Расчет трехфазного двухобмоточного трансформатора

ЗАДАНИЕ_ТРАНСФОРМАТОР1.doc

на курсовую работу по дисциплине «Электрические машины и аппараты»
РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА
Исходные данные для проектирования
Номинальная мощность трансформатора . . . . . . . . . .
Число фаз . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Частота сети . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Режим работы трансформатора . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Номинальное высшее линейное напряжение . . . . . . .
Номинальное низшее линейное напряжение . . . . . . .
Схема и группа соединения обмоток . . . . . . . . . . . . . .
Способ охлаждения трансформатора . . . . . . . . . . . . . .
естественное масляное
Напряжение короткого замыкания . . . . . . . . . . . . . . . .
Потери короткого замыкания . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Потери холостого хода . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Ток холостого хода . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Материал обмоток . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Рассчитать трехфазный двухобмоточный трансформатор согласно
Согласно исходным данным выбрать марку трансформатора расшифровать и начертить общий вид трансформатора на листе формата А1 согласно исходным данным.
Примечание: Текст пояснительной записки и чертеж трансформатора выполнить с учетом требований СТО БГАУ 2009 и ГОСТов

КР расчет 3х фазн. 2х обм.тр.doc

РАСЧЕТ ТРЕХФАЗНОГО ДВУХОБМОТОЧНОГО ТРАНСФОРМАТОРА 400 кВА 100515 кВ 50 ГЦ С ЕСТЕСТВЕННЫМ МАСЛЯНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ
Исходные данные для проектирования
Номинальная мощность трансформатора . . . . . . . . . .
Число фаз . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Частота сети . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Режим работы трансформатора . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Номинальное высшее линейное напряжение . . . . . . .
Номинальное низшее линейное напряжение . . . . . . .
Схема и группа соединения обмоток . . . . . . . . . . . . . .
Способ охлаждения трансформатора . . . . . . . . . . . . . .
естественное масляное
Напряжение короткого замыкания . . . . . . . . . . . . . . . .
Потери короткого замыкания . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Потери холостого хода . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Ток холостого хода . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Материал обмоток . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Обозначим для краткости первичную обмотку трансформатора –1 а вторичную – 2.
Основные электрические величины
1 Номинальные фазные напряжения (при этом принимаем во внимание что при схеме звезда):
2 Номинальные токи. При схеме «звезда» Iф = Iл
т.о. I1 = I1ф = 4484 А; I2 = I2ф = 231 А
Определение основных размеров трансформатора
металл провода обмоток – алюминий;
марка стали сердечника – 3411 (Э310);
толщина листов стали – 035 мм;
удельные потери в стали р10= 175 Вткг;
магнитная индукция в стержнях Вс=16 Тл;
средняя плотность тока в обмотках j = 2 Амм2;
Отношение веса стали к весу металла обмоток
где pм – удельные потери в металле обмоток для алюминия pм=1275 Вткг.
где С0 – коэффициент определяемый формой катушек материалом. При трехслойной конструкции алюминий круглая форма катушек
С0 = 014 021 [4]. Примем С0 =017.
Число витков в обмотке 1
Число витков в обмотке 2
Уточненное значение ЭДС на виток
Площадь поперечного сечения стали стержня сердечника
Рисунок 2.1 Ступенчатая форма поперечного сечения стержня трансформатора
Число ступеней стержня сердечника n=6; [4]
Число каналов в сердечнике – сердечник без каналов;
Коэффициент заполнения площади описанного круга площадью ступенчатой фигуры kкр=0935 [4];
Изоляция стали – бумага;
Коэффициент заполнения ступенчатой фигуры сталью fс=092 [4];
Диаметр круга описанного вокруг стержня сердечника
Номинальная мощность обмотки 1 на стержень сердечника
Номинальное напряжение обмотки 1 на стержень сердечника
Номинальный ток обмотки 1 на стержень сердечника
Число витков обмотки 1 на стержень сердечника
Предварительная площадь поперечного сечения провода обмотки 1
Тип обмотки 1 – цилиндрическая двухслойная из провода прямоугольного сечения [2];
Номинальная полная мощность обмотки 2 на стержень сердечника
Номинальное напряжение обмотки 2 на стержень
Номинальный ток обмотки 2
Число витков обмотки 2 на стержень
Предварительная площадь поперечного сечения провода обмотки 2
Тип обмотки 2 – многослойная цилиндрическая из провода круглого сечения [2].
Испытательное напряжение обмотки 1
Испытательное напряжение обмотки 2
Изоляционный цилиндр между обмоткой 1 и сердечником цо не предусматривается;
Полное расстояние между обмоткой 1 и стержнем сердечника
Расстояние между обмоткой и ярмом
Толщина изоляционного цилиндра в промежутке между обмотками 1 и 2
Толщина каждого из двух вертикальных каналов
Полное расстояние между обмотками 1 и 2
=2.ак12+ц12=2.05+03=13 см;
Предварительная радиальная толщина обмотки 1 из алюминиевого провода при мощности одного стержня от 50 до 500 кВт 1= 36 44 принимаем 1=4 см [4].
Предварительная радиальная толщина обмотки 2 при предыдущих мощностях 2= 25 3 принимаем 2=27 см [4].
Предварительное приведенное расстояние между обмотками
Средний диаметр обмотки 1
Средний диаметр обмотки 2
Средняя длина витка обмоток
Активная составляющая напряжения короткого замыкания
Индуктивная составляющая напряжения короткого замыкания
Высота обмоток по оси стержня сердечника
где Кр= 095 097 – коэффициент учитывающий переход от средней длины магнитных линий потоков рассеяния к действительной высоте обмоток по оси стержня [4].
Рисунок 2.3 Предварительный эскиз расположения обмоток в окне
Высота окна сердечника
Отношение высоты окна сердечника к диаметру стержня сердечника
При обмотках из алюминиевого провода в трансформаторах с масляным охлаждением lcD0=42 52 [4]
Расчет обмоток трансформатора
Уточнение средней плотности тока в обмотках
где kм – коэффициент учитывающий потери в отводах и потери от потоков рассеяния в баке трансформатора. kм =0.96 092 [4].
γм - удельный вес алюминия γм=27 кгсм3 .
Предварительная удельная тепловая загрузка поверхности обмотки 1
q – количество теплоты переданное маслом охлаждающей поверхности q1≤ 700 900 – при цилиндрической винтовой обмотке из алюминия режим продолжительный. Принимаем q1=700 Втм2;
Предварительная удельная тепловая загрузка поверхности обмотки 2
q2≤500 700 – при многослойной обмотке из алюминия с проводом круглого сечения. Принимаем q1=500 Втм2 [4].
Расчет цилиндрической обмотки 1 из провода прямоугольного сечения
Предварительная плотность тока в обмотке 1
Площадь поперечного сечения провода обмотки 1
Цилиндрическая обмотка 1 из провода прямоугольного сечения может иметь один или два слоя принимаем число слоев nв1=2.
Предварительная высота витка вдоль стержня сердечника
Число цилиндрических поверхностей охлаждения обмотки
где kп075 – коэффициент частичного закрытия поверхности обмотки рейками образующие вертикальные каналы принимаем [5].
Окончательно по табл. 5-3 [4] принимаются следующие размеры провода
где а1 – большая сторона сечения провода;
b1 – меньшая сторона сечения провода;
u – нормальная изоляция провода для провода марки ПББО u = 045[4];
- число параллельных проводов.
Площадь поперечного сечения провода
где Sм1к – площадь поперечного сечения провода обмотки 1
Плотность тока в обмотке 1
Толщина витка вдоль стержня сердечника
где b1мк – осевая толщина m – ного изолированного параллельного провода.
Удельная тепловая загрузка поверхности обмотки 1
Радиальная толщина витка
Высота обмотки 1 вдоль стержня сердечника
Радиальная толщина вертикального канала между двумя слоями обмотки 1. Для масляных трансформаторов.
Радиальная толщина обмотки 1
Средний диаметр обмотки 1
Средняя длина витка обмотки 1
Вес металла обмотки 1
где гcм3 - удельный вес обмоточного провода [6].
Потери в обмотке 1 без учета добавочных потерь
Сумма толщин всех проводов без изоляции обмотки 1 вдоль стержня
Полное число проводов обмотки 1 вдоль радиуса
Коэффициент увеличения потерь в обмотке 1 от поверхностного эффекта
где ρ – удельное сопротивление алюминия при 75 ºC ρ =0034 Омм;
Потери в обмотке 1 с учетом добавочных потерь
Расчет многослойной цилиндрической обмотки 2 из провода круглого
Плотность тока в обмотке 2
Площадь поперечного сечения провода обмотки 2
Число параллельных проводов в обмотке 2
Диаметр голого и изолированного провода (таблица 5-1) [4]
Марка провода – АПБ;
где - площадь поперечного сечения изолированного провода
Расчетный диаметр изолированного провода обмотки 2 с учетом неплотности намотки
Число витков в одном слое обмотки
Число слоев обмотки 2
что нежелательно; принимаем ;
Окончательное число витков в слое
т.е. 10 слоев по 77 витков и 1 слой из 28 витков т.е. всего витков.
Рабочее напряжение между двумя слоями
Толщина междуслойной изоляции
Выступ междуслойной изоляции на торцах обмотки 2 равен 16 см [4];
Число цилиндрических поверхностей охлаждения обмотки 2 на стержень сердечника
Принимаем (округляется до целого значения в пределах от 1 до 4)
Удельная тепловая загрузка поверхности обмотки 2
Число слоев и витков в слое во внутренней катушке – 1 слой по 77 витков в слое;
Число слоев и витков в слое в наружной катушке – 1 слой по 77 витков и 1 слой из 28 витков;
Радиальная ширина вертикального канала между двумя концентрическими катушками обмотки 2
Радиальная толщина обмотки 2
Уточнение приведенного расстояния
где – приведенное расстояние между обмотками см;
– высота обмоток см.
Уточнение действительного расстояния между обмотками 1 и 2
Средняя длина витка обмотки 2
Вес металла обмотки 2
Потери в обмотке 2 без учета добавочных потерь
Коэффициент увеличения потерь в обмотке 2 от поверхностного эффекта
Потери в обмотке 2 с учетом добавочных потерь
Вт. 6 Параметры и относительное изменение напряжения трансформатора
Потери короткого замыкания
т.е. на 03 % больше заданного что допустимо [4].
Приведенное расстояние между обмотками
Коэффициент учитывающий переход от средней линии магнитных силовых линий потоков рассеяния к высоте обмоток
Средняя длина витка обмоток 1 и 2
Индуктивная составляющая напряжения короткого замыкания
Напряжение короткого замыкания
т.е. на 35% больше задания что допустимо.
Активное сопротивление обмотки 1
Активное сопротивление обмотки 2
Ом;Активная составляющая сопротивления короткого замыкания приведенная к числу витков обмотки 1
Индуктивная составляющая сопротивления короткого замыкания приведенная к числу витков обмотки 1
Процентное изменение напряжения при номинальной нагрузке (= 1) и
Механические силы в обмотках при коротком замыкании
Установившийся ток к. з. в обмотках
Максимальное значение тока к. з. в обмотке 2
Суммарная радиальная сила при к.з.
Разрывающее напряжение в проводе обмотки 2
что допустимо. Допустимое напряжение для алюминия ≤600 700 кгсм2
Расчет магнитной системы трансформатора
Принимаем: запрессовка стержней сердечника выполнена клиньями между сердечником и обмоткой 1 сердечник без каналов [4];
Ширина пакетов стержней сердечника:
Толщина пакетов стержня сердечника (в сердечнике нет каналов):
Площадь поперечного сечения ступенчатой фигуры стержня сердечника
Магнитная индукция в стали стержня сердечника
Коэффициент увеличения площади поперечного сечения стали ярма
Поперечное сечение стали ярма
Магнитная индукция в стали ярма
Высота ярма сердечника
Толщина ярма перпендикулярно листам стали
Наружный диаметр обмотки 2
Расстояние между осями стержней сердечника
Длина ярма сердечника
Длина стержней сердечника
Вес стали стержней сердечника
Вес стали ярем сердечника
Полный вес стали сердечника
Потери в стали сердечника (потери холостого хода) [5]
Gу= Gс.у.+ Gя.у.= γSс2b1+ γSя2b1
Gу =762162171910-3+762262171910-3=564+591=1155 кг;
P10=175 Вткг; P10я=157 Вткг; [4]
т.е. на 4 % больше заданного что допустимо.
Сборка сердечника – впереплет.
Число эквивалентных магнитных зазоров в сердечнике крайней фазы с магнитной индукцией Вс
Число эквивалентных магнитных зазоров в сердечнике крайней фазы с магнитной индукцией Вя
Амплитуда намагничивающего тока крайней фазы обмотки 1
где awc – удельные магнитодвижущие силы (МДС) в стержне; [4]
awя – удельные МДС в ярме; [4]
э – длина эквивалентного воздушного зазора в стержне и ярме при сборке сердечника в переплет э = 0005 см [4].
Число зазоров в сердечнике средней фазы с магнитной индукцией Вс
Число зазоров в сердечнике средней фазы с магнитной индукцией Вя
Амплитуда намагничивающего тока средней фазы обмотки 1
Среднее значение амплитуды намагничивающего тока для трех фаз
Реактивная составляющая фазного тока холостого хода обмотки 1
где kA1 – коэффициент амплитуды зависящий от магнитной индукции и вида стали.
Реактивная составляющая фазного тока холостого хода по упрощенному методу расчета
где с – коэффициент учитывающий соединение обмоток на стороне питания с=1 если обмотки соединены в треугольник или звезду с нулевым проводом с=1 092 если на стороне питания обмотки соединены в звезду без нулевого провода;
ррс – удельная реактивная мощность намагничивания листовой электротехнической стали ррс = 22 44;
рс – удельная реактивная мощность намагничивания мест сопряжения стальных листов рс = 18 27 при В=Вс;
ря – удельная реактивная мощность намагничивания мест сопряжения ярма
ря = 17 22 при В=Вя.
Реактивная составляющая линейного тока холостого хода по упрощенному методу расчета
Активная составляющая фазного тока холостого кода обмотки 1
Фазный ток холостого хода
Линейный ток холостого хода обмотки 1 т.к. соединение «звезда».
Линейный ток холостого хода в процентах от номинального тока
т.е. на 2 % больше заданной величины что допустимо.
Коэффициент полезного действия
Коэффициент полезного действия при номинальной нагрузке и cos φ = 08
Кратность тока нагрузки при которой коэффициент полезного действия максимальный
Максимальное значение КПД при cos φ2 = 08
Проектирование трансформаторов включает в себя расчет и их конструирование. В данной курсовой работе рассматривался только расчет силового трехфазного трансформатора с масляным охлаждением мощностью 400 кВА напряжением 1004 кВ.
На основе задания и исходных данных выбираем трехфазный масляный трансформатор соответствующий требованиям ГОСТ 11677 ГОСТ 11920 ГОСТ-15150 марки ТМГ-40010-04-У1 – трансформатор трехфазный силовой масляный герметичного исполнения (без маслорасширителя) общего назначения мощностью 400 кВ-А с естественным масляным охлаждением с напряжением на высокой стороне 10 кВ на низкой – 04 кВ климатического исполнения для умеренного климата.
Библиографический список
Беспалов В.Я. Электрические машины [Текст] : учебник В.Я. Беспалов [и др.]. – М.: Академия 2006. – 313 с.
Ванурин В.Н. Электрические машины [Текст] : учебник В.Н. Ванурин. – М.: Энергия 2006. – 380 с.
Епифанов А.П. Электрические машины [Текст] : учебник А.П. Епифанов. – М.: Лань 2006. – 263 с.
Тихомиров П.М. Расчет трансформаторов [Текст] : учебник П.М. Тихомиров. – М.: Энергия 1976. – 544 с.
Дымков А.М. Расчет и конструирование трансформаторов [Текст] : учебник А.М. Дымков. – М.: Высш. шк. 1971. – 264 с.
Сергеев П.С. Проектирование электрических машин [Текст] : учебник П.С. Сергеев Н.В. Виноградов Ф.А. Горяинов. – М.: Энергия 1969. – 632 с.
Ермолин Н.П. Расчет силовых трансформаторов [Текст] : пособие по курсовому проектированию Н.П. Ермолин Г.Г. Швец. – Л.: ЛЭТИ 1964. – 167 с.
Известно что наибольшее распространение в трансформатостроении получили силовые трансформаторы со стержневыми магнитопроводами как наиболее простые и удобные в конструктивном отношении по сравнению с трансформаторами броневого типа. Трансформаторы броневого типа в России в основном используются в маломощных радиотехнических установках. Трансформатор со стержневым магнитопроводом обладает лучшими условиями охлаждения обмоток и сердечника доступностью осмотра обмоток при ревизии трансформатора простотой сборки и ремонта сердечника и т.д [1].
В курсовой работе в краткой форме произведен расчет силового трансформатора без подробного рассмотрения ряда второстепенных деталей и узлов имеющих значение при заводском проектировании. Однако это дает возможность овладеть основами расчета трансформаторов.
Основные электрические величины 4
Определение основных размеров трансформатора 5
Расчет обмоток трансформатора 8
Расчет цилиндрической обмотки 1 из провода прямоугольного
Расчет многослойной цилиндрической обмотки 2 из провода
Параметры и относительное изменение напряжения трансформатора15
Механические силы в обмотках при коротком замыкании 16
Расчет магнитной системы трансформатора 17
Коэффициент полезного действия 21
Библиографический список 23

трансформатор на печать.cdw

Табличка обозначения
Общий вид трансформатора
Крепление заземления
Привод переключателя
Табличка зав. номера