Федеральное агентство по образованию и науке Российской Федерации

Южно-Уральский государственный университет

Кафедра «Электромеханика и электромеханические системы»

Пояснительная записка к курсовому проекту

по дисциплине «Электромеханика»

Расчет трансформатора.

Руководитель:

_________________

«____» __________ 20 г.

Автор проекта:

студент группы

_________________

«____» __________ 20 г.

Проект защищен

с оценкой

________________________

«____» __________ 20 г.

Челябинск

20

Аннотация.

Ххххххх. Расчет трансформатора ТМ-1600/10. – Челябинск: ЮУрГУ, 2006, 64 страницы, 19 иллюстраций, 9 таблиц. Библиография литературы - 4 наименования. 1 лист чертежей формата А1.

Пояснительная записка содержит расчетную часть курсового проекта по трансформаторам. В ней излагаются основы электромагнитного расчета трансформатора, а также определяются механические силы в обмотках и параметры Т-образной схемы замещения трансформатора. Произведено технико-экономическое сравнение проектируемого трансформатора с серийным.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 6

1 Определение главных геометрических размеров трансформатора 8

1.1 Линейные и фазные токи и напряжения обмоток ВН и НН 8

1.2 Испытательные напряжения обмоток 9

1.3 Активная и реактивная составляющая напряжения короткого замыкания 9

1.4 Выбор схемы и конструкции магнитопровода 9

1.5 Выбор и определение индукций в стержне и ярме

магнитопровода 11

1.6 Выбор конструкции и определение размеров основных изоляционных промежутков главной изоляции обмоток 11

1.7 Выбор коэффициента и определение главных размеров трансформатора 12

2 Расчет обмоток трансформатора 14

2.1 Выбор типа обмоток ВН и НН 14

2.2 Расчет обмотки НН 15

2.3 Расчет обмотки ВН 19

2.4 Регулирование напряжения обмотки ВН 22

3 Расчет параметров короткого замыкания 23

3.1 Определение мощности короткого замыкания 23

3.2 Определение напряжения короткого замыкания 25

3.3 Определение механических сил в обмотках при внезапном коротком замыкании 28

4 Определение потерь и тока холостого хода трансформатора 31

4.1 Определение размеров магнитной системы 31

4.2 Расчет потерь холостого хода трансформатора 32

4.3 Определение тока холостого хода трансформатора 33

5 Электрическая схема замещения трансформатора и определение ее параметров 35

6. Тепловой расчет трансформатора 37

6.1 Поверочный тепловой расчет обмоток 37

6.2 Расчет бака и радиаторов 39

6.2.1 Геометрические размеры бака и радиаторов, масса

трансформатора 39

6.2.2 Тепловой расчет бака трансформатора, выбор радиаторов 44

7 Разработка и краткое описание конструкции трансформатора 47

7.1 Выбор и размещение переключателя ответвлений обмоток 47

7.2 Выбор и размещение отводов 50

7.3 Выбор и размещение вводов 52

7.4 Крепление активной части трансформатора в баке 54

7.5 Выбор вспомогательного оборудования трансформатора 55

7.5.1 Расширитель 55

7.5.2 Воздухосушитель 56

7.5.3 Термосифонный фильтр 57

7.5.4 Газовое реле 58

7.5.5 Выхлопная труба 59

7.5.6 Термометр 60

7.5.7 Радиатор 60

7.5.8 Прочие вспомогательные устройства 61

8 Сопоставление технико-экономических показателей серийного и проектируемого трансформаторов 62

Заключение 63

Литература 64

Приложения

Введение.

В трансформаторах серии ТМ применяется холоднокатанная сталь 3414 толщиной 0,35 мм с жаростойким покрытием.

Конструкция магнитопровода – бесшпилечная, шихтовка выполняется с косыми стыками с целью снижения потерь и тока холостого хода (при таком расположении листов линия магнитной индукции совпадает с направлением проката стали).

Чтобы магнитный поток распределялся по сечению ярма так же, как в стержне, сечение ярма повторяет сечение стержня, за исключением двух крайних пакетов, ширина которых принимается равной ширине второго пакета, что способствует более благоприятной прессовке ярма.

При изготовлении трансформаторов применяют алюминиевый или медный (в зависимости от габаритов машины) провод марки АПБ или ПБ соответственно.

Применяют цилиндрические (из прямоугольного или круглого провода), винтовые, непрерывные обмотки также в зависимости от габаритов.

На стороне обмотки ВН предусматривается регулирование напряжения без возбуждения (ПБВ) ступенями %. Для крупногабаритных машин используют новые ламельные трёхфазные переключатели ответвления обмоток, которые крепятся на активной части на уровне обмоток, что предотвращает отрыв регулировочных отводов, идущих к переключателю ответвлений, при транспортировке трансформаторов. Регулировочные витки располагают в средней части обмотки ВН.

Во всех трансформаторах применяют вводы съёмной конструкции, а для увеличения поверхности охлаждения используют навесные прямоточные радиаторы из круглых или овальных труб, за исключением трансформаторов

мощностью до 100 кВ А, где могут быть гладкие баки и баки с приваренными рёбрами.

Крепление активной части трансформатора осуществляется в баке. Вместо вертикальных подъёмных шпилек применяют серьги или стальные планки, которые приваривают к верхним ярмовым балкам.

1 Определение главных геометрических параметров трансформатора.

1.1 Линейные и фазные токи и напряжения обмоток вн и нн.

Линейные токи в обмотках ВН и НН определяются по следующим формулам :

, (1)

где I₁ – ток в обмотке НН, А;

S_н – номинальная мощность трансформатора, ВА;

U_нн – напряжение обмотки НН, В.

Итак,

, (2)

где I₂ – ток обмотки ВН, А;

S_н – номинальная мощность трансформатора, В·А;

U_вн – напряжение обмотки ВН, В.

Обмотки НН соединены в «Треугольник», фазные токи и напряжения будем находить:

При соединении обмотки ВН по схеме «Звезда» фазный ток равен:

А напряжение будет определяться по следующей формуле:

1.2 Испытательные напряжения обмоток.

Для надежной работы трансформатора его изоляция испытывается в соответствии с ожидаемыми перенапряжениями, величина которых полностью определяется характеристиками защищающих его нелинейных вентильных разрядников, а также от типа трансформатора и от класса напряжения. Номинальное напряжение обмотки ВН и НН 10 кВ и 6 кВ соответственно, наибольшее рабочее напряжение обмоток ВН и НН 12 кВ и 7,2 кВ соответственно, исходя из этого, получаем испытательное напряжения: U_испВН = 35 кВ; U_испНН = 25 кВ.

По испытательному напряжению находим изоляционные промежутки между обмотками, между обмотками и другими токоведущими частями и между обмотками и заземленными деталями трансформатора.

1.3 Активная и реактивная составляющие напряжения короткого замыкания.

Активная U_ка и реактивная U_кr составляющие напряжения короткого замыкания в процентах могут быть определены по формулам :

. (3)

где Р_к – потери короткого замыкания, Вт;

S_н – номинальная мощность трансформатора, ВА.

. (4)

1.4 Выбор схемы и конструкции магнитопровода.

В трансформаторах новой серии предусматривается бесшпилечная конст-

рукция магнитопроводов с различными схемами шихтовки, которая выбирается исходя из полной мощности; для трансформаторов мощностью S_н≤6300 кВА можно принять схему шихтовки магнитопровода с прямыми стыками на средней фазе (Рисунок 1), как наиболее простую.

Рисунок 1 – Схема шихтовки магнитопровода

Поперечное сечение магнитопровода представляет собой ступенчатую фигуру, число ступеней которой зависит от мощности трансформатора. Для трансформатора ТМ-1600/10 получим: число ступеней равно 7; коэффициент заполнения круга k_кр = 0.9. Коэффициент k_кр определяет отношение площади ступенчатой фигуры стержня в сечении к площади круга с диаметром d, который ориентировочно должен быть равен d = 0,28…0,3 м.

Наличие изоляции между листами магнитопровода учитывается коэффициентом заполнения k_з, значение которого для рулонной стали толщиной м с двухсторонним жаростойким покрытием керамическими или оксидными плёнками можно принять k_з= 0,95. Далее определяем общий коэффициент заполнения сталью круга k_с по следующей формуле:

(5)

Далее, исходя из полной мощности, определяем коэффициент усиления ярма k_я = 1,02, который зависит от способа прессовки ярма и формы его сечения. Прессовка ярма осуществляется балками, стянутыми полубандажами. Число ступеней ярма на одну-две меньше числа ступеней стержня.