Проектирование масляного трансформатора тм10010
![]()
|
![]() ![]() ![]() ![]() Курсовой проектТема: «Проектирование масляного трансформатора ТМ-100/10» 1. Определение основных электрических величин Мощность одной фазы трансформатора: Sф=S/m=100/3=33.3, кВА. Мощность на одном стержне: S’=Sф=33.3, кВА. 1.1 Определение линейных и фазных токов и напряжений обмоток ВН и НН ВН: ![]() ![]() HН: ![]() ![]() 1.2 Определение испытательных напряжений обмоток По таблице 4.1 выбираем: BH Uисп2=35, кВ НН Uисп1=5, кВ (ГОСТ 1516.1–76). Тип обмоток: ВН – цилиндрическая многослойная из круглого провода, НН – цилиндрическая двухслойная из прямоугольного провода. (См. табл. 5.8) Изоляционные расстояния: ВН: а12=9, мм а22=8, мм l02=20, мм (См. табл. 4.5) НН: а01=4, мм l01=15, мм (См. табл. 4.4) 1.3 Определение активной и реактивной составляющих напряжения к.з Ширина приведённого канала рассеяния: ![]() ![]() ![]() Активная составляющая напряжения к.з: ![]() Реактивная составляющая напряжения к.з: ![]() 2. Расчёт основных размеров трансформатора 2.1 Выбор магнитной системы Выбираем трёхфазную стержневую шихтованную магнитную систему с косыми стыками в четырёх и прямыми в двух углах (См. рис. 2.17.б). Соединение верхних и нижних ярмовых балок – вертикальные шпильки. Прессовка стержней путём забивания деревянных и планок между стержнем и обмоткой НН. 2.2 Выбор марки и толщины листов стали и типа изоляции пластин, индукции в магнитной системе Материал магнитной системы холоднокатанная текстурованная рулонная сталь марки 3404 толщиной 0,35 мм. Индукция в стержне Вс=1,6 Тл (См.табл. 2.4).Число ступеней 5 в сечении стержня. Коэффициент заполнения круга Ккр=0,92. (См.табл. 2.5). Изоляция пластин – нагревостойкое изоляционное покрытие; Кз=0,97 (См.табл. 2.2). Коэффициент заполнения сталью Кс=Ккр*Кз=0,92*0,97=0,892 Ярмо многоступенчатое, число ступеней 4. Ширина крайнего наружного пакета ярма ая=60, мм (См.табл. 8.2).Коэффициент усиления ярма Кя=1,018 (См.табл. 8.6). Индукция в ярме: Вя=Вс/Кя=1,6/1,018=1,572, Тл. Число зазоров в магнитной системе на косом стыке 4 на прямом 3. Индукция в зазоре на прямом стыке Вз’=1,6, Тл. на косом ![]() Удельные потери в стали рс=1,295, Вт/кг. ря=1,251 б Вт/кг. Удельные потери в зоне шихтованного прямого стыка рз’’=990, Вт/м2. в зоне косого стыка рз’’=515, Вт/м2. (См.табл. 8.10). Удельная намагничивающая мощность qc=1.775, ВА/кг. qя=1.675 ВА/кг. Для зазоров на прямых стыках qз’’=23500, ВА/м2. Для зазоров на косых стыках qз’=4000, ВА/м2. (См.табл. 8.17). Расстояние обмотки ВН от нижнего ярма l0’=20, мм. от верхнего l0’’=20, мм. По табл. 3.6 находим коэффициент, учитывающий отношение потерь в обмотках к потерям к.з. Кд=0,97. Для алюминиевых обмоток по таблице 3.4: а=d12*1.06/d=1.36*1.06=1.44 по табл. 3.5 b=2*a2*1.25/d=0.55*1.25=0.69 Kp=0.95 2.3 Расчёт основных коэффициентов ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() 2.4 Предварительный расчёт трансформатора и выбор соотношения основных размеров с учётом заданных значений ux, Pk и Px Минимальная стоимость активной части трансформатора имеет место при условиях, определяемых уравнением: ![]() Для рассчитываемого трансформатора: ![]() Кос=1,81 (См.табл. 3.7) Кир=1,13 ![]() ![]() Получаем: ![]() Решение этого уравнения даёт: ![]() ![]() Находим предельные значения β: ![]() ![]() ![]() ![]() Оба значения β лежат за пределами обычно принимаемых значений. Масса одного угла магнитной системы: ![]() Активное сечение стержня: ![]() Площадь зазора на прямом стыке ![]() Площадь зазора на косом стыке ![]() Для выбранной магнитной системы, потери х.х: Кпд=1,22 Кпу=10,18 Рх=Кпд рс(Gc+0.5KпуGy)+Кпд ря(Gя-6Gy+0.5KпуGy)= =1.22*1.295 (Gc+0.5*10.18*Gy)+1.22*1.251 (Gя-6*Gy+0.5*10.18*Gy)= =1.58*Gc+1.526*Gя+6.652*Gy Намагничивающая мощность: Кту=42,45 Ктр=1,49 Ктз=1,01 Кт.пл=1,2 Ктя=1,0 Ктп=1,04 Ктш=1,01 К’тд=Ктр*Ктз=1,49*1,01=1,5 К’’тд=Ктя*Ктп*Ктш=1*1,04*1,01=1,05 Qx=К’тдК’’тдqc(Gc+0.5КтуКт.плGy)+ К’тдК’’тдqя(Gя-6Gy+0.5 КтуКт.плGy)+ К’’тдqзnзПз= =1,5*1,05*1,775 (Gc+0.5*42,45*1,2Gy)+1,5*1,05*1,675 (Gя-6Gy+0.5*42,45*1,2Gy)+ +1,05*4000*4*0,011*х2+1,05*23500*3*0,011*х2= =2,796 Gc+2,638 Gя+122,56 Gy+999х2 Определяем основные размеры трансформатора: d=Ax=0.109x; d12=aAx=0.157x; l=d12/=2.48d12; 2a2=bd; C=d12+a12+2a2+a22 Дальнейший расчёт проводим в форме таблицы: Данные таблицы рассчитаны при помощи программы «Microsoft Excel», на основе вышеупомянутых и следующих формул: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Таблица 1. Предварительный расчёт трансформатора ТМ-100/10 с плоской шихтованной магнитной системой и алюминиевыми обмотками
Результаты расчётов, приведённые в таблице 1, показаны в виде графиков на рис. 1. Рис. 1. Трансформатор ТМ-100/10. Зависимость Рх, i0 и С’ач от . Px,Bтт i0,% C’ач β C’ач i0 Px ![]() Предельные значения для заданных потерь х.х Рх=330 Вт, 1,25. Предельное значение для заданного тока холостого хода i0=2.6% составляет 1,4. Ранее были установлены предельные значения, ограниченные платностью тока, 6,851. С учётом заданных критериев выбираем значение =1,25; соответствующее ему значение d по шкале нормализованных диаметров составляет 0.115 м. В этом случае стоимость активной части трансформатора минимальна, потери холостого хода соответствуют заданному, а ток холостого хода меньше заданного значения. 2.5 Определение основных размеров Диаметр стержня ![]() Средний диаметр стержня ![]() Ориентировочная высота обмоток ![]() Активное сечение стержня ![]() Напряжение одного витка предварительно: ![]() Число витков в обмотке НН: ![]() Уточнение напряжения одного витка: ![]() Средняя плотность тока в обмотках: ![]() 3. Расчёт обмоток НН и ВН 3.1 Расчёт обмотки НН Ориентировочное сечение витка: ![]() По таблице 5.8 по мощности обмотки S’=33.3 kBA, номинальному току I1=144.3 А и напряжению 0,4 кВ выбираем цилиндрическую трёхслойную обмотку из алюминиевого прямоугольного провода. По сечению витка выбираем провод АПБ сечением 83,9 мм2 ![]() ![]() Сечение витка ![]() ![]() Общий суммарный радиальный допустимый размер проводов для алюминиевого провода: ![]() ![]() Следовательно, в этом предельном размере можно уместить ![]() ![]() Число витков в одном слое: ![]() Число слоёв обмотки ![]() Таким образом, радиальный размер обмотки ![]() Обмотка наматывается на бумажно-бакелитовом цилиндре с размерами ![]() Диаметры обмотки: внутренний: ![]() внешний: ![]() Плотность теплового потока на поверхности обмотки ![]() Масса металла обмотки НН: ![]() масса провода обмотки НН: ![]() 3.2 Расчёт обмотки ВН Выбираем схему регулирования напряжения с выводом концов от всех трёх фаз обмотки к одному трёхфазному переключателю. Контакты переключателя рассчитываются на рабочий ток 6, А. Наибольшее напряжение между контактами переключателя в одной фазе: рабочее ![]() испытательное 577*2=1154 В Число витков в обмотке ВН при номинальном напряжении: ![]() Напряжение одного витка uB=3.25 B. Число витков на одной ступени регулирования ![]()
Ориентировочная плотность тока: ![]() Ориентировочное сечение витка: ![]() По мощности трансформатора, току на стержень, напряжению и сечению витка выбираем цилиндрическую, многослойную обмотку из круглого провода. (Табл. 5.8) По сортаменту алюминиевого провода выбираем провод марки АПБ диаметром 2,12 мм сечением 3,53 мм2 ![]() В расчёте принимаем 2=0,4 мм. Увеличение массы провода за счёт изоляции 9,9% (Табл. 5.1.) Сечение витка: П2=3,53 мм2. Плотность тока: ![]() Общий суммарный радиальный размер алюминиевых проводов, принимая q2=1200 Вт/м2 и КЗ=0,8 ![]() Число витков в одном слое ![]() Обмотка ВН наматывается в 10 слоёв: девять слоёв по 195 витков и один слой –109 витков. Всего 1864 витка. Общий суммарный, радиальный размер металла b=10*2,12=21,2 мм Напряжение двух слоёв обмотки ![]() Междуслойная изоляция по табл. 4.7 – кабельная бумага марки К-120 по ГОСТ 23436–83Е, три слоя толщиной 0,12 мм (3*0,12). Выступ изоляции 16 мм с каждого конца обмотки. Радиальный размер обмотки: ![]() Диаметры обмотки: Внутренний: ![]() Внешний: ![]() Расстояние между осями стержней ![]() При испытательном напряжении обмотки ВН Uисп=35 кВ по табл. 4.5 находим: ![]() Обмотка наматывается на бумажно-бакелитовом цилиндре ![]() Плотность теплового потока на поверхности обмотки ![]() Масса металла обмотки ВН ![]() Масса провода обмотки ВН ![]() Масса металла двух обмоток ![]() НН ВН 115 121 123 123 158 169 174 176 233 ![]() 8 470 Рис. 3. Расположение обмоток 4. Расчёт параметров к.з. 4.1 Расчёт потерь к.з. Основные потери: Обмотка НН: ![]() Обмотка ВН: ![]() Масса металла обмотки ВН при номинальном числе витков: ![]() Добавочные потери в обмотке НН: ![]() где: ![]() Добавочные потери в обмотке ВН: ![]() где: ![]() Основные потери в отводах: Длина отводов: ![]() Масса отводов НН: ![]() Масса отводов ВН: ![]() Потери в отводах НН ![]() Потери в отводах ВН ![]() Потери в стенках бака и других элементах конструкции: по табл. 7.1 К=0,015 ![]() Полные потери к.з. ![]() т.е. ![]() 4.2 Расчёт напряжения к.з. Активная составляющая ![]() Реактивная составляющая ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() 5. Определение механических сил в обмотках и нагрева обмоток при коротком замыкании Установившийся ток короткого замыкания в обмотке ВН ![]() Мгновенное максимальное значение тока к.з. ![]() ![]() Радиальная сила: ![]() Среднее растягивающее напряжение в проводах обмотки ВН ![]() Среднее сжимающее напряжение в проводах обмотки НН ![]() Осевые силы в обмотках: ![]() ![]() где: ![]() ![]() По табл. 7.4 ![]() ![]() ![]() Осевые силы действуют на обе обмотки по рис. 4. l 1 2 ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Обмотка 1 Обмотка 2 Рис.4. Расположение осевых сил. Наибольшая осевая сила возникает в середине высот обмоток. В середине высоты обмотки НН, имеющей меньший радиальный размер, сжимающее напряжение: ![]() Температура обмотки через tk=4 c после возникновения короткого замыкания ![]() Время достижения температуры 200С для обмоток ![]() 6. Расчёт магнитной системы трансформатора 6.1 Определение размеров магнитной системы и массы стали трансформатора Принимаем конструкцию плоской трёхфазной шихтованной магнитной системы с четырьмя косыми и двумя прямыми стыками на среднем стержне. Прессовка стержня – путём забивания деревянных реек между стержнем и обмоткой НН. Прессовка ярма – прессующими балками и шпильками. В сечении стержня 5 ступеней без прессующей пластины, размеры пакетов по табл. 8.2. Для d=0.115 м Кр=0,903 В сечении ярма 4 ступени. Ширина крайнего наружного пакета 65 мм. Размеры пакетов стержня ab мм Размеры пакетов ярма ab мм
Полное сечение стержня и ярма и объём угла магнитной системы (по табл. 8.6) Пфс=93,9 см2; Пфя=95,4 см2; Vy=812.8 см3. Активное сечение стержня ![]() ![]() ![]() ![]() Расстояние между осями соседних стержней ![]() Масса стали угла магнитной системы ![]() Масса стали ярм ![]() Масса стали стержней ![]() ![]() ![]() Полная масса стали плоской магнитной системы ![]() 6.2 Расчёт потерь и тока холостого хода Магнитная система шихтуется из электротехнической, тонколистовой, рулонной, холоднокатаной, текстурованной стали марки 3404 толщиной 0,35 мм. Индукция в стержне ![]() Индукция в ярме ![]() По таблице 8.10 находим удельные потери: При Вс=1,607 Тл; рс=1,35 Вт/кг; рз,с=651 Вт/м2; при Вя=1,58 Тл; ря=1,251 Вт/кг. При ![]() ![]() Потери холостого хода ![]() ![]() ![]() ![]() Что составляет ![]() По таблице 8.17 находим удельные намагничивающие мощности При Вс=1,607 Тл qc=1.84 ВА/кг qзс=24000 ВА/м2 При Вя=1,58 Тл qя=1,675 ВА/кг При Вз=1,14 Тл qз=3000 ВА/м2. По таблице 8.13 находим коэффициенты для стали марки 3404 толщиной 0,35 мм при наличии отжига. ![]() ![]() ![]() ![]() Ток холостого хода ![]() Или ![]() Активная составляющая тока холостого хода ![]() Реактивная составляющая тока холостого ход ![]() 7. Тепловой расчёт трансформатора 7.1 Тепловой расчёт обмоток Внутренний перепад температуры: Обмотка НН: ![]() Где -толщина изоляции провода на одну сторону =0,25*10-3 м. из=0,17 Вт/(м2*С) – теплопроводность кабельной бумаги в масле. Обмотка ВН: ![]() =0,2*10-3 м из=0,17 Вт/(м2*С). Перепад температуры на поверхности обмоток: Обмотка НН: ![]() ![]() Обмотка ВН: ![]() ![]() Полные перепады температур на обмотках: Обмотка НН: ![]() Обмотка ВН: ![]() 7.2 Тепловой расчёт бака Выбираем конструкцию бака, со стенками в виде волн. (Табл. 9.4) Минимальная ширина бака ![]() Где: ![]() Принимаем В=0,375 м (при расположении магнитной системы в центре бака). Минимальная длина бака ![]() Глубина бака ![]() ![]() ![]() Для выбранного типа бака принимаем: Толщина волны с=d=12 мм. Расстояние между соседними волнами ![]() Высота волны Нв=Н – 0,1=0,86–0,1=0,76 м. Толщина стенки =0,8 мм. Ширина волны b=80 мм. Поверхность излучения стенки ![]() Шаг волны стенки ![]() Развёрнутая длина волны ![]() Число волн ![]() Поверхность конвекции стенки ![]() Где КВ коэффициент, учитывающий ухудшение конвекции ![]() ![]() Поверхность крышки бака ![]() Поверхность верхней рамы бака ![]() Полная поверхность излучения бака ![]() Полная поверхность конвекции бака ![]() 7.3 Окончательный расчёт превышения температуры обмоток и масла Среднее превышение температуры стенки бака над температурой окружающего воздуха (для индивидуального расчёта К=1,05). ![]() Среднее превышение температуры масла вблизи стенки над температурой стенки бака (для естественного масляного охлаждения, К1=1). ![]() ПК-поверхность конвекции бака без учёта коэффициента ухудшения конвекции. ![]() Превышение температуры масла в верхних слоях над температурой окружающего воздуха ![]() Превышение температуры обмоток над температурой окружающего воздуха ВН: ![]() НН: ![]() 8. Приближённое определение массы конструктивных материалов и масла трансформатора Масса активной части трансформатора ![]() Объём бака ![]() Объём активной части ![]() Объём масла в баке ![]() Масса масла ![]() Масса бака ![]() Масса стенки ![]() ![]() Масса крышки ![]() Масса дна ![]() Общая масса трансформатора (ориентировочно) ![]() |