• RU
  • icon На проверке: 7
Меню

Трансформатор ТМ-40/6

  • Добавлен: 01.07.2014
  • Размер: 768 KB
  • Закачек: 0
Узнать, как скачать этот материал

Описание

Курсовой проект 'Проектирование силового трансформатора ТМ-40/6'

Состав проекта

icon
icon
icon ╩╧-╥╠-40-6-╦шёЄ 1.bak
icon ╩╧-╥╠-40-6-╦шёЄ 1.dwg
icon ╩╧-╥╠-40-6-╦шёЄ 2.bak
icon ╩╧-╥╠-40-6-╦шёЄ 2.dwg
icon ╩╧-╥╠-40-6-╦шёЄ 3.bak
icon ╩╧-╥╠-40-6-╦шёЄ 3.dwg
icon ╩╧-╥╠-40-6-╦шёЄ 4.bak
icon ╩╧-╥╠-40-6-╦шёЄ 4.dwg
icon ╩╙╨╤╬┬╬╔ ╧╨╬┼╩╥. ▌╦┼╩╥╨╬╠┼╒└═╚╩└.docx
icon ╨рёўхЄэю-яю ёэшЄхы№эр .xmcd

Дополнительная информация

Контент чертежей

icon ╩╧-╥╠-40-6-╦шёЄ 1.dwg

╩╧-╥╠-40-6-╦шёЄ 1.dwg
Трансформатор ТМ-406
План шихтовки магнитопровода
Неуказанные болтовые соединения выполнены М16

icon ╩╧-╥╠-40-6-╦шёЄ 2.dwg

╩╧-╥╠-40-6-╦шёЄ 2.dwg

icon ╩╧-╥╠-40-6-╦шёЄ 3.dwg

╩╧-╥╠-40-6-╦шёЄ 3.dwg
Расчетно-пояснительная записка
Обмотки и остов трансформатора
Изоляционный цилиндр
Сердечник магн. системы
Ярмовая изоляция (шайба)
Опора магнитной системы

icon ╩╧-╥╠-40-6-╦шёЄ 4.dwg

╩╧-╥╠-40-6-╦шёЄ 4.dwg
Изоляционная пластина
Элементарный проводник
Изоляция провода обм. НН
Переключатель регулировоч
Трансформатор ТМ-406
Указатель уровня масла

icon ╩╙╨╤╬┬╬╔ ╧╨╬┼╩╥. ▌╦┼╩╥╨╬╠┼╒└═╚╩└.docx

(Национальный Исследовательский Университет)
Кафедра Электрических Машин
Трансформатор ТМ-406
Задание на проектирование силового трансформатора
Выполнить расчет и конструктивную разработку трансформатора со следующими данными:
)Тип трансформатора – ТМ-406
)Номинальное напряжение обмотки высшего напряжения – (6000±2*25 %) В
)Номинальное напряжение обмотки низшего напряжения – 400 В
)Схема и группа соединения обмоток – УУ-0
)Система охлаждения – естественное масляное
)Режим работы – длительная нагрузка
)Установка – наружная
Параметры трансформатора:
)Напряжение короткого замыкания – 45 %
)Потери короткого замыкания – 850 Вт
)Потери холостого хода – 145 Вт
)Ток холостого хода – 28 %
Дополнительные условия:
)Материал проводов обмоток – Алюминий
Проект трансформатора должен быть выполнен в соответствии с ГОСТ 11677-85 ГОСТ 12077-76 ГОСТ 11920-85
Примечание: расчет трансформатора ведется по образцам и алгоритмам данным в учебном пособии П.М.Тихомирова «Расчет трансформаторов» глава 3 стр. 95 и глава 10 стр. 454
Все ссылки на таблицы указывают на номера данных таблиц в книге «Расчет трансформаторов»
Расчет основных электрических величин
1 Определение линейных и фазных токов и напряжений
1.1) Мощность одной фазы трансформатора:
S – Номинальная мощность трансформатора m – Число фаз
1.2) Номинальные токи
S – Номинальная мощность трансформатора Uл.ВН - Номинальное напряжение обмотки высшего напряжения Uл.НН - Номинальное напряжение обмотки низшего напряжения
1.4) Фазные напряжения
2 Определение испытательных напряжений обмоток
2.1) Испытательные напряжения
Согласно таблице 4.1 представленной в пособии «Расчет Трансформаторов» по классу напряжения определяем испытательные напряжения:
Обмотка ВН: Uисп1 = 25 кВ
Обмотка НН: Uисп1 = 5 кВ
2.2) Изоляционные расстояния
Согласно таблице 4.5 представленной в пособии «Расчет Трансформаторов» для испытательного напряжения ВН Uисп1 = 25 кВ определяем изоляционные расстояния:
a12 = 9 мм l02 = 20 мм a22 = 8 мм
По таблице 4.4 для испытательного напряжения НН Uисп1 = 5 кВ определяем изоляционное расстояние:
l02 = 15 мм a01 = 4 мм
3 Определение активной и реактивной составляющих напряжения короткого замыкания
3.1) Активная составляющая напряжения короткого замыкания
Pк – потери короткого замыкания S – Номинальная мощность трансформатора
3.2) Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания
Расчет основных размеров трансформатора
1 Выбор схемы конструкции и технологии изготовления магнитной системы
Трехстержневой двухобмоточный трансформатор с плоской магнитной системой из рулонной холоднокатаной стали стержневого типа со стержнями имеющими сечение в виде симметричной ступенчатой фигуры вписанной в окружность. Шихтовка пластин: косые стыки в четырех и прямые в двух углах.
2 Выбор марки и толщины листов стали и типа изоляции пластин индукции в магнитной системе
Согласно исходным данным материалом из которого изготовлена магнитная система трансформатора является электротехническая сталь марки 3404
2.2) Толщина листов стали
По таблице 2.2 толщина листов электротехнической стали марки 3404 берется равной 035 мм
2.3) Тип изоляции пластин
По таблице 2.2 тип изоляционного покрытия для электротехнической стали марки 3404 – нагревостойкое с однократной лакировкой
2.4) Индукция в магнитной системе
Согласно данным таблицы 2.4 рекомендуемая индукция в масляных трансформаторах с материалом магнитной системы – электротехническая сталь марки 3404 и мощностью от 25 до 100 кВ*А лежит в пределах от 155 до 16 Тл. Положим что:
3 Выбор материала обмоток
По исходным данным типового расчета обмотка выполнена из алюминиевого провода
4 Предварительный выбор конструкции обмоток
Для обмотки НН целесообразно выбрать цилиндрическую двухслойную обмотку из прямоугольного провода так как наш трансформатор имеет довольно небольшие электрические параметры а также потому что данная обмотка весьма проста в изготовлении и хорошо охлаждается.
Для обмотки ВН возьмем многослойную цилиндрическую обмотку из круглого провода. Она как раз подходит к электрическим параметрам обмотки ВН нашего трансформатора. Эти обмотки также просты в изготовлении.
5 Определение размеров главных изоляционных промежутков главной изоляции обмоток
6 Определение диаметра стержня и высоты обмотки предварительный расчет магнитной системы
6.1) Диаметр стержня
Мощность на одну обмотку:
Отношение длины окружности канала между обмотками к высоте обмотки:
По таблице 3.12 получаем что для масляных трансформаторов с алюминиевой обмоткой и мощность 25-100 кВ*А значение лежит в пределах 12-16. Пусть:
Ширина приведенного канала рассеяния:
Из таблицы 3.3 находим что k=063*125=07875 для трансформаторов мощностью до 250 кВ*А с алюминиевыми обмотками
из предыдущих расчетов
Коэффициент Роговского:
Данный коэффициент является коэффициентом приведения идеального поля рассеяния к реальному. В наших расчетах можно принять
Реактивная составляющая напряжения КЗ:
Коэффициент заполнения активным сечением стали площади круга описанного около сечения стержня:
По табл. 2.5 для шестиступенчатого круга
В итоге получаем диаметр стержня:
Ближайший нормализованный диаметр dН=9 см
Средний диаметр канала между обмотками:
= 4 мм – радиальный размер осевого канала между стержнем и обмоткой
= 9 мм – радиальный размер осевого канала между обмотками ВН и НН
Примечание: для трансформаторов 25-630 кВ*А с плоской магнитной системой
Диаметр стержня: d = 9 см
6.3) Активное сечение стержня (чистое сечение стали)
6.4) Электродвижущая сила одного витка
Расчет обмоток трансформатора
1 Выбор типа обмоток НН и ВН
При выборе типа обмотки нужно учитывать мощность трансформатора S ток нагрузки одного стержня IC номинальное напряжение Uном а также поперечное сечение витка обмотки. Данные величины считаются основными критериями для выбора типа обмотки.
1.1) Ориентировочное сечение витка обмотки
- ток соответствующей обмотки одного стержня - средняя плотность тока в обмотках ВН и НН
Коэффициент учитывающий добавочные потери от гистерезиса вихревых токов воздействия поля рассеяния:
По данным таблицы 3.6 можем сделать вывод что для трансформаторов мощностью менее 100 кВ*А данный коэффициент
Потери короткого замыкания: По исходным данным
Электродвижущая сила одного витка: Из ранее рассчитанного имеем
Номинальная мощность: По исходным данным
Из ранее рассчитанного имеем
Согласно данным из таблицы 5.7 рассчитанная плотность тока входит в допустимые пределы.
Сечение витка обмотки НН:
Сечение витка обмотки ВН:
После полученных данных окончательно можем подтвердить правильность предварительного выбора типов обмоток
Произведем расчет обмоток (по образцу на стр. 298-299)
2.1) Число витков на одну фазу обмотки
2.2) Напряжение одного витка
2.3) Действительная индукция в стержне
2.4) Число витков в одном слое
2.5) Ориентировочный осевой размер витка
2.6) Ориентировочное сечение витка
2.7) Сечение одного провода
2.8) Радиальный размер провода
Теперь по результатам пунктов 4.2.5)-4.2.8) подберем в таблице 5.2 провода
По рекомендации преподавателя размеры a и b были взяты именно указанными
Размеры с учетом изоляции на две стороны:
2.9) Подобранные размеры провода
2.10) Полное сечение витка
2.11) Полученная плотность тока
2.12) Осевой размер витка
2.13) Осевой размер обмотки
2.14) Радиальный размер обмотки
a11=4 мм из ранее полученных данных
2.15) Внутренний диаметр обмотки
2.16) Внешний диаметр обмотки
2.17) Площадь охлаждаемых поверхностей
- число активных стержней
- учитывает закрытые части поверхности обмотки рейками и другими изоляционными деталями
- осевой размер обмотки
- внутренний диаметр обмотки
- наружный диаметр обмотки
3.1) Число витков при номинальном напряжении
3.2) Число витков на одной ступени регулирования напряжения
– Напряжение на одной ступени регулирования (разность напряжений двух соседних ответвлений)
3.3) Число витков на четырех ступенях регулирования
Число витков на ответвлениях
3.4) Осевой размер обмотки ВН
Осевой размер обмотки ВН принимается равным осевом размеру обмотки НН
3.5) Ориентировочная плотность тока в обмотке ВН
3.6) Сечение витка обмотки ВН
По сечению и сортаменту обмоточного провода (табл. 5.1) выберем провод в соответствии с полученным сечением витка обмотки
3.7) Полное сечение витка
3.8) Фактическая плотность тока в обмотке ВН
3.9) Число витков в слое
3.10) Число слоев в обмотке
3.11) Рабочее напряжение двух слоев
3.12) Число слоев и общая толщина кабельной бумаги
По рабочему напряжению двух слоев выберем из таблицы 4.7 число слоев и общую толщину изол кабельной бумаги и изоляции между двумя слоями обмотки
изол=2*012 мм=024 мм для напряжения до 1000 В изол
3.13) Ширина масляного канала
По таблице 9.2а наиболее оптимальна для нашего трансформатора:
3.14) Радиальный размер обмотки
Радиальный размер обмотки с двумя катушками без экрана
3.15) Внутренний диаметр обмотки
3.16) Внешний диаметр обмотки
3.17) Поверхность охлаждения
- учитывает закрытые части поверхности обмотки изоляционными деталями
Обмотка ВН рассчитана
Расчет параметров короткого замыкания
1 Определение потерь короткого замыкания
1.1) Основные потери в обмотках НН
– масса металла обмотки
– средний диаметр обмотки
число активных стержней трансформатора с=3
число витков обмотки НН
сечение витка обмотки НН
1.2) Основные потери в обмотках ВН
число витков обмотки ВН
сечение витка обмотки ВН
1.3) Добавочные потери в обмотках НН
Для алюминиевого круглого провода добавочные потери ищутся по формуле
n - число проводников обмотки в направлении перпендикулярном направлению
линий магнитной индукции поля рассеяния (2 слоя по 53 витка у обмотки НН значит перпендикулярно линиям индукции поля рассеяния будут 2проводника)
- параметр который рассчитывается по формуле
т - число проводников обмотки в направлении параллельном направлению линий магнитной индукции поля рассеяния (2 слоя по 53 витка у обмотки НН значит параллельно линиям индукции поля рассеяния будут 53 проводника)
l - общий размер обмотки в направлении параллельном линии магнитной
индукции поля рассеяния
kР - коэффициент приведения поля рассеяния
Аналогично рассчитываем добавочные потери в обмотках ВН
1.4) Добавочные потери в обмотках ВН
1.5) Добавочные потери в стенках бака
k=0015 – коэффициент определяем по таблице 7.1
1.6) Основные потери в отводах обмотки НН
Масса металла проводов отводов
Общая длина отводов для соединения в звезду
Сечение проводов отводов
1.7) Основные потери в отводах обмотки ВН
1.8) Добавочные потери в отводах
В силовых трансформаторах общего назначения потери в отводах составляют как правило не более 5-8% потерь короткого замыкания а добавочные потери в отводах – не более 5% основных потерь в отводах. Поэтому необходимость в определении добавочных потерь в отводах отпадает так как в условиях нашего расчета они могут быть приняты пренебрежимо малыми (порядка сотых долей Ватта).
1.9) Полные потери короткого замыкания
2Расчет напряжения короткого замыкания
2.1) Активная составляющая напряжения короткого замыкания
Рассчитаем реактивную составляющую напряжения короткого замыкания в процентах
2.2) Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания (с.349)
Недостающие величины:
- ширина приведенного канала рассеяния
- коэффициент Роговского
3 Определение механических сил в обмотках
3.1) Действующее значение установившегося тока короткого замыкания
Действующее значение установившегося тока короткого замыкания определяется согласно ГОСТ 11675-85 с учетом сопротивления питающей сети для основного ответвления обмотки
– мощность короткого замыкания электрической сети определяемая из табл. 7.2
=500 МВ*А для класса напряжения 6-10 кВ
3.2) Установившийся ток короткого замыкания для обмотки ВН
Доп. 5.3.3) Установившийся ток короткого замыкания для обмотки НН
3.4) Ударный ток короткого замыкания
- коэффициент учитывающий максимально возможную апериодическую составляющую тока короткого замыкания
3.5) Радиальная сила
3.6) Сила сжимающая внутреннюю обмотку
3.7) Среднее сжимающее напряжение в проводе обмотки НН
3.8) Среднее растягивающее напряжение в обмотке ВН
3.9) Осевые силы в обмотках
K - Коэффициент осевой силы
3.10) Сжимающее напряжение в середине высоты обмотки НН
– суммарный радиальный размер алюминиевых лент обмотки НН = 00008*116=0093
3.11) Предельная условная температура обмотки
Окончательный расчет магнитной системы. Определение параметров холостого хода
1 Определение размеров пакетов и активных сечений стержня и ярма
Магнитная Система: трехфазная плоская шихтованная
Материал пластин: холднокатанная электротехническая сталь марки 3404
Толщина пластин: 035 мм
Диаметр стержня: 9 мм
Метод скрепления стержней: скрепление бандажами из стеклоленты
Метод прессования ярем: прессование ярмовыми балками
1.1) Размеры пакетов
Выберем размеры пакетов по таблице 8.2
Размеры пакетов a×b мм
nc – число ступеней в сечении стержня kкр – коэффициент заполнения круга для стержня nя – число ступеней в сечении ярма aя – ширина крайнего наружного пакета ярма a×b – ширина пластины × толщина пакета
1.2) Площади сечений стержня и ярма и объем угла
Найдем данные параметры из табл. 8.6 с учетом отсутствия прессующих пластин
Пфс = 567 см2 Пфя = 582 см2 VУ=4264 см3
1.3) Активное сечение стержня
1.4) Активное сечение ярма
1.6) Расстояние между осями соседних стержней
Значение С округляется до 0005:
2 Расчет массы стержней и ярм и массы стали
масса стали в частях заключ. между осями крайних стержней
- масса стали стержней в пределах окна магнитной системы
- масса стали в местах стыка пакетов стержня и ярма
2.3)магнитной системы
3 Расчет потерь холостого хода
3.1) Магнитная индукция в стержне
3.2) Магнитная индукция в ярме
3.3) Магнитная индукция в стыке
Учтем также что площадь зазора для косых стыков:
3.4) Удельные потери
Удельные потели для стали стержней ярм и стыков находим из табл. 8.10. Для электротехнической стали марки 3404 толщиной 035 мм при шихтовке в две пластины:
= 1432 Вткг 1056 Втм2 = 1309 Вткг 997 Втм2 = 485 Вт м2
3.5) Потери холостого хода
kПР - коэффициент учитывающий влияние технологических факторов на потери холостого хода. Для отожженной стали маркой 3404 может быть принят равным 105.
kПЗ - коэффициент учитывающий добавочные потери после удаления заусенцев. Для отожженных пластин может быть принят равным 1.
kПУ - коэффициент учитывающий увеличение потерь в углах магнитной системы. kПУ = 1018 (по табл. 8.13)
kПЯ - коэффициент учитывающий увеличение потерь зависящих от формы сечения ярма. Т.к. число ступеней в сечении ярма равно или отличается на одну или две ступени от числа ступеней в сечении стержня то распределение индукции в ярме и стержне можно считать равномерным и принять коэффициент увеличения потерь равным 1.
kПП - коэффициент учитывающий увеличение потерь после прессовки kПП = 103 (по табл. 8.12)
kПШ - коэффициент учитывающий увеличение потерь после перешихтовки верхнего ярма остова при установке обмоток. При мощности трансформации до 250 кВА kПШ=101
4 Расчет тока холостого хода
Первоначально определяем намагничивающие мощности из таблицы 8.17
: = 2018 В*Акг 20928 В*Ам2
: = 1821 В*Акг 19520 В*Ам2
kТР - коэффициент учитывающий влияние резки полосы рулона на пластины. Для отожженной стали маркой 3404 может быть принят равным 118.
kТЗ - коэффициент учитывающий влияние заусенцев. Для отожженных пластин может быть принят равным 1.
kТУ - коэффициент учитывающий увеличение потерь в углах магнитной системы. kТУ = 4245 (по табл. 8.20)
kТПЛ - коэффициент учитывающий ширину пластин в углах магнитной системы. kТПЛ = 15 (по табл. 8.21)
kТЯ - коэффициент учитывающий форму сечения ярма. Т.к. число ступеней в сечении ярма равно или отличается на одну или две ступени от числа ступеней в сечении стержня то распределение индукции в ярме и стержне можно считать равномерным и принять коэффициент увеличения потерь равным 1.
kТП - коэффициент учитывающий прессовку магнитной системы kПП = 1045
kТШ - коэффициент учитывающий перешихтовку верхнего ярма. При мощности трансформации до 250 кВА kПШ=101
Тепловой расчет и расчет системы охлаждения
1 Поверочный тепловой расчет обмоток
1.1) Внутренний перепад температуры обмотки НН
- для прямоугольного провода
- плотность теплового потока на поверхности обмотки
Где - площадь охлаждаемых поверхностей рассчитанная в п. 4.2.17
- толщина изоляции провода на одну сторону
для бумаги кабельной в масле (табл. 9.1)
1.2) Внутренний перепад температуры обмотки ВН
– для круглого провода
a – радиальный размер катушки
p – потери выделяющиеся в 1 м3 общего объема обмотки
Для алюминиевого провода
- средняя теплопроводность обмотки приведенная к условному случаю равномерного распределения витковой и междуслойной изоляции по всему объему обмотки
- ср. условная теплопров. обмотки без учета меж. сл. изол.
= 01 - удельная теплопроводность масла
- для внешней катушки
- для внутренней катушки
1.3) Перепад температуры на поверхности обмотки НН
– коэффициент учитывающий условия теплообмена
1.4) Перепад температуры на поверхности обмотки ВН
- для внешней и внутренней катушек
1.5) Среднее превышение температуры обмотки НН над температурой масла
1.6) Среднее превышение температуры обмотки ВН над температурой масла
Превышения температур лежат в пределах норм для трансформаторов с алюминиевыми обмотками
2 Расчет системы охлаждения
Выбираем бак со стенками в виде волн (табл. 9.4 рис. 9.14)
Теперь определим минимальные расстояния и размеры (рис. 9.13а)
s1 – изоляционное расстояние от изолированного отвода обмотки ВН до собственной обмотки. s1=20 мм (табл. 4.11)
s2 –расстояние отвода до стенки бака. s2=s1=20 мм
d1 – диаметр изолированного отвода обмотки. d1=20 мм
s3 – изоляционное расстояние от отвода обмотки НН до отвода обмотки ВН. s3=10 мм
s4 – изоляционное расстояние от отвода обмотки НН до стенки бака. s4=20 мм (табл. 4.11)
d2 – диаметр изолированного отвода от обмотки НН. d2= d1=20 мм
2.1) Минимальная ширина бака
2.2) Минимальная длина бака
при испытательных напряжениях до 85 кВ может быть принято таким же как и расстояние от неизолированного отвода до обмотки по табл. 4.12
С=м – расстояние между осями соседних стержней
2.3) Высота активной части
– высота ярма берется по величине максимального пакета
- толщина подкладки под нижнее ярмо
2.4) Общая глубина бака
- расстояние от верхнего ярма до крышки бака (по табл. 9.5)
2.5) Превышения температуры над окружающим воздухом
Длительно допустимое максимальное превышение температуры обмоток над воздухом при номинальной нагрузке может быть принято равным 65 . Тогда среднее превышение температуры масла омывающего обмотки должно быть не более
2.6) Превышение температуры обмотки НН
2.7) Превышение температуры обмотки ВН
За принимаем большее из
2.8) Среднее превышение температуры стенки бака
(стр. 434 « обычно не прев. 5-6 )
Полученное значение должно удовлетворять равенству
Тогда принимаем и определяем
2.9) Поверхность излучения бака
Где - коэффициент учитывающий отношение периметра поверхности излучения к гладкой поверхности бака
2.10) Поверхность конвекции гладкой стенки бака
2.11) Ориентировочная необходимая поверхность конвекции
2.12) Поверхность крышки бака
2.13) Параметры характерные для бака со стенками в виде волн
– ширина воздушного канала волны ширина масляного канала сmin=10 мм
Пусть с=10 мм a=25 мм
2.14) Высота волнистой стенки
2.15) Поверхность излучения стенки
2.16) Шаг волны стенки
2.17) Развернутая длина волны
2.19) Поверхность конвекции стенки
2.20) Поверхность верхней рамы бака
2.21) Полная поверхность излучения бака
2.22) Полная поверхность конвекции бака
3 Определение массы масла трансформатора
3.1)проводов с учетом изоляции
Из табл. 5.5 получаем что за счет изоляции масса проводов увеличится на 33*3=99 %
3.2) Полная масса проводов
3.3)активной части трансформатора
3.5) Объем активной части
- плотность активной части. Для ТР с Al обмотками лежит в пределах от 5000 до 5500
3.6) Объем масла в баке
3.7) Общая масса масла
4 Расчет общей массы трансформатора
Экономический расчет
1 Расчет расхода активных и конструктивных материалов
Для построения трансформатора требуется:
). электротехнической стали марки 3404
). трансформаторного масла
). стали на стенки бака
Стоимость материалов на ноябрь 2011 г.:
Трансформаторное масло: 1473 кг
Электротехническая сталь 3404: 0851 кг
Стоимость расходного материала = 2143*437+0851*9493+1473*349+0528*22 = 501 = 15360 р.
2 Ориентировочный расчет себестоимости и цены трансформатора
2.1) Стоимость трансформатора
2.2) Заводская себестоимость трансформатора
2.3) Цена трансформатора
3 Определение приведенных годовых затрат и оценка экономичности рассчитанного трансформатора
3.1) Годовые затраты на трансформатор
ЗХ – удельные годовые затраты на покрытие 1 кВт годовых потерь холостого хода
ЗК – удельные годовые затраты на покрытие 1 кВт годовых потерь короткого замыкания
ЗР – удельные годовые затраты на компенсацию 1 кВт реактивной мощности
ЗА – затраты на амортизационные годовые отчисления
up Наверх