Контрольная работа. ЭМ 1051. Контрольная работа по дисциплине Электрические машины
 Скачать 109.06 Kb.
|
|
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Иркутский государственный университет путей сообщения» Забайкальский институт железнодорожного транспорта - филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Иркутский государственный университет путей сообщения» (ЗабИЖТ ИрГУПС) Факультет «Заочный» Кафедра «Электроснабжение»
РАСЧЕТ ТРЕХФАЗНОГО СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА С МАСЛЯНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ Контрольная работа по дисциплине «Электрические машины» К.510620.23.05.05.1051-2023.ПЗ
Чита, 2023 Аннотация Контрольная работа: 28 страниц, 2 таблицы, 10 источников Ключевые слова: ТРЕХФАЗНЫЙ СИЛОВОЙ ТРАНСФОРМАТОР, МАСЛЯНОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ, МОЩНОСТЬ ТРАНСФОРМАТОРА, ОБМОТКА НН, ОБМОТКА ВН, МАССА ТРАНСФОРМАТОРА, ЦИЛИНДРИЧЕСКАЯ ОБМОТКА, МНОГОСЛОЙНАЯ ОБМОТКА, ПРЯМОУГОЛЬНЫЙ ПРОВОД, ВИНТОВАЯ ОБМОТКА Объектом исследования является силовой масляный трансформатор. Целью работы является расчет данного трансформатора. В ходе работы необходимо рассчитать основные электрические величины трансформатора (фазные и линейные токи и напряжения, испытательные напряжения), основные размеры трансформатора, необходимо провести расчет обмоток, а также потери холостого хода и короткого замыкания. Провести Тепловой расчет, рассчитать массу трансформатора. Содержание
Нормативные ссылки В настоящей работе использованы ссылки на следующие стандарты (нормативные документы): ГОСТ 11 677-14. Трансформаторы силовые масляные. Обозначения и сокращения АПБ – алюминиевый прямоугольный изолированный провод, ВН – высшее напряжение, НН – низшее напряжение, ОВН – ответвления стороны высшего напряжения, ПБ – прямоугольный изолированный провод, ПБВ – переключения без возбуждения. Введение Электрическую энергию, вырабатываемую на электростанциях, необходимо передать в места ее потребления, прежде всего в крупные промышленные центры страны, которые удалены от мощных электростанция на многие сотни, а иногда и тысячи километров. Передачу электроэнергии на большие расстояния осуществляют при высоком напряжении (до 500 кВ и более), чем обеспечиваются минимальные электрические потери в линиях электропередачи. Поэтому в процессе передачи и распределения электрической энергии приходится неоднократно повышать и понижать напряжение. Повышение и понижение напряжения переменного тока и выполняют силовые трансформаторы. Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования одной (первичной) системы переменного тока в другую (вторичную), имеющую другие характеристики. Исходные данные Исходные данные для расчета представлены в таблице 1. Таблица 1 – Исходные данные
1 Определение основных электрических величин Расчет трансформатора начинается с определения мощности на одну фазу и стержень по формуле (1)  где S – наименьшая мощность трансформатора, с – число активности стержней (с=3).  Номинальные, линейные токи обмоток ВН и НН определяются по формулам (2), (3)     где  – номинальное линейное напряжение соответствующей обмотки трансформатора, кВ.Схема соединения обмотки НН – звезда, поэтому используем следующую формулу (4)   Схема соединения ВН обмотки – треугольник, поэтому используем следующую формулу (5)   Фазные величины напряжения также определяются в зависимости от схемы соединения. Схема соединения НН обмотки – звезда, поэтому используем следующие формулы (6)   Схема соединения ВН обмотки – треугольник, поэтому используем следующие формулы (7)   Активная составляющая напряжения короткого замыкания определяется формулой (8)  где  – потери короткого замыкания. Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания определяется формулой (9)  где  – напряжение короткого замыкания. 2 Расчет обмоток ВН и НН 2.1 Расчет обмоток низшего напряжения 2.1.1 Расчет двухслойной цилиндрической обмотки из прямоугольного провода Особенность конструкции рассматриваемой обмотки состоит в том, что все витки каждого слоя и их параллельные провода расположены в один ряд без интервалов в осевом направлении. Рекомендуется следующий порядок расчета обмотки: а) число витков в слое (10)  где  - число витков в обмотке НН. б) по таблице 5.2 «Номинальные размеры сечения и изоляции прямоугольного медного и алюминиевого провода марок ПБ и АПБ» подбираем возможно больший размер провода b и сечение провода Ппр1 (11)  где  - сечение витка (предварительно), 63 мм2. Записываем выбранный провод в виде  где  и  - размеры изолированного провода; в) проверяем размер а по нагреву  , где  находится по формуле (12) где kзк = 0,8 – коэффициент, учитывающий закрытие части поверхности рейками и другими изоляционными деталями; qдоп = 1200 Вт/м2 – допустимая плотность теплового потока; J– плотность тока в обмотке, 2,3 А/мм2.  Если справедливо соотношение  , то обмотка выполняется без охлаждающего канала: 9≤40 значит, данная обмотка выполняется без охлаждающего канала,  .г) высота витка обмотки, мм (13)   д) высота обмотки, мм (14)   е) проверяем размер а по величине добавочных потерь а < а10%: 4<7,5. ж) уточняем сечение витка по (15) и плотность тока по (16)     з) радиальный размер (толщина) обмотки (17)  и) далее по формулам (18), (19), (20) определяются внутренний, внешний и средний диаметры обмотки       н) поверхность охлаждения обмотки – по формуле (21)  где kзк= 0,8 – коэффициент, учитывающий закрытие части поверхности рейками и другими изоляционными деталями; nкат2 – число катушек (концентров) обмотки, разделенных охлаждающими каналами.  о) масса металла обмотки Gо1 – по формуле (22)  где П2– сечения витка обмоток НН, мм2; Км = 28 – для медных проводов; Dср1– средние диаметры обмоток, м.  п) масса провода обмотки Gпр1– по формуле (23)  где  Δm – увеличение массы провода за счет изоляции.  р) коэффициент добавочных потерь Кдоб– по формуле (24)  где Квx– коэффициент, зависящий от материала обмотки и формы провода. Для медного провода Квx=0,095 (прямоугольный провод).  Под np понимается число проводов в катушке, уложенных в радиальном направлении (перпендикулярно линиям магнитного поля рассеяния), np = Nсл – для цилиндрических многослойных обмоток. Коэффициент заполнения высоты обмотки медью (или алюминием) βзп рассчитывается по формуле (25)  где l – высота обмотки, мм (l1 для обмотки НН и l2 для обмотки ВН); d – осевой размер провода, мм; kр– коэффициент Роговского. При предварительных расчетах принимают kр = 0,95; m - число проводов обмотки в осевом направлении;  – для цилиндрических обмоток. с) электрические потери в обмотке РЭ1 – по формуле (26)  где КЭ – коэффициент, зависящий от материала обмотки. Для медных обмоток КЭ= 2,4.  т) тепловая нагрузка q1 – по формуле (27)   2.2 Расчет обмоток ВН 2.2.1 Расчет многослойной цилиндрической обмотки ВН из прямоугольного провода Рекомендуется следующий порядок расчета обмотки: а) число витков на одной ступени регулирования определяем по (28)  где  – число витков обмотки ВН при номинальном напряжении. Относительное значение напряжения на одной ступени регулирования по (29)  где ΔUст%= 2,5% для всех вариантов.  б) числа витков на ответвлениях: cтупень U2 maxпо (30)   ступень U2 ном  .ступень U2minпо (31)   в) ориентировочная плотность тока по (32) J'2=2Jср – J1. (32) J'2=0,2-0,1=0,1  .Ориентировочное сечение витка по (33)   г) для трансформатора мощностью 630 кВА с цилиндрической обмоткой ВН применяется схема регулирования напряжения (рисунок 4, б); д) подбираем возможно больший размер провода b и сечение провода Ппр2 так, чтобы количество параллельных проводников в витке было целым числом, определяем по формуле (34)   е) записываем выбранный провод в виде (35)   ж) уточняем сечение витка по (36) и плотность тока по (37)     з) находим число витков в слое обмотки по (38)  где  =0,5 мм – двусторонняя толщина изоляции. Округляем ωсл2 до целого числа. ж) находим число слоев по (39)   Округляем Nсл2 до большего целого числа Nсл2=2. Если последний слой обмотки окажется слабо заполненным, то можно скорректировать значения размеров а и b так, чтобы дробная часть числа Nсл2 была незначительно меньше единицы; з) при Nсл1=2 а10%=6, условие а<а10% выполняется (а=1,6); и) определяем фактический суммарный радиальный размер проводов с изоляцией по (40)   к) находим число концентрических катушек nкат2, на которое следует разделить обмотку в радиальном направлении по (41)  где  – определяется по формуле (42) где  =1200 Вт/м2 – допустимая плотность теплового потока.  Округляем nкат2до ближайшего большего целого числа nкат2 =1. л) определяем рабочее напряжение двух слоев по (43)  По рабочему напряжению двух слоев выбирается число листов и общая толщина кабельной бумаги δмслв изоляции между двумя слоями обмотки.  м) высота обмотки – по (44)   Радиальный размер обмотки ВН находим по (45)  где hк2 - радиальный размер канала, который принимается hк2= 0,01 l2 ≥ 5 мм. Полученный размер hк2округляется в большую сторону с точностью до 0,5 мм.  н) далее по формулам (46), (47), (48) определяются внутренний, внешний и средний диаметры обмотки       о) поверхность охлаждения обмотки – по формуле (49)  где kзк= 0,8 – коэффициент, учитывающий закрытие части поверхности рейками и другими изоляционными деталями; nкат2 – число катушек (концентров) обмотки, разделенных охлаждающими каналами.  п) масса металла обмотки Gо2 – по формуле (50)  где П2– сечения витка обмоток НН, мм2; Км = 28 – для медных проводов; Dср2– средние диаметры обмоток, м.  р) масса провода обмотки Gпр2– по формуле (51)  где Δm – увеличение массы провода за счет изоляции.  с) коэффициент добавочных потерь Кдоб– по формуле (52)  где а – радиальный размер прямоугольного или диаметр (d) круглого провода; Квx– коэффициент, зависящий от материала обмотки и формы провода. Под np понимается число проводов в катушке, уложенных в радиальном направлении (перпендикулярно линиям магнитного поля рассеяния), np = Nсл – для цилиндрических многослойных обмоток. Коэффициент заполнения высоты обмотки медью (или алюминием) βзп рассчитывается по формуле (53)  где l – высота обмотки, мм (l1 для обмотки НН и l2 для обмотки ВН); b – осевой размер провода, мм; kр– коэффициент Роговского. При предварительных расчетах принимают kр = 0,95; m - число проводов обмотки в осевом направлении; – для цилиндрических обмоток.  т) электрические потери в обмотке РЭ2 – по формуле (54)  где КЭ – коэффициент, зависящий от материала обмотки. Для медных обмоток КЭ= 2,4.  у) тепловая нагрузка q2 – по формуле (55)   3 Определение параметров короткого замыкания Потери в отводах определяются по формулам: - потери в отводах обмотки НН по (56)  - потери в отводах обмотки ВН по (57)  где Gотв1, Gотв2 – масса отводов обмоток НН и ВН, кг; J1, J2 – плотность тока соответственно в обмотках ВН и НН, А/мм2; КЭ – коэффициент, зависящий от материала обмотки. Для алюминиевых обмоток КЭ = 12,75. Масса отводов зависит от схемы соединения обмотки. При соединении обмотки в «звезда» по (58)  где l1 и l2 – высота обмоток НН и ВН, м; П1 и П2 – сечение витка обмоток НН и ВН, мм2; γ – плотность металла обмотки, для алюминиевых обмоток γ =  кг/м3. , , , .Потери в стенках бака на этапе расчета обмоток, когда размеры бака еще не известны, можно определить по приближенной формуле (59)  где kб - коэффициент, определяемый по таблице 2. S- полная мощность трансформатора, кВА.  Таблица 2 – Значения коэффициента kб в формуле (5.5)
Полные потери короткого замыкания по (60)   Далее необходимо сравнить полученные потери короткого замыкания с заданными Ркзад по (61)   Разница ΔРкне должна составлять более ±5 %. Активная составляющая напряжения короткого замыкания находим по (62)  где Рк – расчетные потери короткого замыкания трансформатора, Вт; S– номинальная мощность трансформатора , кВА.  Для расчета реактивной составляющей upнеобходимо уточнить следующие величины: а) ширина приведенного канала рассеяния по (63)  , (63) б) соотношение основных размеров β по (64)  где  средняя высота обмоток НН и ВН;  в) коэффициент Роговского по (65)  где   Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания по (66)  где f= 50 Гц – частота тока в сети; S' - мощность на фазу (стержень), кВА – из п. 1.1; Ев – э.д.с. витка, В – из п. 2.6.  Полное напряжение короткого замыкания к.з. по (67)   Далее необходимо сравнить полученное напряжение короткого замыкания с заданным uкзад по (68)   Разница Δuк не должна составлять более ±5 %. 4 Определение параметров холостого хода Для трехфазных шихтованных плоских стержневых магнитных систем потери холостого хода рассчитываются по формуле (69)  где kпу – коэффициент, учитывающий увеличение потерь в углах магнитной системы, согласно по таблице 7.3 методического указания; 9,74. рс – удельные потери в стержне, 0,97 Вт/кг – определяются по таблице 7.4 методического указания для индукции в стержне Вс по (70)   ря – удельные потери в ярме, Вт/кг – определяются (по таблице 7.4 методического указания ря=0,916) для индукции в ярме Вя по (71)   kпр– коэффициент, учитывающий увеличение потерь из-за возникновения наклепа при продольной резке полосы рулона стали на ленты и при поперечной резке ленты на пластины. Для неотожженной стали марок3404 и 3405 коэффициент kпр= 1,11. Отжиг листов приводит кснижению потерь холостого хода, однако при этом усложняетсятехнология изготовления и повышается стоимость магнитной системы. kпз – коэффициент, учитывающий увеличение потерь из-за образования заусенцев при резке стали. Для неотожженной стали марок 3404 и 3405 коэффициент kпз = 1,02. kпп – коэффициент, учитывающий влияние прессовки стержней и ярм на увеличение потерь холостого хода. Величина kпп =1,025 определяется по таблице 6.2. kпш –коэффициент, учитывающий увеличение потерь из-за перешихтовки верхнего ярма при установке обмоток трансформатора. При мощности 1000…6300 кВА kпш = 1,04. Выражение nпрpзпрПпр+nкpзкПкопределяет добавочные потери на вихревые токи в зонах прямых и косых стыков магнитной системы. В этом выражении nпр и nк – число прямых и косых стыков магнитной системы. Для системы по рисунку 4, б nпр = 1, nк = 5. Ппр и Пк – площади прямого и косого стыков по (72)    pзпр и pзк– удельные потери, Вт/м2, в стыках (определяются из последнего столбца таблице 7.4). Потери в прямых стыках определяются для индукции в стержне Вс (pзпр=570), потери в косых стыках – для индукции  , (pзк=265).  Далее необходимо сравнить полученные потери холостого хода с заданнымиР0зад по (73)   Рассчитанные потери холостого хода не превышают заданные потери более чем на +7,5 %. Ток первичной обмотки трансформатора, протекающий при холостом ходе при номинальном синусоидальном напряжении и номинальной частоте, называется током холостого хода. При расчете тока холостого хода определяют его активную и реактивную составляющие. Активная составляющая тока холостого хода I0a, вызывается наличием потерь холостого хода P0по (74)  ,%, (74) Для определения реактивной составляющей тока холостого хода рассчитывают намагничивающую мощность холостого хода Q0, ВА по (87)  где kту – коэффициент, учитывающий увеличение намагничивающей мощности в углах магнитной системы. Для магнитной системы по рисунку 1, б kту = 42,0; qс – удельная намагничивающая мощность в стержне, ВА/кг – определяется по таблице 7.6 методического указания для индукции в стержне Вс (qс=1,205); qя – удельная намагничивающая мощность в ярме, ВА/кг – определяется по таблице 7.6 методического указания для индукции в ярме Вя (qя=1,123); kтр – коэффициент, учитывающий увеличение намагничивающей мощности из-за возникновения наклепа при резке стали. Для неотожженной стали марок 3404 и 3405 коэффициент kтр = 1,49; kтз – коэффициент, учитывающий увеличение намагничивающей мощности из-за образования заусенцев при резке стали. Для неотожженной стали марок 3404 и 3405 коэффициент kтз = 1,05. kтп – коэффициент, учитывающий влияние прессовки магнитной системы. Величина kтп определяется по таблице 6.3 (kтп=1,04); kтш –коэффициент, учитывающий увеличение намагничивающей мощности из-за перешихтовки верхнего ярма. при мощности 6300 кВА kпш = 1,04. Выражение nпрqзпрПпр+nкqзкПк определяет намагничивающую мощность в зонах прямых и косых стыков магнитной системы. В этом выражении qзпр и qзк – удельная намагничивающая мощность, ВА/м2, в стыках (определяются из последних столбцов таблице 7.6). (qзпр =1,38) определяется для индукции в стержне Вс, (qзк =0,09) - для индукции    Реактивная составляющая тока холостого хода, % по (75)  где S - полная мощность трансформатора, кВА.  Полный ток холостого хода по (76)   .Далее необходимо сравнить полученное значение тока холостого хода с заданным i0зад по (77)   .Рассчитанное значение тока холостого хода не должно превышать заданного более чем на +15 %. КПД трансформатора определяется по формуле (78)  где S – номинальная мощность, кВА.  Заключение В данной контрольной работе был произведен расчет трехфазного силового трансформатора с масляным охлаждением. Расчет включает в себя: определение основных электрических величин, расчет обмоток ВН и НН, определение параметров короткого замыкания, определение параметров холостого хода. Все расчеты в данной контрольной работе проведены с положенной для каждого пункта расчета точностью. Список использованных источников
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
, %