Заказ дипломной. Заказать реферат. Курсовые на заказ.
Бесплатные рефераты, курсовые и дипломные работы на сайте БИБЛИОФОНД.РУ
Электронная библиотека студента




Введение

Известно, что наибольшее распространение в трансформатостроении получили силовые трансформаторы со стержневыми магнитопроводами, как наиболее простые и удобные в конструктивном отношении по сравнению с трансформаторами броневого типа. Трансформаторы броневого типа в России в основном используются в маломощных радиотехнических установках. Трансформатор со стержневым магнитопроводом обладает лучшими условиями охлаждения обмоток и сердечника, доступностью осмотра обмоток при ревизии трансформатора, простотой сборки и ремонта сердечника и т.д. [1].

В курсовой работе в краткой форме произведен расчет силового трансформатора без подробного рассмотрения ряда второстепенных деталей и узлов имеющих значение при заводском проектировании. Однако это дает возможность овладеть основами расчета трансформаторов.


Исходные данные для проектирования


Номинальная мощность трансформатора……….

S = 400 кВА

Число фаз………………………………

m =3

Частота сети…………………………….

f=50 Гц

Режим работы трансформатора………………

продолжительный

Номинальное высшее линейное напряжение…….

UВН = 10000 В

Номинальное низшее линейное напряжение…….

UНН = 515 В

Схема и группа соединения обмоток………….

Y/Y – 12

Способ охлаждения трансформатора………….

естественное масляное

Напряжение короткого замыкания…………….

uк = 4,5%

Потери короткого замыкания……………….

Рк = 3000 Вт

Потери холостого хода…………………….

Ро = 1500 Вт

Ток холостого хода……………………….

Материал обмоток……………………….

io = 4,9%

алюминий


Обозначим, для краткости, первичную обмотку трансформатора –1, а вторичную – 2.




1 Основные электрические величины


Номинальные фазные напряжения (при этом принимаем во внимание, что при схеме звезда):


 В.


Номинальные токи. При схеме «звезда» Iф = Iл


т.о. I1 = I= 448,4 А; I2 = I= 23,1 А


2. Определение основных размеров трансформатора


Данные для расчета:

- металл провода обмоток – алюминий;

- марка стали сердечника – 3411 (Э310);

- толщина листов стали – 0,35 мм;

- удельные потери в стали р10= 1,75 Вт/кг;

- магнитная индукция в стержнях Вс=1,6 Тл;

- средняя плотность тока в обмотках j = 2 А/мм2;

Отношение веса стали к весу металла обмоток


,


где pм – удельные потери в металле обмоток для алюминия pм=12,75 Вт/кг.

ЭДС на один виток


 В/виток.


где С0 – коэффициент определяемый формой катушек, материалом. При трехслойной конструкции, алюминий, круглая форма катушек

С0 = 0,14…0,21 [4]. Примем С0 =0,17.

Число витков в обмотке 1


 виток;


Число витков в обмотке 2


 витков.


Уточненное значение ЭДС на виток


 В/виток

 
Площадь поперечного сечения стали стержня сердечника

 см2;

Рисунок 2.1 Ступенчатая форма поперечного сечения стержня трансформатора


Число ступеней стержня сердечника n=6; [4]

Число каналов в сердечнике – сердечник без каналов;

Коэффициент заполнения площади описанного круга площадью ступенчатой фигуры kкр=0,935 [4];

Изоляция стали – бумага;

Коэффициент заполнения ступенчатой фигуры сталью fс=0,92 [4];

Диаметр круга, описанного вокруг стержня сердечника


 см.


Номинальная мощность обмотки 1 на стержень сердечника


 кВА;


где с – число фаз.

Номинальное напряжение обмотки 1 на стержень сердечника


 В;


Номинальный ток обмотки 1 на стержень сердечника


 А;


Число витков обмотки 1 на стержень сердечника


 виток;


Предварительная площадь поперечного сечения провода обмотки 1


 мм2;


Тип обмотки 1 – цилиндрическая двухслойная из провода прямоугольного сечения [2];

Номинальная полная мощность обмотки 2 на стержень сердечника


 кВА;


Номинальное напряжение обмотки 2 на стержень


 В;


Номинальный ток обмотки 2


 А;


Число витков обмотки 2 на стержень


 витков;


Предварительная площадь поперечного сечения провода обмотки 2


 мм2;


Тип обмотки 2 – многослойная цилиндрическая из провода круглого сечения [2].

Испытательное напряжение обмотки 1

 кВ; [4]

Испытательное напряжение обмотки 2

 кВ; [4]

Изоляционный цилиндр между обмоткой 1 и сердечником δцо не предусматривается;

Полное расстояние между обмоткой 1 и стержнем сердечника

δо=0,9 см; [4]

Расстояние между обмоткой и ярмом

lо=3 см;

Толщина изоляционного цилиндра в промежутке между обмотками 1 и 2

δц12=0,3 см;

Толщина каждого из двух вертикальных каналов

ак12=0,5 см;

Полное расстояние между обмотками 1 и 2

 

δ12=2.ак12+δц12=2.0,5+0,3=1,3 см;


Предварительная радиальная толщина обмотки 1 из алюминиевого провода при мощности одного стержня от 50 до 500 кВт δ1= 3,6…4,4, принимаем δ1=4 см [4].

Предварительная радиальная толщина обмотки 2 при предыдущих мощностях δ2= 2,5…3, принимаем δ2=2,7 см [4].

Предварительное приведенное расстояние между обмотками


см.


Средний диаметр обмотки 1


 см;


Средний диаметр обмотки 2


 см;


Средняя длина витка обмоток


 см.


Активная составляющая напряжения короткого замыкания


;


Индуктивная составляющая напряжения короткого замыкания


;


Высота обмоток по оси стержня сердечника


 см;


где Кр= 0,95…0,97 – коэффициент учитывающий переход от средней длины магнитных линий потоков рассеяния к действительной высоте обмоток по оси стержня [4].


Рисунок 2.3 Предварительный эскиз расположения обмоток в окне трансформатора


Высота окна сердечника


 см.


Отношение высоты окна сердечника к диаметру стержня сердечника


,


При обмотках из алюминиевого провода в трансформаторах с масляным охлаждением lc/D0=4,2…5,2 [4]

3. Расчет обмоток трансформатора

Уточнение средней плотности тока в обмотках


 А/мм2.


где kм – коэффициент учитывающий потери в отводах и потери от потоков рассеяния в баке трансформатора. kм =0.96…0,92 [4].

γм удельный вес алюминия, γм=2,7 кг/см3.

Предварительная удельная тепловая загрузка поверхности обмотки 1

q – количество теплоты переданное маслом охлаждающей поверхности, q1≤ 700…900 – при цилиндрической, винтовой обмотке из алюминия, режим продолжительный. Принимаем q1=700 Вт/м2;

Предварительная удельная тепловая загрузка поверхности обмотки 2

q2≤500…700 – при многослойной обмотке из алюминия, с проводом круглого сечения. Принимаем q1=500 Вт/м2 [4].


4. Расчет цилиндрической обмотки 1 из провода прямоугольного сечения


Предварительная плотность тока в обмотке 1


 А/мм2;


Площадь поперечного сечения провода обмотки 1


 мм2.


Цилиндрическая обмотка 1 из провода прямоугольного сечения может иметь один или два слоя, принимаем число слоев nв1=2.

Число витков в слое


 витков;


Предварительная высота витка вдоль стержня сердечника


 см;


Число цилиндрических поверхностей охлаждения обмотки



где kп≈0,75 – коэффициент частичного закрытия поверхности обмотки рейками, образующие вертикальные каналы, принимаем [5].

Окончательно по табл. 5–3 [4] принимаются следующие размеры провода


мм


где а1 – большая сторона сечения провода;

b1 – меньшая сторона сечения провода;

δu – нормальная изоляция провода, для провода марки ПББО δu = 0,45 [4];

 – число параллельных проводов.

Площадь поперечного сечения провода


=мм2;


где Sм1к – площадь поперечного сечения провода обмотки 1

Плотность тока в обмотке 1


 А/мм2;


Толщина витка вдоль стержня сердечника


 см;


где b1мк – осевая толщина m – ного изолированного параллельного провода.

Удельная тепловая загрузка поверхности обмотки 1


 Вт/м2;


Радиальная толщина витка


 см.

au1 = a1 + δu


Высота обмотки 1 вдоль стержня сердечника


 см;


Радиальная толщина вертикального канала между двумя слоями обмотки 1. Для масляных трансформаторов.

ак=0,6 см;

Радиальная толщина обмотки 1


см.


Средний диаметр обмотки 1


 см;


Средняя длина витка обмотки 1


 см;


Вес металла обмотки 1


кг,


где г/cм3 – удельный вес обмоточного провода [6].

Потери в обмотке 1 без учета добавочных потерь


 Вт;


Сумма толщин всех проводов без изоляции обмотки 1 вдоль стержня


см;


Полное число проводов обмотки 1 вдоль радиуса


;


Коэффициент увеличения потерь в обмотке 1 от поверхностного эффекта



где ρ – удельное сопротивление алюминия при 75 ºC, ρ =0,034 Ом·м;


;


Потери в обмотке 1 с учетом добавочных потерь


 Вт.


5. Расчет многослойной цилиндрической обмотки 2 из провода круглого сечения


Плотность тока в обмотке 2


 А/мм2;


Площадь поперечного сечения провода обмотки 2


 мм2.


Число параллельных проводов в обмотке 2

;

Диаметр голого и изолированного провода (таблица 5–1) [4]


 мм;


Марка провода – АПБ;

Площадь поперечного сечения провода обмотки 2


 мм2;


где  – площадь поперечного сечения изолированного провода

Плотность тока в обмотке 2


 А/мм2;


Расчетный диаметр изолированного провода обмотки 2 с учетом неплотности намотки


 см;


Толщина витка вдоль стержня сердечника


см;


Число витков в одном слое обмотки



Число слоев обмотки 2


,


что нежелательно; принимаем ;

Окончательное число витков в слое

,

т.е. 10 слоев по 77 витков и 1 слой из 28 витков, т.е. всего  витков.

Рабочее напряжение между двумя слоями


 В;


Толщина междуслойной изоляции

δмсл=0,036 см;

Выступ междуслойной изоляции на торцах обмотки 2 равен 1,6 см [4];

Число цилиндрических поверхностей охлаждения обмотки 2 на стержень сердечника


;


Принимаем (округляется до целого значения в пределах от 1 до 4)

Удельная тепловая загрузка поверхности обмотки 2


 Вт/м2.


Число слоев и витков в слое во внутренней катушке – 1 слой по 77 витков в слое;

Число слоев и витков в слое в наружной катушке – 1 слой по 77 витков и 1 слой из 28 витков;

Радиальная ширина вертикального канала между двумя концентрическими катушками обмотки 2

ак2=0,7 см;

Радиальная толщина обмотки 2


см;


Высота обмотки 2


 см.


Уточнение приведенного расстояния


см,


где  – приведенное расстояние между обмотками, см;

 – высота обмоток, см.

Уточнение действительного расстояния между обмотками 1 и 2


см;


Средний диаметр обмотки 2


 см;


Средняя длина витка обмотки 2


 см;


Вес металла обмотки 2


кг.


Потери в обмотке 2 без учета добавочных потерь


 Вт;


Коэффициент увеличения потерь в обмотке 2 от поверхностного эффекта



Потери в обмотке 2 с учетом добавочных потерь


 Вт.

6. Параметры и относительное изменение напряжения трансформатора


Потери короткого замыкания


 Вт,


т.е. на 0,3% больше заданного, что допустимо [4].

Активная составляющая напряжения короткого замыкания


%;


Приведенное расстояние между обмотками


 см;


Коэффициент, учитывающий переход от средней линии магнитных силовых линий потоков рассеяния к высоте обмоток


;


Средняя длина витка обмоток 1 и 2


 см;


Индуктивная составляющая напряжения короткого замыкания


%;


Напряжение короткого замыкания


%,


т.е. на 3,5% больше задания, что допустимо.

Активное сопротивление обмотки 1


Ом;


Активное сопротивление обмотки 2


 Ом;


Активная составляющая сопротивления короткого замыкания, приведенная к числу витков обмотки 1


 Ом;


Индуктивная составляющая сопротивления короткого замыкания, приведенная к числу витков обмотки 1


 Ом;


Процентное изменение напряжения при номинальной нагрузке (β= 1) и

cos φ = 0,8


%.


7. Механические силы в обмотках при коротком замыкании


Установившийся ток к. з. в обмотках


 А;

 А;


Максимальное значение тока к. з. в обмотке 2


 А;


Суммарная радиальная сила при к.з.


 кг;


Разрывающее напряжение в проводе обмотки 2


 кг/см2,


что допустимо. Допустимое напряжение для алюминия σ ≤600…700 кг/см2

 


8. Расчет магнитной системы трансформатора


Принимаем: запрессовка стержней сердечника выполнена клиньями между сердечником и обмоткой 1, сердечник без каналов [4];

Ширина пакетов стержней сердечника:


 см;

 см;

 см;

 см;

 см;

 см;


Толщина пакетов стержня сердечника (в сердечнике нет каналов):


 см;

 см;

 см;

 см;

 см;

 см;


Площадь поперечного сечения ступенчатой фигуры стержня сердечника


см2;


Площадь поперечного сечения стали стержня сердечника


 см2;


Магнитная индукция в стали стержня сердечника


 Тл.


Коэффициент увеличения площади поперечного сечения стали ярма

kя=1,05; [4]

Поперечное сечение стали ярма


см2;


Магнитная индукция в стали ярма


 Тл;


Высота ярма сердечника


;

см;


Толщина ярма перпендикулярно листам стали


см.


Наружный диаметр обмотки 2


см;


Расстояние между осями стержней сердечника


см;


Длина ярма сердечника


см;


Длина стержней сердечника


см;


Вес стали стержней сердечника


кг;


Вес стали ярем сердечника


кг;


Полный вес стали сердечника


кг.


Вес металла обмоток


кг;


Отношение веса стали к весу металла обмоток


.


Потери в стали сердечника (потери холостого хода) [5]



где


Gу= Gс.у.+ Gя.у.= γSс•2b1+ γSя•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.о.

Вт;

т.е. на 4% больше заданного, что допустимо.

Сборка сердечника – впереплет.

Число эквивалентных магнитных зазоров в сердечнике крайней фазы с магнитной индукцией Вс

;

Число эквивалентных магнитных зазоров в сердечнике крайней фазы с магнитной индукцией Вя

;

Амплитуда намагничивающего тока крайней фазы обмотки 1



где awc – удельные магнитодвижущие силы (МДС) в стержне; [4]

awя – удельные МДС в ярме; [4]

δэ – длина эквивалентного воздушного зазора в стержне и ярме при сборке сердечника в переплет, δэ = 0,005 см [4].

А;

Число зазоров в сердечнике средней фазы с магнитной индукцией Вс

;

Число зазоров в сердечнике средней фазы с магнитной индукцией Вя

;

Амплитуда намагничивающего тока средней фазы обмотки 1


А;


Среднее значение амплитуды намагничивающего тока для трех фаз


 А.


Реактивная составляющая фазного тока холостого хода обмотки 1


 А.


где kA1 – коэффициент амплитуды, зависящий от магнитной индукции и вида стали.

Реактивная составляющая фазного тока холостого хода по упрощенному методу расчета



где σс – коэффициент учитывающий соединение обмоток на стороне питания, σс=1 если обмотки соединены в треугольник или звезду с нулевым проводом, σс=1…0,92 если на стороне питания обмотки соединены в звезду без нулевого провода;

ррс – удельная реактивная мощность намагничивания листовой электротехнической стали, ррс = 22…44;

рδс – удельная реактивная мощность намагничивания мест сопряжения стальных листов рδс = 1,8…2,7 при В=Вс;

рδя – удельная реактивная мощность намагничивания мест сопряжения ярма

рδя = 1,7…2,2 при В=Вя.

А;

Реактивная составляющая линейного тока холостого хода по упрощенному методу расчета


 А.


Активная составляющая фазного тока холостого кода обмотки 1


 А;


Фазный ток холостого хода


 А;


Линейный ток холостого хода обмотки 1 , т. к. соединение «звезда».

Линейный ток холостого хода в процентах от номинального тока

%,

т.е. на 2% больше заданной величины, что допустимо.


9. Коэффициент полезного действия


Коэффициент полезного действия при номинальной нагрузке и cos φ = 0,8


%;


Кратность тока нагрузки, при которой коэффициент полезного действия максимальный


;


Максимальное значение КПД при cos φ2 = 0,8


%.


Заключение


Проектирование трансформаторов включает в себя расчет и их конструирование. В данной курсовой работе рассматривался только расчет силового трехфазного трансформатора с масляным охлаждением мощностью 400 кВА напряжением 10/0,4 кВ.

На основе задания и исходных данных выбираем трехфазный масляный трансформатор, соответствующий требованиям ГОСТ 11677, ГОСТ 11920, ГОСТ-15150, марки ТМГ-400/10–0,4 – У1 – трансформатор трехфазный силовой масляный герметичного исполнения (без маслорасширителя) общего назначения мощностью 400 кВ-А с естественным масляным охлаждением, с напряжением на высокой стороне 10 кВ, на низкой – 0,4 кВ, климатического исполнения для умеренного климата.




Библиографический список


1. Беспалов, В.Я. Электрические машины [Текст]: учебник / В.Я. Беспалов [и др.]. – М.: Академия, 2006. – 313 с.

2. Ванурин, В.Н. Электрические машины [Текст]: учебник / В.Н. Ванурин. – М.: Энергия, 2006. – 380 с.

3. Епифанов, А.П. Электрические машины [Текст]: учебник / А.П. Епифанов. – М.: Лань, 2006. – 263 с.

4. Тихомиров, П.М. Расчет трансформаторов [Текст]: учебник / П.М. Тихомиров. – М.: Энергия, 1976. – 544 с.

5. Дымков, А.М. Расчет и конструирование трансформаторов [Текст]: учебник / А.М. Дымков. – М.: Высш. шк., 1971. – 264 с.

6. Сергеев, П.С. Проектирование электрических машин [Текст]: учебник / П.С. Сергеев, Н.В. Виноградов, Ф.А. Горяинов. – М.: Энергия, 1969. – 632 с.

7. Ермолин, Н.П. Расчет силовых трансформаторов [Текст]: пособие по курсовому проектированию / Н.П. Ермолин, Г.Г. Швец. – Л.: ЛЭТИ, 1964. – 167 с.

Размещено на


Похожие работы

Расчет силового трансформатора
7. На этом простейший расчет трансформатора может считаться оконченным, поскольку все необходимые данные для его изготовления найдены.
Расчет трансформатора ТМ1000/35
3. выбор конструкции и расчет обмоток трансформатора ; 4. расчет параметров короткого замыкания
Расчет параметров трансформатора
5. Определение изменения напряжения трансформатора при нагрузке. При практических расчетах изменение вторичного напряжения трансформатора в процентах от номинального определяют по формуле.
Расчёт однофазного трансформатора
2.1 Выбор исполнения трансформатора и типа магнитопровода.
Виды и применение трансформаторов
При обозначении трансформатора жирной точкой около вывода могут быть указаны начала катушек (не менее чем на двух катушках, знаки...
? Электрические машины, А. И. Вольдек, Л., «Энергия», 1974. ? Электромагнитные расчеты трансформаторов и реакторов. —
Расчёт параметров режима, элементов сварочного контура и трансформатора ...
6.3. Расчет сердечника трансформатора . 1. Фактическое сечение трансформатора . [pic]смІ = 906[pic]ммІ. В=(10000 – 14000) Гс - магнитная индукция.
Силовой масляный трансформатор ТМН-8000/60
7. Расчет напряжения короткого замыкания. 8. Расчет потерь и тока холостого хода. 9. Тепловой расчет трансформатора .