
- •«Национальный исследовательский
- •Задание на проектирование
- •Введение
- •1. Определение основных электрических величин
- •1.1. Определение линейных, фазных токов и напряжений обмоток вн и нн
- •1.2. Определение активной и реактивной составляющих напряжения короткого замыкания
- •1.3. Определение испытательных напряжений обмоток, изоляционных расстояний
- •2. Расчет основных размеров трансформатора.
- •2.1. Выбор схемы, конструкции и технологии изготовления магнитной системы
- •2.2. Расчет основных коэффициентов.
- •3. Расчет обмоток трансформатора
- •3.1. Расчет обмотки низкого напряжения (нн)
- •3.2. Расчет обмотки высокого напряжения (вн)
- •4. Расчёт параметров короткого замыкания
- •4.1. Определение потерь короткого замыкания
- •4.2. Расчет напряжения короткого замыкания
- •5. Окончательный расчет магнитной системы
- •5.1. Определение размеров пакетов и активных сечений стержня и ярма.
- •5.2. Определение массы стержней и ярм и массы стали.
- •5.3. Определение потерь и тока холостого хода.
- •6. Оценка эксплуатационных свойств трансформатора.
- •6.1. Внешние характеристики.
- •6.2. Зависимости .
- •6.3. Зависимости .
- •6.4. Параллельная работа двух трансформаторов одинаковой мощности при разных коэффициентах трансформации.
- •6.5. Параллельная работа двух трансформаторов разных мощностей.
- •Заключение
1.1. Определение линейных, фазных токов и напряжений обмоток вн и нн
Расчетная мощность одной фазы трансформатора:
;
где
- число фаз трансформатора.
Расчетная мощность трансформатора на один стержень:
;
где
- число стержней трансформатора. Как
правило, для масляных трехфазных силовых
трансформаторов:
Рассчитывается номинальный ток обмотки ВН:
;
Рассчитывается номинальный ток обмотки НН:
;
Определяется значение номинального фазного тока обмотки ВН (при соединении обмоток в звезду):
;
Определяется значение номинального фазного тока обмотки НН (при соединении обмоток в треугольник):
;
Определяется фазное напряжение обмоток высокого напряжения (при соединении обмоток в звезду):
;
Определяется фазное напряжение обмоток низкого напряжения (при соединении обмоток в треугольник):
;
1.2. Определение активной и реактивной составляющих напряжения короткого замыкания
Активная составляющая напряжения короткого замыкания:
;
Реактивная составляющей напряжения короткого замыкания:
;
1.3. Определение испытательных напряжений обмоток, изоляционных расстояний
Испытательные напряжения различных обмоток выбираются по [1], табл.4-1, в прямой зависимости от класса изоляции, а также рабочего напряжения обмоток:
-
обмотки высокого напряжения.
Обмотки
трансформаторов с рабочим напряжением
до 1кВ имеют
.
По [1], табл.4.4, табл. 4.5 в соответствии с испытательными напряжениями обмоток, находятся значения изоляционных расстояний:
обмотка ВН
;
;
;
;
.
обмотка НН
;
;
.
Рисунок 1.2 – Изоляционные расстояния.
Ширина приведенного канала рассеяния:
;
где
- изоляционный промежуток между обмотками
ВН и НН, который определяется величиной
испытательного напряжения;
-
приведенная ширина двух обмоток, которая
может быть приближенно определена по
формуле:
;
где
- коэффициент для масляных трансформаторов
с ПБВ, который определяется по[1],
табл. 3.3.
2. Расчет основных размеров трансформатора.
2.1. Выбор схемы, конструкции и технологии изготовления магнитной системы
Магнитная система представляет собой комплект пластин из электротехнической стали, собранных в определенной геометрической форме.
Выбирается плоская трехфазная стержневая шихтованная магнитная система со ступенчатой формой поперечного сечения стержня с косыми стыками на крайних стержнях и прямыми стыками на среднем стержне (рис. 2.1). Система охлаждения - омывание маслом наружных поверхностей стержней.
Рисунок 2.1 – План шихтовки магнитной системы.
Магнитные системы трансформаторов, мощностью до 630кВА собираются с укладкой пластин внутрь обмоток, уложенных на специальном стенде. После завершения шихтовки и стяжки ярм балками, обмотки оказываются размещенными на остове трансформатора.
2.2. Расчет основных коэффициентов.
Параметры и коэффициенты, используемые при расчете магнитной системы, для наглядности выполняются в виде блоков.
Параметры и коэффициенты, относящиеся к стержню:
3404 – марка электротехнической стали;
-
толщина стали;
-
коэффициент заполнения круга (табл. 2.5
[1]);
-
коэффициент заполнения сталью (табл.
2.2 [1]);
-
коэффициент приведения;
-
коэффициент добавочных потерь (табл.
3.6 [1]);
-
общий коэффициент заполнения сталью
площади круга;
-
предварительное значение диаметра
стержня (табл. 2.5 [1]);
-
коэффициент увеличения потерь в углах
магнитной системы при прямых и косых
стыках (табл. 8.13 [1]);
-
коэффициент добавочных потерь из-за
неравномерного распределения индукции
и механических воздействий на сталь
(табл. 8.14 [1]);
-
число ступеней стержня (табл. 2.5 [1]);
-
число косых стыков в магнитной системе
(рис. 2.2);
-
число прямых стыков в магнитной системе
(рис. 2.2).
-
предварительное рекомендуемое значение
индукции в стержнях трансформатора
(табл. 2.4 [1]);
-
удельные потери в стали (табл. 8.10 [1]);
-
намагничивающая мощность в стали (табл.
8.17 [1]);
-
значение индукции в косом стыке;
-
значение индукции в прямом стыке;
-
намагничивающая мощность в зоне косого
стыка (табл. 8.17 [1]);
-
намагничивающая мощность в зоне прямого
стыка (табл. 8.17 [1]);
-
коэффициент, зависящий от удельного
сопротивления и плотности материала
обмотки (стр. 130 [1]);
Параметры и коэффициенты, относящиеся к ярму:
-
число ступеней ярма;
-
ширина крайнего наружного пакета ярма
(табл. 8.3 [1]);
-
коэффициент усиления ярма (табл. 2.8 [1]);
-
коэффициент учета отжига пластин (стр.
396 [1]);
-
коэффициент для трансформаторов
мощностью до 250кВА;
-
коэффициент, учитывающий перешихтовку
верхнего ярма при мощности трансформатора
до 250кВА (стр. 394 [1]);
-
коэффициент увеличения намагничивающей
мощности (табл. 8.21 [1]);
-
коэффициент, учитывающий различное
число стыков с прямыми и косыми стыками
(табл. 8.20 [1]);
-
предварительное значение индукции в
ярме;
-
удельные потери в стали (табл. 8.10 [1]);
-
намагничивающая мощность в стали (табл.
8.17 [1]);
-
коэффициент, зависящий от отношения
и материала обмотки (табл. 3.4 [1]);
-
коэффициент, зависящий от отношения
и материала обмотки (табл. 3.5 [1]);
-
коэффициент для ярма с многоступенчатой
формой поперечного сечения для
трансформаторов, мощностью до 630кВА
(стр. 126 [1]);
По определенным справочным и расчетным данным находятся основные коэффициенты для расчета параметров трансформатора по следующим формулам:
где
- коэффициент для алюминия.
-
коэффициент для алюминиевых обмоток;
где
- коэффициент кратности тока короткого
замыкания.
;
Для
определения оптимального значения
производится предварительный расчет
основных параметров трансформатора
при различных значениях
в рекомендуемых пределах
([1] табл. 3.12). Результаты вычислений
заносятся в таблицу 2.1.
|
1,2 |
1,3 |
1,4 |
1,5 |
1,55 |
1,6 |
|
1,047 |
1,068 |
1,088 |
1,107 |
1,116 |
1,125 |
|
33,21 |
32,79 |
32,42 |
32,08 |
31,93 |
31,78 |
|
29,26 |
31,02 |
32,75 |
34,45 |
35,28 |
36,11 |
|
62,47 |
63,82 |
65,17 |
66,53 |
67,21 |
67,90 |
|
2,16 |
2,30 |
2,42 |
2,54 |
2,61 |
2,68 |
|
59,81 |
60,18 |
60,60 |
61,05 |
61,29 |
61,54 |
|
34,61 |
36,69 |
38,73 |
40,73 |
41,72 |
42,70 |
|
94,42 |
96,57 |
99,33 |
101,78 |
103,01 |
104,54 |
|
181,22 |
187,40 |
193,53 |
199,63 |
202,66 |
205,68 |
|
138,53 |
142,60 |
146,66 |
150,71 |
152,72 |
154,74 |
|
4,26 |
4,44 |
4,60 |
4,76 |
4,84 |
4,92 |
|
6,03 |
6,27 |
6,51 |
6,73 |
6,85 |
6,96 |
|
4,62 |
4,44 |
4,60 |
4,76 |
4,84 |
4,92 |
|
301,88 |
314,20 |
326,06 |
337,51 |
343,09 |
348,58 |
|
621,63 |
644,20 |
666,26 |
687,84 |
694,47 |
708,99 |
|
2,49 |
2,58 |
2,67 |
2,75 |
2,79 |
2,84 |
|
23,39 |
22,48 |
21,66 |
20,92 |
20,58 |
20,30 |
|
24,80 |
23,82 |
22,96 |
22,18 |
21,82 |
21,48 |
|
1,39 |
1,42 |
1,44 |
1,47 |
1,48 |
1,50 |
|
1,10 |
1,17 |
1,24 |
1,31 |
1,34 |
1,40 |
|
0,079 |
0,081 |
0,083 |
0,084 |
0,085 |
0,086 |
|
0,115 |
0,117 |
0,120 |
0,122 |
0,123 |
0,124 |
|
0,301 |
0,284 |
0,268 |
0,254 |
0,248 |
0,243 |
|
0,187 |
0,190 |
0,194 |
0,197 |
0,198 |
0,200 |
Таблица
2.1 - Предварительный расчет
основных параметров трансформатора
при различных значениях
.
По
результатам вычислений, строятся графики
зависимостей основных параметров
трансформатора при изменении значения
.
Рисунок
2.2 – Графики зависимости
от коэффициента
.
Рисунок
2.3 – Графики зависимости
от
коэффициента
.
Таким
образом проанализировав графики и
результаты расчетов можно определить,
что оптимальное значение
,
и соответствующее ему значение диаметра
стержня
,
что соответствует рекомендуемым пределам
изменения
и нормализованному диаметру стержней
трансформаторов. Дальнейший
расчет трансформатора ведется с
применением этих значений.
ВЫВОД. Выбраны материалы магнитной системы и обмоток, произведен расчет основных размеров трансформатора. Предварительные расчетные значения потерь и тока холостого хода удовлетворяют техническим требованиям, предъявляемым к трансформаторам.