Рефетека.ру / Физика

Курсовая работа: Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора

Содержание


Задание на курсовое проектирование

Введение

Расчет основных электрических величин

Выбор изоляционных расстояний и расчет основных размеров трансформатора

Выбор изоляционных расстояний

Расчет обмоток трансформатора

Расчет обмоток низкого напряжения

Расчет обмоток высшего напряжения

Определение параметров короткого замыкания

Расчет магнитной системы

Определение размеров и массы магнитопровода

Расчет потерь холостого хода

Расчет тока холостого хода

Тепловой расчет трансформатора

Расчет массы трансформатора

Список используемой литературы

Задание на курсовое проектирование


Согласно заданию необходимо спроектировать трехфазный масляный двухобмоточный трансформатор, имеем следующие данные:

- номинальная полная мощность Sн = 750 кВА;

- число фаз m = 3;

- номинальные линейные напряжения обмоток высшего и низшего напряжения = 3 / 0,69 кВ;

- частота напряжения f = 50 Гц;

- номинальные потери холостого хода Ро = 2500 Вт;

- номинальные потери короткого замыкания Рк = 9500 Вт;

- номинальное напряжение короткого замыкания U = 5,5%;

- номинальный ток холостого хода iо = 5,1%

Введение


Развитие электротехники первоначально происходило по линии применения постоянного тока. Между тем бурно развивающаяся в XIX в. промышленность требовала все более мощные источники электрической энергии и передачи ее от мест получения до потребителя. Однако постоянный ток, несмотря на многие его положительные качества, не удовлетворяет этим требованиям, так как не может получаться в генераторах большой мощности и передаваться на большие расстояния. Передаче энергии по линиям большой протяженности препятствовала невозможность повышения напряжения генератора сверх определенного предела. Такое повышение является необходимым во избежание больших потерь энергии в линии. Кроме того, непосредственное использование электрического тока при высоком напряжении в ряде случаев, например для освещения, оказалось бы невозможным по условиям безопасности.

В связи с этим применение переменного тока стало все больше привлекать внимание ученых-электротехников, в чем большую роль сыграли русские электротехники того времени, впервые открывшие метод трансформирования переменного тока и показавшие возможность его практического использования.

Первый шаг в получении трансформации сделал в 1877 г. русский ученый П.Н. Яблочков, который построил установку с последовательно соединенными индукционными катушками, вторичные обмотки которых питали им же изобретенные «свечи Яблочкова». Таким образом, индукционные катушки представляли по существу трансформаторы.

Вслед за этим трансформатор был усовершенствован русским изобретателем Н. Ф. Усагиным (1882 г.) и немецким инженером Дери (1885 г.).

Следующим этапом развития применения переменного тока было изобретение русским электротехником М.О. Доливо-Добровольским трехфазной системы переменного тока (1889 г.) и трехфазного трансформатора (1891 г.).

С этого времени благодаря найденным практическим решениям проблем — трехфазного электродвигателя и трансформирования переменного тока — начинается бурный рост использования электрической энергии в промышленности. Одновременно с этим стало увеличиваться значение мощности изготовляемых трансформаторов и росло напряжение, получаемое с их помощью.

Трансформаторы сами электрическую энергию не производят, а только ее трансформируют, т. е. изменяют величину электрического напряжения. При этом трансформаторы могут быть повышающими, если они предназначены для повышения напряжения, и понижающими, если они предназначены для понижения напряжения. Но принципиально каждый трансформатор может быть использован либо как повышающий, либо как понижающий в зависимости от его назначения, т. е. он является обратимым аппаратом.

Силовые трансформаторы обладают весьма высоким коэффициентом полезного действия (к. п. д.), значение которого составляет от 95 до 99,5%, в зависимости от мощности. Трансформатор большей мощности имеет соответственно и более высокий к. п. д.

1.Расчет основных электрических величин


Мощность одной фазы и одного стержня, кВА


S = Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора


Где S –мощность трехфазного трансформатора, кВА; m – число фаз


Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора = 250 кВА;


Номинальная линейные токи на сторонах ВН и НН, А


I =Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора,


Где U – номинальные линейное напряжение, В;


Iном. вн =Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора = 144,5 А

Iном НН = Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора = 630,25 А


Фазные токи на сторонах ВН и НН, А


При схеме соединения «звезда» фазные токи равны линейным токам


I ф ВН = 144.5 А

Iф НН = 630,25 А


Фазные напряжения обмоток ВН и НН при схеме соединения «звезда» равны, В


Uф.ВН = Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора = 1734,1 В

Uф НН = Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора = 398.84 В

Выбор изоляционных расстояний


Выбор изоляционных расстояний


Выбираем испытательные напряжение по табл.5.1 «1» для обмотки: ВН Uисп. ВН =18 кВ; для обмотки НН Uисп.НН = 5 кВ.

По таблице 4.1 «1» выбираем тип обмоток. Обмотка ВН при напряжении 3кВ и токе 144,5 А – многослойная – многослойная цилиндрическая из медного прямоугольного провода; обмотка НН при напряжении 0.69 кВ и токе 630.25 А – однослойная цилиндрическая из медного прямоугольного провода.

Для испытательного напряжения обмотки ВН Uисп. ВН =18 кВ по таблице 5.3 «1» находим изоляционные расстояния а12 = 0.9 см., hо =2 см,

а22 = 0,8; для обмоток НН Uисп.НН = 5 кВ по таблице 5.8 «1» находим

а01 = 1.5 см .


Расчет основных размеров трансформаторов


Определяем диаметр стержня, см;


Дo = Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора,


Где ар – ширина приведенного канала расстояния трансформатора,


ар = а12 + (а1 +а2)/3

(а1 + а2)/ 3 . Кр . Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора,


Ккр – коэффициент канала расстояния, принимаем 0,8 табл. 6.3 «1».


(а1 + а2) / 3 = 0.8 Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора =0,8 . 3,98 = 3,18 см

Ар = 0,9 + 3,18 = 4,08 см


Uр – реактивная составляющая короткого замыкания, %,


Uр = Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора

Ua = Pk /10 . S = Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора =0,33%

UP = Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора =5,35 %


Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора - отношения основных размеров, принимаем Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора = 1,2, табл. 6,1(1);

Кр – коэффициент приведения идеального поля расстояния к реальному полю, принимаем Кр = 0,95

КЗ – коэффициент заполнения сталью, принимаем Кз = 0,9;

Вс – магнитная индукция в стержне, принимаем Вс =1,65 Тл.


До = 16Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора=18,9 см


Принимаем нормализованный диаметр До = 20 см, где Пф.с = 278 см2

Пс по таблице 3.2(1) выбираем сталь марки 3405 толщиной: 0,3 мм с жаростойким покрытием с отжигом и коэффициентом заполнения сечения стержня (ярма) Кз = 0,96.

Определяем ЭДС витка, В


Uв = 4,44 . f . Вс . Пс . 10-4,


Где Пс - активное сечение стержня, см,


Пс = Пф.с . Кз = 278 . 0,96 = 266,9 см2

Uв = 4,44 . 50 . 1,65 . 266,9 . 10-4 =9,78 В.


Определим высоту обмотки, см,


Но = Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора Д12 / Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора,


Где Д12 –средний диаметр между обмотками,


Д12 = аср. . До


аср. – для медных проводов аср. = 1,35 Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора 1,4 принимаем 1,4


Д12 = 1,4 . 20 = 28 см

Но =Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора = 73,27 см.

3. Расчет обмоток


3.1 Расчет обмоток НН


3.1.1 Число витков на одну фазу обмотки НН,


Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформаторанн = Uф.нн / Uв. = 398,84 / 9,78 = 40,78, принимаем 41.


3.1.2 Уточняем ЭДС одного витка, В


Uв. = Uф.нн / Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформаторанн = 2398,84 / 41 =398,84 В


3.1.3 Действительная индукция в стержне, Тл,


Вс = Uв . 104 / 4,44 . f . Пс = 9,78 . 104 / 4,44 . 50 . 266,9 = 1,65 Тл


3.14 Рассчитаем ориентировочное сечение витка, мм


Пв.нн = Iф.нн / Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора



Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора


Рис.1 Основные размеры трансформатора.


ГдеПроект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора-средняя плотность тока,принимаем Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора=2,8 А/мм2 по табл.7.1(1)


Пнн = 630,25 / 2,8 = 225,09 мм2


3.1.5 Определим число витков в одном слое,


Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформаторасл. = Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформаторанн = 41


3.1.6 Ориентировочный осевой размер витка, см


hв = Но / (Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформаторасл. +1) = 73,27 / (41 + 1) =1,74 см


Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора
Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора
Рис.2 Определение осевого размера витка и радиального размера для витковой обмотки: а – одноходовой; б –двухходовой.


Выбираем по табл.7.2(1) провод для многослойной цилиндрической обмотки прямоугольного сечения:


ПБПроект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора3Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатораПроект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора = 3 . 75,64 мм2 = 226,92 мм2, т.е. три провода в витке

Пв.нн = 226,92 мм2


3.1.7 Уточняем плотность тока, А/мм2


Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора
Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора
Рис.3 Определение радиальных размеров обмотки.


Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформаторанн = I ф.нн /Пв.нн 630,25 / 226,92 А/мм2.


3.1.8 Уточняем высоту обмотки, см


Но = hв (Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформаторасл. + 1) +1 1,74(41 + 1) + 1 =74,08 см.


3.1.9 Определяем радиальный размер обмотки, см,


а1 = а/ = 4,25 см.


3.1.10 Внутренний диаметр обмотки, см,


Д/1 = До + 2а1 =18,9 + 2 . 4,25 = 27,4 см.


3.1.11 Наружный диаметр, см,


Д//1 = Д/1 + 2а1 = 27,4 + 2 . 4,25 = 35,9 см.


3.2 Расчет обмотки ВН


3.2.1 Число витков на одну фазу обмотки ВН на основном ответвлении,


Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформаторавн = Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформаторанн . Uф.вн / Uф.нн = 41 . 1734,1 / 398,84 = 178,26 = 178.


3.2.2 Число витков на одной ступени регулирования,


Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформаторар = 2,5Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформаторавн / 100 = 2,5 . 178 / 100 = 4,45 =5.


3.2.3 Число витков на ответвлениях,


+ 5% Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформаторавн = Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформаторан.вн + 2Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформаторар = 178 + 2 . 5 = 188

+ 2,5% Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформаторавн = Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформаторан.вн + Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформаторар = 178 + 5 = 183,


Номинальное напряжение


Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформаторан.вн = 178

- 2,5% Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформаторавн = Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформаторан.вн - Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформаторар = 178 – 5 = 173

-5% Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформаторавн = Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформаторан.вн - 2Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформаторар = 178 – 2 . 5 =168.


3.2.4 Ориентировочная плотность тока А/мм2,


Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформаторавн = 2Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора- Iнн = 2 . 2,8 – 2,8 = 2,8 А/мм2


3.2.5 Ориентировочное сечение витка, мм2,


Пв.вн = Iф.вн / Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформаторавн = 144,5 / 2,8 = 51,6 мм2,


Выбираем многослойную цилиндрическую обмотку из прямоугольного провода по табл.5.2(2)


ПБ аПроект трехфазного масляного двухобмоточного трансформаторав = 14,0 Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора 5,6.


3.2.6 Полное сечение витка, мм2,


Пв = ппр.Ппр,


Где nпр. – число параллельных проводов;

Ппр. – сечение одного провода, табл.5.2 (2),


Пв = 3. 14,0 Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора 5,6 = 3 . 78,4 = 235,2 мм2.


3.2.7 Уточняем плотность тока, А/мм2,

Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформаторавн = Iф.вн / Пв = 144,5 / 235,2 = 0,6 А/мм2.


3.2.8 Вычислим число витков в слое,


Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформаторасл. = Но / (nпр. . d/) – 1 = 73,27 / (3 . 5,6) – 1 = 4,6 Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора5.


3.2.9 Определим число слоев в обмотке,


nсл. = Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформаторавн / Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформаторасл. =178 / 41 = 4,34, принимаем 5.


3.2.10 Рабочее напряжение двух слоев, В,


Uм сл. = 2Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформаторасл. . Uв = 2 . 41 . 9,78 = 801,96 В


Межслойную изоляцию по табл.5.5 (1) выбираем в два слоя кабельной бумаги – 0,12 мм, выступ изоляции на торцах обмотки 1 см на одну сторону.

3.2.11 Радиальный размер обмотки, см,


а2 = d/сл. + Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформаторам сл.(nсл. – 1),


где Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформаторам сл.- число слоев и толщина кабельной бумаги, табл.5.5 (1),


а2 = 5,6 . 5 + 0,012 . 2(5 -1) =28,096 см Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора28 см.


3.2.12 Внутренний диаметр обмотки, см,


Д/2 = Д//1 + 2а12 = 35,9 + 2 .0,9 = 37,7 см.


3.2.13 Наружный диаметр обмотки, см


Д//2 = Д/2 + 2а2 = 37,7 + 2 . 28 = 93,7 см.

4. Определение параметров короткого замыкания


4.1 Определение потерь короткого замыкания


4.1.1 Основные потери обмотки НН, Вт,


Росн. НН = 2,4 Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформаторанн .Мм нн ,


Где Мм нн – масса металла обмотки НН, кг,


Мм нн =28 . с .Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора. Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформаторанн . Пв нн . 10-5 = 28 . 3 . Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора . 41 . 226,92 . 10-5 =247,35 кг. Росн НН = 2,4 . 2,82 . 247,35 = 4654,14 Вт.


4.1.2 Основные потери обмотки ВН, Вт,


Росн ВН = 2,4Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформаторанн . Мм вн

Мм вн = 28 . 3 . Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора . 178 . 235,2 . 10-5 = 2310,48 кг

Росн вн = 2,4 . 0,62 . 2310,48 = 1996,25 Вт.


4.1.3 Добавочные потери в обмотке НН,


Кд нн = 1+ 0,095Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформаторад2 . а4 . (h2 -0,2),

Где Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформаторад= bm Кр / Но


b –размер проводника, парралельный направлению линий магнитной индукции осевой составляющей поля рассеивания,

m – число проводников в обмотке,

Кр –коэффициент приведения поля рассеяния, Кр = 0,95


Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора= Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатораПроект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора0,22


а – размер проводника, перпендикулярный направлению линии магнитной индукции осевой составляющей поля рассеяния,

n – число проводников обмотки,


Кд.нн = 1+ 0,095 . 0,222 . 0,454(3 – 0,2) = 1,001.


Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора
Рис.4 а- к расчету массы обмоток; б – к определению добавочных потерь в обмотках.


4.1.4 Добавочные потери в обмотке ВН


Кд вн = 1 + 0,044 . Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформаторад12 . d4 . n2,

Где Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора = bm .Кр /Но, d – диаметр проводника;

Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформаторад1 = 14 . 5. 0,95 / 73,27 = 0,26

Кд вн =1 + 0,044 . 0,262 . 5,64 . 32 = 2,74


4.1.5 Длинна отводов для схемы соединения «звезда» ВН и НН имеют одинаковую длину, см,


lотв.ВН = lотв.НН = 7,5Но = 7,5 . 73,27 = 549,5 см


4.1.6 Масса отводов НН,кг,


Мотв.НН = Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформаторам . Пв.НН . lотв.НН . 10-8,


Где Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора- плотность металла отводов,


Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформаторам = 8900 кг/м3

Мотв.НН = 8900 . 226,92 . 549,5 . 10-8 = 11,09 кг


4.1.7 Потери в проводах НН, Вт,


Ротв.НН = 2,4 Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатораПроект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора . Мотв.НН = 2,4 . 2,82 . 11,09 =208,67 Вт


4.1.8 Масса отводов ВН, кг


Мотв.ВН = Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформаторам . Пв.ВН . lотв.ВН . 10-8 = 8900. 235,2 . 11,09 . 10-8 = 0,23 кг


4.1.9 Потери в отводах ВН, Вт,

Ротв.ВН =2,4Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформаторавн2 . Мотв.ВН = 2,4 . 2,82 . 0,23 = 4,3 Вт


4.1.10 Потери в стенках бака и других элементах конструкции, Вт


РПроект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора = 10 .КПроект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора . S,


Где КПроект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора - принимаем КПроект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора = 0,015

S – полная мощность трансформатора, кВА,


РПроект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора = 10 . 0,015 . 750 = 112,5 Вт.


4.1.11 Полные потери короткого замыкания, Вт,


Рк = КдНН . Росн.НН + КдВН . Росн.ВН + Ротв.ВН + Ротв.НН + РПроект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора =

= 1,001 . 4654,14 + 1996, . 2,74 + 208,67 + 4,3 +112,5 10453,98 Вт

или 1098 . 100% / 600 = 174,2%


4.2 Расчет напряжения короткого замыкания


Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора
Рис.5 Поле рассеяния двух концентрических обмоток: 1- обмотка ВН; 2- обмотка НН; 3- ярмо; 4- стержень; 5- поток рассеяния.


4.2.1 Расчет активной составляющей, %,


Uа = Рк / (10S) =10453,98 / 10 . 750 =1,39%


4.2.2 Расчет реактивной составляющей, %,


Uр = 7,92 . f . S| . Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатораар . Кр . Кq . 10-3 / UПроект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора,

Где Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора = Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатораД12 / Но

Д12 = Д//1 + а12 = 35,9 + 0,9 = 36,8 см

Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора = 3,14 . 36,15 / 73,27 = 1,55


ар – ширина приведенного канала расстояния, см,


ар = 0,9 +Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора = 11,65 см


Кq – коэффициент учета неравномерного распределения витков по высоте Кq = 1,

Кр – коэффициент, учитывающий отклонения реального поля рассеяния от идеального параллельного,


Кр Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора 1- Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора

Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора = (а12 + а1 + а2) /Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатораНо =Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора= 0,14

Кр = 1- 0,14 = 0,86

Uр = Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора= 16,13%


4.2.3 Напряжение короткого замыкания, %,

Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора

Рис.6 Продольное и поперечное поля в концентрических обмотках: 1и 2- обмотки внутренняя и наружна


Uк = Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора = Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора= 16,13% Или Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора= 358,5 В


4.3 Расчет механических сил в обмотках


4.3.1 Установившейся ток короткого замыкания, А,


Iк.у. = Iном.ВН . 100 / Uк =Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора= 895,8 А


4.3.2 Мгновенное максимальное значение тока короткого замыкания,А,


iк.max = 1,44 . Kmax . Iкy,


где Kmax – коэффициент учитывающий периодическую составляющую тока КЗ.


Kmax = 1 + e -Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатораUa \ Up = 1+ e -Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора = 0,27

Iк.max = 1,41 . 0,27 . 895,8 = 341 А


4.3.3 Радиальная сила, Н,


Fp = 0,628(iк.max . Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатораBH)2Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора. Кр . 10-6 = 0,628(341 . 178)2 . 1,55 . 0,86 . 10-6 =

= 3168,45 Н.


4.3.4 Полная осевая сила, Н,


Fос.д = (Fр . ар) / 2Но = Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора= 251,89 Н.

Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора

Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора
Рис.6 Осевые силы: а- определение hх; приближенное определение lа.р.:

1- обмотка НН; 2- обмотка ВН; 3- стержень; 4- прессующее кольцо; 5- ярмовая балка; 6- стенка бака.


Согласно рис. вторая составляющая осевой силы, равна = 0, т.к. регулировочные витки располагаются по высоте всего наружного слоя.


4.4 Расчет обмоток на магнитную прочность


Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора
Рис.6 К определению механических напряжений.


4.4.1 Напряжение на сжатие в проводе обмотке НН, МПа,


Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформаторасж.р= Fр / 2Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатораПроект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатораНН . Пв.НН = Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора= 0,24 МПа

или Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформаторасж.р.д= Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора= 0,008%


4.4.2 Напряжение сжатия на прокладках обмотки НН, МПа


Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформаторасж.= Fос.д / (n пНН . a1 . bпНН),


где nп – число прокладок по окружности обмотки;

a1 – радиальный размер обмотки, мм;

bп – ширина прокладки, мм


Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформаторасж = Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора= 1.48 МПа

или Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформаторасж.д = Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора= 7,4% допустимого.


4.5 Расчет температуры нагрева обмоток при коротком замыкании


4.5.1 Температура обмотки через tк = 4сек. Возникновения короткого замыкания, оС,


Vк.а = (670tк / (12,5 . (Uк/ IВН)2 – tк)) + Vн,


Где tк – наибольшая продолжительность короткого замыкания,

Vн – начальная температура обмотки, Vн = 90оС.


Vк.а = Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора + 90 = 96,50С,


Что ниже допустимой температуры для медных обмоток


Vк.а Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора 2500С, табл.8.1(1).


4.5.2 Время достижения температуры 2500С, с,


tк 250 = 2,5 (Uк / Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатораВН)2 = 82,96 с.


5. Расчет магнитной системы


5.1 Определение размеров и массы магнитопровода


Выбираем трехфазную конструкцию магнитной системы с косыми стыками на крайних стержнях и прямыми на среднем. Прессовку стержня осуществляем расклиниванием с обмоткой, ярма – ярмовыми балками без бандажей.

5.1.1 Рассчитываем расстояние между осями обмоток, см,


А = Д//2 + а22 = 93,7 +0,8 = 94,5 см принимаем 95.


По табл. 9.1(1) определяем сечения стержня, ярма и объема угла:


Пф.с. = 278 см2; Пя = 279 см2; hя =17,5 см; Vу =4,69 дм2.


5.1.2 Определим высоту окна, см,


Н = Но +h| о +h|| о = 73,27+ 2 + (1,5+1,8) = 78,57 cм, принимаем 79.


5.1.3 Масса угла, кг,


Му =V у . Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатораст.. Кз,


Где V у – объем угла, дм2; Кз – коэффициент заполнения сечения сталью; Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатораст – плотность электротехнической стали, Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатораст = 7850 кг/см2


Му = 4,69 . 7,65 . 0,96 = 34,44 кг


5.1.4 Масса стержней, кг,


Мс = с . Пф.с. Кз. . (Н + hя) Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатораст. 10-3 – с. Му,


Где с – число стержней магнитной системы;

Пф.с – площадь поперечного сечения стержня, см;

hя – высота ярма.


Мс = 4 .278 . 0,96 .(79 +17,5) . 7,65 . 10-3 – 3 . 34,44 = 487,73 кг


5.1.5 Масса ярма, кг,


Мя = 4 Пф.я . Кз . А . Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатораст . 10-3 – 4 Му,


Где Пф.я – площадь поперечного сечения ярма, см2


Мя = 4. 279 . 0,96 . 95 . 7,65 . 10-3 – 4. 34,44 = 640,85 кг


5.1.6 Масса стали магнитопровода, кг,


Мст. = Мс + Мя + 6Му = 487,73 + 640,85 + 6 . 34,44 = 1335,22.кг.


5.2 Расчет потерь холостого хода


Вс =1,65 Тл; Вя = Вс . Пф.с / Пф.я = Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора= 1,64 Тл


Среднее значение индукции в углах возьмем равным индукции в стержне


Ву = Вс = 1,64 Тл.


Из табл.9.2(1) находим значение удельных потерь и из табл.9.3(1) коэффициент увеличения потерь для углов с прямыми и косыми стыками:


Рс =1,238 Вт/кг; Ря = 1,260 Вт/кг; Кпр.= 2,61; Кк = 1,59.


5.2.1 Определим потери в магнитопроводе, Вт,


Ро = К1 (Мсрс + Мяря + МуПроект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора(Кпрn пр. + Ккn к)),


Где К1 – коэффициент, учитывающий добавочные потери в магнитопроводной системе;

n пр. и n к – числа углов с прямыми и косыми стыками.


Ро = 1,1(487,73 . 1,238 +640,87 . 1,26 + 34,44 . Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора. (2 . 2,61 + 4 . 1,59))= 2100,33 Вт


Потери получились меньше нормированных ГОСТ 11920-85 на


Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора= -0,8%.


5.3 Расчет тока холостого тока


5.3.1 Средняя индукция в косом стыке, Тл,

Вк.з. = (Вс + Вя) / 2Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора = Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора= 1,16 Тл


Из табл. 9.2(1) находим значение удельных намагничивающих мощностей стержней, ярм, прямого и косого стыков и из табл. 9.3(1) – коэффициенты увеличения намагничивающей мощности для углов с прямыми и косыми стыками:


qс = 1,84 Вт/кг; q я = 1,775 Вт/кг; q к.з. =0,298 В.А/см2; q з.с. = 2,240 В.А/см2;

qз.я = 2,176 В.А/см2; К/пр = 13,4; Кк = 2,48.


5.3.2 Полная намагничивающая мощность, ВА,


Qx = К2/ (Мс qс + Мя q я + Му Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора( n пр Кпр/ + n кКк/) + n з.я qз.я . Пз.я +n з.с q з.сПз.с + n з.кПроект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора. q к.з.) = 1,65(487,73 . 1,84 + 640,85 . 1,775 + 34,44Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора. (2 . 13,4 + 4 . 2,48) + 2 . 2,176 . 279 + 2,24 . 278 + 4 . Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора. Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора. 0,298) = 10942,81 В.А.


5.3.3 Относительное значение тока холостого хода, %,


i0 = Qх / (10S) = Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора = 1,45%


5.3.4 Относительное значение реактивной составляющей тока холостого хода, %,


iо,а = Pо / (10S) = Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора= 0,28%


5.3.5 Относительное значение реактивной составляющей тока холостого хода, %,


i = Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора = Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора=14,8%


5.3.6 Коэффициент полезного действия при номинальной нагрузке, %,


Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора= Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора= Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора= 98,3%.


6. Тепловой расчет трансформатора


6.1 Удельная тепловая нагрузка обмотки НН, Вт/м2


qоНН = (21,4 . Iкат. . Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформаторакат. . Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора. Кд) / (Кзак. . Но . nпов.),


где Iкат. – ток проходящий через катушку, А;

Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформаторакат. – число витков в катушке;

Кд – коэффициент учитывающий добавочные потери;

nпов – число теплоотдающих поверхностей

Кзак. – коэффициент закрытия.


Кзак. = 1 - Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора

Кзак. = 1-Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора= 0,84

qоНН = Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора = 2518,245 Вт/м2


6.2 Удельная тепловая нагрузка обмотки ВН, Вт/м2


Кзак. = 1- (2nВ / Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора(Д2/ +Д2//)) = 1-(2. 4 . 8/ 3,14(37,7+93,7))= 0,85 Вт/м2

qоВН =21,4 . 144,5 . 178 . 2,8 . 2,74/ 0,85 . 73,27 . 3 = 2260,166 Вт/м2


6.3 Привышение температуры обмоток ВН и НН над температурой масла, оС, табл. 10.3 (1)


Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатораомНН = 0,159 . qоНН0,7 = 0,159 . 2518,240,7 = 38,2оС

Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатораомВН = 0,159 . qоВН0,7 = 0,159 . 2260,170,7 = 35,4оС.

6.4 Находим ширину бака, см


Вб = Д//2 +2аоб,


Где Д//2 – наружный диаметр обмотки;

аоб - изоляционное расстояние от внешней обмотки до стенки бака, принимаем 6см, по табл.10.7 (1),


Вб = 93,7 + 2 . 6 = 105,57 см, принимаем 106 см.


6.5 Определим длину бака,см


Аб = 2А + Вб,


Где А – расстояние между осями стержней магнитопровода, см,


Аб = 2 . 95 + 106 = 296 см.


6.6 Определим глубину бака, см


Нб = Н + 2 hя + hя кр ,


Где Н – высота окна, см;

hя – высота ярма, см;

hя кр – сумма расстояний от магнитопровода до дна и крышки бака, принимаем 20см по табл.10.7 (1)


Нб = 78,57 + 2 . 17,5 +20 = 133,57 см.


6.7 Поверхность гладкого овального бака и крышки, м2


Пб = (2(Аб – Вб) + πВб) = (2(296 – 106) + 3,14 . 106) = 9,5 м2


6.8 Определяем допустимое среднее превышение температуры масла над воздухом из условия, чтобы температура наиболее нагретой катушки обмоток превышала темтературу воздуха не более, чем допускает ГОСТ 11677-85, т.е


Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформаторам = 650С -Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформаторао.м = 65 – 38,2 = 26,8оС


6.9 Для этого превышения температуры, определяем превышение температуры в верхних слоях масла


Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформаторамВВ = 1,2 Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформаторамВ + Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформаторам , где Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформаторам – поправка, Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформаторам = (ац – 0,48) / 0,03,


ац – отношение высоты центра потерь (активной части) высота центра охлаждения бака.


ац = Нn / Нохл. = (Н + hя) /(2Нб – Н о.р – 30) = Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора= 0,75

Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформаторам = Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора= 9оС Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформаторамВВ = 1,2 . 26,8 + 9 = 41,2 Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора41оС


По табл. 10.6 (1) определяем qб = 551Вт/м2.


6.10 Потери отводимые с поверхности бака, Вт


Qб = (Пб + 0,75Пкр.) = 9,5 + 0,75 . 2,9 = 11,67 Вт

6.11 Потери отводимые с поверхности радиаторов,Вт


Qр =Ро +Рк - Qб = 210,33 + 10453,98 – 11,67 =10652,64 Вт.


6.12 Необходимая поверхность радиаторов, м2


Пр = Qр / qб = Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора= 23,67 м2


По табл. 10.8 (1) выбираем два радиатора Нр =1295 мм; Нор = 1100 мм;

С тремя рядом труб Пр =13,05 м2; Мр = 148 кг; Мтр = 81 кг.

7. Расчет массы трансформатора


7.1 Масса активной части, кг


Ма.ч. = 1,2(Мпр + Мст.),


Где Мпр – масса провода, кг


Мпр = 1,06(МмНН + 1,05МмВН + МотвНН + МотвВН) = 1,06( 247,35 + 1,05 . 2310,48 + 11,09 . 0,23) = 2845,7 кг

Ма.ч. = 1,2(2845,7 + 487,73) = 4000 кг.


7.2 Масса бака с радиаторами, кг


Мб = Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатораст . Vб.ст + Мр, Где Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатораст = 7890 кг/м3

Vб.ст = Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора

Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора= Пб + Пкр +Пд = 9,5 + 2,9 + 2,9 = 15,3, где Пкр = 2,9


Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатораст – толщина стали бака, Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатораст = 10 мм


Vб.ст. = 15,3 . 0,01 = 0,153

Мб = 7850 . 0,153 + 2 . 148 = 426,05


7.3 Общая масса масла, кг


Мм = 1,05(0,9(Vб – Vа.ч.) + Мтр . 103 ,


где Vб – объем бака, м3;


Vб = Пд Нб = 2,9 . 1,33 = 3,86 м3


Vа.ч – объем активной части, м3


Vа.ч = Ма.ч. / Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатораа.ч. = Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора =0,72 м3


Мтр – масса масла в элементах системы охлаждения


Мм = 1,05(0,9(3,86 – 0,72) +2 . 0,148) = 3,27 кг


7.4 Масса трансформатора, кг


Мтр = Ма.ч + Мм + Мб = 4000 + 3,27 + 426,05 = 4429,3 кг = 4,429 т

Список используемой литературы


Гончарук А.И. Расчет и конструирование трансформаторов, М. Энергоиздат, 1990.

Тихомиров П.М Расчет трансформаторов, учебное пособие для ВУЗов, М. Энергоиздат, 1986.

Васютский С.Б. Вопросы теории и расчета трансформаторов, Л. Энергия, 1970.

4. Вольдек А.И. Электрические машины, учебник для студентов высших технических учебных заведений, Л. 1966.

5. Дымков А.М. Расчет и конструирование трансформаторов, М. Высшая школа, 1971.

42


Похожие работы:

  1. • Исследование параллельной работы трёхфазных ...
  2. • Исследование трехфазного двухобмоточного ...
  3. • Силовой двухобмоточный трансформатор
  4. • Электроснабжение промышленных предприятий
  5. • Проектирование электрических сетей железных дорог
  6. • Проектирование силового трансформатора мощностью 630 ...
  7. • Измерительные трансформаторы напряжения
  8. • Основное электрооборудование подстанций
  9. • Трансформатор напряжения
  10. • Электрические и электронные аппараты
  11. • Трансформаторы
  12. •  ... двухобмоточного силового трансформатора
  13. • Расчет силового трансформатора
  14. • Ремонт и наладка силового электрооборудования токарно ...
  15. • Электроснабжение электрооборудование ремонтно ...
  16. • Конструкция трансформаторов
  17. • Пожарная опасность маслонаполненных трансформаторов ...
  18. • Машины постоянного тока
  19. • Расчет параметров трансформатора
Рефетека ру refoteka@gmail.com