Курсовая работа по электрическим машинам. курсовая 19. Утверждаю заведующий кафедрой (число, месяц, год) задание 19
 Скачать 163.99 Kb.
|
|
КАЗАХСКИЙ АГРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. С. СЕЙФУЛЛИНА Кафедра: Электроснабжения УТВЕРЖДАЮ Заведующий кафедрой __________________ ____________________ (число, месяц, год) ЗАДАНИЕ № 19 на курсовую работу по дисциплине: электрические машины студент_________________________________________________________________________ Тема работы: Расчет трансформатора Исходные данные:
Литература: 1. Тихомиров П.М. Расчет трансформаторов. М.: Энергия, 1986 г.528 с 2. Копылов И.П. Электрические машины: учебник. - М.:Высшая школа, 2004 3.Шпилько Ю.Е., Пястолова И.А. Методическое пособие к курсовой работе. Астана 2002 г.66 с. Дата выдачи задания __________ , дата защиты проекта___________ Руководитель работы: Герасименко Татьяна Сергеевна. Задание принял к исполнению_________________________________ Дата, подпись студента Содержание Введение.................................................................................................................4 1 Расчет основных электрических величин трансформаторов............................5 2 Определение основных размеров трансформатора............................................8 3 Расчет обмоток 3.1 Расчет обмотки низкого напряжения (НН)......................................................12 3.2 Расчет обмотки высшего напряжения (ВН).....................................................16 4 Расчет параметров короткого замыкания 4.1 Определение потерь короткого замыкания......................................................20 4.2 Определение напряжения короткого замыкания.............................................20 4.3 Определение механических сил в обмотках и нагрева обмоток при коротком замыкании..................................................................................................................22 5 Расчет магнитной системы трансформатора 5.1 Определение размеров магнитной системы.....................................................25 5.2 Определение потерь холостого хода трансформатора....................................27 5.3 Определение тока холостого хода.....................................................................28 5.4 Определение удельной тепловой нагрузки......................................................30 6 Расчет эксплуатационных характеристик трансформатора 6.1 Параметры схемы замещения трансформатора определяем следующим образом...........................................................................................................................31 6.2 Векторная диаграмма.........................................................................................33 6.3 Зависимость изменения вторичного напряжения трансформатора от угла сдвига фаз между напряжением и током...............................................................34 6.4 Внешняя характеристика трансформатора......................................................34 6.5 Зависимость КПД трансформатора от степени нагрузки...............................35 7 Таблица основных геометрических величин для графической части курсовой работы........................................................................................................................37 Заключение................................................................................................................38 Список использованной литературы.......................................................................43 Введение Трансформатором называется статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанных обмоток предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока. Трансформатор, предназначенный для преобразования электрической энергии в сетях энергосистем и потребителей электроэнергии, называется силовым. Силовой трансформатор является одним из важнейших элементов каждой электрической сети. Передача электрической энергии на большие расстояния от места ее производства до места потребления требует в современных сетях не менее чем пяти-шести кратной трансформации в повышающих и понижающих трансформаторах. Силовой трансформатор является одним из важнейших элементов современной электрической сети, и дальнейшее развитие строения трансформаторов определяется в первую очередь развитием электрических сетей, а, следовательно, энергетики страны. Особо важными задачами являются повышение качества трансформаторов, использование прогрессивной технологии их производства, экономии материалов при их изготовлении и возможно низкие потери энергии при их работе в сети. Экономия материалов и снижение потерь особенно важны в распределительных трансформаторах непосредственно питающих потребителей при напряжении 10 и 35 кВ, в которых расходуется значительная часть материалов и возникает существенная часть потерь энергии всего трансформаторного парка. Целью курсовой работы является теоретическое и практическое знание в области проектирования силовых трансформаторов. В объем курсовой работы входит определение основных размеров, основных электрических величин, расчет магнитной системы, расчет эксплуатационных характеристик трансформатора, а также графическая часть: общий вид трансформатора, графические зависимости и Т-образная схема замещения. 1 Расчет основных электрических величин трансформаторов Расчет трансформаторов начинается с определения основных электрических величин-мощности на одну фазу и стержень, номинальных токов на стороне ВН и НН, фазных токов и напряжений. Мощность одной фазы трансформатора, кВА:  (1.1)где  - номинальная мощность трансформатора, кВА; m -  Мощность на одном стержне:  (1.2)где  - число активных стержней трансформатора. где C - число активных (несущих обмотки) стержней трансформатора; S - номинальная мощность трансформатора, кВА. Номинальный линейный ток обмоток ВН и НН трехфазного трансформатора, А:  (1.3)где U - номинальное линейное напряжение соответствующей обмотки, В.   Фазный ток обмотки одного стержня трехфазного трансформатора, А: при соединении обмоток в звезду или зигзаг  (1.4)  Фазное напряжение трехфазного трансформатора, В: при соединении обмоток в звезду или зигзаг  (1.5)где U - номинальное напряжение соответствующей обмотки, В.   Для определения изоляционных промежутков между обмотками и другими токоведущими частями и заземленными деталями трансформатора существенное значение имеют испытательные напряжения, при которых проверяется электрическая прочность изоляции трансформатора. Эти испытательные напряжения определяются по таблице 7 и таблице 8 для каждой обмотки по ее классу напряжения Потери короткого замыкания, указанные в задании, дают возможность определить активную составляющую напряжения короткого замыкания, %:  (1.6)где  - потери короткого замыкания, Вт; S - мощность трансформатора, кВА. Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания при заданном  определяется по формуле: (1.7)где  - активная составляющая напряжения короткого замыкания, %; - напряжение короткого замыкания (по заданию), %. 2. Определение основных размеров трансформатора Магнитная система трансформатора является основой его конструкции. Выбор основных размеров магнитной системы вместе с основными размерами обмоток определяет главные размеры активной части и всего трансформатора. Диаметр d окружности, в которую вписано ступенчатое сечение стержня, является одним из его основных размеров. Вторым основным размером трансформатора является осевой размер L (высота) его обмоток. Обычно обе обмотки трансформатора имеют одинаковую высоту. Третьим основным размером трансформатора является средний диаметр витка двух обмоток или диаметр осевого канала между обмотками d12, связывающий диаметр стержня с радиальными размерами обмоток a1 и a2 и осевого канала между ними a12. Два основных размера, относящихся к обмоткам d12 и L могут быть связаны отношением средней длины окружности канала между обмотками πd12 к высотке обмотки L:  (2.1)Формула, связывающая диаметр стержня трансформатора с его мощностью:  (2.2)где S' - мощность обмотки на одном стержне, кВА; β - соотношение между диаметром и высотой обмотки; ap - приведенная ширина канала рассеяния, м; Kp - коэффициент Роговского; f - частота сети, Гц; Up - реактивная составляющая напряжения короткого замыкания, %; Bc - максимальная индукция в стержне, Тл; Kc - коэффициент заполнения активной сталью площади круга, описанного около сечения стержня. Ширина приведенного канала рассеяния трансформатора, м:  (2.3)Размер a12 канала между обмотками ВН и НН определяется как изоляционный промежуток и может быть выбран по испытательному напряжению обмотки ВН из таблицы 9 [1]. Суммарный приведенный радиальный размер обмоток ВН и НН, м:  (2.4) где К - в зависимости от мощности трансформатора, металла обмоток, напряжения обмотки ВН и потерь короткого замыкания Pк может быть найдено по таблице 11  .Вычисляем ширину приведенного канала рассеяния трансформатора по формуле (2.3), м:  Рекомендуемые значения β в зависимости от мощности трансформатора и металла обмоток выбираем по таблице 12 [1].  Коэффициент приведения идеального поля рассеяния к реальному полю (коэффициент Роговского) при определении основных размеров можно принять Kp=0,95. Индукция в стержне Bcвыбирается по таблице 4и равна 1,5 Тл [1]. Коэффициент заполнения активным сечением стали площади круга, описанного около сечения стержня, Кс, зависит от выбора числа ступеней в сечении стержня, способа прессовки стержня, толщины листов стали и вида междулистовой изоляции. Общий коэффициент Кс равен произведению двух коэффициентов.  (2.5) В свою очередь коэффициенты Ккр и Кз могут быть определены по таблице 2;5 [1] (Кз=0,96, Ккр=0,91). Выбираем марку стали 3404 таблица 2 [1]. Далее рассчитываем диаметр стержня по формуле (2.2), м:  Если полученный диаметр d не соответствует нормализованной шкале диаметров, то следует принять ближайший диаметр по нормализованной шкале dн[1, страница 21]и определить βн, соответствующее нормализованному диаметру.  При выборе β определение производиться по формуле:  (2.6) Второй основной размер трансформатора - средний диаметр канала между обмотками  может быть предварительно приближенно определен по формуле: (2.7)Приближенный радиальный размер обмотки НН:  (2.8) Вычисляем средний диаметр канала между обмотками по формуле (2.7):  Третий основной размер трансформаторов - высота обмотки:  (2.9) После расчета основных размеров трансформатора подсчитывается активное сечение стержня, то есть, чистое сечение стали:  (2.10) Электродвижущая сила одного витка:  (2.11)  Рисунок 1. Основные размеры трансформатора 3. Расчет обмоток 3.1 Расчет обмотки низкого напряжения (НН) Расчет обмотки трансформатора, как правило, начинается с обмотки НН, располагаемой у большинства трансформаторов между стержнем и обмоткой ВН. В трехобмоточном трансформаторе расчет обмоток начинают с внутренней обмотки НН или СН, а затем постепенно переходят к СН или НН и ВН. Число витков на одну фазу НН:  (3.1.1) Полученное значение  округляется до ближайшего целого числа и может быть как четным, так и нечетным.После округления следует найти напряжение одного витка, В:  (3.1.2) И действительную индукцию в стержне, Тл:  (3.1.3) Ориентировочное сечение витка каждой обмотки, м2, может быть найдено по формуле:  (3.1.4)где Ic - ток соответствующей обмотки, А;  - средняя плотность тока в обмотках ВН и НН, А/м2.Для определения средней плотности тока в обмотках МА/м2, обеспечивающей получение заданных потерь короткого замыкания, можно для алюминиевых обмоток:  (3.1.5)где  - коэффициент, учитывающий наличие добавочных потерь в обмотках, отводах, стенках бака и т.д. Значение берется из таблицы 16 [1]. Полученное значение средней плотности тока в обмотках сверяются с таблицей 17 для масляных трансформаторов [1]. Ориентировочное сечение витка каждой обмотки, мм2, по формуле (3.1.4):   Размеры провода без изоляции  где  - размеры провода без изоляции, мм;  - размеры провода с изоляцией.Выбираем сечение провода П2 по ранее найденному приближенному сечению обмотки НН  таблице 19 [1]. Выбираем толщину изоляции 1 мм. Марка провода:  Уточненная плотность тока МА/м2:  (3.1.6) Число витков в одном ряду обмотки НН:  (3.1.7) Число рядов обмотки:  (3.1.8) Радиальный размер обмотки НН, м:  (3.1.9) где  - меньшая сторона изолированного прямоугольного провода, мм;  - толщина кабельной бумаги в изоляции между двумя слоями, таблица 20 [1].Рабочее напряжение двух слоев, В:  (3.1.10) |