Курсовая работа по электрическим машинам. курсовая 19. Утверждаю заведующий кафедрой (число, месяц, год) задание 19

• Название: Утверждаю заведующий кафедрой (число, месяц, год) задание 19
• Анкор: Курсовая работа по электрическим машинам
• Дата: 06.06.2022
• Размер: 163.99 Kb.
• Имя файла: курсовая 19.docx
• Тип: Документы; #573823
• страница: 2 из 4

По рабочему напряжению двух слоев по таблице 20 выбирается величина δ_мсл. [1]

Внутренний диаметр обмотки НН, м:

(3.1.11)

где - НН от стержня, выбирается по таблице 15 [1], мм.



Наружный диаметр обмотки НН, м:

(3.1.12)



Масса металла обмоток, кг:

(3.1.13)

где С - число активных стержней трансформатора; - средний диаметр соответствующей обмотки, м; W - число витков обмотки; сечение витка, м².



Средний диаметр обмотки НН, м:

(3.1.14)



3.2 Расчет обмотки высшего напряжения (ВН)

Число витков при номинальном напряжении:

(3.2.1)



Число витков на одной ступени регулирования напряжения при соединении обмотки ВН в звезду:

(3.2.2)



Выбираем схему размещения регулировочных ответвлений в трансформаторе.

Часто применяемые схемы размещения регулировочных ответвлений в трансформаторах с ПБВ могут иметь три схемы: с ответвлениями близ нейтрали, оборотную и прямую.

Так как схемы всех фазных обмоток трехфазного трансформатора одинаковы, то на рисунке будет показана только одна фаза выбранной схемы.

• 
  Схема с ответвлениями близ нейтрали. Для переключения ответвлений трехфазного трансформатора используют один трехфазный переключатель. Схему с регулированием близ нейтрали применяют в трансформаторах мощность до 630 кВА включительно.
  
• 
  Схема обратная. При переходе с одной ступени на другую отключаются витки, расположенные в средней части обмоток, а не на их концах. Оборотную схему применяют в основном в трехфазных трансформаторах мощностью 1000-1600 кВА, напряжением 10 кВ.
  
• 
  Схема прямая. Прямая схема применяется в трехфазных трансформаторах до 6300 кВА и напряжением 6-35 кВ. В прямой схеме устанавливают по одному трехфазному переключателю, на трансформаторах большей мощности по одному однофазному переключателю на каждую фазу.
  

Оптимальным решением при выборе схемы размещения регулировочных ответвлений в трансформаторе будет - схема с ответвлениями близ нейтрали, так как обратная схема используется на большие мощности (S=25кВА, по заданию); прямая схема использует дополнительных устройств.

Изображение схемы с ответвлениями близ нейтралипредствален в приложении А, рисунок 1.

Плотность тока, МА/м², в обмотке ВН предварительно определяется по формуле:

(3.2.3)



Сечение витка обмотки ВН, мм², предварительно определяется по формуле:

(3.2.4)





Толщина изоляции 0,3 мм.

Уточненная плотность тока по формуле (3.2.3), МА/м²:



Число витков в одном ряду обмотки ВН:

W_1ряд =

W_1ряд = =172 шт

Число рядов обмоток ВН:

(3.2.6)



Рабочее напряжение двух слоев, В:

(3.2.7)



Радиальный размер обмотки ВН, м:

(3.2.8)



Внутренний диаметр обмотки ВН, м:

(3.2.9)



Наружный диаметр обмотки ВН, м:

(3.2.10)



Масса металла обмоток, кг:

(3.2.11)



Средний диаметр обмотки ВН, м:

(3.2.12)



4. Расчет параметров короткого замыкания

4.1 Определение потерь короткого замыкания

Потерями короткого замыкания называют потери, возникающие в трансформаторе пи номинальной частоте и установлении в одной из обмоток тока, соответствующего его номинальной мощности, при замкнутой накоротко второй обмотке.

Полные потери короткого замыкания готового трансформатора не должны отклонятся от гарантийного значения ГОСТ или техническими условиями на проект трансформатора, более чем на 10%.

Пренебрегая потерями в магнитной системе, добавочными потерями в обмотках НН и ВН, считаем что, потери короткого замыкания P_к в трансформаторе - это основные потери в обмотках НН и ВН, вызванные рабочим током обмоток P_об1 и P_об2.

Потери в обмотках для алюминиевого провода, Вт:

(4.1.1)

(4.1.2)





4.2 Определение напряжения короткого замыкания

Напряжением короткого замыкания двухобмоточного трансформатора называется приведенное к расчетной температуре напряжение, которое следует подвести при номинальной частоте к зажимам одной из обмоток при замкнутой накоротко другой обмотке, чтобы в обеих обмотках установились номинальные токи. При этом переключатель должен находиться в положении, соответствующем номинальному напряжению.Напряжение короткого замыкания определяет падение напряжения в трансформаторе, его внешнюю характеристику и ток короткого замыкания. Он учитывается также при подборе трансформатора для параллельной работы.

Активная составляющая напряжения короткого замыкания может быть определена по формуле, %:

(4.2.1)

где - потери в обмотках трансформатора, Вт; - номинальная мощность трансформатора, кВА.

Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания может быть определена по формуле, %:

(4.2.2)

где - число витков на соответствующую фазу; - номинальный ток соответствующей обмотки, А; - средний диаметр канала между обмотками, м; - ширина приведенного канала рассеивания, м; - коэффициент Роговского; - частота, Гц; - напряжение одного витка, В; - высота обмотки, м.

Вычислим уточненную ширину приведенного канала рассеивания по формуле (2.3), м:



Коэффициент Роговского, учитывающий отклонения реального поля рассеяния от идеального параллельного поля:

(4.2.3)



Далее рассчитываем реактивную составляющую напряжения короткого замыкания по формуле (4.2.2), %:



После определения активной и реактивной составляющих, находим напряжения короткого замыкания трансформатора, %:

(4.2.4)



Напряжение короткого замыкания должно приблизительно совпадать с , заданным на проект трансформатора. Отличие от заданного более, чем на не допускается.

4.3 Определение механических сил в обмотках и нагрева обмоток при коротком замыкании

Процесс короткого замыкания трансформатора, являющийся аварийным режимом, сопровождается многократным увеличением токов в обмотках трансформатора по сравнению с номинальным токами, повышенным нагревом обмоток и ударными механическими силами, действующими на обмотки и их части.Проверка обмоток на механическую прочность при коротком замыкании включает:

1. 
   определение наибольшего установившегося и набольшего ударного тока короткого замыкания;
   
2. 
   определение механических сил между обмотками и их частями;
   
3. 
   определение температуры обмоток при коротком замыкании.
   

Действующее значение установившегося тока короткого замыкания определяется согласно ГОСТ 11677-85 с учетом сопротивления питающей сети для основного ответвления обмотки.

(4.3.1)

где - номинальный ток соответствующей обмотки, А; - номинальная мощность трансформатора, МВА; - мощность короткого замыкания электрической сети по таблице 21 [1], МВА; - напряжение короткого замыкания трансформатора, %.



Ударный ток короткого замыкания, А:

(4.3.2)



В таблице 22 [1] приведены значения при различных значениях .

Механические силы возникают в результате взаимодействия тока в обмотке с магнитным полем обмоток. Радиальную силу можно определить по формуле, Н:

(4.3.3)

где W – полное число витков , одной из обмоток; I_кmax – мгновенное максимальное значение тока этой обмотки при коротком замыкании, А; β - соотношение между диаметром и высотой обмотки.



Для оценки механической прочности обмоток обычно определяют напряжение сжатия во внутренней обмотке (НН), возникающее под воздействием радиальной силы F_сж.р. При определении напряжения сжатия от радиальной силы находится сила, сжимающая внутреннюю обмотку, условно рассматриваемая как статическая, Н:

(4.3.4)



Напряжение сжатия, МПа, в проводе внутренней обмотки определяется по формуле:

(4.3.5)



где W – число витков обмотки, для которого определена сила; П - площадь поперечного сечения одного витка, м².

Предельная условная температура обмотки, :

(4.3.6)



где - наибольшая продолжительность короткого замыкания на выводах масляного трансформатора; принимается при КЗ на сторонах с номинальным напряжением 35кВи ниже - ; плотность тока при номинальной нагрузке, А/м²; - начальная температура обмотки ( ), .

Предельно допустимые температуры обмоток при коротком замыкании приведены в таблице 23 [1].

(4.3.7)



Класс изоляции – А. Для данного класса изоляции допустимая температура 180

5. Расчет магнитной системы трансформатора

5.1 Определение размеров магнитной системы

При окончательном расчете магнитной системы, который производится после завершения полного расчета обмоток, параметров и токов короткого замыкания трансформатора, для плоской шихтованной магнитной системы определяются: число ступеней в сечении стержня и ярма, размеры пакетов – ширина пластин и толщина пакетов, расположение и размеры охлаждающих каналов, полные и активные сечения стержня и ярма, высота стержня, расстояние между осями стержней, масса стали стержней, ярм и углов магнитной системы и полная масса магнитной системы трансформатора. После установления всех размеров и массы стали частей магнитной системы определяются потери и ток холостого хода трансформатора.

Площади сечения стержня и ярма и объем угла плоской шихтованной магнитной системы при размерах пакетов выбираем по диаметру по таблице 24 [1]. Размеры пакетов выбираем по таблице 6 [1].

Далее вычисляем длину стержня, м:

(5.1.1)



Расстояние между осями соседних стержней, м:

(5.1.2)



где - минимальное изоляционное расстояние между ВН и НН, определяемое по таблице 9 [1], мм; - внешний диаметр обмотки ВН, м.

Масса стали угла при многоступенчатой форме сечения, кг:

(5.1.3)

где - объем угла плоской шихтованной магнитной системы, см³; - плотность трансформаторной стали (для холоднокатаной 7650), кг/м³.



Масса стали ярм может быть определена как сумма двух слагаемых: массы частей ярм, заключенных между осями крайних стержней, кг:

(5.1.4)

где С - число активны стержней; - активное сечение ярма, м².



(5.1.5)



Полная масса двух ярм, кг:

(5.1.6)



Масса стали стержней при многоступенчатой форме сечения ярма, кг:

(5.1.7)

где масса стали стержней в пределах окна магнитной системы

(5.1.8)

где - активное сечение стержня, м²; - длина стержня, м.



Масса стали в местах стыка пакетов стержня и ярма, кг:

(5.1.9)

где - длина первого пакета в стержне, мм.





Полная масса стали плоской магнитной системы, кг:

(5.1.10)



5.2 Определение потерь холостого хода трансформатора

Режим работы трансформатора при питании одной из обмоток от источника с переменным напряжением при разомкнутых других обмотках называется режимом холостого хода. Потери, возникающие в трансформаторе в режиме холостого хода при номинальном синусоидальном напряжении на первичной обмотке и номинальной частоте называются потерями холостого хода.

Магнитная индукция в стержнях и ярмах плоской шихтованной магнитной системы определяется для рассчитанного напряжения витка обмотки и окончательно установленных значений активных сечений стержня П_с и ярма П_я, Тл:

В_с=U_в /(4,44∙ƒ∙П_с) (5.2.1)

В_с=2,66/(4,44 ∙50∙0,0082)=1,46

В_я=U_в /(4,44∙ƒ∙П_я) (5.2.2)

В_я=2,66/(4,44 ∙50∙0,0086)=1,4

Потери холостого хода, Вт:

Р_x= [k_пр ∙k_пз∙(р_с∙G_с +р_я∙G_я׳- 4р_я∙ G_у+ ∙ k_пу∙G_у)+Ʃр_з∙n_з∙П_з] ∙k_пя∙k_пп∙k_пш (5.2.3)

Р_x=[105∙1∙(0,968∙74,991+0,875∙65,79-4∙0,875∙5,803∙0,921∙10,45∙5,803)+25,848] ∙1∙1,03∙1,01= 207,916

где р_с=0,968 мм и р_я=0,875 мм– удельные потери в 1кг стали стержня и ярма, зависящие от индукций В_с и В_я, которые были определены по табл.25[1].

5.3 Определение тока холостого хода

Ток первичной обмотки трансформатора, возникающий при холостом ходе при номинальном синусоидальном напряжении и номинальной частоте, называется током холостого хода.

Активная составляющая тока холостого хода вызывается наличием потерь холостого хода. Активная составляющая тока, А:

I_х.а = Р_х / (mU_ф) (5.3.1)

I_х.а = 219/(3∙5773,502)=0,012

где Р_х – потери холостого хода, Вт; U_ф – фазное напряжение первичной обмотки, В.

Обычно определяют не абсолютное значение тока холостого хода и его составляющих, а их относительное значение по отношению к номинальному току трансформатора i_оа, i_0р,i_о, выражая их в процентах номинального тока.

Тогда активная составляющая, %:

i_оа = Р_х /(10S) (5.3.2)

i_оа = 219/(10∙63)=0,347

где S – мощность трансформатора, кВ· А; Р_х – потери холостого хода, Вт.

Полная намагничивающая мощность трансформатора, В∙А:

Q_x=[k_тр∙k_тз∙(q_с∙G_с+q_я∙G_я׳-4q_я∙G_у+ ∙kту∙kтл∙G_у)+Ʃр_з∙n_з∙П_з]∙k_пя∙k_пп∙k_пш (5.3.3)

Q_x =[1,18∙1∙(1,88∙74,991+1,040∙65,79-4∙1,040∙5,803+2,4∙38,5∙2∙5,803)+13,061] ∙1∙1,045∙1,01= 1057

где q_c=1,88 и q_я =1,040– удельные намагничивающие мощности для стержня и ярма, определяемые по табл.26 [1] для холоднокатаной стали в зависимости от соответствующих индукций, В∙А/кг; G_cи G_я – масса стали в стержнях и ярмах, кг; n_з – число немагнитных зазоров (стыков) в магнитной системе; q_зя=9,348 и q_зс=11,906 – удельная намагничивающая мощность, В∙А/м², для немагнитных зазоров, определяемая для индукции в стержне по табл.26[1]; П_з площадь зазора, т.е. активное сечение стержня или ярма, м².

Абсолютное фазное значение реактивной составляющей тока холостого хода, А:

I_x.р. = Q_x/(mU_ф) (5.3.4)

I_x.р. = 1057/(3∙5773,502)=0,061

Относительное значение тока холостого в процентах номинального тока, %:

i_ор =Q_x/10S (5.3.5)

i _ор =1057/10∙63=1,677

Полный ток холостого хода, А:

(5.3.8)



и в процентах номинального тока, %:

(5.3.9)



Полученное значение тока холостого хода сверили с заданием на расчет трансформатора. Отклонение расчетного значения тока холостого хода от заданного гарантийного не следует допускать более чем на половину допуска, разрешенного ГОСТ (по ГОСТ 11677-85 разрешенный допуск +30%).

5.4 Определение удельной тепловой нагрузки