Курсовой проект. ПРИМЕР КП_Трансформатор. В народном хозяйстве используются трансформаторы различного назначения в диапазоне мощностей от долей вольтампера до 1 млн кВа и более

• Название: В народном хозяйстве используются трансформаторы различного назначения в диапазоне мощностей от долей вольтампера до 1 млн кВа и более
• Анкор: Курсовой проект
• Дата: 29.03.2022
• Размер: 0.72 Mb.
• Имя файла: ПРИМЕР КП_Трансформатор.docx
• Тип: Реферат; #423927
• страница: 1 из 3

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 2

1. 
   
   

Введение

Трансформатором называется статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока.

В народном хозяйстве используются трансформаторы различного назначения в диапазоне мощностей от долей вольт-ампера до 1 млн. кВА и более. Принято различать трансформаторы малой мощности с выходной мощностью 4 кВА и ниже для однофазных и 5 кВА и ниже для трехфазных сетей и трансформаторы силовые мощностью от 6,3 кВА и более для трехфазных и от 5 кВА и более для однофазных сетей.

Трансформаторы малой мощности различного назначения используются в устройствах радиотехники, автоматики, сигнализации, связи и т. п., а также для питания бытовых электроприборов. Назначение силовых трансформаторов — преобразование электрической энергии в электрических сетях и установках, предназначенных для приема и использования электрической энергии. Силовые трансформаторы подразделяются на два вида. Трансформаторы общего назначения предназначены для включения в сеть, не отличающуюся особыми условиями работы, или для питания приемников электрической энергии, не отличающихся особыми условиями работы, характером нагрузки или режимом работы. Трансформаторы специального назначения предназначены для непосредственного питания потребительской сети или приемников электрической энергии, если эта сеть или приемники отличаются особыми условиями работы, характером нагрузки или режимом работы. К числу таких сетей или приемников электрической энергии относятся подземные рудничные сети и установки, выпрямительные установки, электрические печи и т. п.

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 - шестикратной трансформации в повышающих и понижающих трансформаторах.

Новые конструкции магнитных систем характеризуются применением косых стыков пластин в углах системы, стяжкой стержней и ярм кольцевыми бандажами вместо сквозных шпилек в старых конструкциях и многоступенчатой формой сечения ярма в плоских магнитных системах. Находят применение стыковые пространственные магнитные системы со стержнями, собранными из плоских пластин, и с ярмами, навитыми из ленты холоднокатаной стали, а также магнитные системы, собранные только из навитых элементов. Эти конструкции позволяют уменьшить расход активной стали и потери холостого хода.

.

Уменьшение расхода электротехнической стали при стабильности допустимой индукции достигается в настоящее время за счет изменения конструкции магнитной системы, например, путем перехода от плоских к пространственным магнитным системам.

Трансформатор должен быть надежным в эксплуатации; экономичным; заложенные расчетом потери не должны превышать допустимых пределов; удовлетворять условиям параллельной работы; не перегреваться; выдерживать допускаемое нормами превышение напряжения и внешние короткие замыкания при обусловленных стандартом значениях кратности и длительности протекания тока; допускать регулирование напряжения.

Силовой трансформатор является одним из важнейших элементов современной электрической сети, и дальнейшее развитие трансформаторостроения определяется в первую очередь развитием электрических сетей, следовательно, энергетики страны.


ЗАДАНИЕ

1. Тема проекта: «Расчет активной части и оценка эксплуатационных свойств силового трансформатора»

2. Исходные данные к проекту:

Вариант 150
	кВА	кВ	кВ	кВт	кВт	%	%
	1000	10	0,69	2,45	12,2	5,5	1,4

m=3 ; ; схема и группа соединений обмоток ; охлаждение – естественное масляное; режим работы – S1.

3. Документация: пояснительная записка, сборочный чертеж активной части

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

 

Расчет проводим для трехфазного трансформатора стержневого типа. 
Расчеты трансформатора выполняются по методике, изложенной в [1]. 
Мощность одной фазы и одного стержня: 


Номинальные (линейные) токи обмоток

ВН:

НН:

Выбираем схемы и группу соединения обмоток Y/Y₀-0. Выбранные схемы предусмотрены  Государственным стандартом и предназначены для трехфазных двухобмоточных трансформаторов. Фазные токи равны линейным.

 

Фазные напряжения обмоток при выбранной схеме соединения обмоток: 
ВН:

НН:

Выбираем испытательные напряжения обмоток по табл. 4.1 [1]:

для обмотки ВН

для обмотки НН

Принимаем материал обмоток –алюминий. 

По табл. 5.8 [1] выбираем предварительно тип обмоток:

обмотка ВН при напряжении 10 кВ и токе 57,74 А – цилиндрическая многослойная из прямоугольного медного провода;

обмотка НН при напряжении 0,4 кВ и токе 144,338 А – цилиндрическая многослойная из алюминиевой ленты. 

Для испытательного напряжения обмотки ВН по табл. 4.5 [1] находим изоляционные расстояния: , ; ; ; .

Для испытательного напряжения обмотки НН по таблице 4.4 [1] находим изоляционные расстояния: ; ; .

Расположение главной изоляции обмоток ВН и НН представлено на рисунке 1. 



Рис.1. Главная изоляция обмоток ВН и НН

Ширина приведенного канала рассеяния :

,

где ,

, по табл.3.3 [1].

Активная составляющая напряжения короткого замыкания:



Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания:



Согласно указаниям §2.3 выбираем трехфазную стержневую шихтованную магнитную систему с косыми стыками в четырех углах. План шихтовки представлен на рис. 2. Материал магнитной системы – холоднокатаная текстурованная рулонная электротехническая сталь марки 3405 толщиной 0,30 мм.

Индукция в стержне =1,56 Тл согласно рекомендациям табл. 2.4 [1].

Ориентировочный диаметр стержня согласно табл.2.5 [1].

В сечении стержня семь ступеней, коэффициент заполнения круга =0,9, согласно табл. 2.5 [1]; изоляция пластин – нагревостойкое изоляционное покрытие; коэффициент заполнения сечения стержня электротехнической сталью =0,96 , по табл. 2.2 [1].



Рис.2. План шихтовки магнитной системы

Коэффициент заполнения сталью: .

Ярмо многоступенчатое, число ступеней пять, коэффициент усиления ярма , по табл. 8.7 [1].

Индукция в ярме: , Тл.

Число зазоров в магнитной системе: на косом стыке четыре, на прямом три. Индукция в зазоре на прямом стыке:

, Тл.

на косом стыке:

, Тл.

По табл. 8.10 [1] определяем удельные потери в электротехнической стали: в стержнях =1,074 Вт/кг; в ярмах =1,038 Вт/кг.

По табл. 8.17 [1] удельные намагничивающие мощности: в стержнях =1,383 ВА/кг; в ярмах =1,321 ВА/кг; для немагнитных зазоров в косых стыках =3700 ВА/м², на прямых стыках =16800 ВА/м²

По табл. 3.6 [1] находим коэффициент, учитывающий отношение основных потерь в обмотках к потерям короткого замыкания =0,93 и по табл. 3.4 и 3.5 [1] – постоянные коэффициенты для алюминиевых обмоток: а=1,38; b=0,25. Принимаем коэффициент Роговского =0,95 (коэффициент приведения идеализированного поля рассеяния к реальному).

2. РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ ТРАНСФОРМАТОРА

По формулам (3.30), (3.36), (3.43), (3.44), (3.52), (3.65) [1] находим коэффициенты:

;

;

;





;



где .

В современных экономических условиях определяющими факторами оптимизации трансформаторов являются снижение относительной массы, уменьшение габаритов, затрат материалов и повышение энергетических показателей. Определение основных размеров трансформатора проведем по ускоренному методу.

По табл. 2.5 [1] принимаем рекомендованный диаметр стержня d=0,27 м.

;

.

Значение β лежит в рекомендованном табл. 3.12 [1] пределе – 1,8÷2,4.

Масса стержней магнитной системы:
кг.

Масса ярм магнитной системы:
.

Масса магнитной системы:
кг.
Масса одного угла магнитной системы по формуле (3.45) [1]:

.
Активное сечение стержня по формуле (3.59) [1]:
.
Площадь зазора:
на косом стыке .
Для выбранной магнитной системы (рис. 2) потери холостого хода рассчитывают по формуле (8.33) [1]:







Расчетное значение потерь холостого хода не превышает заданного более чем на 15%, что удовлетворяет техническим требованиям, предъявляемым к трансформаторам
Намагничивающая мощность по формуле (8.44) [1]:









Ток холостого хода:

Расчетное значение тока холостого хода меньше заданного, что удовлетворяет техническим требованиям, предъявляемым к трансформаторам.


Плотность тока:



где - масса металла обмоток.

Механические напряжения на разрыв в обмотках:



Диаметр стержня .

Активное сечение стержня

Средний диаметр обмоток

Высота обмоток

Высота стержня

Расстояние между стержнями



Электродвижущая сила одного витка

ВЫВОД: выбраны материалы магнитной системы и обмоток, произведен расчет основных размеров трансформатора. Предварительные расчетные значения потерь и тока холостого хода удовлетворяют техническим требованиям, предъявляемым к трансформаторам.
3. РАСЧЕТ ОБМОТОК НН и ВН

3.1. Расчет обмотки НН

Число витков на одну фазу обмотки НН:



Принимаем

Уточняем:

- напряжение одного витка

- действительную индукцию в стержне:


Значение индукции находится в рекомендуемом пределе , Тл по табл. 2.4 [1].
Средняя плотность тока в обмотках по формуле



Значение плотности тока удовлетворяет рекомендованному интервалу .

Сечение витка ориентировочно



По табл. 5.8 [1] по мощности 1000 кВА, току на один стержень 836,74 А, номинальному напряжению обмотки 690 В и сечению витка подтверждаем предварительный выбор конструкции обмотки НН, выбираем конструкцию алюминиевой ленты.



Выбираем ленту ГОСТ 13726-97 с шириной 500 и толщиной 0,7 мм

Толщина ленты:



Полное сечение витка:



Плотность тока в обмотке НН:



Оценим найденное значение плотности тока в обмотке НН от среднего значения плотности тока:



Общий суммарный радиальный допустимый размер проводов для алюминиевого провода:



В этот предельный размер можно уложить не более 12 витков обмотки НН. Поэтому обмотку НН делим на две катушки- внутреннюю А из 12 витков и наружную Б из 12 витков. Междувитковая изоляция- кабельная бумага марки К-120 по ГОСТ 23436-83 в один слой.

Между катушками осевой охлаждающий канал шириной:



Радиальный размер обмотки:



Внутренний диаметр обмотки:



Внешний диаметр обмотки:



Масса металла обмотки:



где c – число активных стержней трансформатора.

Основные потери:



, Вт;
Коэффициент добавочных потерь:






Поверхность охлаждения



м².

Плотность теплового потока на поверхности обмотки по формуле 6.35 [1]: