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: 3 из 4

7. Расчет напряжения короткого замыкания (по § 7.2 ).

Активная составляющая

u_а = Р_{к ном}/(10* S)

u_а = 5063,32/(10 * 400) =1,27 %.

Реактивная составляющая

u_p= (( 7,92 * f * S^’ * β * a_p * k_p) / u_в²) * 10^-3

u_p= (( 7,92 * 50 *133 * 1,9 * 0,0315 * 0,95)/ 8,02²) *10^-3 = 4,66 %.

Напряжение короткого замыкания

u_k = √ u_а² + u_p²

u_k = √ 1,27² + 4,66² = 4,83 %

или ((u_kз- u_k ) / u_kз)* 100

((4,5 - 4,83 )/ 4,5)*100 = - 7,23 %
Установившийся ток короткого замыкания в обмотке ВН по (7.38) и табл. 7.2.

I_ky = (100 * I_ном ) /( u_k * ( 1 + (( 100* S_ном) / ( u_k * S_k))))

I_ky = ( 100 * 23 ) / ( 4,83 * (1 + (( 100*400) / ( 4,83 * 500000)))) = 470,8 A

где S_k - выбирается по таблице 7.2.

Мгновенное максимальное значение тока короткого замыкания

i_kmax=1,41 * k_м * I_ky

где при u_р/ u_а = 4,66 / 1,27 = 4 по табл. 7.3 k_M√2 = 2,09.

i_kmax= 2,09 * 470 = 984 A.

Радиальная сила по (7.43)

F_p = 0,628 (i_kmax* w)² * β * k_Р *10^-6

F_p = 0,628 ( 984* 722 )² * 1,9 * 0 ,95 * 10^-6 = 571613 Н.

Среднее растягивающее напряжение в проводах обмотки ВН по (7.48) и (7.49)

σ_p = F_p / ( 2 * π * w₁* П₁ )

σ_p = 571613 / ( 2 * 3,14 * 722 * 6,7 * 10^-6 ) = 18,96 МПа.

Среднее сжимающее напряжение в проводах внутренней обмотки

σ_p = F_p / ( 2 * π * w₂* П₂ )

σ_p = 571613 / ( 2 * 3,14 * 50 * 111,11 * 10^-6 ) = 15,69 МПа.
8. Расчет магнитной системы ( по § 8.1 – 8.3 ).

Выбираем конструкцию плоской трехфазной магнитной системы, собираемой в переплет (шихтованной), с четырьмя косыми стыками и комбинированными «по­лу косыми» на среднем стержне. Стержень прессуется бандажами из стеклоленты, ярма — балками и стальными полубандажа­ми. Обмотки прессуются прессующими коль­цами. Сечение стержня с 6 ступенями без прессующей пластины, размеры пакетов по табл. 8.5. Сечение ярма повторяет сечение стержня, три последних пакета ярма объе­динены в один; в ярме 5 ступеней. В Стержне и ярме два продольных канала по 3 мм.

Полное сечение стержня

П_фс= 232,8 см² (табл. 8.7).

Активное сечение

П_с = k_з * П_фс

П_с =0,97 * 235 = 228 см².

Полное сечение ярма

П_фя= 242 см².

Активное сечение ярма

П_я = k_з * П_фя
П_я = 0,97 * 242= 235 см².

Общая толщина пакетов в половине сечения стержня (по таблице 8.5)

0,8 + 0,9 + 0,8 + 0,13 + 0,25 + 0,21 = 3,09 см.

Ширина ярма

b_я= 2 * 3,09 = 6,18 см.

Длина стержня при наличии нажимного кольца по (8.3)

l_c= ( l + 2 * l^’₀) * 10^-3

l_c= (410 + 2 * 30) * 10^-3 = 0,47 м.

Расстояние между осями соседних стержней

С = D^”₁ + а₂₂

С=0,273 + 0,01 = 0,283 м.

Объем угла по табл. 8.7 V_y=3452 см³, γ_cт = 7650 кг / м³.

Масса стали угла по (8.6)

G_y = k₃ * V_y* γ_cт * 10^-6

G_y = 0,97* 3452 * 7650 * 10^-6 = 26 кг.

Масса стали стержней в пределах окна магнитной системы по ( 8.12)

G^’_c =c * П_с * l_c * γ_cт

G^’_c = 3 * 226 * 10^-4 * 0,44 * 7650 = 254 кг.

Масса стали в местах стыка пакетов стержня и ярма по (8.13)

G"_c=c * ( П_с * а_1я * γ_ст * 10^-3 – G_y)

G"_c= 3 * ( 228 * 10^-4 * 0,175 * 7650 * 10^-3 — 25,6 ) = 14 кг.

Масса стали стержней

G_c = G'_c+ G"_c

G_c=254 + 14 = 267 кг.

Масса стали в ярмах по (8.8) — (8.10)

G^’_я = 2 * ( с -1) * С * П_я * γ_cт

G^’_я = 2 * (3— 1) * 0,283 * 235 * 10^-3 * 7650 = 203 кг;

G^’’_я = 2 * G_y

G^’’_я = 2* 26 = 52 кг;

G_я = G^’_я + G^’’_я

G_я = 203 + 52 = 255 кг.

Полная масса стали трансформатора

G_ст = G_c + С_я = 267 + 255 = 522 кг.
9. Расчет потерь и тока холостого хода (по § 8.2).

Магнитная система шихтуется из электротехническом тонколистовой рулонной холоднока­таной текстурованной стали марки 3404 толщиной 0,35 мм.

Индукция в стержне

В_с = u_в / ( 4,44 * f * П_с )

В_с = 8,02 / ( 4,44 * 50 * 228 *10^-4) = 1,6 Тл.

Индукция в ярме

В_я= u_в / ( 4,44 * f * П_я )

В_я= 8,02 / ( 4,44 * 50 * 235 *10^-4) = 1,54 Тл.

По табл. 8.10 находим удельные потери:

при В_с = 1,6 Тл; р_с = 1,32 Вт/кг; р _{з , с} = 650 Вт/м² (шихтовка в одну пластину);

при В_я =1,54 Тл; р_я = 1,54 Вт/кг;

при В_з = 1,6 /√ 2= 1,12 Тл; р_з = 360 Вт/м².

По тексту гл. 8 и табл. 8.13 находим коэффициенты для стали 3404 толщиной 0,35 мм при наличии отжига: k_п,я = 1,0; k_п,р = 1,05; k_п,з =1,0; k_{п, л} = 1,0; k_{п, ш}=1,02;

k_п,п =l,03; k_п,y= 9,38.

Число косых зазоров 5, прямых— 1.

P_x = ( k_п,р* k_п,з* ( р_с* G_c + р_я * G^’_я – 4 * р_я * G_y + ((р_с + р_я ) / 2) * k_п,у* G_y ) +

+ Σ р_з * n_з * П_з ) * k_п,я * k_п,п * k_{п, ш}

P_x = ( 1,05 * 1 * ( 1,32 * 267 + 1,54 * 203 – 4 * 1,54 * 26 + (( 1,32 + 1,54 ) / 2 ) *

* 9,38 * 26 ) + 650 * 1 * 228/√2 * 10^-4 + 360 * 5/√2 * 228 * 10^-4 ) * 1,0 * 1,03 * 1,02 =

= 893 Вт

Потери холостого хода P_x = 893 Вт, или (( 1050 – 893) / 50) *100 = 15 %.
По табл. 8.17 находим удельные намагничивающие мощности:

при В_с = 1,6 Тл; q_с = 1,8 ВA/кг; q_{з , с} = 24000 ВA/м² (шихтовка в одну пластину);

при В_я =1,54 Тл; q_я = 1,6 ВA/кг;

при В_з = 1,6 /√ 2= 1,12 Тл; q_з = 3500 ВA/м²

По тексту гл. 8 и табл. 8.12, 8.20 и 8.21 находим коэффициенты: k_т,р = l,18; k_т,з=l,0 (при наличии отжига пластин); k_т,у=35,2; k_т,пл = 1,2; k_т,я = 1,0; k_т,п=1,05; k_т,ш=1,02.

Q_x = (k_т,р * k_т,з * (q_с* G_c + q_я * G^’_я – 4 * q_я * G_y + ((q_с + q_я ) / 2) * k_т,у * k_т,пл * G_y) +

+ Σq_з * n_з * П_з ) * k_т,я * k_т,п * k_т,ш

Q_x = ( 1,18 * 1,0* ( 1,8 * 267 + 1,6 * 203 – 4 * 1,6 * 26 + (( 1,8 + 1,6) / 2) * 35,2 * 1,2 * 25,6 ) + 24000/√2 * 1 * 228 * 10^-4 + 3500/√2 * 5 * 228 * 10^-4) * 1,0 * 1,05 *

* 1,02 = 3864 ВА

Относительное значение тока холостого хода

i₀ = Q_x/ (10 * S)

i₀ = 3864 /(10 * 400) =1 %,

или ((2,1 - 1)/ 2,1) *100 = 54 %.

Активная составляющая тока холостого хода

i_оа = P_x / ( 10 * S )

i_оа =893 / ( 10 * 400) = 0,22 %.

Реактивная составляющая

i_op = √ i₀² – i²_оа

i_op= √ 1² — 0,22² = 0,94 %.

Ток холостого хода (для обмотки НН)

I_x = Q_x / ( m * U_ф2 )

I_x =3864 /(3 * 400) = 3,22 А

Активное составляющая тока холостого хода, фазное значение,

I_xa = Р_х / ( m * U_ф2 )

I_xa =893 /(3 * 400) = 0,74 А;

Реактивная составляющая

I_xр = √ I_x² - I_xa²

I_xр = √ 3,41² - 0,72² = 3,13 А

Коэффициент полезного действия трансформатора

η = ( 1- ((Р_{к ном} + P_x) / ( S + Р_{к ном} + P_x ))) * 100

η = ( 1 – (( 5063,32 + 893) / ( 400 * 10³ + 5063,32 + 893))) * 100 = 98,58
10. Тепловой расчет трансформатора.

Внутренний перепад температуры

Обмотка НН



где

q₂ - плотность теплового потока на поверхности обмотки (см. п. Расчет обмотки НН)

δ₂ - толщина изоляции провода на одну сторону

- теплопроводность изоляции провода определяемая для различных материалов по таблице

- Бумага кабельная в масле (табл. 9.1)






Обмотка ВН

Полный внутренний перепад для обмоток не имеющих горизонтальные охлаждающих каналов рассчитывается по формуле



где

- радиальный размер катушки.

- потери, выделяющиеся в общего объема обмотки

Для медного провода





- средняя теплопроводность обмотки приведенная к условному случаю равномерного распределения витковой и межвитковой изоляции по всему объему обмотки, определяется по формуле



где

- теплопроводность междуслойной изоляции. (табл. 9.1).

- средняя условная теплопроводность обмотки без учета междуслойной изоляции



где

- теплопроводность материала изоляции витков (табл. 9.1).

- коэффициент, который рассчитывается по формуле










Средний перепад температуры





Перепад температуры на поверхности обмотки

Обмотка НН

Перепад на поверхности обмотки НН может быть рассчитан по эмпирической формуле



где

- коэффициент, учитывающий скорость движения масла внутри обмотки; для естественного масляного охлаждения