Аннотация
В данном курсовом проекте проведен расчет трансформатора типа 630/10 с алюминиевыми обмотками. Были определены основные размеры трансформатора, выбраны и рассчитаны обмотки, магнитная система, параметры короткого замыкания, параметры холостого хода, произведен тепловой расчет трансформатора.
Содержание
Расчет основных электрических величин и определение изоляционных…………………………………………………..………..
Определение основных размеров трансформатора………...
Расчет обмоток НН…………………………..…………………
Расчет обмоток ВН……………………………………………
Потери Короткого Замыкания………………………………..
Напряжение Короткого Замыкания…………………………..
Механические силы в обмотках и нагрев обмоток при коротком замыкании……….……………………………………………………….
Размеры магнитной системы……………………..……………
Массы стали…………………………………….………………
Потери холостого хода………………………………………
Ток холостого хода……………………………………………
Тепловой расчет обмоток…………………………………….
Тепловой расчет бака…………………………………………
Определение превышений температуры масла и обмоток над температурой окружающего воздуха………………………………..…
Определение массы трансформатора…………………………
Список используемой литературы……………………….……
Введение
Задача построения трансформатора, отвечающего современным требованиям в эксплуатации, а также наиболее простого и дешевого в производстве, решается определением тех воздействий, которым он подвергается в эксплуатации, рациональным выбором его конструкции, правильным выбором размеров и материала отдельных его частей и конструктивных деталей и правильно организованным технологическим процессом его изготовления, учитывающим свойства применяемых материалов и назначение трансформаторов.
Расчет трансформатора тесно связан с конструированием. На самых первых стадиях расчета необходимо произвести выбор основной конструктивной схемы трансформатора, а также в ходе расчета выбирать конструкции его отдельных частей – магнитной системы, обмоток, изоляционных деталей, отводов и т.д.
До начала проектирования необходимо установить некоторые технологические операции, оказывающие существенное влияние на некоторые параметры трансформатора.
Трансформатор должен соответствовать ГОСТ 11677-85, 12077-76 и ГОСТ 11920-85.
1. Расчет основных электрических величин и определение изоляционных расстояний:
Мощность одной фазы трансформатора
(стр. 97 3.1)
S – номинальная мощность трансформатора, кВА.;
m – число фаз трансформатора.
кВА.
Номинальные токи
Номинальный (линейный) ток обмотки ВН, СН и НН трехфазного трансформатора, А:
(стр.
97 3.3)
S – мощность трансформатора, кВА;
U – номинальное линейное напряжение соответствующей обмотки, В.
Номинальный ток на стороне ВН:
А.
Номинальный ток на стороне НН:
А.
Фазные токи
На стороне ВН:
А
(стр. 97 3.6)
На стороне НН
А
(стр. 97 3.5)
Фазные напряжения
На стороне ВН:
В
(стр. 98
3.8)
На стороне НН:
В
(стр. 98 3.7)
Испытательные напряжения (стр. 169 табл. 4.1)
Обмотка ВН:
кВ.
Обмотка НН:
кВ
(Обмотки масляных
и сухих трансформаторов с рабочим
напряжением до 1 кВ имеют
кВ).
Типы обмоток (стр. 258 табл. 5.8):
Обмотка ВН при напряжении 10кВ и токе 20,9 А: цилиндрическая многослойная из круглого провода.
Обмотка НН при напряжении 0,69кВ и токе 527,14 А: винтовая одноходовая из прямоугольного провода.
Изоляционные расстояния
Для испытательного
напряжения ВН
кВ
находим изоляционное расстояние (стр.
184 табл. 4.5):
мм,
мм,
мм
,
.
Для испытательного
напряжения НН
кВ
находим изоляционное расстояние
(стр.
183 табл. 4.4):
мм,
,
,
,
.
Рис.
7. Главная изоляция обмоток ВН и НН.
2. Определение основных размеров трансформатора:
Выбор схемы и конструкции магнитной системы
В связи с тем, что изготовление плоской магнитной системы с косыми стыками в четырех и прямыми в двух углах (рис.8.) менее трудоёмко, то выбираем именно такую схему.
Рис.8. Плоская магнитная система с косыми стыками в четырех и прямыми в двух углах
Для того, чтобы магнитная система, собранная из массы пластин тонколистовой стали, обладала достаточной устойчивостью, её верхнее и нижнее ярма должны быть надежно соединены механически. Таким соединением верхних и нижних ярмовых балок в основе с плоской магнитной системой при напряжении обмотки ВН 6 кВ могут служить вертикальные шпильки, расположенные вне обмоток ВН и достаточно от них удаленных или надежно изолированные. Они также могут использоваться для осевой прессовки обмоток за счет небольшого сдвига вниз верхних ярмовых балок.
Выбор марки и толщины листов стали и типа изоляции пластин
Материалом для магнитной системы трансформатора выбираем электротехническую холоднокатаную анизотропную сталь марки 3404, толщиной 0.35мм.
Пластины
электротехнической стали, заготовленные
для сборки магнитной системы, во избежание
возникновения между ними вихревых токов
должны быть надежно изолированы одна
от другой. Поэтому выбираем нагревостойкое
изоляционное покрытие. Коэффициент
заполнения для рулонной холоднокатаной
стали в этом случае выбираем по (стр. 77
табл. 2.2) равен
.
Выбор материала обмоток
Согласно заданию необходимо принять материал обмоточного
провода: алюминий.
Диаметр стержня
(стр. 106 3.17)
Мощность обмоток одного стержня
Ква
Ширина приведенного канала рассеяния трансформатора
(стр. 120)
где
- размер канала
между обмотками (стр.
184 табл. 4.5)
(стр. 120 3.28)
– суммарный
приведенный радиальный размер обмоток
Где
находится, как
(стр. 121 табл. 3.3)
м
(стр. 121 табл. 3.3 примечание 1)
м
(стр.
159 табл. 3.2)
Коэффициент
приведения идеального поля рассеяния
к реальному полю (коэффициент Роговского)
при определении основных размеров можно
приближенно принять
Частота
Гц.
Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания, %:
Активная составляющая напряжения короткого замыкания, %:
(стр. 99 3.9)
Pк – потери короткого замыкания, Вт;
S – мощность трансформатора, кВА.
Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания, %:
(стр. 99 3.10)
uк – напряжение короткого замыкания в %;
uа – активная составляющая напряжения короткого замыкания в %.
%.
Индукция в стержне
Тл
(стр. 78 табл. 2.4)
Коэффициент
заполнения активным сечением стали
площади круга, описанного около сечения
стержня
зависит от
выбора числа ступеней в сечении стержня,
способа прессовки стержня и размеров
охлаждающих каналов, толщины листов
стали и вида междулистовой изоляции,
определим его по формуле:
(стр. 163 3.67)
(стр. 77 табл. 2.2)
(Примечание: При
прессовке стержней путем расклинивания
с внутренней обмоткой (до 630 кВА), а также
в навитых элементах пространственных
магнитных систем
,
полученное из таблицы уменьшить на
0.01)
Число ступеней -
6 (стр.83 табл. 2.5)
м
Ближайший
нормализованный диаметр
м
Определим значение
:
(стр. 163 3.69)
Средний диаметр
канала между обмотками
может быть предварительно приближенно
определен по формуле
(стр. 163 3.70)
- радиальный размер
осевого канала между стержнем и обмоткой
НН (
м
– смотри
примечание на стр. 183. табл. 4.4
),
- радиальный размер
осевого канала между обмотками НН и ВН
(
м),
- радиальный размер
обмотки НН, может быть приближенно
рассчитан по формуле:
(стр. 164 3.71)
Принимаем
для трансформаторов мощностью 25-630кВА
с плоской магнитной системой.
м.
м
Расчет основных коэффициентов
Коэффициент
заполнения круга ККР
=
0,8766 (таблица 2.5); изоляция пластин
-
нагревостойкое
изоляционное покрытие, k3=0,97
(таблица 2,2.3).
Коэффициент
заполнения сталью
Ярмо многоступенчатое, число ступеней 8, коэффициент усиления ярма kЯ = 1,05
(таблица 2.8). Индукция в ярме
Тл
Число
зазоров в магнитной системе
на косом стыке четыре, на прямом - три..
Индукция в зазоре на прямом
стыке
Тл
на косом стыке
Тл
По
таблице
3.6 находим коэффициент, учитывающий
добавочные потери в обмотках kd
=
0,95 и по таблицам 3.4, 3.5 постоянные
коэффициенты для медных обмоток
а = 1,484 и Ь = 0,174. Принимаем
.
Коэффициент, учитывающий
добавочные потери,, вызванные резкой
стали, снятием заусенцев,
прессовку магнитной системы и перешихтовку
верхнего ярма, а также потери в зазоре
Кпд
= 1,21 (таблица 8.14). Коэффициент увеличения
потерь
в углах kПУ
= 10,64 (таблица 8.13). Коэффициент, учитывающий
увеличение
намагничивающей мощности в углах
магнитной системы kТУ
=
42,45 (таблица.
8.20). Коэффициент, учитывающий ширину
пластин в углах магнитной системы
kТПЛ
= 1,07 (таблица 8.21). Удельные потери в стали
рс=1,15
Вт/кг, ря=1,004
Вт/кг (таблица 8.10). Намагничивающая
мощность
qc=
1,526 ВА/кг, qя=1,263
ВА/кг, для зазоров на прямых стыках
= 19200 ВА/м
2,
на косых –
=
2500 ВА/м
2
(8.17).
(3.30);
кг
(3.35)
кг
(3.36)
кг
(3.52)
Минимальная стоимость активной части трансформатора (3.55)
Предельные
значения
по допустимым значениям плотности тока
и растягивающим моментам.
(3.61a)
;
βσ
= 6,8,
Масса одного угла магнитной системы (3.45)
Активное сечение стержня (3.59).
,
м 2
Площадь зазора на прямом стыке.
,
м 2
Потери холостого хода (8.33).
Полная намагничивающая мощность (8.44).
Коэффициенты:
=1,36
=1,07
=1,0
=1,0
Таблица 1.1 Предварительный расчет трансформатора типа ТМН-630/10 с плоской шихтованной магнитной системой и алюминиевыми обмотками.
|
|
|
|
|||||||||||
β |
0,7 |
0,75 |
2,25 |
2,3 |
2,35 |
|||||||||
x |
0,914691 |
0,930605 |
1,224745 |
1,231493 |
1,238132 |
|||||||||
X2 |
0,83666 |
0,866025 |
1,5 |
1,516575 |
1,532971 |
|||||||||
X3 |
0,765286 |
0,805927 |
1,837117 |
1,867652 |
1,89802 |
|||||||||
A1/x |
400,9331 |
394,077 |
299,4338 |
297,793 |
296,1962 |
|||||||||
A2*X2 |
23,99792 |
24,84021 |
43,0245 |
43,49992 |
43,97021 |
|||||||||
Gc=A1/X+A2*X2 |
424,931 |
418,9172 |
342,4583 |
341,2929 |
340,1664 |
|||||||||
B1*X3 |
183,592 |
193,342 |
440,7244 |
448,0496 |
455,3351 |
|||||||||
B2*X2 |
10,61722 |
10,98986 |
19,035 |
19,24534 |
19,4534 |
|||||||||
Gя=B1*X3+B2*X2 |
194,2092 |
204,3319 |
459,7594 |
467,295 |
474,7885 |
|||||||||
Gст=Gc+Gя |
619,1403 |
623,2491 |
802,2177 |
808,5879 |
814,9549 |
|||||||||
Gy=13,5*X3 |
18,02248 |
18,97959 |
43,26411 |
43,9832 |
44,69838 |
|||||||||
1,39Gc |
590,6541 |
582,295 |
476,017 |
474,3972 |
472,8313 |
|||||||||
1,21Gя |
234,9932 |
247,2415 |
556,3089 |
565,4269 |
574,4941 |
|||||||||
6,57Gy |
118,4077 |
124,6959 |
284,2452 |
288,9696 |
293,6684 |
|||||||||
Px |
944,055 |
954,2324 |
1316,571 |
1328,794 |
1340,994 |
|||||||||
Пс=0,016X2 |
0,01757 |
0,018187 |
0,0315 |
0,031848 |
0,032192 |
|||||||||
2,35Gc |
998,5879 |
984,4555 |
804,777 |
802,0384 |
799,391 |
|||||||||
1,95Gя |
378,708 |
398,4471 |
896,5309 |
911,2252 |
925,8376 |
|||||||||
85,97Gу |
1549,392 |
1631,675 |
3719,416 |
3781,235 |
3842,72 |
|||||||||
1332X2 |
1197,353 |
1239,378 |
2146,665 |
2170,386 |
2193,85 |
|||||||||
Qx |
4124,041 |
4253,956 |
7567,389 |
7664,885 |
7761,799 |
|||||||||
I0=Qx/10S,% |
0,65461 |
0,675231 |
1,201173 |
1,216648 |
1,232032 |
|||||||||
G0=C1/x^2 |
291,9943 |
282,0933 |
162,8667 |
161,0866 |
159,3637 |
|||||||||
1,03Go |
300,7542 |
290,5561 |
167,7527 |
165,9192 |
164,1447 |
|||||||||
Gпр=1,03*1,03G0 |
309,7768 |
299,2728 |
172,7852 |
170,8968 |
169,069 |
|||||||||
Ko,cGпр |
529,7183 |
511,7565 |
295,4628 |
292,2336 |
289,108 |
|||||||||
Cа,ч=Gст+kо,с*Gпр |
1148,859 |
1135,006 |
1097,681 |
1100,821 |
1104,063 |
|||||||||
j |
1392600 |
1416828 |
1864650 |
1874924 |
1885032 |
|||||||||
σр |
4,538143 |
4,77915 |
10,89411 |
11,07517 |
11,25526 |
|||||||||
d=Ax |
0,159156 |
0,161925 |
0,213106 |
0,21428 |
0,215435 |
|||||||||
d12=ad |
0,236188 |
0,240297 |
0,316249 |
0,317991 |
0,319706 |
|||||||||
l=π*d12/ |
1,059471 |
1,006044 |
0,441343 |
0,434127 |
0,427181 |
|||||||||
C |
0,361188 |
0,365297 |
0,441249 |
0,442991 |
0,444706 |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Результаты расчётов представим в виде графиков. По графикам определим оптимальное значение
Рисунок 1.1 Изменение массы стали стержней, ярм, магнитной системы и металла обмоток с изменением
Рисунок
1.2 Изменение потерь с изменением
для
трансформатора типа ТМН-630/10 с алюминиевыми
обмотками
Рисунок1.3
Изменение тока холостого хода с изменением
для трансформатора типа ТМН-630/10 с
алюминиевыми обмотками.
Рисунок1.4 Изменение относительной стоимости активной части с изменением
Рисунок 1.5 Изменение механических напряжений и плотности тока с изменением β
Высота обмотки
Высота обмотки определяется по формуле
(стр. 164 3.72)
м
Активное сечение стержня (чистое сечение стали)
Активное сечение стержня определяется по формуле
(стр. 164 3.73)
Электродвижущая сила одного витка
Электродвижущая сила одного витка определяется по формуле
(стр. 164 3.74)
В