Расчет силового трансформатора

• Название: Расчет силового трансформатора
• Дата: 09.03.2023
• Размер: 0.52 Mb.
• Имя файла: work_42593_0fe47f6.doc
• Тип: Курсовой проект; #976663

Министерство общего и профессионального образования

Северо-западный заочный политехнический институт

Кафедра электротехники и электромеханики

Курсовой проект

На тему: Расчет силового трансформатора


Выполнил: Проверил:

Студент3курсаЭФ Пусина Татьяна

Специальность: 1004 Юрьевна

Деркунов Михаил

Борисович
Дата сдачи проекта:

Проект принят с оценкой:

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2000

Задание на курсовой проект:


Рассчитать трансформатор:
Исходные данные для расчета:

1. 
   Номинальная мощность 25 кВА
   
2. 
   Число фаз 3
   
3. 
   Напряжение обмотки ВН, 10 кВ
   

4. Напряжение обмотки НН, 0,4 кВ

5. Схема и группа соединения обмоток Y/Y-0

6. Напряжение короткого замыкания 4,5 %

7. Ток холостого хода 3,2 %

8. Потери короткого замыкания 600 Вт

9. Потери холостого хода 105 Вт

10.

Содержание работы:

1. 
   Определение основных электрических величин:
   

а) определение линейных и фазных токов и напряжений обмоток ВН и НН;

б) определение испытательных напряжений обмоток;

в) выбор типа обмоток и определение изоляционных расстояний;

2. 
   Расчет основных размеров трансформатора.
   

а) выбор схемы и конструкции магнитной системы и материала обмоток;

б) выбор марки и толщины листов стали, индукции в магнитной системе;

в) определение активной и реактивной составляющих короткого замыкания;

г) определение диаметра стержня и высоты обмотки;

3. 
   Расчет обмоток ВН и НН:
   

а) расчет обмотки НН;

б) расчет обмотки ВН;

4. 
   Определение параметров короткого замыкания:
   

а) определение потерь КЗ;

б) определение напряжения КЗ;

в) определение механических сил в обмотках;
5. Окончательный расчет магнитной системы. Определение

параметров ХХ:

а) определение активных сечений стержней, ярма и углов;

б) определение массы стержней, ярма, углов и массы стали;

в) определение потерь ХХ;

г) определение тока ХХ.
6. Определение КПД трансформатора.

1.Определение основных электрических величин
а) определение линейных и фазных токов и напряжений обмоток ВН и НН.
Мощность одной фазы трансформатора:

Номинальные линейные токи:
ВН

НН
При соединении обмоток в звезду фазные токи равны линейным:

Фазные напряжения обмоток:
ВН

НН
б) Определение испытательных напряжений обмоток.
Испытательные напряжения (табл.5.1 [1]); для обмотки ВН UИСП, ВН = 35 кВ;

для обмотки НН UИСП, НН = 5 кВ

в) Выбор типа обмоток и определение изоляционных расстояний.
Исходя из мощности трансформатора по (табл.4.1 [1]) выбираем тип обмоток;
обмотка ВН: цилиндрическая многослойная из круглого провода

обмотка НН: цилиндрическая двухслойная из прямоугольного провода
Для испытательного напряжения обмотки ВН UИСП,ВН = 35 кВ из табл.5.3[1]

находим изоляционные расстояния (рис.6.1[1])


Для испытательного напряжения обмотки НН UИСП,НН = 5 кВ из (табл.5.3[1])

находим изоляционные расстояния (рис.6.1[1])


2.Расчет основных размеров трансформатора.

а) выбор схемы и конструкции магнитной системы и материала обмоток
Для рассчитываемого трансформатора выбираем плоскую магнитную систему стержневого типа со стержнями, имеющими сечение в форме симметричной ступенчатой фигуры с комбинированными стыками стержней и ярм

Для изготовления обмоток выбираем медный провод в связи с его лучшими техническими характеристиками и малым количеством необходимым

для обмоток ВН и НН при данной номинальной мощности трансформатора.
б) выбор марки и толщины листов стали, индукции в магнитной системе;
Для магнитной системы трансформатора выбираем сталь марки 3405 толщиной 0.30 мм с нагревостойким изоляционным покрытием. Коэффициент заполнения равен;
, из табл.3.2[1]
Из табл.3,4[1] для трансформатора мощностью 25 кВА и стали 3405 выбираем магнитную индукцию в сердечнике;

в) Определение активной и реактивной составляющих короткого замыкания;
Активная составляющая напряжения К.З. %

Где – потери К.3. , Вт а S – полная мощность, кВА.


Реактивная составляющая напряжения К.З. ,%т
г) определение диаметра стержня и высоты обмотки.
Диаметр стержня;



где:




К_з = 0,96 коэффициент заполнения сталью

В_с = 1,6 Тл индукция в стержне

Полученный размер , округляем до ближайшего по нормали СЭВ

и геометрическое сечение стержня,

Число ступеней стержня 4

Ширина пластин 4 : 5,5 : 6,5 : 7,5

Марка стали сердечника 3405

Толщина листов стали 0.3 мм

Коэффициент заполнения сечения стержня (ярма) К_з = 0,96

Активное сечение стержня;

определим ЭДС одного витка;

Определим предварительную высоту обмотки;
, где
, где
а =1,35 ,для медного провода
3. Расчет обмоток ВН и НН
а) расчет обмотки НН
Число витков на одну фазу обмотки НН

округляем до 156 витков.

Уточняем ЕДС одного витка;


Действительная индукция в стержне;

Определим ориентировочное сечение витка;
,где
j -средняя плотность тока для медного провода равна 2,2 А/мм²

Число витков в слое двухслойной обмотки;

Ориентировочный осевой размер витка;

Для изготовления обмотки НН выбираем провод:

Уточняем плотность тока в обмотке;


Провод наматываем на ребро и, учитывая это, определяем высоту обмотки;


Определяем радиальный размер обмотки;

Внутренний диаметр обмотки НН;


Наружный диаметр обмотки НН;

б) расчет обмотки ВН
Рассчитаем предварительную плотность тока в обмотке ВН;

где окончательная плотность тока в обмотке НН после ее расчета

Как правило, отличается от сечения стандартного провода, и действительная плотность тока уточняется

Для обмотки ВН выбираем провод марки ,у которого

Рассчитаем общее число витков в обмотке ВН;

Рассчитаем количество витков в одном слое обмотки ВН;
,где
- количество параллельных проводов,

- диаметр провода в изоляции.

Количество слоёв в обмотке ВН равно;

Принимаем 15 слоёв.


Рабочее напряжение двух соседних слоёв;

Для данного напряжения по таблице 5.5[1] выбираем межслойную изоляцию:

Число слоёв кабельной бумаги – 20, при
Вычислим радиальный размер катушки ВН;

Внутренний диаметр обмотки ВН;

Наружный диаметр обмотки ВН;

4. 
   Определение параметров короткого замыкания.
   

а) определение потерь КЗ.
Основные потери в обмотках ВН и НН.
Определим массу металла обмотки НН для медного провода;

г
де -количество стержней трансформатора;

Основные электрические потери в обмотке НН;



М
асса металла обмотки ВН;

Основные электрические потери в обмотке ВН;



Расчет добавочных потерь в обмотках.

Для прямоугольного провода обмотки НН;





Для круглого провода обмотки ВН;





Основные потери в отводах;

Длина отводов для соединения в звезду обмоток ВН и НН одинакова;



Масса отводов обмотки НН;



Масса отводов обмотки ВН;


Основные потери в отводах ВН и НН равны:





Потери в баке и деталях конструкции:

,

где коэффициент потерь в баке трансформатора.

Полные потери КЗ;

или при норме
б) определение напряжения КЗ
Активная составляющая напряжения КЗ;

где - полные потери КЗ; Вт;

S - полная мощность трансформатора, кВА.
Реактивная составляющая напряжения КЗ;
,где
отношение средней длины окружности канала между обмотками к высоте обмотки ;





П
риведённое расстояние между обмотками ВН и НН

где а₁ и а₂ - окончательные радиальные размеры обмоток ВН и НН;

Коэффициент, учитывающий отклонение реального поля рассеяния от идеального параллельного поля;



Диаметр осевого канала между обмотками;

где наружный диаметр обмотки НН, см

- расчётный размер канала между обмотками НН и ВН

Напряжение короткого замыкания равно;

что составляет

Расчёт механических сил в обмотках

Д
ействующее значение установившегося тока КЗ;
где - номинальный ток обмотки ВН, А;

-напряжение короткого замыкания, %.

Мгновенное максимальное значение тока КЗ;

Коэффициент, учитывающий апериодическую составляющую тока КЗ;




Радиальная сила;

Полная осевая сила;

Согласно рис.8,11[1] вторая составляющая равна нулю, так как витки располагаются по всей высоте наружного слоя.
Расчет обмоток на механическую прочность.
Напряжение на сжатие в проводе обмотки НН;

при норме 30

Напряжение сжатия на прокладках обмотки НН;

при норме 20
Расчет температуры нагрева обмоток при КЗ.

Согласно ГОСТ 11677-85 наибольшую продолжительность КЗ на зажимах трансформаторов принимают на сторонах с напряжением до 35 кВ длительно­стью 4 с.

Температура обмотки через t_к = 4 с после возникновения КЗ;




где -плотность тока при номинальной нагрузке, А/мм²;

- начальная температура обмотки, обычно принимаемая за 90 с.
Предельно допустимые температуры обмоток при КЗ по ГОСТ 11677-85,для трансформаторов с масляным охлаждением и медной обмоткой является

250⁰С

Время, достижения температуры 250⁰С обмоткой рассчитываемого трансформатора;


5. Окончательный расчет магнитной системы. Определение

параметров ХХ
а) Определение активных сечений стержней, ярма и углов;
Расстояние между осями обмоток;

Определим длину магнитопровода;

Сечения стержней, ярм и объём угла определяем из таблицы 9.1[1]

по диаметру стержня:

Определим высоту окна;


принимаем 32.5 (см)
б) определение массы стержней, ярма, углов и массы стали;
Масса одного угла магнитной системы;

где: коэффициент заполнения сталью,

плотность электротехнической стали.

Масса стержней;



где: число стержней магнитной системы.
Масса ярм;

Масса стали магнитопровода;

в) Расчёт потерь ХХ;
Магнитная индукция в стали стержня сердечника;

Магнитная индукция в стали ярма;


Удельные потери электротехнической стали 3405 при толщине листа 0,3 мм по ГОСТ 21427. 1-83 из табл.9.2 [1]

По индукции в стержне

По индукции в ярме

Коэффициенты увеличения потерь для углов с прямыми и косыми

стыками из табл.9.3[1]


П
отери ХХ в магнитопроводе
где число углов с прямыми стыками листов;

число углов с косыми стыками листов;

- коэффициент, учитывающий добавочные потери в магнитопроводе;

при отжиге листов = 1,1



Потери в трансформаторе получились меньше нормированных на 2.5%

Согласно ГОСТ 11920-85 отклонение расчётной величины от нормированной не должно превышать 15%

г) Расчёт тока ХХ.
С
редняя индукция в косом стыке;
Из таблицы 9.2[1] находим значения удельных намагничивающих мощностей; стержней, ярм прямого и косого стыков, икоэффициентов увеличения намагничивающей мощности для углов с прямыми и косыми стыками.

Удельная намагничивающая мощность стержня

Удельная намагничивающая мощность ярма

Удельная намагничивающая мощность косого стыка

Удельная намагничивающая мощность прямого стыка стержня

Удельная намагничивающая мощность прямого стыка ярма

Коэффициенты, учитывающие увеличение намагничивающей мощности в углах с прямыми и косыми стыками из табл.9.3[1]по значению ­индукции в углах


Намагничивающая мощность всей магнитной системы;













где , = 1,65 при отжиге листов

- намагничивающая мощность, требуемая для прохождения магнитного потока через зазоры стыков

количество прямых и косых стыков.

Активная составляющая тока XX, фазное значение;

Относительное значение тока холостого тока;

Относительное значение активной составляющей тока XX ;

О
тносительное значение реактивной составляющей тока XX;
6. Определение КПД трансформатора
Реактивная мощность, расходуемая трансформатором;

где относительное значение тока ХХ

напряжение КЗ

S- полная номинальная мощность трансформатора, кВА;
Реактивная мощность только нагружает линию передачи, связывающую транс­форматор с источником энергии, вызывая в ней потери энергии.

К
оэффициент полезного действия;
Где, - потери КЗ, кВт;

- потери ХХ, кВт;



 - отношение тока нагрузки к номинальному току;  = 1

сos - коэффициент мощности нагрузки по заданию.
Максимальное значение коэффициента полезного действия при

Отношение тока нагрузки, при котором  = мах, к номинальному току





Рис. 1 Основные размеры трансформатора




Рис. 2 Цилиндрические обмотки двухслойная из пря­моугольного провода (а), многослойная из круглого провода (б) и концевая изоляция (в): /, 4 — витки; 2, 5 — дистанционные рейки; 3 — выравнивающее кольцо; 6—бумажно-бакелитовый цилиндр; 7—междуслойная изо­ляция; 8—канал; 9—рейка; 10—изоляционное кольцо; 11—баке­литовый цилиндр; Х1, Х-2, Хз—регулировочные ответвления

ЛИТЕРАТУРА

1. Гончарук А.Н. Расчет и конструирование транс4юрматоров. - М.; Энергоатомиздат, 1990г.

2. Справочник по электрическим машинам: В 2 т./ Под общ. ред. И.П. Копылова и В.К. Клокова, Т. 1. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 456 с.

3. Копылов И.П. Электрические машины. - М.: Энергоатомиздат. 1986. - 360 с.

4. Электротехнический справочник: В 3-х т. Т.2. - М. Энергоатомиздат, 1986 -712с.

5. Антонов М.В., Акимова Н.А., Котеленец Н.Ф., Эксплуатация и ремонт электрических машин. - М.: Высш.школа, 1989. - 191 с.

6. Рябуха В.И. Электрические машины. Трансформаторы: Сборник задач с ответами. - СПб.: СЗПИ, 1994. - 59 с.

7. Рябуха В.И. Электрические машины. Общие вопросы теории машин переменного тока: Сборник задач с ответами. - СПб.: СЗПИ, 1994. - 59 с.

8. Вольдек А.И. Электрические машины. — Л.: Энергия, 1978 — 928 с.

9. Костенко М.П., Пиотровский Л.М. Электрические машины. 4.1. М.:

Энергия - 1972

10. Костенко М.П., Пиотровский Л.М. Электрические машины. 4.2. М.:

Энергия—1974

11. Афанасьев Н.А., Юсинов М.А. Система технического обслуживания и ремонта (СТО и Р). Оборудования энергохозяйств промышленных предприятий. - М. Энергоиздат, 1989г

12. ГОСТ 16110-82 - трансформаторы силовые. Термины и определения. Тихомиров П.М. Расчет трансформаторов. -М.; Энергоатомиздат,Т 986г.

13. Аншин В.Ш., Худяков З.И. Сборка трансформаторов и их магнитных систем. - М.; Высшая школа, 1985г.

14. Каганович Е.А., Райхлин Н.М. Испытание трансформаторов мощностью до 6300 кВА и напряжением до 35 кВ. - М.; Энергия, 1980г.

15. Гончарук А.Н. Расчет и конструирование транс4юрматоров. - М.; Энергоатомиздат, 1990г.

16. Электротехнический справочник. Т.2. Под общей редакцией Герасимова В.Г. и др. - М.; Энергоиздат, 1981г.