Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 52
Введение
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. Исходные данные для проектирования
Ток холостого хода………………………. Материал обмоток………………………. i
o
=
4,9% алюминий Обозначим, для краткости, первичную обмотку трансформатора –1, а вторичную – 2. 1 Основные электрические величины
Номинальные фазные напряжения (при этом принимаем во внимание, что при схеме звезда): Номинальные токи. При схеме «звезда» Iф
= Iл
т.о. I1
= I1ф
= 448,4 А; I2
= I2ф
= 23,1 А 2. Определение основных размеров трансформатора
Данные для расчета: - металл провода обмоток – алюминий; - марка стали сердечника – 3411 (Э310); - толщина листов стали – 0,35 мм; - удельные потери в стали р10
= 1,75 Вт/кг; - магнитная индукция в стержнях Вс
=1,6 Тл; - средняя плотность тока в обмотках j
= 2 А/мм2
; Отношение веса стали к весу металла обмоток где p
м
– удельные потери в металле обмоток для алюминия p
м
=12,75 Вт/кг. ЭДС на один виток где С0
– коэффициент определяемый формой катушек, материалом. При трехслойной конструкции, алюминий, круглая форма катушек С0
= 0,14…0,21 [4]. Примем С0
=0,17. Число витков в обмотке 1 Число витков в обмотке 2 Уточненное значение ЭДС на виток 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
=0,935 [4]; Изоляция стали – бумага; Коэффициент заполнения ступенчатой фигуры сталью f
с
=
0,92 [4]; Диаметр круга, описанного вокруг стержня сердечника Номинальная мощность обмотки 1 на стержень сердечника где с
– число фаз. 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 δ
цо
не предусматривается; Полное расстояние между обмоткой 1 и стержнем сердечника δ
о
=0,9 см; [4] Расстояние между обмоткой и ярмом l
о
=3 см; Толщина изоляционного цилиндра в промежутке между обмотками 1 и 2 δ
ц12
=0,3 см; Толщина каждого из двух вертикальных каналов а
к12
=0,5 см; Полное расстояние между обмотками 1 и 2 δ
12
=2
.
а
к12
+δ
ц12
=2.
0,5+0,3=1,3 см; Предварительная радиальная толщина обмотки 1 из алюминиевого провода при мощности одного стержня от 50 до 500 кВт δ
1
= 3,6…4,4, принимаем δ
1
=4 см [4]. Предварительная радиальная толщина обмотки 2 при предыдущих мощностях δ
2
= 2,5…3, принимаем δ
2
=2,7 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
= 0,95…0,97 – 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 трансформатора Высота окна сердечника Отношение высоты окна сердечника к диаметру стержня сердечника При обмотках из алюминиевого провода в трансформаторах с масляным охлаждением lc
/
D
0
=
4,2…5,2 [4] 3. Расчет обмоток трансформатора
Уточнение средней плотности тока в обмотках где k
м
– коэффициент учитывающий потери в отводах и потери от потоков рассеяния в баке трансформатора. k
м
=0.96…0,92 [4]. γм
–
удельный вес алюминия, γм
=
2,7 кг/см3
. 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 Вт/м2
; Предварительная удельная тепловая загрузка поверхности обмотки 2 q2
≤500…700 – при многослойной обмотке из алюминия, с проводом круглого сечения. Принимаем q1
=500 Вт/м2
[4]. 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. Число витков в слое Предварительная высота витка вдоль стержня сердечника Число цилиндрических поверхностей охлаждения обмотки где kп
≈0,75 – коэффициент частичного закрытия поверхности обмотки рейками, образующие вертикальные каналы, принимаем Окончательно по табл. 5–3 [4] принимаются следующие размеры провода где а1
– большая сторона сечения провода; b
1
– меньшая сторона сечения провода; δ
u
– нормальная изоляция провода, для провода марки ПББО δ
u
= 0,45 [4]; Площадь поперечного сечения провода где S
м1к
– площадь поперечного сечения провода обмотки 1 Плотность тока в обмотке 1 Толщина витка вдоль стержня сердечника где b
1мк
– осевая толщина m – ного изолированного параллельного провода. Удельная тепловая загрузка поверхности обмотки 1 Радиальная толщина витка au
1
=
a
1
+
δu
Высота обмотки 1 вдоль стержня сердечника Радиальная толщина вертикального канала между двумя слоями обмотки 1. Для масляных трансформаторов. а
к
=0,6 см; Радиальная толщина обмотки 1 Средний диаметр обмотки 1 Средняя длина витка обмотки 1 Вес металла обмотки 1 где 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
=0,034 Ом·м; Потери в обмотке 1 с учетом добавочных потерь 5. Расчет многослойной цилиндрической обмотки 2 из провода круглого сечения
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; Площадь поперечного сечения провода обмотки 2 где Плотность тока в обмотке 2 Расчетный диаметр изолированного провода обмотки 2 с учетом неплотности намотки Толщина витка вдоль стержня сердечника 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 Рабочее напряжение между двумя слоями Толщина междуслойной изоляции δ
мсл
=0,036 см; Выступ междуслойной изоляции на торцах обмотки 2 равен 1,6 см [4]; Число цилиндрических поверхностей охлаждения обмотки 2 на стержень сердечника Принимаем 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 а
к2
=0,7 см; Радиальная толщина обмотки 2 Высота обмотки 2 Уточнение приведенного расстояния где Уточнение действительного расстояния между обмотками 1 и 2 Средний диаметр обмотки 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 6. Параметры и относительное изменение напряжения трансформатора
Потери короткого замыкания т.е. на 0,3% больше заданного, что допустимо [4]. Активная составляющая напряжения короткого замыкания 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 3,5% больше задания, что допустимо. Активное сопротивление обмотки 1 Активное сопротивление обмотки 2 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 (β
= 1) и cos φ
= 0,8 7. 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 σ ≤600…700 кг/см2
8. 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 Площадь поперечного сечения стали стержня сердечника Магнитная индукция в стали стержня сердечника Коэффициент увеличения площади поперечного сечения стали ярма kя
=1,05; [4] 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 Вес металла обмоток Отношение веса стали к весу металла обмоток Потери в стали сердечника (потери холостого хода) [5] где Gу
= Gс.у.
+ Gя.у.
= γSс
•2b1
+ γSя
•2b1
Gу
=7,6•216•2•17,19•10-3
+7,6•226•2•17,19•10-3
=56,4+59,1=115,5 кг; Ку=1,5, [5] P10
=1,75 Вт/кг; P10я
=1,57 Вт/кг; [4] т.о. 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] aw
я
– удельные МДС в ярме; [4] δэ
– длина эквивалентного воздушного зазора в стержне и ярме при сборке сердечника в переплет, δэ
= 0,005 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 kA
1
– коэффициент амплитуды, зависящий от магнитной индукции и вида стали. Реактивная составляющая фазного тока холостого хода по упрощенному методу расчета где σс
– коэффициент учитывающий соединение обмоток на стороне питания, σс
=1 если обмотки соединены в треугольник или звезду с нулевым проводом, σс
=1…0,92 если на стороне питания обмотки соединены в звезду без нулевого провода; ррс
– удельная реактивная мощность намагничивания листовой электротехнической стали, ррс
= 22…44; рδс
– удельная реактивная мощность намагничивания мест сопряжения стальных листов рδс
= 1,8…2,7 при В=Вс
; рδя
– удельная реактивная мощность намагничивания мест сопряжения ярма рδя
= 1,7…2,2 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 Линейный ток холостого хода в процентах от номинального тока т.е. на 2% больше заданной величины, что допустимо. 9. Коэффициент полезного действия
Коэффициент полезного действия при номинальной нагрузке и cos φ
= 0,8 Кратность тока нагрузки, при которой коэффициент полезного действия максимальный Максимальное значение КПД при cosφ
2
= 0,8 Заключение
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 10/0,4 кВ. На основе задания и исходных данных выбираем трехфазный масляный трансформатор, соответствующий требованиям ГОСТ 11677, ГОСТ 11920, ГОСТ-15150, марки ТМГ-400/10–0,4 – 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 – 0,4 кВ, климатического исполнения для умеренного климата. Библиографический список
1. Беспалов, В.Я. Электрические машины [Текст]: учебник / В.Я. Беспалов [и др.]. – М.: Академия, 2006. – 313 с. 2. Ванурин, В.Н. Электрические машины [Текст]: учебник / В.Н. Ванурин. – М.: Энергия, 2006. – 380 с. 3. Епифанов, А.П. Электрические машины [Текст]: учебник / А.П. Епифанов. – М.: Лань, 2006. – 263 с. 4. Тихомиров, П.М. Расчет трансформаторов [Текст]: учебник / П.М. Тихомиров. – М.: Энергия, 1976. – 544 с. 5. Дымков, А.М. Расчет и конструирование трансформаторов[Текст]: учебник / А.М. Дымков.– М.: Высш. шк., 1971. – 264 с. 6. Сергеев, П.С. Проектирование электрических машин [Текст]: учебник / П.С. Сергеев, Н.В. Виноградов, Ф.А. Горяинов. – М.: Энергия, 1969. – 632 с. 7. Ермолин, Н.П. Расчет силовых трансформаторов [Текст]: пособие по курсовому проектированию / Н.П. Ермолин, Г.Г. Швец. – Л.: ЛЭТИ, 1964. – 167 с.
|