Трехфазный силовой трансформатор с масляным охлаждением

Докум. общая.doc

ФоЗоПозОбозначение Наименование КолПрим.
вновь разработанная
ТПЖА.672213. ПЗ Пояснительная записка 29
ТПЖА.672213. СБ Сборочный чертёж 1
РазработЛипатни Трёхфазный Лит

ТР(СБ).cdw

Спецификация продолж(О).doc

ФоЗоПоОбозначение Наименование КолПрим.

Реферат.doc

Липатников К.А. Трехфазный силовой трансформатор. Курс. проект
ТПЖА.672333. .ПЗ ВятГУ каф. ЭМА; рук. Прокошев Д.К. – Киров 2015.
Гр.ч.1л. ФА2 ПЗ 29 с. 8 рис. 1 табл. 2 источника 2 прил.: специф.
ТРАНСФОРМАТОР СИЛОВОЙ ПЛОСКАЯ МАГНИТНАЯ СИСТЕМА ОБМОТКА ЦИЛИНДРИЧЕСКАЯ
РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ ОВН – ПБВ РАДИАЛЬНЫЕ И ОСЕВЫЕ СИЛЫ КОРОТКОЕ
ЗАМЫКАНИЕ ХОЛОСТОЙ ХОД.
Объект исследования - трехфазный двухобмоточный силовой трансформатор
с масленым естественным охлаждением с алюминиевыми обмотками.
Необходимо выполнить электромагнитный расчет ознакомиться с
конструкцией трансформатора отдельных его частей.
Трансформатор заданной мощности применяется для снабжения
электроэнергией отдельных участков промышленного предприятия
сельскохозяйственных ферм и т.п.

ПЗ.doc

Трансформатором называется электромагнитное статическое устройство
тока предназначенное для преобразования посредством электромагнитной
индукцией одного переменного напряжения в другое.
Трансформаторы находят самое широкое применение. Существуют множество
разнообразных типов различающихся как по назначению так и по выполнению.
Силовой трансформатор является одним из важнейших элементов каждой
электрической сети. Передача электрической энергии на большие расстояния от
места её производства до места потребления требует в современных сетях не
менее чем пяти – шестикратной трансформации в повышающих и понижающих
Развитие трансформаторостроения определяется прежде всего развитием
сетей в которых они применяются а следовательно и энергетикой страны.
Первоочередными задачами являются качество трансформаторов использование
прогрессивных методов их производства экономия материала при их
производстве и снижение потерь при их работе в сети.
Проектирование трансформатора ставит своей главной задачей обеспечение
надежной работы с допустимыми потерями короткого замыкания и холостого
Целью выполнения курсового проекта является обучение основам
проектирования силового трансформатора приобретение в ходе выполнения
работы навыков пользования справочными материалами ГОСТами и
самостоятельного ведения инженерных расчетов.
Электромагнитный расчёт
1 Расчёт основных электрических величин
Мощность одной фазы трансформатора кВА
где S – мощность трансформатора кВА;
Мощность на один стержень трансформатора кВА
где с – число стержней;
на стороне низкого напряжения (НН)
где U1 – номинальное линейное напряжение обмотки НН кВ;
на стороне высокого напряжения (ВН)
где U2 – номинальное линейное напряжение обмотки ВН кВ;
Номинальные фазные токи обмоток НН и ВН А
Номинальные фазные напряжения обмоток НН и ВН В
Испытательное напряжение обмотки НН кВ*)
Испытательное напряжение обмотки ВН кВ
Изоляционные расстояния для испытательных напряжений ОНН и ОВН
приведены на рисунке 1.
Активная составляющая напряжения короткого замыкания %
где Рк– потери короткого замыкания Вт
ua=2500(10(160)=156.
Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания %
где uк– напряжение короткого замыкания %;
(01=2(05 мм; а12=27 мм;
Рисунок 1 – Главная изоляция обмоток НН и ВН
2 Расчёт основных размеров трансформатора
Диаметр окружности в которую вписано ступенчатое сечение стержня м
где (=12 – коэффициент
Кр– коэффициент Роговского;
ар– ширина приведённого канала рассеивания м
а12– размер канала между обмотками НН и ВН м
[pic] – суммарный приведённый радиальный размер обмоток м
Вс– индукция в стержне Тл
Кс– общий коэффициент заполнения активным сечением стали
Кз– коэффициент для сталей 3404 и 3405 с толщиной листа
Ближайшее стандартное значение dн=014 м.
Уточняется значение (
Средний диаметр окружности ОВН и ОНН м
где а находится из таблицы 3.4;
Ориентировочная высота обмоток м
Активное сечение стержня м2
Предварительная величина напряжения витка В
3 Расчёт обмоток трансформатора
Средняя плотность тока в обмотках Амм2
где кд– коэффициент учитывающий добавочные потери в обмотках
отводах(ответвлениях) стенках бака ТР
Полученное значение Jср лежит в допустимых пределах
Допустимое значение большего из двух размеров проводника м
где q – удельный тепловой поток (на охлаждаемой поверхности) Втм2;
Кз– коэффициент учитывающий закрытие части поверхности
обмоток конструкционными (изоляционными) деталями (для цилиндрических
3.1 Расчёт обмотки низкого напряжения
Число витков на одну фазу ОНН
Уточняется напряжение одного витка В
Действительное значение индукции в стержне Тл
В качестве ОНН принимается обмотка из прямоугольного провода.
Принимаем двухслойную обмотку с намоткой на ребро. Ориентировочный
Берём провод марки АПБ [pic] 3х328=984 [pic].
Расчётная высота обмотки мм
l1=hв1((Wсл+1) (1.25)
Полученная плотность тока
Радиальный размер обмотки
Внутренний диаметр обмотки м:
Наружный диаметр обмотки м:
Рисунок 2 – Обмотка низкого напряжения
3.2 Расчёт обмотки высокого напряжения
Число витков ОВН при номинальном напряжении
Число витков на одной ступени регулирования
где (U – напряжение на одной ступени регулирования В
Число витков на каждой ступени регулирования и соответствующее
Предварительная плотность тока Амм2
Ориентировочное сечение витка ОВН мм2
В качестве обмотки ОВН принимается цилиндрическая обмотка из круглого
Выбирается сечение П2 и размер [pic].
АПБ×[pic]177 увеличение массы = 25%.
Полное сечение витка м2
Полученная плотность тока Ам2
Число слоёв в обмотке
Разбиваем обмотку на две катушки.
Рабочее напряжение двух слоёв В
Выбирается число слоёв и общая толщина кабельной бумаги в изоляции
между двумя слоями обмотки (сл2 мм
Выступ междуслойной изоляции на торцах обмотки (на одну сторону)
принимается равным 16 мм.
Радиальный размер обмотки м:
Внутренний диаметр обмотки м
Наружный диаметр обмотки м
Поверхность охлаждения м2
Рисунок 3 – Обмотка высокого напряжения
4 Определение потерь короткого замыкания
Потери короткого замыкания Рк в ТР складываются из основных потерь и
добавочных потерь в меди обмоток в меди отводов между обмотками и вводами
потерь в стенках бака и других металлических элементах конструкции ТР
вызванных полем рассеяния обмоток и вводов Вт:
4.1 Основные потери в обмотках
Потери в обмотке НН Вт
Потери в обмотке ВН Вт
где GА1(2)– масса алюминия обмоток НН (ВН) кг
Dср1(2) – средний диаметр обмоток НН (ВН) мм
4.2 Добавочные потери в обмотках
Коэффициенты добавочных потерь:
4.3 Потери в отводах
Сечение отвода равно сечению витка обмотки м2
Длина провода отводов мм
Gотв1(2)=[pic] lотв1(2)(Потв1(2)
Gотв1=2700(3225(984(10-6=09
Gотв2=2700(3225(177(10-6=0015.
Основные потери в отводах Вт
Добавочные потери в отводах задаются коэффициентом добавочных потерь в
отводах равным 102 105.
4.4 Потери в стенках бака и деталях конструкции Вт
где k=0015 007 S – в кВА;
Погрешность величины Рк относительно Рк заданной %
5 Напряжение короткого замыкания
кр – коэффициент Роговского уточняется по формуле
Напряжение короткого замыкания %
6 Определение механических сил в обмотках и нагрева обмоток
Действующее значение установившегося тока короткого замыкания А
Наибольшее мгновенное значение тока короткого замыкания А
где Kmax– коэффициент учитывающий максимально возможную
апериодическую составляющую тока
В цилиндрических обмотках при коротком замыкании целостность ОВН не
нарушается так как отключенные витки (для регулирования UВН) находятся в
последнем или двух последних слоях. Следовательно распределение сил
соответствует рисунку 4.
Рисунок 4 – Распределение сил в обмотках
Средняя индукция продольного поля Тл
Радиальная сила Fр Н
Наибольшей является сила Fр2 поэтому её значение используется для
дальнейших расчётов.
Радиальная сила сжатия (растяжения) Н
Напряжение сжатия (растяжения) в проводе обмотки НН (ВН) МПа
Осевая сила Fос достигает максимального значения на середине обмотки.
Она определяется по формуле Н
Сжимающее напряжение МПа
Предельная условная температура обмоток (С
где tк – наибольшая продолжительность короткого замыкания на
(н – начальная температура обмотки (обычно принимается 90 (С);
где (доп – предельно допустимое значение температуры таблица7.6
Время в течение которого обмотка достигает (доп с
7 Определение размеров магнитной системы
Магнитная система собирается из пластин холоднокатаной анизотропной
стали марки 3404 с толщиной листа 035 мм.
Способ прессовки стержня – расклиниванием с обмоткой (без прессующей
Размеры пакетов в сечении стержня и ярма
d=014 м – диаметр стержня;
nc=6 – число ступеней в стержне;
nя=5 – число ступеней в ярме;
kкр=0919 – коэффициент заполнения круга для стержня;
ая=65 мм – ширина крайнего наружного пакета ярма.
Сечение стержня состоит из 6 ступеней. В ярме 5 ступеней сечение ярма
повторяет сечение стержня два последних пакета объединены в один (см
Рисунок 5 – Поперечное сечение стержня и ярма
№ пакета Стержень мм Ярмо
где Пфс – площадь ступенчатой фигуры сечения стержня;
Активное сечение ярма м2
где Пфя – площадь ступенчатой фигуры сечения ярма;
Объём стали угла магнитной системы см3
где Vу – объём угла магнитной системы;
где [pic]и [pic]– расстояние от обмотки до верхнего и нижнего ярма
стали угла магнитной системы кг
где (ст=7650 кгм3 – удельная масса стали;
где [pic]– масса частей ярм заключённых между осями крайних стержней
С – расстояние между осями стержней м
[pic]– масса стали в частях ярм от оси крайнего стержня до края
где [pic]– масса стали стержней в пределах окна магнитной системы кг
[pic]– масса стали в местах стыка пакетов стержня и ярма кг
Полная масса стали кг
План шихтовки магнитной системы представлен на рисунке 6.
Рисунок 6 – План шихтовки магнитной системы
8 Расчёт потерь холостого хода
Для плоской трёхфазной магнитной системы собранной из пластин
холоднокатанной анизотропной стали с прессовкой стержней расклиниванием с
внутренней обмоткой (ОНН) а ярм – ярмовыми балками и имеющей четыре угла
на крайних и два на средних стержнях потери холостого хода Вт
где kпр – коэффициент учитывающий резку пластин;
kпз – коэффициент учитывающий снятие заусенцев;
kпу – коэффициент учитывающий сочетание косых и прямых стыков
(косые стыки в четырёх углах прямые – в двух углах
kпя – коэффициент увеличения потерь зависящий от формы сечения
kпп – коэффициент учитывающий прессовку магнитной системы
kпш – коэффициент учитывающий перешихтовку магнитной системы
при мощности трансформатора до 250 кВА равен 101.
Для определения удельных потерь необходимо уточнить значения индукции
стержня Вс и ярма Вя Тл
Индукция на косом стыке Тл
Площадь сечения стержня на косом стыке м2
Удельные потери в стали р и в зоне шихтования стыка рз для
рассчитанных значений индукции
Вс=154 Тл рс=1168 Вткг рзс=600 Втм2;
Вя=151 Тл ря=1117 Вткг рзс=578 Втм2;
Вкос=11 Тл рзкос=335
Число немагнитных зазоров (стыков) nз зависит от вида шихтовки
магнитной системы. Согласно рисунка 8 nзкос=4 nзпр=3 следовательно
9 Расчёт тока холостого хода
Полные удельные намагничивающие мощности q для рассчитанных значений
Вс=154 Тл qс=1486 ВАкг qзс=19320 ВАм2;
Вя=151 Тл qя=1369 ВАкг qзс=17280 ВАм2;
Активная составляющая тока холостого хода %
Реактивная составляющая тока холостого хода %
Полный фазный ток холостого хода %
где Qх– полная намагничивающая мощность ТР ВА
где kтр – коэффициент учитывающий резку пластин;
kтз – коэффициент учитывающий снятие заусенцев;
kту – коэффициент учитывающий сочетание косых и прямых стыков
kтпл – коэффициент учитывающий ширину пластин в углах
kтя – коэффициент учитывающий соотношение числа ступеней
kтп – коэффициент учитывающий прессовку магнитной системы
kтш – коэффициент учитывающий перешихтовку верхнего ярма при
мощности трансформатора до 250 кВА равен 101.
qc qя и qз – удельные намагничивающие мощности;
Проверочный тепловой расчёт
Внутренний перепад температуры обмотки НН (ВН) (С
где q1(2)– удельный тепловой поток на поверхности обмотки Втм2
( – изоляция провода на одну сторону м;
(из– теплопроводность изоляции Вт(м((С) таблица 9.1;
Перепад температур на поверхности обмотки НН (ВН) (С
Полный средний перепад температуры от обмотки к маслу (С
В ходе выполнения курсовой работы были получены следующие основные
размеры трансформатора:
– диаметр стержня d=014 м;
– средний диаметр канала между обмотками d12=02 м.
Отклонение полученных величин от заданных в допустимых пределах.
*)Расчёт выполнен по [1].

Cодержание.doc

Электромагнитный расчёт 4
1 Расчёт основных электрических величин 4
2 Расчёт основных размеров трансформатора 6
3 Расчёт обмоток трансформатора 8
3.1 Расчёт обмотки низкого напряжения 9
3.2 Расчёт обмотки высокого напряжения 11
4 Определение потерь короткого замыкания 15
4.1 Основные потери в обмотках 15
4.2 Добавочные потери в обмотках 15
4.3 Потери в отводах 16
4.4 Потери в стенках бака и деталях конструкции Вт 17
5 Напряжение короткого замыкания 17
6 Определение механических сил в обмотках и нагрева обмоток 18
7 Определение размеров магнитной системы 21
8 Расчёт потерь холостого хода 24
9 Расчёт тока холостого хода 26
Проверочный тепловой расчёт 28
Приложение А (обязательное). Спецификация
Приложение Б (справочное)). Библиографический список
Трёхфазный силовой трансформатор

Спецификация(А).doc

ФоЗоПоОбозначение Наименование КолПрим.
ТПЖА.672213. ПЗ Пояснительная записка 1
ТПЖА.672213. СБ Сборочный чертёж 1
ТПЖА.684414. Магнитопровод с обмотками 1
ТПЖА.686172.001 Крышка 1
ТПЖА.686152.002 Изолятор ВН 3
ТПЖА.685554.003 Токоотвод ВН 3
ТПЖА.686152.002 Изолятор НН 4
ТПЖА.685554.003 Токоотвод НН 4
Стандартные изделия
Болт ГОСТ 7805-70 46
РазработЛипатни Трёхфазный Лит