Расчет и проектирование трансформатора мощностью 400 кВА. Курсовой проект Расчет силового трехфазного двухобмоточного трансформатора с естественным масляным охлаждением

• Название: Курсовой проект Расчет силового трехфазного двухобмоточного трансформатора с естественным масляным охлаждением
• Дата: 20.09.2022
• Размер: 0.91 Mb.
• Имя файла: Расчет и проектирование трансформатора мощностью 400 кВА.doc
• Тип: Курсовой проект; #686107
• страница: 1 из 4

Министерство образование и науки Российской Федерации

Саратовский государственный технический университет

Кафедра «ЭПП»

Курсовой проект
« Расчет силового трехфазного двухобмоточного трансфор­матора с естественным масляным охлаждением ».

Вариант №12.

Выполнил: студент ЭФ ЭПП-32

Заика С.М.
Проверил: преподаватель

Катаев А. Ф.

Саратов- 2009 г.

Содержание.

1. Условие и исходные данные курсовой работы – 3 стр.

2. Расчет основных электрических величин и определение изоляционных расстояний - 4 - 6 стр.

3. Определение основных размеров - 6 стр.

4. Расчет обмотки НН – 7 – 9 стр.

5.Расчет обмотки ВН - 11 – 16 стр.

6. Расчет параметров короткого замыкания - 16 – 17 стр.

7. Расчет напряжения короткого замыкания - 17 - 18 стр.

8. Расчет магнитной системы - 18 – 20 стр.

9. Расчет потерь и тока холостого хода - 20 – 22 стр.

10. Тепловой расчет трансформатор - 22 – 29 стр.

11.Список литературы - 30 стр.


1.Условие и исходные данные курсовой работы.

Рассчитать силовой трехфазный двухобмоточный трансфор­матор с естественным масляным охлаждением (теория вопроса, общая мето­дика расчета и справочный материал в виде таблиц, графических зависимо­стей и рисунков даются по книге «Расчет трансформаторов» автор П.М. Тихомиров М.: Энергоатомиздат, 1986). Исходные данные:

• 
  полная мощность трансформатора S =400 кВА;
  
• 
  число фаз m = 3;
  
• 
  частота тока в сети f = 50 Гц;
  
• 
  номинальное линейное напряжение обмотки высшего напряжения
  

(ВН) U_1н = 10 кВ;

• 
  номинальное линейное напряжение обмотки низшего напряжения
  

(HH) U_2H= 0,4 кВ;

ток холостого хода - i₀ = 2,1 %,

потери холостого хода - Р_х = 1,05 кВт,

напряжение короткого замыкания - U_к = 4,5 %,

потери короткого замыкания - Р_к =5,5 кВт.

• 
  способ регулирования напряжения, число ступеней и пределы регу­лирования - ПБВ 2 х 2,5% (переключением без возбуждения на сто­роне ВН, т.е. ручным переключением, 2 ступени каждая по 2,5%);
  
• 
  схема и группа соединения обмоток - Y/∆- 11;
  
• 
  материал сердечника (магиитопровода) и обмоток - холоднокатаная текстурованная рулонная сталь 3404, медь;
  

- режим работы и способ охлаждения - длительный, естественный масляный, - характер установки - внутренняя (внутри помещения).


2. Расчет основных электрических величин и определение изоляционных расстояний.

Расчет проводится для трехфазного трансформатора с плоской шихтованной магнитной системой, с концентрическими обмотками из медного провода.

Определение основных электрических величин по § 3.2. Мощность одной фазы и одного стержня

S_ф = S' = S/m =400/3 = 133 кВА.

Номинальные токи: I = S/√3*U, где S - в кВА, U - в кВ

на стороне ВН

I₁ = 400/√3*10 = 23 А;

на стороне НН

I₂ = 400/√3*0.4 = 577 А

Фазные токи:

ВН I_ф1 = 23 А;

НН I_ф2 =577/√3 =333 A.

Фазные напряжения:

ВН U_ф1 =10000/√3=5774В;

НН U_ф1 = 400 В.

Испытательные напряжения (см. табл. 4.1): обмотки ВН U_исп1= 35 кВ; обмотки НН U_ucn2=18кВ.

По табл. 5.8 выбираем тип обмоток: обмотка ВН при напряжении 10 кВ и токе 23 А — выбрали цилиндрическую многослойную из кругового провода; обмотка НН при на­пряжении 0,4 кВ и токе 333 А — выбрали цилиндрическая двухслойная обмотка из прямоугольного провода.

Для испытательного напряжения обмотки ВН U_исп1= 35 кВ по табл. 4.5 находим изоляционные расстояния (см. рис . ) a₁₂= 9 мм; l₀₂= 30 мм; а₂₂= 10 мм.

Для испытательного напряжения обмотки НН U_ucn2=18кВ по табл. 4.4 найдем а₀₁ = 5 мм.


Определение исходных данных расчета. Мощность обмоток одного стержня S'=133 кВА.

Ширина приведенного канала рассеяния

a_p= a₁₂+(a₁ + а₂)/3;

(а₁+а₂)/3=1,25*k*S'^(1/4)*10^-2 = 1,25*0,53*133^(1/4)*10^-2=0,0225 м (см. табл. 3.3, прим. 1);

a_р=0,009+0,0225=0,0315 м.

Активная составляющая напряжения короткого замыкания

u_a=P_k/(10S) = 5500/(10*400) = 0,1375 %.

Реактивная составляющая

u _p = √ 4.5²-0,1375² = 4,28%.

Согласно указаниям § 2.3 выбираем трехфазную стержневую ших­тованную магнитную систему с косыми стыками на крайних стержнях и комбинированными «полукосыми» на среднем стержне по рис. 2.17, в. Прессовка стержней бандажами из стеклоленты — по рис. 2.18,6 и ярм— стальными балками по рис. 2.21, а. Материал магнитной системы — холоднокатаная текстурованная рулонная сталь марки 3404 толщиной 0,35 мм. Индукция в стержне В_С= 1,6 Тл (по табл. 2.4). В сечении стержня 6 ступеней, коэффициент заполнения круга k_кр= 0,913 (см. табл. 2.5), изоляция пластин — нагревостойкое изоляционное покрытие, k₃— 0,97 (табл. 2.3). Коэффициент заполнения сталью k_с=k_кр*k_з = 0,913*0,97 = 0,886. Ярмо многоступенчатое, число ступеней 5, коэффициент усиления ярма k_я=1,015 (см. табл. 8.7). Индукция в ярме В_я= 1,6/1,015= 1,576 Тл. Число зазоров в магнитной системе на косом стыке 6, на прямом 2. Индукция в зазоре на прямом стыке В_з^’’=1,60 Тл, на косом стыке B_з^’ = B_C/√2 = 1,60/√2 = 1,131 Тл.

Удельные потери в стали р_с= 1,295 Вт/кг; р_я= 1,242 Вт/кг. Удельная намагничивающая мощность q_c= 1,795 ВА/кг; q_я=1,655 ВА/кг; для зазоров на прямых стыках q^”_з = 23 500 В-А/м², для зазора на косых стыках q^’_з =3000 В-А/м² (табл. 8.10, 8.17).

По табл. 3.6 находим коэффициент, учитывающий отношение по­терь в обмотках к потерям короткого замыкания k_д = 0,95 и по табл. 3.4 и 3.5 — постоянные коэффициенты для медных обмоток а= 1,33 и b = 0,42.

Принимаем k_р = 0,95.

3.Определение основных размеров.(по § 3.6)

Диаметр стержня

d = A*β^(1/4)

,где β – соотношение размеров, выбирается по таблице 3.12. Я принимаю для своего расчета β = 1,9.

А= 0,507*((S'*a_p*k_p)/(f*u_p*B_c²*k_c²))^(1/4)

A=0,507*((133*0,0315*0,95)/(50*4,28*1,6²*0,886²))^(1/4)=0,157

d = 0,157*1,9^(1/4) = 0,18 м.

Окончательно принимаем d = 0,18 м.

Средний диаметр обмоток НН и ВН

d_l2= a*d

d_l2= 1,33*0,18 = 0,246 м.

Ориентировочная высота обмоток

l = π* d_l2/B_c

l= 3.14*0,246/1,6 = 0,41 м.

Активное сечение стержня по табл. 8.7

П_с = k_з*П_фс,

где П_фс- площадь ступечатой фигуры поперечного сечения стержня выбираем по таблице 8.7

П_с= 0,97*232*10^-4 = 0,0226 м².

Напряжение одного витка предварительно

u_в ==4.44* f * B_c* П_с

u_в = 4,44*50*1,6*0,0226 = 8,02 В.
4.Расчет обмотки НН (пo § 6.3).

Число витков в обмотке НН

w₂=U₂/u_в

w₂= 400/8,02= 49,87

принимаем 50 виток.

Уточнение напряжения одного витка

u_в= U₂/ w₂

u_в= 400/50 = 8 В.

Уточнение индукцию в стержне

В_с = u_в/(4,44 * f *П_с)

В_с = 8/(4,44*50*0,0226)

Средняя плотность тока в обмотках

J_cp= 0.746*k_д*((Р_к*u_в)/(S*d₁₂))*10^4

J_cp= 0.746*0.95*((5500*8)/(400*0.246))*10^4= 3,172688 МА/м²

Окончательно принимаем 3 МА/м²

По табл. 5.8 S=400 кВА, номинальному току группы I₂ = 333 А и напряже­нию 0,4 кВ выбираем цилиндрическую двухслойную обмотку из прямо­угольного медного провода. Размер радиального канала предварительно h_к = 5 мм. Согласно § 5.1 число реек по окружности 8.
Рис. Двухслойная цилиндрическая об­мотка из провода прямоугольного сечения
Число витков в одном слое двухслойной обмотки

w_сл2 = w₁/2.

w_сл2 = 50/ 2 = 25.

Ориентировочный осевой размер витка, м,

h_в2 = l₂/(w_сл2+1)

h_в2 = 0,41 /(25+1)=0,016 м.

Ориентировочное сечение витка, м²,

(П'_в)_нн =I_ф2/ J_cp

(П'_в)_нн = 333,33*10^-6/3 = 111,11 *10^-6 м².

П осечению витка по табл. 5.2 выбираем четыре параллельных про­вода

сечением 29 мм².

МПБ 4х изоляция 0,5 мм на две стороны.

Сечение витка

П₂ =4*29*10^-6= 116*10^-6 м².

Плотность тока в обмотке НН

J₂ = I_ф2/П₂

J₂ = 333/116*10^(-6)= 2,9 МА/м².

Осевой размер обмотки, м,

l₂= h_в2(w_сл+1)+(0,005÷0,015)

l₂= 0,016*(25+1)+0,005= 0,41 м.

Радиальный размер обмотки (обозначения по рис. 6.2 и 6.3), м:

двухслойной

а₂= (2а'+ а₂₂)*10^-3

а₂ = (2*3+10)*10^-3 = 0,016 м.


Внутренний диаметр обмотки, м,

D^’₂ = d + 2*a₀₁ ^*10^-3

D^’₂=0,41+2*5*10^-3=0,19 м.

Наружный диаметр обмотки, м,

D^’’₂ = D^’₂+ 2а₂

D^’’₂ = 0,19+ 2*0,016 = 0,227 м.

Средний диаметр

D_ср2 = (D^’₂+ D^’’₂ )/2

D_ср2 = (0,19 + 0,227)/2 = 0,211 м.

Масса метала

G_{M 2}= 28*10³*с* D_cp2*w*П₂

где с- число активных стержней трансформатора.

G_M2 = 28*10³*3*0,211*50*116*10^-6 = 103 кг.

Масса провода

G_пр2= к* G_M2

где к – коэффициент ориентировочное увеличение массы прямоугольного медного провода в процентах за счет изоляции по таблице 5.5 выбрали 1,05

G_пр2=1,05*103 = 108 кг.

Однослойная обмотка и двухслойная без охлаждающего канала между слоями имеют две охлаждаемые поверхности. Полная охлаждае­мая поверхность обмотки НН, м², для всего трансформато­ра в этом случае

П₀₂= с*k_з*π*(D^’₂+ D^’’₂ )*l₂

П₀₂=3*0,97*3,14*(0,19+0,227)*0,41= 2 м².

Основные потери короткого замыкания в НН

Р_осн2 =2,4*10^-12*J²*G_M

Р_осн2 =2,4*10^-12*2,9²*10¹²*103 = 2035 Вт.

После определения потерь короткого замыкания для обмотки НН (см. §7.1) следует найти плотность теплового потока, Вт/м², на поверхности обмотки

q₂ = (Р_осн2*k_д2)/ П₀₂

где k_д2 = 1+0,095*10⁸*β²*а⁴*n²

β= (b*m/l)*k_p

β= (11,8*10^-3*4/0,41)*0,95= 0,11

k_д2 = 1+ 0,095*10⁸*0,11²*(2,5*10^-3)⁴*8²=1,00033

где n — число проводников обмотки в направлении, перпенди­кулярном направлению линий магнитной индукции поля рассеяния; m— число проводников обмотки в направле­нии, параллельном направлению линий магнитной индук­ции поля рассеяния; а— размер проводника в направле­нии, перпендикулярном линиям магнитной индукции поля рассеяния; b— размер проводника в направлении, парал­лельном линиям магнитной индукции поля рассеяния; l — общий размер обмотки в направлении, параллельном на­правлению линий магнитной индукции поля рассеяния; k_p — коэффициент при­ведения поля рассеяния (см. § 7.2).

q₂ = (2035*0,95)/2 = 1286 Вт/м².

меньше допустимого (q_доп <= 1200÷1400 Вт/м² ).