержня магнитопровода определяется маркой электротехнической стали и мощностью трансформатора. В настоящее время для изготовления магнитопроводов трансформаторов применяется холоднокатанные анизотропные стали, для которых рекомендуемые уровни индукций приведены в табл. 2.8

Таблица 2.8

Таблица.2.9

Нормализованный диаметр стержня (мм)

80	85	90	95	100	105	110	115	120	125	130	140
150	160	170	180	190	200	210	220	230	240	250	260
270	280	290	300	310	320	330	340	350	360	370	380

 

Принимаем d_Н = 230 мм.

При этом корректируется величина Измененное значение

 

(2.5)

 

2.6. Предварительное значение сечения стержня магнитопровода (мм²), определяемое диаметром (d, мм)

 

, мм2

(2.6)

 

2.7. Средний диаметр обмоток трансформатора

 

, мм

(2.7)

 

где коэффициент k_d принимаем на этом этапе для медной обмотки - k_d =1,39.

 

2.8 Высота обмоток трансформатора

 

, мм

(2.8)

 

2.9 Предварительное значение средней плотности тока обмоток D_ср (А/мм²)

для медной обмотки

 

, А/мм2

(2.9)

для алюминиевой обмотки

 

, А/мм2

(2.10)

 

Здесь P_к (Вт) и S (кВА) - мощность короткого замыкания и полная мощность трансформатора, заданные в техническом задании;

d ₁₂ – средний диаметр обмоток (мм), определяемый на этапе расчета главных размеров;

k _д  - коэффициент, учитывающий наличие добавочных потерь и приближенно определяемый полной мощностью трансформатора по табл. 2.10;

u _в - ЭДС одного витка обмоток (В), определяемая соотношением

 

, В,

(2.11)

 

где B_c - индукция в стержне магнитопровода (Тл), определяемая маркой стали при расчете главных размеров;

П_с – сечение стержня магнитопровода (мм²).

Таблица. 2.10

Мощность трансформатора, S, кВА	До 35	35 - 110	110 - 2000	2000-5000	5000-20000
kд	0,99	0,99-0,97	0,95-0,90	0,90-0,89	0,88-0,75

 

По таблице 2.9 принимаем k_д = 0,95

Получим  А/мм²

Полученное по (2.8) значение плотности тока укладывается в следующие пределы: - для медной обмотки -1.8-4.5 А/мм²;

2.10. Сечение витка обмотки предварительно может быть определено следующим образом:

 

первичной (НН)

, мм2

(2.12)

 

вторичной (ВН)

, мм2

(2.13)

 

где I_ф - ток фазы обмотки , А,

D_ср – средняя плотность тока обмоток (А/мм²).

 

Таблица.4.11

Сводная таблица

Расстояние обмотки НН от стержня	a01	мм	15
Расстояние между обмотками ВН и НН	a12	мм	27
Расстояние между обмотками ВН	a22	мм	30
Расстояние обмок от ярма	l0	мм	75
Высота обмоток	l	мм	609,25
Средний диаметр обмоток	d12	мм	313.72
Средняя плотность тока в обмотках	Dср	А/мм2	3.325
Сечение витка первичной обмотки НН	П1	мм2	9.546
Сечение витка вторичной обмотки ВН	П2	мм2	4,96
ЭДС витка	uв	В	12.066
Диаметр стержня магнитопровода	d	мм	230
Сечение стержня магнитопровода	Пс	мм2
Индукция в стали	Вс	Тл	1,55

 

Выбор типа обмоток

 

Проектирование обмоток трансформатора осуществляется с учетом производственных и эксплуатационных требований, предъявляемых к ним.

Производственные требования сводятся к оптимизации затрат материалов и труда на производство трансформатора. Это обеспечивается выбором рационального типа обмотки, материала обмоточного провода, компактным размещением и распределением витков и катушек чтобы ограничить расход обмоточного провода и обеспечить наилучшее заполнение окна магнитопровода.

К эксплуатационным требованиям относятся механическая прочность при воздействии сил короткого замыкания и ограниченный нагрев обмоток в номинальном режиме работы.

Механическая прочность обеспечивается рациональным расположением витков и катушек так, чтобы ограничить возникающие электромагнитные усилия.

Для достижения необходимой нагревостойкости следует обеспечить эффективную теплоотдачу от обмотки в охлаждающую среду путем создания развитой охлаждающей поверхности и выбором рациональной плотности тока. Требование эффективной теплоотдачи ограничивает радиальный размер обмотки между двумя охлаждающими поверхностями.

Основные параметры для выбора типа обмоток следующие:

1. Мощность трансформатора (S, кВА).

2. Ток фазы обмотки (I_ф, А).

3. Номинальное напряжение (U_ном , кВ) .

4. Сечение витка обмотки (П, мм² ).

5. Схема регулирования напряжения (для обмоток ВН).

Первые четыре параметра определены техническим заданием, либо предыдущим этапом проектирования (выбор главных размеров).

На выбор схемы регулировочных ответвлений влияет ряд факторов:

- схема соединения обмоток;

- тип обмотки;

- механическая прочность при коротких замыканиях;

- напряжение между частями обмотки.

На рис. 3.3 показаны наиболее употребительные схемы выполнения регулировочных ответвлений в обмотках ВН трансформаторов и стандартные обозначения начал, концов и ответвлений обмоток ВН

 

Рис. 3.3. Различные схемы выполнения ответвлений в обмотке ВН при регулировании напряжения без возбуждения ПБВ.

 

При соединении обмоток в звезду наиболее целесообразны схемы рис. 3.3, а, б, в, поскольку допускают применение наиболее простого и дешевого переключателя - одного на три фазы трансформатора. В этих схемах рабочее напряжение между отдельными частями переключателя не превышает 10% линейного напряжения трансформатора. Схема по рис. 3.3, г требует или трех отдельных переключателей для каждой фазы или одного трехфазного переключателя. В последнем рабочее напряжение между отдельными его частями может достигать 50% номинального напряжения обмотки, однако и такие переключатели находят широкое применение.

При соединении обмоток треугольником наиболее целесообразна схема по рис. 3.3, г. В схемах регулирования, регулировочные витки каждой фазной обмотки присоединяются к линейному зажиму соседней фазы и рабочее напряжение между контактами различных фаз на переключателе достигает 100% номинального напряжения обмотки. Схема по рис. 3.3, в при соединении обмотки в треугольник не применяется.

Схемы регулирования по рис. 3.3, а, б могут быть реализованы в цилиндрических обмотках, а по рис. 3.3, в, г - в катушечных. Особенностью схемы по рис. 3.3, в является то, одна половина обмотки мотается правой, а другая левой намоткой.

Для снижения механических усилий, действующих на обмотку при коротком замыкании, рекомендуется размещать симметрично относительно середины высоты обмотки, например по схемам рис. 3.3, б, в, г. Схема по рис. 3.3 а для регулирования напряжения при многослойной цилиндрической обмотке применяется в трансформаторах мощностью до 160 кВА.

При регулировании напряжения по схемам на рис. 3.3, в и г в месте разрыва обмотки в середине ее высоты образуется изоляционный промежуток в виде горизонтального радиального масляного канала. Иногда этот канал заполняется набором шайб, изготовленных из электроизоляционного картона. Размер этого промежутка по схеме рис. 3.3, в определяется половиной фазного напряжения обмотки, а при схеме по рис. 3.3 г - примерно 0,1 фазного напряжения. Увеличение этого промежутка нежелательно, так как приводит к существенному увеличению осевых механических сил в обмотках при коротком замыкании, возрастающих также и с ростом мощности трансформатора. Именно это обстоятельство ограничивает применение схемы по рис. 3.3, в напряжением не свыше 38,5 кВ и мощностью не более 1000 кВА.

Указанные выше соображения позволяют выбрать тип обмоток (первичной и вторичной) по табл. 3.1.

 

Основные свойства и пределы применимости обмоток разных типов

Таблица 3.1

Тип обмотки

Применение

Основные достоинства

Основные

Недостатки

Диапазон значений критериев выбора

(ориентировочно)

 

Число параллельных проводов в витке

 

схема регулирования напряжения рис.4.3

Мощность трансформатора, S, кВА Сечение витка, П, мм² Ток на стержень, I, А   Линейное напряжение, U, кВ

Цилиндрическая

одно- и двухслойная из прямоугольного провода

 

НН (ВН)

Технологичность,

Хорошее охлаждение

Малая механическая прочность

М   До 630 5-250 15-800 До 6 1-8

 

А До 630 7-300 10-650 До 6 1-8

Цилиндрическая

многослойная

из прямоугольного провода

 

ВН (НН)

Технологичность,

Хорошее заполнение окна магнитопровода

Меньшая поверхность охлаждения (по равнению с обмотками, имеющими радиальные каналы)

М 630 - 80000 5-400 15-1200 10, 35 1-8

 

 

а,б

А 16000 -25000 7-500 10-1200 10, 35 1-8

Цилиндрическая

многослойная

из круглого провода

 

ВН (НН)

 

Технологичность

Ухудшение теплоотдачии уменьшение механической прочности при большой мощности

М До 630 0.11-42 0.3-100 До 35 1-2

 

 

а,б

А До 630 1 - 50   2-135 До 35 1

 

Винтовая

одно- и многоходовая

 

 

НН

Механическая прочность, надежная изоляция, хорошее охлаждение

Высокая стоимость по сравнению с цилиндрической обмоткой

М 160 и выше 75 и более 300 и более До 35 4-16

-

А 100 и выше 75 и более 150 и более До 35 4-16

Непрерывная

катушечная

(спиральная)

 

ВН (НН)

Электрическая и механическая прочность, хорошее охлаждение

Повышенная сложность технологии (необходимость перекладки катушек)

М 160 и выше 5 и более 15 и более 3-220 1-5

 

в,г

А 100 и выше 7 и более 10 и более   3- 220 1-5

Расчет обмоток

 

3.3.1. Число витков в фазе обмотки НН

 

(3.1)

 

Полученное по  (3.1) значение  w₁ округляется до ближайшего целого числа

При этом корректируется ЭДС одного витка

 

, В

(3.2)

 

3.3.2. Число витков обмотки ВН при номинальном напряжении

 

(3.3)

 

3.3.3. Напряжение одной ступени регулирования

 

, В.

(3.4)

 

3.3.4. Число витков одной ступени регулирования при соединении обмотки ВН в звезду

 

(3.5)

Полученное по  ( 3.5 ) значение  w_2р округляется до ближайшего целого числа. w_2р = 42

 

3.3.5. Полное число витков обмотки ВН (при четырех ступенях регулирования)

 

(3.6)

 

3.3.6. Число витков основной части обмотки ВН (при четырех ступенях регулирования)

 

(3.7)

 

Таблица 3.2.

Междуслойная изоляция в многослойной цилиндрической обмотке из

прямоугольного провода

 

Таблица 3.4.

Основные параметры обмоток

Параметр	Обмотка НН	Обмотка ВН
Тип обмотки	Многослойная цилиндрическая обмотка из прямоугольного провода	Многослойная цилиндрическая обмотка из прямоугольного провода
Число витков обмотки
Число витков в основной части обмотки ВН	-
Число витков в регулировочной ступени ВН	-	42
Количество катушек	2	2
Число витков в катушке (основной)	-	-
Число витков в катушке  (регулировочной)*	-	-
Число витков в слое**
Провод (марка, размеры), мм
Сечение провода, мм2	9.912	5.94
Сечение витка, мм2	9.546	4,96
Плотность тока, А/мм2
Осевой размер обмотки, мм
Радиальный размер обмотки, мм
Диаметр обмотки ,мм : наружный                внутренний
Вес обмотки, кг

Примечание * для катушечной обмотки

** для цилиндрических обмоток

 

Таблица 3.5.

Размеры и сечения прямоугольного медного провода (Марка ПББО)

b, мм	Сечения, мм2, при а, мм
	1 ,35	1,56	1,68	1,81	2,1	2,26	2,44	2,63	2,83	3,05	3,28	3,53	3,8	4,4	4,7	5,1	5,5
3,8		5,72
4,4	5,73	6,65		7,75	8,76		10,2		12,0		13,9		15,1
5,1	6,68	7,75	8,36	9,02	10,2		11,9		13,9		16,2		18,9	21,5
5,5									15,1				20,4
5,9	5,76	8,99	9,7	10,5	11,9		13,9		16,2		18,9		21,9			29,2
6,4		9,77		11,4	12,9		15,1		17,6	19,0	20,5		23,8	27,3		31,7
6,9		10,6	11,4	12,3	14,0		16,3		19,0		22,1		25,7	29,5		34,3
7,4									20,4	22,1
8,0		12,3	13,2	14,4	16,3	17,6	19,0	20,5	22,1	23,9	25,7		29,9	34,3		39,9	43,1
8,6															39,5
9,3		14,3		16,6	19,0		22,2	24,0	25,8	27,9	30,0		34,8	40,0		46,5
10,0							23,9	25,8			32,3		37,5	43,1		50,1	54,1
10,8				19,3	22,2		25,9		30,1		34,9	37,6	40,5	46,6		54,2	58,5
11,6													43,6			58,3
12,5					25,8		30,0		34,9	37,6	40,5	43,6	47,0			62,9

Таблица 3.6.

Размеры и сечения прямоугольного алюминиевого провода (Марка АПБ)

b, мм	Сечения, мм2 , при а, мм
	1 ,8	2,00	2,24	2,50	2,80	3,00	3,15	3,35	3,55	3,75	4,00	4,25	4,50	4,75	5,00	5,30	5,60
4,00	6,84	7,64	8,60	9,45	10,65
4,50	7,74	8,64	9,72	10,70	12,05	12,95	13,63
5,00	8,64	9,64	10,84	11,95	13,45	14,45	15,20	16,20	17,20
5,60	9,72	10,84	12,18	13,45	15,13	16,25	17,09	18,21	19,33	20,14	21,54
6,30	10,98	12,24	13,75	15,20	17,09	18,35	19,30	20,56	21,82	22,77	24,34	25,92	27,49
7,10	12,42	13,84	15,54	17,20	19,33	20,75	21,82	23,24	24,66	25,77	27,54	29,32	31,09	32,87	34,64
8,00	14,04	15,64	17,56	19,45	21,85	23,45	24,65	26,25	27,85	29,14	31,14	33,14	35,14	37,11	39,24	41,54	43,94
9,00	15,84	17,64	19,80	21,95	24,65	26,45	27,80	29,60	31,40	32,89	35,14	37,39	39,64	41,84	44,14	46,84	49,54
10,00	17,64	19,64	22,04	24,45	27,45	29,45	30,95	32,95	34,95	36,64	39,14	41,64	44,14	46,64	49,14	52,14	55,14
10,60	18,72	20,84	23,38	25,95	29,13		32,84		37,08		41,54		46,84		52,14		58,50
11,20			24,73	27,45	30,81	33,05	34,73	36,97	39,21	41,14	43,94	46,74	49,54	52,34	55,14	58,50	61,86
11,80			26,07	28,95	32,49		36,72		41,34		46,34		52,24		58,14		65,22
12,50			27,64	30,70	34,45	36,95	38,83	41,33	44,83	46,02	49,14	52,27	55,39	58,52	61,64	65,39	69,14
13,20				32,45	36,41		41,03		46,31		51,94		58,54		65,14		73,06
14,00				34,45	38,65	41,45	43,55	46,35	49,15	51,95	55,14	58,64	62,14	65,64	69,14	73,34	77,54
15,00				36,95	41,45		46,70		52,70		59,14		66,64		74,14		83,14
16,00					44,25	47,45	49,85	53,05	56,25	59,14	63,14	67,14	71,14	75,14	79,14	83,94	88,74
17,00					47,05		53,00		59,80		67,14		75,64		84,14		94,34
18,00						53,45	56,15	59,75	63,35	66,64	71,14	75,64	80,14	84,64	89,14	94,54	99,94

РАСЧЕТ МАГНИТОПРОВОДА

 

Основные размеры и данные стержня магнитной системы—его диаметр и высота, активное сечение — приближенно определяются в начале расчета трансформатора до расчета обмоток. Окончательный расчет магнитной системы обычно проводится после того, как установлены размеры обмоток трансформатора и главных изоляционных промежутков и проверены некоторые параметры трансформатора—потери и напряжение короткого замыкания.

При окончательном расчете определяются: размеры пакетов стержня и ярма, расположение охлаждающих каналов, схему шихтовки, активные сечения стержня и ярма, число пластин стали в пакетах, высота стержня, расстояние между осями стержней, полный вес стали в трансформаторе. После окончательного установления всех размеров определяются потери и ток холостого хода.

Размеры пакетов стержня следует выбирать с таким расчетом, чтобы площадь поперечного сечения (ступенчатой фигуры) стержня была максимально возможной (рис.5.1, а).

Форма поперечного сечения ярма несколько отличается от формы сечения стержня. В средней своей части по размеры пакетов ярма и стержня делают одинаковыми, а крайние пакеты выполняются более широкими путем объединения двух-трех пакетов в один (рис. 5.1 б). Это делается с целью улучшения прессовки ярма ярмовыми балками, более равномерного распределения давления но ширине пакетов и уменьшения веера пластин на углах пакетов.

Шихтованные магнитопроводы собирают перекладывая пластины стержней и ярем в переплет, благодаря чему уменьшаются воздушные зазоры. Форма стыка пластин стержней и ярм определяет схему шихтовки магнитопровода (рис. 5.2):

- с прямыми стыками;

- с косыми стыками;

- с комбинированными стыками.

Для магнитопроводов из холоднокатанных сталей применяются схемы с косыми и комбинированными стыками.

 

Рис. 5.1. Поперечное сечение стержня и ярма магнитопровода

 

Рис. 5.2. Схемы шихтовки магнитопровода

 

5.1 Определение числа и размеров пакетов стержня производится по табл 5.3. в зависимости от диаметра стержня магнитопровода. Результаты занесены в табл. 5.1.

Таблица 5 .1.

стержень
d, мм	nс	kкр	с1*b1, мм	с2*b2, мм	с3*b3, мм	с4*b4, мм	с5*b5, мм	с6*b6, мм	с7*b7, мм	с8*b8, мм
230	8	0.933	220*32	205*19	185*16	165*12	145*9	130*5	115*5	90*6

 

5.2. Сечение стержня магнитопровода

 

, мм2.

(5.1)

 

5.3 Определение числа и размеров пакетов ярма производится по табл 5.3. в зависимости от диаметра стержня магнитопровода. Результаты занесены в табл. 5.2.

Таблица 5 .2.

ярмо
d, мм	nя	с1*b1, мм	с2*b2, мм	с3*b3, мм	с4*b4, мм	с5*b5, мм	с6*b6, мм	с7*b7, мм	с8*b8, мм
230	6	220*32	205*19	185*16	165*12	145*9	130*5

 

Таблица 5 .3.

стержень											ярмо
d, мм	nс	kкр	с1*b1, мм	с2*b2, мм	с3*b3, мм	с4*b4, мм	с5*b5, мм	с6*b6, мм	с7*b7, мм	с8*b8, мм	nя	ся, мм
80	4	0.863	75*14	65*9	55*6	40*5					3	55
85	5	0.895	80*14	70*10	60*6	50*4	40*4				4	50
90	5	0.891	85*15	75*10	65*6	55*4	40*4				4	55
95	5	0.887	90*15	80*10	65*9	50*5	40*4				4	50
100	6	0.917	95*16	85*10	75*7	65*5	55*4	40*4			5	55
105	6	0.912	100*16	90*11	80*7	65*7	50*4	40*4			5	50
110	6	0.905	105*16	95*11	85*7	75*6	65*4	40*7			5	65
115	5	0.903	105*25	95*9	85*6	65*9	40*3				4	65
120	6	0.928	115*18	105*11	90*10	75*8	60*6	40*4			5	60
125	6	0.915	120*18	105*16	95*6	85*6	65*7	40*6			5	65
130	6	0.918	125*18	110*16	100*8	80*9	65*5	40*6			5	65
140	6	0.919	135*19	120*17	105*10	85*9	65*7	40*5			5	65
150	6	0.915	145*19	135*13	120*13	105*9	85*8	55*7			5	85
160	6	0.913	155*20	135*23	120*10	105*7	85*7	55*7			5	85
170	6	0.927	160*28	145*17	130*10	110*10	85*8	50*8			5	85
180	6	0.915	175*21	155*25	135*13	120*8	95*9	65*8			5	95
190	7	0.927	180*30	165*17	145*14	130*8	115*7	100*5	75*7		5	100
200	7	0.918	195*22	175*26	155*15	135*11	120*6	105*5	75*7		5	120
210	7	0.922	200*32	180*22	160*14	145*8	130*6	110*8	90*6		5	130
220	8	0.929	215*23	195*28	175*15	155*12	135*9	120*5	105*4	75*7	6	120
230	8	0.933	220*32	205*19	185*16	165*12	145*9	130*5	115*5	90*6	6	130
240	8	0.927	230*34	215*19	195*17	175*12	155*9	138*8	120*5	95*6	6	135
250	8	0.929	240*34	220*24	200*16	180*12	155*11	140*6	120*6	100*5	6	140
260	8	0.924	250*35	230*25	215*13	195*13	175*10	155*8	120*9	105*6	6	155
270	8	0.930	260*35	240*25	215*20	195*13	170*11	155*5	135*7	105*8	6	155
280	8	0.927	270*36	250*26	230*17	215*9	195*11	175*6	135*13	105*7	6	175
290	8	0.927	280*37	260*27	235*21	210*15	180*13	165*12	145*6	115*8	6	165
300	8	0.930	295*28	270*37	250*18	230*13	215*8	175*18	135*12	105*7	6	175

 

5.4. Сечение ярма магнитопровода

 

, мм2.

(5.2)

 

5.5. Уточненное значение индукции в стержне магнитопровода

 

, Тл,

(5.3)

 

где k_З - коэффициент заполнения пакета активной сталью, выбираемый по табл. 5.4. Принимаем k_З = 0,95

5.6. Значение индукции в ярме магнитопровода

 

, Тл.

Таблица 5 .4.

Таблица 6.4

Удельные потери и намагничивающая мощность стали 3404 толщиной 0.35  мм

B, Тл	p, Вт/кг	q, ВА/кг	qз, ВА/м2
1.500	1.100	570	16600
1.520	1.134	585	17960
1.540	1.168	600	19320
1.560	1.207	615	20700
1.580	1.251	630	22100
1.600	1.295	645	23500
1.620	1.353	661	25100
1.640	1.411	677	26700
1.660	1.472	695	28600
1.680	1.536	709	30800
1.700	1.600	725	33000

 

РАСЧЕТ БАКА

Размеры бака определяются габаритами активной части и минимальными изоляционными расстояниями от обмоток и отводов до стенок бака. Эти расстояния определяются по табл. 7.1 -7.2

Таблица 7.1.

минимальное расстояние от крышки до ярма h ₂

класс напряжения обмотки ВН, кВ	минимальное расстояние от крышки до ярма, мм	класс напряжения обмотки ВН, кВ	минимальное расстояние от крышки до ярма, мм
6	270	35	47
10	300	110	50
20	300

Таблица 7 .2.

минимальное расстояние от отвода до обмотки s₁, s₃

испытательное напряжение обмотки, кВ	толщина изоляции отвода, мм	минимальное расстояние от отвода до обмотки, мм
85	2	50
230	20	190

 

минимальное расстояние от отвода до стенки бака s₂, s₄

испытательное напряжение обмотки, к которой присоединен отвод, кВ	толщина изоляции отвода, мм	минимальное расстояние от отвода до стенки бака, мм
25	2	20
35	2	20
25	2	25
85	2	50
230	20	95

7.1. Диаметр отвода обмотки ВН

 

	, мм		(7.1)
		7.2. Длина бака
			(7.2)
		Где
		7.3 Ширина бака
			(7.3)
		7.4 Высота бака
			(7.4)

Рис 7 .1.

 

       

 

7.2 По рассчитанным размерам бака необходимо определить поверхность охлаждения бака П_бак - площадь крышки и боковой поверхности.

 

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ

 

Тепловое состояние электрической машины является важным фактором ее работоспособности. Это связано, прежде всего, с тем, что работа любой электрической машины связана с наличием изоляции между токоведущими частями. В качестве изоляции электрических машин чаще всего используются материалы органического происхождения (в трансформаторе это бумага и масло), в которые быстро разрушаются при относительно небольших температурах - около 200^о С. Помимо этого в таких материалах происходят естественные процессы старения, резко ускоряющиеся при повышении температуры. Так в диапазоне температур 80-120^о С увеличение температуры на каждые 6^о приводит у снижению срока службы изоляции в два раза. Так при сроке службы изоляции трансформатора около 20 лет длительное увеличение температуры на 30^о выше допустимой приведет к сокращению срока службы до полугода, а на 40^о - до двух месяцев. Таким образом машина, правильно спроектированная в электромагнитном отношении, может оказаться совершенно неработоспособной в тепловом. Указанные обстоятельства обусловливают чрезвычайную значимость тепловых расчетов электрических машин. Однако, ввиду того, что, учебный план специальности составлен так, курсы по теории нагрева читаются позже выполнения проекта, то тепловой расчет трансформатора резко упрощен и представляет собой лишь приблизительную оценку теплового состояния трансформатора.

Такая оценка может быть получена на основе закона Ньютона-Рихмана, описывающий процесс конвективного переноса теплоты

 

, Вт

(8.1)

 

где P - мощность, выделяемая в объеме нагреваемого тела;

П_охл - площадь поверхности тела, через которую происходит охлаждение;

a - коэффициент теплоотдачи с поверхности;

Q - температура нагреваемого тела;

Q_ос - температура окружающей среды.

При этом предполагается, что весь внутренний объем трансформатора представляет собой однородное тело с идеальной теплопроводностью.

Для проведения тепловых расчетов удобно ввести величину перегрева - превышения температуры охлаждаемой поверхности на температурой охлаждающей среды

 

, оС

(8.2)

 

В нашем случае мощность Р в уравнении (8.1) - это мощность потерь холостого хода и короткого замыкания, которые были определены на этапе электромагнитного расчета, и таким образом, на этапе теплового расчета являются заданной величиной. Величина перегрева определяется классом применяемой изоляции и потому также известна. Поэтому тепловой расчет сводится к определению поверхности охлаждения, обеспечивающей допустимые значения перегрева при заданной мощности потерь

 

,

(8.3)

 

Для масляного трансформатора поверхностью охлаждения является поверхность бака. С увеличением габарита трансформатора мощность потерь растет быстрее, чем объем а следовательно и поверхность бака. Для уменьшения габаритов в этом случае применяют баки с волнистой поверхностью, радиаторы, обладающие развитой поверхностью охлаждения. Ориентировочно, тип бака можно определить по табл. 8.1.

Таблица 8.1.

Области применения баков различной конструкции

тип бака	вид охлаждения	мощность кВА
Бак с гладкими стенками	М	25-40
Бак со стенками в виде волн	М	40-630
Бак с навесными радиаторами с прямыми трубами	М	100 -6300
Бак с навесными радиаторами с гнутыми трубами	М	2500-10000

 

8.1. Коэффициент теплоотдачи с плоской поверхности;

 

, Вт/(м2 . оС)

(8.4)

 

где k _ф - коэффициент формы поверхности (для гладкой стенки k _ф=1)

8.2. Предварительное значение общей поверхности охлаждения

 

, мм2

(8.5)

 

Величину перегрева в (8.5) принять равной DQ=65^оС.

 

8.3. Поверхность охлаждения радиаторов

 

, мм2

(8.6)

 

где k _ф = 1.3 - коэффициент формы поверхности для радиаторов.

 

8.4.Используя табл. 8.2, выбрать необходимое количество и тип радиатора.

Рис. 8.1. Размеры радиатора

 

Таблица 8.2.

Основные данные трубчатых радиаторов с прямыми трубами.

Размер А, мм	Поверхность Прад, м2	Вес, кг
		стали	масла
С одним рядом труб
710	0,746	12,9	8,5
900	0,958	15,35	10,9
С двумя рядами труб
710	2,135	34,14	24
900	2,733	41,14	30
1150	3,533	50,14	38
1400	4,333	53,94	46
1615	4,961	67,14	53
1800	5,613	73,94	57
2000	6,253	81,98	64
2200	6,893	89,18	72
2400	7,533	95,68	78

 

ПРИМЕЧАНИЯ:

1. Минимальное расстояние осей фланцев радиатора от нижнего и верхнего срезов стенки бака  и  - соответственно 0,085 и 0,10 м.

2. Ширина радиатора (В) 354 мм для однорядного и 505 мм для двухрядного.

3. Длина радиатора (С) 158 и 253 мм соответственно.

Принимаем трубчатые радиаторы с прямыми трубами со следующими параметрами

Размер А, мм	Поверхность Прад, м2	Вес, кг
		стали	масла
С двумя рядами труб
2000	6,253	81,98	64

 

ЛИТЕРАТУРА

 

1. Вольдек А. И. Электрические машины. Л: Энергия, 1978, 832 с.

2. Сергеенков Б.Н., Киселев В.М., Акимова Н.А. Электрические машины: Трансформаторы: Учеб. пособие для электромех. спец. вузов. - М.: Высш. шк., 1989 - 352 с.

3. Лейтес Л.В.. Электромагнитные расчеты трансформаторов и реакторов. М.:Энергия, 1981. 392 с.

4. Тихомиров П.М. Расчет трансформаторов: Учеб. пособие для вузов, 5 -е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1986. 528 с.

5 . Сапожников А.В. Конструирование трансформаторов. -М. - Л: Госэнергоиздат. 1959.360с.

6. Аншин В.Ш., Хадяков З.Т. Сборка трансформаторов и их магнитных систем. М.: Высш. шк. 1895. 272 с..

7. Боднар В. В. Нагрузочная способность силовых масляных трансформаторов. М.: Энергоатоминздат, 1983. 176 с.

8. Испытания мощных трансформаторов и реакторов /Г. В. Алексенко, А.К.Ашрятов, Е.В.Веремей, Е.С.Фрид. М-: Энергия, 1978. 519 с.

9. ГОСТ 11 677-85. Трансформаторы силовые масляные.

Курсовая работа

Расчёт трансформатора ТМ 1000/35

 

 

 

 

Каменск – Уральский

2009г.

Ведение

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

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

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

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