Расчет трансформатора. Пример расчета трансформатора. Курсовая работа расчет силового трансформатора по дисциплине Электромеханика

• Название: Курсовая работа расчет силового трансформатора по дисциплине Электромеханика
• Анкор: Расчет трансформатора
• Дата: 10.02.2022
• Размер: 251.81 Kb.
• Имя файла: Пример расчета трансформатора.docx
• Тип: Курсовая; #357501
• страница: 2 из 4

- размер канала между обмотками ВН и НН определяется как изоляционный промежуток по испытательному напряжению обмоток ВН. Размер

предварительно определяют согласно по формуле:

(2.5)
где - коэффициент канала рассеяния, который для обмоток из алюминиевых проводов из справочного материала [2] примем:
0,81,
тогда

Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания, %, определяется по формуле:
(2.6)
где напряжение короткого замыкания , %, определяется из задания = 6,5%.

Активная составляющая напряжения короткого замыкания , %, для трансформаторов большой мощности (выше 10 МВ·А) пренебрежительно мала. Но с уменьшением мощности увеличивается и для данных расчетов равно:
(2.7)
где - потери короткого замыкания, Вт;

- полная мощность трансформатора, кВ·А.




Индукция в стержне из рулонной электротехнической стали принимается, на данном этапе расчета = 1,55, Тл [2].

Коэффициент заполнения сталью - относительно активного сечения стержня к площади круга с диаметром, равным диаметру стержня на данной ступени расчета неизвестен, но предварительно его можно согласно [2] принять .

Подставим полученные значения в формулу диаметра стержня и получим:

Полученный диаметр округляем до ближайшего значения по нормализованной шкале [4]: .

Высоту обмотки трансформатора определяют согласно [4] по формуле:
(2.8)
где - средний диаметр между обмотками может быть приближенно определен так:
(2.9)
где = 1,4 – 1,45 для алюминиевых обмоток согласно [4].


Тогда высота обмотки будет равна:

Примем = 0,46 м.

Активное сечение стержня определяется по формуле:
(2.10)
где - сечение ступенчатой фигуры стержня согласно:
= 112,3,см²;
- коэффициент заполнения стержня согласно:
= 0,96.
Тогда активное сечение стержня будет равно:

3. 
   ОКОНЧАТЕЛЬНЫЙ ВЫБОР КОНСТРУКЦИИ ОБМОТОК И ИХ РАСЧЕТ
   

3.1 Выбор типа обмоток высшего и низшего напряжений
Учитывая проведенные расчеты и исходные данные трансформатора, выбираем тип обмотки:

НН – цилиндрическая одно- и двухслойная из прямоугольного провода марки АПБ с толщиной изоляции на две стороны с учетом допусков 0,5 мм;

ВН – цилиндрическая многослойная из круглого провода марки АПБ с толщиной изоляции на две стороны 0,4 мм [4].
3.2 Расчет обмоток низшего напряжения
Обмотка низшего напряжения располагается у большинства трансформаторов между стержнем и обмоткой высшего напряжения, то есть первой от стержня, поэтому расчет обмоток начинают именно с нее. При расчете обмоток [1] сначала определяют число витков, приходящихся на одну фазу обмотки НН трансформатора по формуле:
(3.1)
где - ЭДС, возникающая в одном витке, В;

- напряжение обмотки НН, В.

Электродвижущую силу одного витка получают из следующего соотношения:


(3.2)

где - индукция в стержне, Тл;

- активное сечение стержня, м².

Тогда число витков обмотки НН равно:

Рассчитанное значение округляем до ближайшего целого – 108.

Уточняем значение ЭДС одного витка:
(3.3)


Тогда действительная индукция в стержне будет равна:
(3.4)


Определим площадь сечения провода обмотки НН:




По сортаменту провода [1] выбираем провод АПБ-20,84 мм² со сторонами 2 и 10,6 мм, толщиной изоляции 0,5 мм на две стороны.

Получаем размеры провода 2,5 и 11,1 мм. Намотку будем вести в один провод

Полное сечение витка определяем как:


(3.5)
где - площадь сечения одного провода, мм²,

- число параллельных проводов обмотки.

Действительная плотность тока равна:
(3.6)


Проверим провод по плотности теплового потока на охлаждающей поверхности. В масляных трансформаторах с естественной циркуляцией масла он не должен превышать 1200 … 1400 Вт/м².
(3.7)

где 1,72 – коэффициент для алюминиевого провода,

=0,8 (для цилиндрических катушек).

Число слоев обмотки выбирается обычно равным двум. Для трансформаторов мощностью на один стержень до 6 – 10 кВ·А обмотка может быть намотана в один слой и в редких случаях для более мощных трансформаторов – в три слоя [2].

Число витков в одном слое обмотки (для двухслойной обмотки):
(3.8)


Осевой размер (высота) витка определяется:
(3.9)


Осевой размер обмотки, см:
(3.10)


Радиальный размер двухслойной обмотки определяется по формуле:
(3.11)

Радиальный размер канала при U≤1 выбирается по условиям изоляции не менее 0,4 см.

Внутренний диаметр обмотки:
(3.12)


Наружный диаметр обмотки:
(3.13)


Средний диаметр обмотки равен:
(3.14)


Для расчета активной массы обмотки используем формулу:
(3.15)
где - число активных стержней трансформатора;

- средний диаметр обмотки, см;

- число витков обмотки;

- площадь сечения витка, мм².

Подставив значение плотности материала обмоток (для алюминия = 2700 кг/м³), получим следующую формулу:
(3.16)


Масса изоляции провода составляет порядка 1,5% от массы провода, т.е. 0,45 кг.
3.3 Расчет обмоток высшего напряжения
Расчет обмоток ВН начинается с определения числа витков, необходимого для получения номинального напряжения, для напряжений всех ответвлений. Число витков при номинальном напряжении определяется по формуле:
(3.17)


Число витков на одной ступени регулирования напряжения при соединении обмотки ВН в «звезду» равно:


(3.18)
где - напряжение на одной ступени регулирования обмотки, В;

- напряжение одного витка обмотки, В.

Обычно ступени регулирования напряжения делаются равными между собой и, в соответствие с ГОСТом при мощностях дл 250 МВ·А, делаются ответвления +5%; +2,5%; 0%; -2,5%; -5%.

Для четырех ступеней регулирования имеем:

Напряжение, В Число витков на ответвлениях
36750 5456 + 2·136 = 5728

35875 5456 + 136 = 5592

35000 5456

34125 5456 - 136 = 5320

33250 5456 - 2·136 = 5184
Плотность тока в обмотке ВН предварительно определяется по формуле:
(3.19)


Определим площадь сечения провода:
(3.20)



По сортаменту провода [4] выбираем провод АПБ -1,77 диаметром d = 1,40 мм, толщиной изоляции 0,4 мм.

Полное сечение витка определяем как:
(3.21)
где - площадь сечения выбранного провода, мм²;

- число параллельных проводов.

Действительная плотность тока:
(3.22)


Далее определяем число витков в одном слое обмотки:
(3.23)



Тогда необходимое количество слоев будет равно:
(3.24)


Дробное число слоев округляем до целого большего значения – 18.

Рабочее напряжение двух слоев определяем по формуле:
(3.25)


По рабочему напряжению двух слоев выбираем общую толщину кабельной бумаги между двумя слоями обмотки [4]:

- число слоев кабельной бумаги (толщиной 0,12 мм) -4;

- высота межслойной изоляции на торце обмотки, мм – 16.

По условиям охлаждения обмотка каждого стержня выполняется в виде двух концентрических катушек с осевым масляным каналом между ними. Число слоев внутренней катушки при этом должно составлять не более 1/3 – 2/5 числа слоев обмотки.

Минимальная ширина масляного канала между катушками выбирается равной 0,4 см.

Радиальный размер обмотки двух катушек равен:
(3.26)


В обмотках класса напряжения 35 кВ под внутренним слоем обмотки устанавливается металлический экран – незамкнутый цилиндр из латунного листа толщиной 0,5 мм. Экран соединяется электрически с линейным концом обмотки (начало внутреннего слоя) и изолируется от внутреннего слоя обмотки межслойной изоляцией или листом картона толщиной 0,1 см. Такая же изоляция устанавливается со стороны масляного канала.

При наличии экрана радиальный размер обмотки находится по формуле:
(3.27)
где - толщина экрана, равная 0,05 см;

- толщина кабельной бумаги или картона.

В обмотках с экраном радиальный размер принимается в расчет только при определении размеров обмотки. При подсчете ЭДС рассеяния этих обмоток следует увеличивать расчетную ширину канала между обмотками на толщину экрана и межслоевой изоляции, т.е.:
(3.28)


Внутренний диаметр обмотки (при наличии экрана – до его внутренней изоляции) равен:
(3.29)



Наружный диаметр обмотки с экраном равен:
(3.30)


Средний диаметр обмотки равен:
(3.31)


Для расчета активной массы обмотки используем формулу:
(3.32)


Масса изоляции провода составляет порядка 1,5% от массы провода, т.е. 0,77 кг.

Основные размеры трансформатора графически отражены в Приложении А.

4. 
   ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ОПЫТА КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
   

4.1 Определение потерь короткого замыкания
Потерями короткого замыкания (КЗ) трансформатора называются потери, возникающие в трансформаторе в режиме, когда первичная обмотка включена на ток, соответствующий номинальной мощности, а одна или более вторичных обмоток замкнуты накоротко.

Полные потери КЗ определяются из выражения:


(4.1)
где и - потери в обмотках ВН и НН соответственно;

- потери в стенках бака и других металлических конструкциях трансформатора, вызванные полем рассеяния обмоток;

и - добавочные потери в обмотках ВН и НН соответственно.

Основные потери для алюминиевого провода определяются по формуле: