На головну

 Розрахунок трансформатора - Промисловість, виробництво

Введення

Відомо, що найбільше поширення в трансформатостроеніі отримали силові трансформатори з стрижневими магнитопроводами, як найбільш прості та зручні в конструктивному відношенні порівняно з трансформаторами броньового типу. Трансформатори броньового типу в Росії в основному використовуються в малопотужних радіотехнічних установках. Трансформатор з стрижневим магнитопроводом володіє кращими умовами охолодження обмоток і сердечника, доступністю огляду обмоток при ревізії трансформатора, простотою збірки і ремонту сердечника і т.д. [1].

У курсовій роботі в короткій формі проведений розрахунок силового трансформатора без докладного розгляду ряду другорядних деталей і вузлів мають значення при заводському проектуванні. Однак це дає можливість оволодіти основами розрахунку трансформаторів.

Вихідні дані для проектування

 Номінальна потужність трансформатора ..........

 S = 400 кВА

 Число фаз ....................................

 m = 3

 Частота мережі ..................................

 f = 50 Гц

 Режим роботи трансформатора .................. тривалий

 Номінальний вища лінійна напруга .......

 U ВН = 10000 В

 Номінальний нижчу лінійна напруга .......

 U НН = 515 В

 Схема і група з'єднання обмоток ............. Y / Y - 12

 Спосіб охолодження трансформатора ............. природне масляне

 Напруга короткого замикання ................

 u к = 4,5%

 Втрати короткого замикання ...................

 Р к = 3000 Вт

 Втрати холостого ходу .........................

 Р о = 1500 Вт

 Струм холостого ходу ............................

 Матеріал обмоток ............................

 i o = 4,9%

 алюміній

Позначимо, для стислості, первинну обмотку трансформатора -1, а вторинну - 2.

1 Основні електричні величини

Номінальні фазні напруги (при цьому беремо до уваги, що при схемі зірка):

В.

Номінальні струми. При схемі «зірка» Iф = Iл

т.ч. I1 = I1ф = 448,4 А; I2 = I2ф = 23,1 А

2. Визначення основних розмірів трансформатора

Дані для розрахунку:

- Метал проводу обмоток - алюміній;

- Марка стали сердечника - 3411 (Е310);

- Товщина листів сталі - 0,35 мм;

- Питомі втрати в сталі р10 = 1,75 Вт / кг;

- Магнітна індукція в стержнях НД = 1,6 Тл;

- Середня щільність струму в обмотках j = 2 А / мм2;

Відношення ваги стали до ваги металу обмоток

,

де pм- питомі втрати в металі обмоток для алюмінію Pм = 12,75 Вт / кг.

ЕРС на один виток

В / виток.

де С0- коефіцієнт визначається формою котушок, матеріалом. При тришарової конструкції, алюміній, кругла форма котушок

С0 = 0,14 ... 0,21 [4]. Приймемо С0 = 0,17.

Число витків в обмотці 1

виток;

Число витків в обмотці 2

витків.

Уточнене значення ЕРС на виток

В / вітокПлощадь поперечного перерізу сталі стрижня сердечника

см2;

Рисунок 2.1 Ступенева форма поперечного перерізу стрижня трансформатора

Число ступенів стрижня сердечника n = 6; [4]

Число каналів в осерді - сердечник без каналів;

Коефіцієнт заповнення площі описаного кола площею ступінчастою фігури kкр = 0,935 [4];

Ізоляція стали - папір;

Коефіцієнт заповнення ступінчастою фігури сталлю fс = 0,92 [4];

Діаметр кола, описаного навколо стрижня сердечника

см.

Номінальна потужність обмотки 1 на стрижень сердечника

кВА;

де с - число фаз.

Номінальна напруга обмотки 1 на стрижень сердечника

В;

Номінальний струм обмотки 1 на стрижень сердечника

А;

Число витків обмотки 1 на стрижень сердечника

виток;

Попередня площа поперечного перерізу проводу обмотки 1

мм2;

Тип обмотки 1 - циліндрична двошаровий з дроту прямокутного перетину [2];

Номінальна повна потужність обмотки 2 на стрижень сердечника

кВА;

Номінальна напруга обмотки 2 на стрижень

В;

Номінальний струм обмотки 2

А;

Число витків обмотки 2 на стрижень

витків;

Попередня площа поперечного перерізу проводу обмотки 2

мм2;

Тип обмотки 2 - багатошарова циліндрична з дроту круглого перетину [2].

Випробувальна напруга обмотки 1

кВ; [4]

Випробувальна напруга обмотки 2

кВ; [4]

Ізоляційний циліндр між обмоткою 1 і сердечником ?цоне передбачається;

Повний відстань між обмоткою 1 і стрижнем сердечника

?о = 0,9 см; [4]

Відстань між обмоткою і ярмом

lо = 3 см;

Товщина ізоляційного циліндра в проміжку між обмотками 1 і 2

?ц12 = 0,3 см;

Товщина кожного з двох вертикальних каналів

АК12 = 0,5 см;

Повний відстань між обмотками 1 і 2

?12 = 2.ак12 + ?ц12 = 2.0,5 + 0,3 = 1,3 см;

Попередня радіальна товщина обмотки 1 з алюмінієвого проводу при потужності одного стержня від 50 до 500 кВт ?1 = 3,6 ... 4,4, приймаємо ?1 = 4 см [4].

Попередня радіальна товщина обмотки 2 при попередніх потужностях ?2 = 2,5 ... 3, приймаємо ?2 = 2,7 см [4].

Попереднє наведене відстань між обмотками

см.

Середній діаметр обмотки 1

см;

Середній діаметр обмотки 2

см;

Середня довжина витка обмоток

см.

Активна складова напруги короткого замикання

;

Індуктивна складова напруги короткого замикання

;

Висота обмоток по осі стрижня сердечника

см;

де Кр = 0,95 ... 0,97 - коефіцієнт враховує перехід від середньої довжини магнітних ліній потоків розсіювання до дійсної висоті обмоток по осі стрижня [4].

Малюнок 2.3 Попередній ескіз розташування обмоток у вікні трансформатора

Висота вікна сердечника

см.

Відношення висоти вікна сердечника до діаметру стрижня сердечника

,

При обмотках з алюмінієвого проводу в трансформаторах з масляним охолодженням lc / D0 = 4,2 ... 5,2 [4]

3. Розрахунок обмоток трансформатора

Уточнення середньої щільності струму в обмотках

А / мм2.

де kм- коефіцієнт враховує втрати в відводах і втрати від потоків розсіювання в баку трансформатора. kм = 0.96 ... 0,92 [4].

?м- питома вага алюмінію, ?м = 2,7 кг / см3.

Попередня питома теплова завантаження поверхні обмотки 1

q - кількість теплоти передане маслом охолоджуючої поверхні, q1? 700 ... 900 - при циліндричної, гвинтовий обмотці з алюмінію, режим тривалий. Приймаємо q1 = 700 Вт / м2;

Попередня питома теплова завантаження поверхні обмотки 2

q2?500 ... 700 - при багатошаровому обмотці з алюмінію, з проводом круглого перерізу. Приймаємо q1 = 500 Вт / м2 [4].

4. Розрахунок циліндричної обмотки 1 з проводу прямокутного перерізу

Попередня щільність струму в обмотці 1

А / мм2;

Площа поперечного перерізу проводу обмотки 1

мм2.

Циліндрична обмотка 1 з проводу прямокутного перерізу може мати один або два шари, приймаємо число шарів NВ1 = 2.

Число витків в шарі

витків;

Попередня висота витка уздовж стрижня сердечника

см;

Число циліндричних поверхонь охолодження обмотки

де kп?0,75 - коефіцієнт часткового закриття поверхні обмотки рейками, що утворюють вертикальні канали, приймаємо [5].

Остаточно по табл. 5-3 [4] приймаються наступні розміри проводу

мм

де а1 більша сторона перетину дроту;

b1- менша сторона перетину дроту;

?u- нормальна ізоляція дроти, для проводу марки ПББО ?u = 0,45 [4];

- Число паралельних проводів.

Площа поперечного перерізу проводу

= Мм2;

де Sм1к- площа поперечного перерізу проводу обмотки 1

Щільність струму в обмотці 1

А / мм2;

Товщина витка уздовж стрижня сердечника

см;

де b1мк- осьова товщина m - ного ізольованого паралельного дроти.

Питома теплова завантаження поверхні обмотки 1

Вт / м2;

Радіальна товщина витка

см.

au1 = a1 + ?u

Висота обмотки 1 уздовж стрижня сердечника

см;

Радіальна товщина вертикального каналу між двома шарами обмотки 1. Для масляних трансформаторів.

ак = 0,6 см;

Радіальна товщина обмотки 1

см.

Середній діаметр обмотки 1

см;

Середня довжина витка обмотки 1

см;

Вага металу обмотки 1

кг,

гдег / cм3- питома вага обмотувального проводу [6].

Втрати в обмотці 1 без урахування додаткових втрат

Вт;

Сума товщин всіх проводів без ізоляції обмотки 1 уздовж стрижня

см;

Повне число проводів обмотки 1 вздовж радіуса

;

Коефіцієнт збільшення втрат в обмотці 1 від поверхневого ефекту

де ? - питомий опір алюмінію при 75 ?C, ? = 0,034 Ом · м;

;

Втрати в обмотці 1 з урахуванням додаткових втрат

Вт

5. Розрахунок багатошарової циліндричної обмотки 2 з проводу круглого перетину

Щільність струму в обмотці 2

А / мм2;

Площа поперечного перерізу проводу обмотки 2

мм2.

Число паралельних проводів в обмотці 2

;

Діаметр голого і ізольованого проводу (таблиця 5-1) [4]

мм;

Марка дроти - АПБ;

Площа поперечного перерізу проводу обмотки 2

мм2;

де- площа поперечного перерізу ізольованого проводу

Щільність струму в обмотці 2

А / мм2;

Розрахунковий діаметр ізольованого проводу обмотки 2 з урахуванням нещільності намотування

см;

Товщина витка уздовж стрижня сердечника

см;

Число витків в одному шарі обмотки

Число шарів обмотки 2

,

що небажано; приймаємо;

Остаточне число витків в шарі

,

тобто 10 шарів по 77 витків і 1 шар з 28 витків, тобто всеговітков.

Робоча напруга між двома шарами

В;

Товщина междуслойной ізоляції

?мсл = 0,036 см;

Виступ междуслойной ізоляції на торцях обмотки 2 дорівнює 1,6 см [4];

Число циліндричних поверхонь охолодження обмотки 2 на стрижень сердечника

;

Приймаємо (округлюється до цілого значення в межах від 1 до 4)

Питома теплова завантаження поверхні обмотки 2

Вт / м2.

Число шарів і витків в шарі у внутрішній котушці - 1 шар по 77 витків в шарі;

Число шарів і витків в шарі в зовнішній котушці - 1 шар по 77 витків і 1 шар з 28 витків;

Радіальна ширина вертикального каналу між двома концентричними котушками обмотки 2

АК2 = 0,7 см;

Радіальна товщина обмотки 2

см;

Висота обмотки 2

см.

Уточнення наведеного відстані

см,

де- наведене відстань між обмотками, см;

- Висота обмоток, див.

Уточнення дійсного відстані між обмотками 1 і 2

см;

Середній діаметр обмотки 2

см;

Середня довжина витка обмотки 2

см;

Вага металу обмотки 2

кг.

Втрати в обмотці 2 без урахування додаткових втрат

Вт;

Коефіцієнт збільшення втрат в обмотці 2 від поверхневого ефекту

Втрати в обмотці 2 з урахуванням додаткових втрат

Вт

6. Параметри і відносна зміна напруги трансформатора

Втрати короткого замикання

Вт,

тобто на 0,3% більше заданого, що припустимо [4].

Активна складова напруги короткого замикання

%;

Наведене відстань між обмотками

см;

Коефіцієнт, що враховує перехід від середньої лінії магнітних силових ліній потоків розсіювання до висоти обмоток

;

Середня довжина витка обмоток 1 і 2

см;

Індуктивна складова напруги короткого замикання

%;

Напруга короткого замикання

%,

тобто на 3,5% більше завдання, що припустимо.

Активний опір обмотки 1

Ом;

Активний опір обмотки 2

Ом;

Активна складова опору короткого замикання, наведена до числа витків обмотки 1

Ом;

Індуктивна складова опору короткого замикання, наведена до числа витків обмотки 1

Ом;

Процентне зміна напруги при номінальному навантаженні (? = 1) і

cos ? = 0,8

%.

7. Механічні сили в обмотках при короткому замиканні

Сталий струм к. З. в обмотках

А;

А;

Максимальне значення струму к. З. в обмотці 2

А;

Сумарна радіальна сила при к.з.

кг;

Розриває напруга в проводі обмотки 2

кг / см2,

що припустимо. Допустима напруга для алюмінію ? ?600 ... 700 кг / см2

8. Розрахунок магнітної системи трансформатора

Приймаємо: запресовує стрижнів сердечника виконана клинами між сердечником і обмоткою 1, сердечник без каналів [4];

Ширина пакетів стрижнів сердечника:

см;

см;

см;

см;

см;

см;

Товщина пакетів стержня сердечника (в осерді немає каналів):

см;

см;

см;

см;

см;

см;

Площа поперечного перерізу ступінчастою фігури стрижня сердечника

см2;

Площа поперечного перерізу сталі стрижня сердечника

см2;

Магнітна індукція в сталі стрижня сердечника

Тл.

Коефіцієнт збільшення площі поперечного перерізу сталі ярма

kя = 1,05; [4]

Поперечний переріз стали ярма

см2;

Магнітна індукція в сталі ярма

Тл;

Висота ярма сердечника

;

см;

Товщина ярма перпендикулярно листам стали

см.

Зовнішній діаметр обмотки 2

см;

Відстань між осями стрижнів сердечника

см;

Довжина ярма сердечника

см;

Довжина стержнів сердечника

см;

Вага стали стрижнів сердечника

кг;

Вага стали ярем сердечника

кг;

Повна вага стали сердечника

кг.

Вага металу обмоток

кг;

Відношення ваги стали до ваги металу обмоток

.

Втрати в сталі сердечника (втрати холостого ходу) [5]

де

Gу = Gс.у. + Gя.у. = ?Sс-2b1 + ?Sя-2b1

Gу = 7,6-216-2-17,19-10-3 + 7,6-226-2-17,19-10-3 = 56,4 + 59,1 = 115,5 кг;

Ку = 1,5, [5]

P10 = 1,75 Вт / кг; P10я = 1,57 Вт / кг; [4]

т.ч.

Вт;

тобто на 4% більше заданого, що припустимо.

Збірка сердечника - впереплет.

Число еквівалентних магнітних зазорів в осерді крайньої фази з магнітною індукцією НД

;

Число еквівалентних магнітних зазорів в осерді крайньої фази з магнітною індукцією ВЯ

;

Амплітуда намагнічує струму крайньої фази обмотки 1

де awc- питомі магніторушійної сили (МДС) в стержні; [4]

awя- питомі МДС в ярмі; [4]

?е- довжина еквівалентного повітряного зазору в стержні і ярмі при складанні сердечника в халепу, ?е = 0,005 см [4].

А;

Число зазорів в осерді середньої фази з магнітною індукцією НД

;

Число зазорів в осерді середньої фази з магнітною індукцією ВЯ

;

Амплітуда намагнічує струму середньої фази обмотки 1

А;

Середнє значення амплітуди намагнічує струму для трьох фаз

А.

Реактивна складова фазного струму холостого ходу обмотки 1

А.

де kA1- коефіцієнт амплітуди, що залежить від магнітної індукції і виду сталі.

Реактивна складова фазного струму холостого ходу за спрощеним методом розрахунку

де ?с- коефіцієнт враховує з'єднання обмоток на стороні харчування, ?с = 1 якщо обмотки з'єднані в трикутник або зірку з нульовим проводом, ?с = 1 ... 0,92 якщо на стороні живлення обмотки з'єднані в зірку без нульового проводу;

ррс- питома реактивна потужність намагнічування листової електротехнічної сталі, РРС = 22 ... 44;

р?с- питома реактивна потужність намагнічування місць сполучення сталевих листів р?с = 1,8 ... 2,7 при В = НД;

р?я- питома реактивна потужність намагнічування місць сполучення ярма

р?я = 1,7 ... 2,2 при В = ВЯ.

А;

Реактивна складова лінійного струму холостого ходу за спрощеним методом розрахунку

А.

Активна складова фазного струму холостого коду обмотки 1

А;

Фазний струм холостого ходу

А;

Лінійний струм холостого ходу обмотки 1, т. К. З'єднання «зірка».

Лінійний струм холостого ходу у відсотках від номінального струму

%,

тобто на 2% більше заданої величини, що припустимо.

9. Коефіцієнт корисної дії

Коефіцієнт корисної дії при номінальному навантаженні і cos ? = 0,8

%;

Кратність струму навантаження, при якій коефіцієнт корисної дії максимальний

;

Максимальне значення ККД при cos ?2 = 0,8

%.

Висновок

Проектування трансформаторів включає в себе розрахунок і їх конструювання. У цій роботі розглядався тільки розрахунок силового трифазного трансформатора з масляним охолодженням потужністю 400 кВА напругою 10 / 0,4 кВ.

На основі завдання і вихідних даних вибираємо трифазний масляний трансформатор, що відповідає вимогам ГОСТ 11677, ГОСТ 11920, ГОСТ-15150, марки ТМГ-400 / 10-0,4 - У1 - трансформатор трифазний силовий масляний герметичного виконання (без маслорасшірітеля) загального призначення потужністю 400 кВ-А з природним масляним охолодженням, з напругою на високій стороні 10 кВ, на низькою - 0,4 кВ, кліматичного виконання для помірного клімату.

Бібліографічний список

1. Беспалов, В.Я. Електричні машини [Текст]: підручник / В.Я. Беспалов [та ін.]. - М .: Академія, 2006. - 313 с.

2. Ванурін, В.Н. Електричні машини [Текст]: підручник / В.М. Ванурін. - М .: Енергія, 2006. - 380 с.

3. Єпіфанов, А.П. Електричні машини [Текст]: підручник / А.П. Єпіфанов. - М .: Лань, 2006. - 263 с.

4. Тихомиров, П.М. Розрахунок трансформаторів [Текст]: підручник / П.М. Тихомиров. - М .: Енергія, 1976. - 544 с.

5. Демків, А.М. Розрахунок і конструювання трансформаторів [Текст]: підручник / А.М. Демків. - М .: Вища. шк., 1971. - 264 с.

6. Сергєєв, П.С. Проектування електричних машин [Текст]: підручник / П.С. Сергєєв, Н.В. Виноградов, Ф.А. Горяїнов. - М .: Енергія, 1969. - 632 с.

7. Ермолин, Н.П. Розрахунок силових трансформаторів [Текст]: посібник по курсовому проектування / Н.П. Ермолин, Г.Г. Швець. - Л .: ЛЕТІ, 1964. - 167 с.

© 8ref.com - українські реферати
8ref.com