Расчет трансформатора. халява. Курсовой проект Введение Выбор главных размеров. Расчёт основных электрических величин

Название	Курсовой проект Введение Выбор главных размеров. Расчёт основных электрических величин
Анкор	Расчет трансформатора
Дата	05.10.2022
Размер	343.52 Kb.
Формат файла
Имя файла	халява.docx
Тип	Курсовой проект #715735

Содержание
Задание на курсовой проект

Введение

1. Выбор главных размеров.

1.1. Расчёт основных электрических величин.

1.2. Главные размеры.

2. Конструкция изоляции и минимально допустимые изоляционные расстояния.

2.1. Главная изоляция обмоток.

2.2. Витковая изоляция.

2.3. Междуслойная изоляция.

2.4. Изоляция отводов.

2.4 Изоляция вводов.

3. Выбор и расчёт обмоток.

3.1. Выбор конструкции обмотки.

3.2. Расчёт обмотки HH.

3.3. Расчёт обмоток BH.

4. Расчёт параметров короткого замыкания.

4.1. Определение потерь короткого замыкания.

4.2. Напряжение короткого замыкания.

4.3. Определение механических сил в обмотках.

5. Расчёт потерь и тока холостого хода.

5.1. Уточнение геометрических размеров сердечника.

5.2. Потери холостого хода.

5.3. Ток холостого хода.

6. Тепловой расчёт трансформатора.

6.1. Поверочный тепловой расчёт обмоток.

6.2. Тепловой расчёт бака и охладительной системы.

6.3. Определение фактических перегревов.

6.4. Определение веса масла и размеров охладителя.

Заключение
Список литературы

Введение

Силовой трансформатор, проектирование которого - цель данного курсового проекта, является одним из важнейших элементов каждой электрической сети. Передача электрической энергии на большие расстояния от места её производства до места потребления требует не менее чем пяти-шестикратной трансформации, в связи с этим в сети возникают потери электроэнергии.

Поэтому одной из важнейших задач, решаемых при проектировании трансформаторов, является задача уменьшения потерь холостого хода и короткого замыкания.

При проектировании данного трансформатора использовались наиболее простые методы.

Исходя из этого можно сказать, что проектирование трансформаторов является важным и ответственным процессом.

Задание на проектирование
а) полная мощность трансформатора S- 400 ква;
б) число фаз m-3;
в) частота f-50 гц;
г) номинальные линейные напряжения

первичной обмотки U₁ –35 кВ

вторичной обмотки U₂– 0,69 кВ
д) схема и группа соединений обмоток Y/Д -11;
е) способ охлаждения – естественный;
ж) характер нагрузки – длительный;
з) напряжение короткого замыкания u_к - 5,5%;
и) потери короткого замыкания Р_к –5,56 квт;
к) потери холостого хода Р₀- 0,96 квт;
л) ток холостого хода i₀ –2,1 %;

1. Выбор главных размеров
1.1. Расчёт основных электрических величин.
Расчёт ведётся по методике изложенной в (1).
1) Мощность одной фазы:

2) Мощность на один стержень:

,

где с = m = 3 (1, с.4)

3) Номинальный ток высокого напряжения (ВН):

4) Номинальный ток низкого напряжения (НН):

5) Номинальный фазный ток (ВН): для соединения обмоток в звезду

6) Номинальный фазный ток (НН): для соединения обмоток в звезду

7) Фазное напряжение (ВН): для соединения обмоток в звезду

8) Фазное напряжение (НН): для соединения обмоток в звезду

9) Испытательное напряжение обмоток:

а)для обмотки ВН-85(кв) (1, с.5)

б) для обмотки НН -5(кв) (1, с.5)

10) Заданная величина активной составляющей напряжение короткого замыкания:

,

где P_k- принимается в ваттах, S - в киловольтамперах.
11) Заданное значение реактивной составляющей напряжения короткого

замыкания:

1.2. Главные размеры

Главными размерами трансформатора называются диаметр стержня d, высота обмотки lи средний диаметр канала рассеяния d₁₂.

Расчет главных размеров производится после выбора конструкции

сердечника.

12) Выбор конструкции сердечника стержневого трансформатора:

Поперечное сечение стержня выполняем в виде ступенчатой фигуры, вписанной в окружность с целью наибольшего заполнения сталью поперечного сечения окружности.

Предварительно выбираем сердечник.

Число ступеней в сечении сердечника выбираем 7. (1, стр. 7).

Охлаждение маслом без внутренних охлаждающих каналов.

13) Выбираем холоднокатаную сталь 3413 толщиной 0,35 мм. Изоляция – лакировка.

14) Общий коэффициент заполнения сталью:

где

- коэффициент заполнения площади круга площадью ступенчатой фигуры (1,табл.3)

- коэффициент заполнения площади ступенчатой фигуры сталью, учитывающий толщину изоляционного слоя и неплотность запрессовки листов (1,табл.4).

15) Выбор индукции в стержне В_c:

Для проектируемого трансформатора В_cпредварительно равна 1,55 Тл (1,табл.5)

16) Определяем сечение стержня

Основные размеры трансформатора приведены на рис.1.

17) Средний диаметр канала рассеяния:

,

где размер канала

(2,табл.8),

(2,табл.7),

.

18) Высота (осевой размер) обмотки:

где =2 (1, табл. 6).

19) Активное сечение стержня (чистое сечение стали):

20) Электродвижущая сила одного витка:

21) Число витков в обмотке НН:

22) Уточнение Э.Д.С. одного витка:

где

- число витков обмотки НН, округлённое до целого.

23) Уточнение индукции в стержне:

Здесь u_в - уточнённое значение э.д.с., одного витка.

2. Конструкция изоляции и минимально допустимые изоляционные расстояния.

2.1. Главная изоляция обмоток (изоляция от заземлённых частей и между обмотками).

Конструкция главной изоляции обмоток показана на рисунке 2.

Минимально допустимые изоляционные расстояния для обмотки НН:

, (1, табл.8)

, (1, табл.7)

Минимально допустимые изоляционные расстояния для обмотки ВН:

,

все значения взяты из (1,табл.8)
2.2. Витковая изоляция.

Изоляцией между витками обычно служит собственная изоляция проводнка.

Принимаем провод ПББО с двухсторонней толщиной изоляции равной 0,45мм (1,табл.9).
2.3. Междуслойная изоляция.

Принимаем: три слоя кабельной бумаги толщиной 0,12мм и выступ между-

слойной изоляции на торцах обмотки (на сторону), 1,6см для многослойных

цилиндрических обмоток из круглого провода (1,табл.10).

Для двуслойной цилиндрической обмотки из прямоугольного провода

междуслойная изоляция выполнена из электротехнического картона. Два

слоя картона толщиной не менее 0,5мм каждый.
2.4. Изоляция отводов.

Схема регулирования обмотки ВН приведена на рисунке 3.

Для внутренней части отводов, расположенных в осевых каналах, толщина

изоляции и минимальные изоляционные расстояния имеют следующие значения:

расстояние а от меди отвода до соседней обмотки или стержня см,

для обмотки НН -0,9

для обмотки ВН -1,2

толщина изоляции отвода

,см

для обмотки НН -0,15

для обмотки ВН -0,3

толщина коробки из картона

,см

для обмотки НН -0,25

для обмотки ВН -0,25

2.5. Изоляция вводов.

Минимально допустимые изоляционные расстояния,см:

между вводами разных обмоток и от линейного до нулевого ввода -13,5

между линейными вводами одной обмотки - 12.0 от ввода до расширителя - 14,0 от ввода до крана, оправы, термометра и т.д. – 13,5.
3. Выбор и расчёт обмоток.
3.1. Выбор конструкции обмотки

24) Предварительно значение средней плотности тока:

,

где коэффициент

(1,с.24)

25) Предварительное сечение витка:

а) Обмотки НН,

,

б) Обмотки ВН,

26) Производим выбор типа обмоток НН и ВН.

НН- цилиндрическая обмотка из прямоугольного провода

ВН – многослойная цилиндрическая из круглого провода в один провод,

Выбор обмоток произведён по (1,табл.15).
3.2. Расчёт обмоток НН.
27) Предварительная высота витка:

28) Предварительный осевой размер (высота) витка (рис.4):

где: h-осевой размер масляного охлаждающего канала h=7мм

29) По полученным значениям

из сортамента обмоточной меди для трансформаторов (2,табл.16) подбираем подходящие провода.

Принимаем прямоугольный медный провод марки ПБ.

Для сечения 16.2 (мм²), в=5.3мм, a=3,15мм,4 параллельные ветви на 1 виток обмотки

30) Полное сечение витка состоящего из

параллельных проводов:

т.к. виток из 7 проводов принимаем

31) Уточнённая плотность тока, используемая в дальнейших расчётах

обмотки НН:

,

32) Окончательная ширина (радиальный размер) обмотки:

,

33) Окончательная высота (осевой размер) обмотки НН:

де

высота одного витка.

34) Внутренний диаметр обмотки НН:

.

35) Наружный диаметр обмотки НН:

36) Охлаждаемая поверхность одноходовой винтовой обмотки с каналами после каждого витка:

где коэффициент

(1,с.29).

3.3 Расчёт обмотки ВН.

37) Число витков обмотки ВН для средней ступени номинального напряжения:

38) Число витков для регулирования напряжения:

39) Число витков обмотки на ответвлениях:

а) верхняя ступень напряжения

б) средняя ступень напряжения

в) нижняя ступень напряжения

40) Предварительная плотность тока в обмотке ВН:

41) Предварительное сечение витка обмотки ВН:

42) По предварительному сечению

из сортамента круглого обмоточного провода для трансформаторов (2,таб.) подбираем провод подходящего сечения:

43) Полное сечение витка:

44) Уточнённая плотность тока обмотки ВН, применяемая в дальнейших расчётах:

45) Число витков в слое:

46) Число слоёв в обмотке:

47) Число витков в слоях:

В 1 слоях по 172 витка, 2 слой имеет 286виток.

48) Выполним обмотку ВН в виде двух концентрических обмоток с масляным каналом между ними.

Внутренняя катушка – 4 слоя,

Наружная катушка – 4 слоя,

Масляный канал между катушками образуется с помощью реек, его ширина

(1,табл.17)

49) Рабочее напряжение между первыми витками двух соседних слоёв:

По этому напряжению двух слоёв определяем толщину междуслойной изоляции:

(1,табл.10),

и выступ изоляции за высоту обмотки 1,6мм (1,табл.10)

Изоляция торцовой части многослойной цилиндрической обмотки показана на рис.5.

50) По испытательному напряжению

обмотки ВН и мощности трансформатора S определяем из (1,табл.8):

а) размеры канала между обмотками ВН и НН

,

б) толщину цилиндра между обмотками

,

в) величину выступа цилиндра за высоту обмотки

,

г) минимальное расстояние между обмотками ВН соседних стержней

,

д) толщину междуфазной перегородки

,

е) расстояние обмотки ВН от ярма

,
51) Радиальный размер обмотки для двух катушек с масляным каналом

между ними

,

где

-ширина масляного канала между катушками.

52) Внутренний диаметр обмотки:

53) Наружный диаметр обмотки:

54) Расстояние между осями стержней:

55) Поверхность охлаждения обмотки:

где

(1,с.37).

4. Расчёт параметров короткого замыкания

4.1. Определение потерь короткого замыкания.

4.1.1. Электрические потери в обмотках.

56) Вес меди обмотки НН:

57) Вес меди обмотки ВН:

,

в этих формулах (1,с.42).

58) Общий вес меди обмоток:

,

59) Коэффициент добавочных потерь

:

а) для обмотки из прямоугольного провода

где

-коэффициент приведения поля рассеяния к идеальному

параллельному потоку рассеяния

,

где

б) для круглого провода

где

60) Электрические потери в обмотке НН с учётом добавочных потерь:

61) Электрические потери в обмотке ВН с учётом добавочных потерь:

62) Потери в обмотке НН, отнесённые к единице охлаждаемой

поверхности (плотность теплового потока):

63) Плотность теплового потока обмотки ВН:

4.1.2. Электрические потери в отводах

64) Общая длина отводов для соединения

а) обмотки ВН

,

б) обмотки НН

,
65) Вес меди отводов НН:

66) Потери в отводах обмотки НН:

67) Все меди отводов ВН:

68) Потери в отводах обмотки ВН:

4.1.3. Потери в стенках бака и других стальных деталях.
Основные размеры бака приведены на рисунке 6.
69) Минимальные размеры бака

а) минимальная длина

,

б) минимальная ширина

в этих формулах изоляционные расстояния взяты из (1,табл.13 и 14).

От обмотки ВН до стенки бака – S₅ =11(см).

70) Ориентировочно потери в стенках бака и других стальных деталях

определяется по формуле:

71) Полный вес меди:

72) Полные потери короткого замыкания:

Полученное значение

отличается от заданного значения

на -2.9%.

4.2. Напряжение короткого замыкания.
73) Активная составляющая напряжения короткого замыкания:

74) Реактивная составляющая:

,

где

так как обмотки НН и ВН одинаковой высоты (1,с.47)

75) Напряжение короткого замыкания трансформатора:

,

Отклонение

- от заданной величины –3.2 %.
4.3. Определение механических сил в обмотках.
76) Установившийся ток короткого замыкания обмотки НН:

.

77) Установившийся ток короткого замыкания обмотки ВН:

.

78) Мгновенное максимальное значение ударного тока короткого замыкания обмотки НН:

,

79) Мгновенное максимальное значение ударного тока короткого замыкания обмотки ВН:

,

В этих формулах

(1,с.49)

80) Радиальная сила, действующая на обмотки НН и ВН:

81) Растягивающее напряжение на разрыв в медном проводе:

,

где

-число витков обмотки, для которой определена сила;

- площадь поперечного сечения меди одного витка той же обмотки.

Схема распределения осевых сил указа на рисунке 7.
82) Осевая сила:

.

83) Осевая сила:

(1,с.50), так как обмотки НН и ВН имеют одинаковую высоту.

84) Определение максимального значения сжимающей силы в

обмотке

и силы, действующей на ярмо

, (см. рис. 7)

85) Напряжение сжатия на опорных поверхностях:

;

5. Расчёт потерь и тока холостого хода.
5.1. Уточнение геометрических размеров сердечника.

86) Размеры пакетов стержня и ярма взяты из (2,табл.8.2.)

Для диаметра стержня 19 см:

число ступеней стержня –7;

коэффициент круга – 0,97;

число ступеней ярма – 5;

Размеры пакетов стержня

:

1 ступень 180 х 30,

2 ступень 165 х 17,

3 ступень 145 х 14,

4 ступень 130 х 8,

5 ступень 115 х 7, ,

6 ступень 100 х 5,

7 ступень 75 х 7
Размеры ступеней стержня и ярма приведены на рисунке8.
87) Поперечное сечение каждого пакета стержня:

Посчитанные значения поперечного сечения каждого пакета стержня

сведены в таблицу 1.

Таблица 1.

Поперечное сечение каждого пакета стержня.

№
1	18,0	3,0	36.75
2	16,5	1,7	38.75
3	14,5	1,4	17.55
4	13	0,8	9.6
5	11,5	0,7	8.55
6	10,0	0,5	5.2
7	7,5	0,7	5,2

Примечание: Размеры последней ступени ярма

принимаем

(2,табл.8.2.)

88) Полное сечение ступенчатой фигуры стержня:

.

89) Активное сечение стержня:

.

90) Полное сечение ярма предварительно:

.

91) Активное сечение ярма:

.

92) Длина стержня:

где

(1.,табл.8).

93) Вес стали в стержнях:

.

94) Вес стали в ярмах:

а) вес частей ярм, заключённых между осями крайних стержней;

;

б) вес стали в угловых частях ярма:

.

95) Полный вес стали двух ярм:

.

96) Полный вес стали трансформатора:

.
5.2. Потери холостого хода.

97) Окончательное значение индукции в стержне:

.
98) Окончательное значение индукции в ярме:

.

99) Удельные потери в стали:

Для уменьшения потерь в стали трансформатора принимаем холоднокатанную сталь марки 3413.

а) для стержня при индукции

;

б) для ярма при индукции

.

Значения

взяты из (2,табл.8.9.).

100) Коэффициент добавочных потерь:

(1,с.58).

101) Потери холостого хода:

Расчёт потерь

сводится в таблице 2.

Таблица 2.

Расчёт потерь холостого хода.

Вес участка магнитопровода,кг	Индукция участка, гс	Удельные потери, вт/кг	Полные потери, вт
	15530
	15530
	15530
	15530
	-------	-------

С учетом коэффициента добавочных потерь:

Рассчитанные потери

выше заданных на 5,8%.

102) Коэффициент полезного действия трансформатора:

,

где

- коэффициент мощности нагрузки.

5.3. Ток холостого хода.

103) Удельная намагничивающая мощность: выбирается по (2.таб.16)

намагничивания для различных сталей (принимаем сталь 3413 )

а) для стержня при индукции

;

б) для ярма при индукции

;

в) для зазоров (стыков) при индукции

;

Все значения взяты из (2,табл,16).
104) Полная намагничивающая мощность:

,

где

- число воздушных зазоров (стыков) в сердечнике.

105) Реактивная составляющая тока холостого хода:

.
106) Активная составляющая тока холостого хода:

107) Полный ток холостого хода в процентах от номинального:

.

Отклонение расчётной величины

от заданной

.
6. Тепловой расчёт трансформатора.
6.1. Поверочный тепловой расчёт обмоток.
108) Внутренний перепад температуры обмоток:

Обмотка НН,

,

где

-односторонняя толщина изоляции, см., взята из (1,с.62);

-теплопроводность изоляции провода; вт/см

(1,с.62).

109) Перепад температуры между поверхностью обмотки и маслом:

.

110) Превышение температуры обмотки над средней температурой масла:

.

111) Удельные потери обмотки:

Обмотка ВН

.
Условная теплопроводимость обмотки, без учёта междуслойной изоляции,

,

где

(1,с.63);

.

Полный перепад температуры внутри обмотки:

,

Средний перепад температуры по обмотке:

.

112) Перепад температуры между поверхностью обмотки и маслом:

.

113) Среднее превышение температуры обмотки над средней температурой масла:

.
6.2. Тепловой расчёт бака и охладительной системы.
114) Минимальная ширина бака была определена ранее:

.принимаем

115) Минимальная длина бака:

принимаем

116) Глубина бака:

принимаем глубину бака 135см.

(1стр. 66)

117) Допустимый средний перегрев масла над воздухом:

.

118) Допустимый средний перегрев стенки бака над воздухом:

,

где

, (1,с.67).

119) Поверхность теплоотдачи излучением (предварительно):

,

где коэффициент

(1,с.67)
120) Поверхность теплопередачи путём конвекции (предварительно):

,

Здесь 1,05 коэффициент учитывающий отклонение фактических потерь

от расчётных для единичного трансформатора.
121) Поверхность конвекции гладкой части бака:

.

122) Поверхность крышки:

,

где

- ширина крышки;

- длина крышки;

ширина угольника рамы

(1,с.70).

123) Суммарная приведённая поверхность конвекции:

124) По предложенной методике выбираем два радиатора :

125) Полная поверхность конвекции

шести радиаторов:

, тогда

126) Полная поверхность конвекции

где

- число охладителей;

- коэффициент, учитывающий закрытие части поверхности

крышки изоляторами и арматурой. (1,с.70).

6.3. Определение фактических перегревов:
127) Средний перегрев стенки бака над воздухом:

128) Средний перегрев масла вблизи стенки по сравнению

с температурой стенки бака:

.

129) Перегрев верхних слоёв масла над окружающим воздухом:

,

где

(1,с.71).
130) Перегрев средних слоёв масла над воздухом :

.

131) Перегрев обмоток над окружающим воздухом:

Обмотки ВН-

;

Обмотки НН -

.
6.4. Определение веса масла и размеров охлаждения.
132) Внутренний объём бака:

.
133) Объём выемной части (приближённо):

,

где

-средний удельный вес выемной части (1,с.72).

134) Объём масла в трансформаторе:

.

135) Вес масла трансформатора:

.

136) Вес масла в радиаторах:

137) Общий вес масла в трансформаторе

138) Объём расширителя:

.

139) Диаметр расширителя:

Заключение.

В ходе курсового проекта произведен расчет силового трансформатора, ТМ-400/35 .

В качестве материала обмотки была использована медь.

По заданию руководителя был начерчен сборочный чертеж трансформатора.

8. Список литературы.

1. Урманов Р.Н., Павлинин В.М., Милайкин “Расчет силовых масляных трансформаторов”, Свердловск, УПИ, 61г.

Вводные замечания к курсовому проектированию.
Тихомиров П.М. “Расчет трансформаторов” издание четвертое, пере-

работанное и дополненное.М.,Энергия.

Методические указания к курсовому проектированию “Конструкции трехфазных силовых трансформаторов”, Винница, ВПИ, 83г.