КУРСОВАЯ. Курсовая работа Лит. Листов 29 бгау 2018,ТТ301 реферат
![]()
|
Изм. Изм.Изм. Лист истЛист № докум№ докум. ПодписьПодпись ДатаДата ЛистЛист 3 ЭА14.0048.00 ПЗ Разраб. Хафизов А.Ф. Провер. Аипов Р.С. Т. контр. Н. контр. Утв. Расчет трехфазного трансформатора Курсовая работа Лит. Листов 29 БГАУ 2018,ТТ301 РЕФЕРАТ Курсовая работа по «Электрическим машин и аппаратам» посвящена расчёту трансформатора, определению размеров магнитопровода и обмоток, а также определению габаритных размеров трансформатора. Пояснительная записка содержит 31 лист формата А4, включает 7 рисунков, 5 наименований источников использованной литературы. Графическая часть включает общий вид трансформатора в двух проекциях и конструкцию обмоток на одном листе формата А1. В ходе выполнения курсовой работы использовались материалы дисциплин учебного плана, таких как: инженерная графика, электротехника, высшая математика, материаловедение, теория конструкционных материалов, материалы справочников и стандартов. Выполнение курсовой работы являлось важным этапом в получении практических навыков самостоятельного решения сложных инженерно – технических задач. ОГЛАВЛЕНИЕ Введение
круглого сечения 15
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 27 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 28 ВВЕДЕНИЕ Трансформаторы – это наиболее распространённые устройства в современной электротехнике. Трансформаторы большой мощности составляют основу систем передачи электроэнергии от электростанций в линии электропередачи. Они повышают напряжение переменного тока, что необходимо для экономной передачи электроэнергии на значительные расстояния. В местах распределения энергии между потребителями применяют трансформаторы, понижающие напряжение до требуемых для потребителей значений. Наряду с этим, трансформаторы являются элементами электроустановок, где они осуществляют преобразование напряжения питающей сети до значений необходимых для работы последних. Трансформатором называется статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более обмоток связанных индуктивно, и предназначенные для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока. Обмотку, присоединённую к питающей сети, называют первичной, а обмотку, к которой подсоединяется нагрузка – вторичной. Обычно все величины, относящиеся к первичной обмотке трансформатора помечают индексом 1, а относящиеся к вторичной– индексом 2. Первичную обмотку трансформатора подсоединяют к питающей сети переменного тока. Ток первичной обмотки I1 имеет активную и индуктивную составляющие. При разомкнутой вторичной обмотке (холостой ход), вследствие действия индуктивной составляющей тока, возникает магнитный поток, который намагничивает сердечник. Активная составляющая тока I определяется потерями, возникающими, в местах стали, при перемагничивании сердечника. Наибольшая часть потока Ф1 сцеплённого с первичной обмоткой, сцеплена также со всеми обмотками фазы и является потоком взаимоиндукции между обмотками, или главным рабочим потоком Ф. Другая часть полного потока Ф1 сцеплена не со всеми витками первичной и вторичной обмоток. Её называют потоком рассеивания. ЭДС обмотки пропорциональна числу её витков. Отношение ЭДС тмп первичной и вторичной обмоток называется коэффициентом трансформации, который пропорционален отношению чисел витков первичной и вторичной обмоток. Устройство силовых трансформаторов: Трансформаторы имеют магнитопроводящие сердечники и токопроводящие обмотки. Для лучшего охлаждения сердечники и обмотки мощных трансформаторов погружаются в бак, наполненный маслом. Сердечники трансформаторов состоят из стержней, на которых размещаются обмотки, и ярм, которые служат для проведения потока между стержнями. Различают два вида сердечников: стержневой и броневой. Броневой сердечник имеет разветвлённую магнитную систему, вследствие этого поток в ярме составляет половину от потока стержня, на котором расположены обмотки. Трёхфазные трансформаторы выполняются обычно стержневыми. Их сердечники состоят из расположенных в одной плоскости трёх стержней, соединённых ярмами. Магнитная система таких трансформаторов несколько несимметрична, так как магнитная проводимость потока крайних стержней и среднего – является неодинаковой. 1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН Номинальные фазные напряжения ![]() ![]() Номинальные линейные токи ![]() ![]() Номинальные фазные токи ![]() ![]() Расчет трансформатора ведется в варианте: вариант І – с обмотками из медного провода. 2 РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ ТРАНСФОРМАТОРА Металл провода обмоток – медь; Марка стали сердечника – 1212; Толщина листов стали – 0,5 мм; Удельные потери в стали ![]() Магнитная индукция в стержнях ![]() Средняя плотность тока в обмотках ![]() Отношение веса стали Gc к весу металла обмоток Gм ![]() где ![]() ![]() ЭДС на один виток ![]() где ![]() При трехслойной конструкции, медь, круглая форма катушек ![]() ![]() ![]() Число витков в обмотке 1 ![]() ![]() Уточненное значение ЭДС на виток ![]() Площадь поперечного сечения стали стержня сердечника ![]() Число ступеней стержня сердечника n=6; Число каналов в сердечнике – сердечник без каналов; Коэффициент заполнения площади описанного круга площадью ступенчатой фигуры kкр=0,875[4]; Изоляция стали – бумага; Коэффициент заполнения ступенчатой фигуры сталью fс=0,92[4]; Диаметр круга, описанного вокруг стержня сердечника ![]() Номинальная полная 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 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 δцо 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 ![]() Предварительная радиальная толщина обмотки 1 δ1=2,7 см; Предварительная радиальная толщина обмотки 2 δ2=4 см; 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 ![]() Таблица 2.2 Допустимые изоляционные расстояния масляных трансформаторов
Высота окна сердечника ![]() Отношение высоты окна сердечника к диаметру стержня сердечника ![]()
Уточнение средней плотности тока в обмотках ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() Определим предварительную удельную тепловую загрузку поверхности обмотки 1 ![]() Определим предварительную удельную тепловую загрузку поверхности обмотки 2 ![]()
Предварительная плотность тока в обмотке 1 ![]() Площадь поперечного сечения провода обмотки 1 ![]() Число слоев ![]() Число витков в слое ![]() Предварительная высота витка вдоль стержня сердечника ![]() Число цилиндрических поверхностей охлаждения обмотки ![]() где ![]() ![]() Окончательно по Приложению А принимаются следующие размеры поперечного сечения провода ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() Площадь поперечного сечения провода ![]() где ![]() Плотность тока в обмотке 1 ![]() Толщина витка вдоль стержня сердечника ![]() 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 трасформаторов. ![]() 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 меди при 75 ºC, Ом·м[5]. ![]() Потери в обмотке 1 с учетом добавочных потерь ![]()
Плотность тока в обмотке 2 ![]() Площадь поперечного сечения провода обмотки 2 ![]() Число параллельных проводов в обмотке 2 ![]() Диаметр голого и изолированного провода (приложение В) ![]() Марка изоляции провода – ПБ 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. 11 слоев по 159 витков и 1 слой из 125 витков, т.е. всего витков ![]() Рабочее напряжение между двумя слоями ![]() Толщина междуслойной изоляции ![]() Выступ междуслойной изоляции на торцах обмотки 2 равен 1,0 см; 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 – 6 слоев по 159 витков в слое; Число слоев и витков в слое в наружной катушке – 5 слоев по 159 витков и 1 слой из 125 витков; Радиальная ширина вертикального канала между двумя концентрическими катушками обмотки 2 ![]() Радиальная толщина обмотки 2 ![]() ![]() Высота обмотки 2 ![]() Примечание: Обмотку 1 намотать до высоты ![]() Уточнение приведенного расстояния ![]() где ![]() ![]() ![]() 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 ![]()
Потери короткого замыкания ![]() т.е. на 1 % больше заданного, что допустимо [5]. 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 ![]() 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 ![]() ![]()
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 ![]() допустимое напряжение для меди σ≤500…600 кг/см2.
Принимаем: запрессовка стержней сердечника выполнена клиньями между сердечником и обмоткой 1, сердечник без каналов [7]; 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 ![]() 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 стержней сердечника ![]() Потери в стали ярем сердечника ![]() Полные потери в стали сердечника (потери холостого хода) ![]() т.е. на 1% больше заданного, что допустимо. Сборка сердечника – впереплет. Число эквивалентных магнитных зазоров в сердечнике крайней фазы с магнитной индукцией ![]() ![]() Число эквивалентных магнитных зазоров в сердечнике крайней фазы с магнитной индукцией ![]() ![]() Амплитуда намагничивающего тока крайней фазы обмотки 1 ![]() ![]() Число зазоров в сердечнике средней фазы с магнитной индукцией ![]() ![]() Число зазоров в сердечнике средней фазы с магнитной индукцией ![]() ![]() Амплитуда намагничивающего тока средней фазы обмотки 1 ![]() ![]() Среднее значение амплитуды намагничивающего тока для трех фаз ![]() Реактивная составляющая фазного тока холостого хода обмотки 1 ![]() Реактивная составляющая фазного тока холостого хода по упрощенному методу расчета ![]() ![]() 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 0,6% меньше заданной величины, что допустимо
Коэффициент полезного действия при номинальной нагрузке и cos φ2 = 0,8 ![]() Кратность тока нагрузки, при которой коэффициент полезного действия максимальный ![]() Максимальное значение КПД при cos φ2 = 0,8 ![]() ЗАКЛЮЧЕНИЕ При выполнении курсовой работы были изучены основные критерии для расчета трехфазного трансформатора. Определены габаритные размеры, основные электрические величины, потери в стали, потери холостого хода и КПД трансформатора. Были определены запасы по нагрузочной способности. Были изучены основные соотношения при соединении трансформатора звезда - треугольник. Был произведен расчет обмоток высокого и низкого напряжения определены размеры, количество витков, вид провода и сечение провода. Построен общий вид трансформатора в двух проекциях и конструкцию обмоток на одном листе формата А1. В ходе выполнения курсовой работы были получены практические навыки проектирования трансформатора. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1 Аипов, Р.С. Методические указания по выполнению курсовой работы по дисциплине электрические машины и аппараты [Текст]: / Р.С. Аипов, Ф.Ш. Муфазалов, В.В. Эбингер – Уфа.: Башкирский ГАУ, 2013. – 60 с. 2 Дружинин, В.В. Магнитные свойства электротехнической стали [Текст]: учебник /В.В. Дружинин – М.: ТЭИ, 2009. – 320 с. 3 Ермолин, Н.П., Расчет силовых трансформаторов [Текст]: учеб. пособие по курсовому проектированию / Н.П. Ермолин, Г.Г. Швец – Ленинград: ЛЭТИ, 1989. – 192 с. 4 Сергеев, П.С. Проектирование электрических машин [Текст]: учеб. пособие/ Н.В. Виноградов, Ф.А. Горяинов – М.: Энергия , 2010. – 632 с. 5 Тихомиров, П.М. Расчет трансформаторов [Текст]: учебник /П.М. Тихомиров – М.: Энергия, 2008. – 455 с. |