Содержание
Задание ……………………………………………………………
Введение ……………………………………………………………
3.1. Расчет обмоток НН..………………………………………….. 3.2. Расчет обмотки ВН..……………………………………..…… 4. Определение параметров короткого замыкания ………………… 5. Определение размеров магнитной системы и массы …….……… 6. Расчет потерь холостого хода …………………………………..…. 7. Расчет тока холостого хода................................................................... 8. Тепловой расчет трансформатора …………………….…………… 8.1. Тепловой расчет обмоток..…………………………………..… 8.2. Тепловой расчет бака..………………………..…………… 9. Определение массы конструктивных материалов и массы трансформатора……………………………………………………….. 10. Экономическая оценка рассчитанного трансформатора………… 11. Инженерная оценка рассчитанного трансформатора……………
Список литературы................................................................................. |
стр. 2
стр. 3
стр. 4 стр. 5 стр.13 стр.13 стр.15 стр.18 стр.22 стр.25 стр.27 стр.28 стр.28 стр.30
стр.34 стр.36 стр.38
стр.39 |
Задание на расчет
Тип трансформатора………………….......................ТМ-160/6;
Мощность
трансформатора……………………….
=160
кВ·А;
Число фаз…………………………………………...m=3;
Частота……………………………………………...f=50Гц;
Номинальные напряжения обмоток:
ВН-6000±(2
2,5)
В;
НН-400 В;
Схема соединения обмоток ………………………...Y/Y1;
Режим работы……………. ……………….................продолжительный;
Установка………………………………......................наружная;
Трансформатор должен соответствовать требованиям ГОСТ 11677-85;
Параметры трансформатора:
Напряжение
короткого замыкания………………..
=4,5%,
потери
холостого хода…………………………….
=0,41 кВт,
потери
короткого замыкания……….……………..
=2,65 кВт,
ток
холостого хода……………………………........
=2,0 %.
Введение
Производство электрической энергии на крупных электростанциях с генераторами большой единичной мощности, размещаемых вблизи расположения топливных и гидравлических энергоресурсов, позволяет получать в этих районах необходимые количества электрической энергии при относительно невысокой ее стоимости. Использование дешевой электрической энергии потребителями, которые находятся на значительном расстоянии, иногда измеряемом сотнями и тысячами километров, и рассредоточены по обширной территории страны, требует создания сложных разветвленных электрических сетей. Силовой трансформатор является одним из важнейших элементов электрической сети. Передача электрической энергии на большие расстояния от места ее производства до места потребления требует в современных сетях не менее чем шестикратной трансформации в повышающих и понижающих трансформаторах. Необходимость распределения энергии между многими мелкими потребителями приводит к значительному увеличению числа отдельных трансформаторов по сравнению с числом генераторов. При этом суммарная мощность трансформаторов в сети на каждой последующей ступени с более низким напряжением в целях более свободного маневрирования энергией выбирается обычно большей, чем мощность предыдущей ступени более высокого напряжения. Вследствие этого общая мощность всех трансформаторов, установленных в сети, в настоящее время превышает общую генераторную мощность в 8-10 раз. Одной из важных задач является повышение эффективности использования материальных ресурсов в трансформаторостроении – материалов, топлива и энергии. Эта задача решается в сложном комплексе мероприятий, направленных на уменьшение расхода активных, изоляционных и конструктивных материалов и на уменьшение размеров трансформатора.
Целью курсовой работы является изучение устройства, основных режимов работы, расчета силового трансформатора.
1. Определение основных электрических величин
Мощность одной фазы в соответствии с 3.1 [1]
Sф
=
, (1.1)
где -номинальная мощность трансформатора;
т-число фаз.
Sф
=
=53,33
кВ·А.
Мощность на одном стержне в соответствии с 3.2 [1]
S`=
, (1.2)
где с-число активных стержней трансформатора.
S`= =53,33 кВ·А.
Номинальный линейный ток обмоток ВН и НН в соответствии с 3.3 [1]
Iн
=
, (1.3)
где
-
номинальное линейное напряжение
соответствующей обмотки ВН или НН
I2=
=
15,4 А ;
I1= |
=230,9А
Согласно 3.4 [1] величины фазных напряжений
, (1.4)
В;
В.
Испытательное напряжение обмоток согласно табл. 3.1 [1]:
для
обмотки ВН
=25
кВ;
для обмотки НН =5 кВ.
В качестве материала обмоток выбираем алюминий.
Активная составляющая напряжения короткого замыкания согласно 3.8 [1]
uа
=
. (1.5)
uа
=
=
1,656 %.
Реактивная составляющая согласно 3.9 [1]
uр
=
. (1.6)
uр=
=4,1842
%
Для испытательного напряжения обмотки ВН =25кВ по табл. 4.5 [1] находим изоляционные расстояния:
канал
между обмотками ВН и НН……………………………………………….
=9мм;
расстояние
от обмотки ВН до
ярма…….......................................................................
=30мм;
расстояние
между обмотками ВН двух соседних стержней
…………..................
=10 мм;
Для
=5
кВ по табл. 4.6 [1] находим расстояние от
стержня до обмотки НН…
=5мм.
2. Расчёт основных коэффициентов трансформатора۬
Для
определения величины ар-ширины
приведенного канала рассеяния, вначале
необходимо рассчитать значение
по согласно формуле 4.4 [1]
=
,
(2.1)
где значение k из табл. 4.7 [1] k =0.63
=
=17,02
мм
После чего определяется величина ар согласно 4.5 [1]
(2.2)
ар=9+17,02=26,02 мм
Согласно рекомендациям главы 4 [1] выбираем трёхфазную стержневую шихтованную магнитную систему с косыми стыками на крайних стержнях и прямыми стыками на среднем (рис. 2.1).
Рис 2.1 Порядок сборки плоской магнитной системы с четырьмя косыми и тремя прямыми стыками.
Согласно табл. 4.1 [1] прессовка стержней осуществляется расклиниванием с обмоткой, а прессовка ярма- балками, стянутыми шпильками, расположенными вне ярма. Материал магнитной системы - холоднокатаная текстурированная рулонная сталь марки 3404 толщиной 0,35 мм.
Величина индукции в стержне трансформатора предварительно выбирается по табл. 4.8 [1 ]
Вс =1,55 Тл.
В сечении стержня по табл. 4.2 [1] 6- ступеней, коэффициент заполнения круга Ккр=0,913.
В
соответствии с табл. 4.3 [1]
изоляция
пластин—нагревостойкое изоляционное
покрытие, коэффициент
заполнения сталью
=0,96
(2.3)
=0,96
· 0,913=0,876
Ярмо
многоступенчатое, число ступеней 5,
коэффициент усиления ярма
=1,02
(табл. 4.1 [1]).
Индукция в ярме согласно 4.6 [1]
Вя
=
. (2.4)
В
я
=
1,52
Тл.
Число зазоров в магнитной системе на косом стыке - 4, на прямом - 3.
Индукция в зазоре на прямом стыке согласно 4.7 [1]
=1,55
Тл. (2.5)
на косом стыке согласно 4.8 [1]
=
. (2.6)
=
1,1
Тл.
Удельные
потери стали
=1,1875
;
=1,134
(табл. 4.9 [1]).
Удельная
намагничивающая мощность
=1,5305
;
=1,408
(табл. 4.10 [1]).
Для
зазоров на прямых стыках
=20010
Для
зазоров на косых стыках
=2500
(табл. 4.10 [1]).
По
табл. 4.11 [1]находим коэффициент, учитывающий
отношение основных потерь в обмотках
к потерям короткого замыкания,
=0,96
и по табл. 4.12 [1] и 4.3 [1]
определяем постоянные коэффициенты
для медных обмоток, а=1,36
и
в=0,45
Коэффициент
приведения идеального поля рассеяния
к реальному
для широкого диапазона
мощностей
трансформаторов изменяется в узких
пределах
от 0,93 до 0,97 , принимаем =0,95
Диапазон изменения β от 1,2 до 3,6 (табл. 4.14 [1]).
Определяем основные коэффициенты согласно 4.15, 4.18, 4.28, 4.29 и 4.39 [1].
А=89,79
(2.7)
А=89,79
=122,087.
А1=5,663·10-5·Kc·A3·a (2.8)
А1=5,663·10-5·0,876·122,0873·1,36=122,771 кг
A2=3,605·10-5·Kc·A2·l0 (2.9)
A2=3,605·10-5·0, 876·122,087²·30=14,121 кг
B1=2,4·10-5KcКяА3(а+b+e), (2.10)
где е=0,405—постоянный коэффициент при мощности до 630 кВ·А.
B1=2,4·10-5·0,876·1,02·122,087³·(1,36+0,45+0,405)=86,436 кг
B2=2,4·10-5КсКяА2(а12+a22) (2.11)
B2=2,4·10-5·0,876·1,02·122,0872(9+10)=6,073 кг
С1=К0
, (2.12)
где
для алюминия К0=2,46·
;
- учитывает добавочные потери в обмотках, потери в отводах, стенках охлаждающего бака и других металлических конструкциях трансформатора от гистерезисных и вихревых токов, от воздействия поля рассеяния по табл. 1 [4.11] =0,96.
С1=2,46·
=166,64
кг
Согласно 4.51 [1]
(2.13)
М=0,224·10-3·
·0,96·0,95
=5,31
МПа,
где согласно 4.25 [1]
Ккз=1,41
(2.14)
Ккз=1,41
=40,375
.
Минимальная стоимость активной части трансформатора будет при выполнении условия 4.42 [1]
x5 + Bx4 – Cx – D = 0 , (2.15)
где 
; (2.16)
=0,155
.
; (2.17)
=0,473
.
, (2.18)
где
из табл. 4.15 [1]
=1,84,
для медного провода
=1,06
.
=2,506
.
x5 + 0,1226x4 – 0,4365x –0,821= 0 (2.19)
решением этого уравнения будет х=1,223
откуда β= x4
β= 1,2234=2,2372
соответствующий
минимальной стоимости активной части
Находим предельные значения β по допустимым значениям плотности тока и растягивающим механическим напряжениям согласно 4.46 и 4.48 [1] .
.
(2.20)
=1,784
.
=
=
1,7844=10,129.
. (2.21)
=2,181
.
=
=
2,1814=22,626
.
Оба полученных значения β лежат за пределами обычно применяемых.
Масса одного угла магнитной системы согласно 4.31 [1]
Gy=0,486·10-5·Kc·Кя·А3·х3 . (2.22)
Gy=0,486·10-5·0,876·1,02·122,0873·х3 =7,902 х3 .
Активное сечение стержня согласно 4.44a [1].
Пс=0,785KсА2х2 . (2.23)
Пс=0,785·0,876·1229,0872·х2 =10279,734 х2 .
Площадь
зазора на прямом стыке
=Пс=6695,24
х2
.
На косом стыке согласно.
=Пс·
.
(2.24)
=10249,734х2 · =14495,312х2 .
Потери холостого хода согласно 4.43 [1].
(2.25)
где
=1,12-
коэффициент добавочных потерь для стали
3404 из табл. 4.16 [1];
=10,18-
коэффициент, учитывающий увеличение
потерь в углах магнитной системы из
табл.
4.47 [1];
удельные потери и из табл. 4.18 [1]
.
.
Намагничивающая мощность согласно 4.44 [1]
,
(2.26)
где
=1,5
– коэффициент определяемый по величине
расчетного значения d=Ax
по табл. 4.22 [1];
=1,2
– коэффициент для стали марок 3404 и 3405
с отжигом пластин;
=1,06
– коэффициент для трансформаторов
мощностью до 630 кВ·А ;
=42,45–
коэффициент для различного числа углов
с косыми и прямыми стыками пластин по
\
табл. 4.23 [1] .
Масса металла обмоток согласно 4.38 [1]
,
(2.27)
Масса провода
k·Gо=1,03 Gо, (2.28)
где k=1,03 – коэффициент учитывающий массу изоляции медного провода.
Обмотка ВН при обычном регулировании напряжения на ±2·25% имеет на ступени 5% массу метала, повышенную на 5% по отношению к номинальной ступени. Для двух обмоток ВН и НН это превышение составляет около 5%, поэтому масса провода
=
1,03·1,03
Gо.
(2.29)
Коэффициент отношения стоимости обмоточного провода к стоимости трансформаторной стали из табл. 4.15 [1] для стали 3404
Плотность тока согласно 4.45 [1].
J=
,
(2.30)
где К=2,4 – коэффициент для меди.
Величина растягивающего напряжения в обмотках согласно 4.45 [1].
р=М∙х3 . (2.31)
р=5,78·х3.
Основные размеры трансформатора:
Диаметр стержня согласно 4.15 [1].
d=A· x . (2.32)
d=122,087· x
Средний диаметр витка двух обмоток согласно 4.9 [1].
d
=aAx
. (2.33)
d =1,36·122,087x
Высота обмотки согласно 4.12 [1].
l=
(2.34)
Расстояние между осями соседних стержней согласно 4.25 [1].
С=aAx+a12+bAx+a22 (2.35)
С= d +9+0,626d+10
Дальнейший расчет по выше приведённым формулам, для пяти значений
β (от 1,2 до 3,6) проводим в форме таблицы.
Таблица 2.1
Предварительный расчет ТМ 63/10 с плоской шихтованной магнитной системой и алюминиевыми обмотками.
β |
1,2 |
1,5 |
2 |
2,5 |
3 |
3,6 |
1,72 |
Gc, кг |
132,1 |
127,6 |
122,6 |
119,4 |
117,2 |
108,1 |
126,0 |
Gя, кг |
94,3 |
124,3 |
153,8 |
181,2 |
207,5 |
237,1 |
135,9 |
Gст, кг |
226,4 |
251,9 |
276,4 |
300,6 |
324,7 |
345,2 |
261,9 |
Gy, кг |
9,0 |
10,6 |
13,2 |
15,6 |
18,0 |
20,6 |
11,7 |
Px, Вт |
346,4 |
387,6 |
395,6 |
477,2 |
521,3 |
561,5 |
406,4 |
Qx, ВА |
2272,5 |
2593,0 |
3068,4 |
3502,5 |
3924,9 |
4371,3 |
2790,2 |
I0, % |
1,4 |
1,6 |
1,9 |
2,1 |
2,4 |
2,7 |
1,74 |
G0, кг |
152,3 |
136,2 |
117,8 |
105,4 |
96,2 |
87,8 |
128,2 |
Gпр, кг |
161,5 |
144,4 |
124,9 |
111,8 |
102,0 |
93,1 |
136,0 |
Са.ч., у.е. |
533,4 |
517,7 |
506,4 |
506,4 |
535,18 |
535,0 |
511,2 |
Jа.ч.,
|
2,6 |
2,7 |
2,9 |
3,1 |
3,3 |
3,4 |
2,8 |
σр, МПа |
6,6 |
7,8 |
9,7 |
11,4 |
13,1 |
15 |
8,5 |
d, мм |
127,7 |
135,0 |
145,1 |
153,4 |
160,6 |
168,1 |
140 |
d12, мм |
173,6 |
183,6 |
197,3 |
208,6 |
218,4 |
228,6 |
190,4 |
l, мм |
454,2 |
384,3 |
294 |
262,0 |
228,5 |
197,4 |
267,2 |
C, мм |
272,5 |
287,1 |
307,0 |
323,6 |
337,9 |
352,7 |
297,0 |
Рис.2.2
Зависимость плотности тока от
.
Рис.2.3 Зависимость стоимости активной части от .
Рис.2.4 Зависимость механического напряжения от .
Рис.2.5 Зависимость потерь от .
Рис.2.6 Зависимость потерь и ток холостого хода.
Рис.2.6 Определение оптимального значения и диаметра стержня d.
Основываясь на данных графика рис.2.6 выбираем нормализованный диаметр d =140 мм.
и =1,72
Активное сечение стержня согласно (2.23)
Пс=10249,794 х2 (2.36)
Пс=10249,734·1,29962=13320,55мм².
Высота стержня согласно 8.5 [1].
=l+2·l
(2.37)
=267,2+2·30=328 мм.
Электродвижущая сила одного витка солгано 6.8 [1].
=
4,44·f·Bc·Пс (2,38)
= 4,44·50·1,55·13320,55=4,58 В.