трасформтор. ЗРОМА. Мощность трансформатора, кВА
Скачать 59.21 Kb.
|
1.Расчет основных электрических величин и определение изоляционных расстояний. 2 1.1.Определение основных электрических величин. 2 1.2.Определение исходных данных расчета. 4 1.3.Определение основных размеров. 5 1.4.Определение основных размеров. 7 2.Расчет обмоток. 8 2.1. Расчет обмотки НН. 8 2.2. Расчет обмотки ВН. 10 3.Расчет параметров короткого замыкания. 13 3.1.Основные потери короткого замыкания. 13 3.2 Напряжение короткого замыкания. 14 4.Расчет магнитной системы. 16 4.1. Определение размеров магнитной системы и массы стали. 16 4.2. Определение потерь холостого хода. 18 4.3. Определение тока холостого хода. 19 Список использованной литературы 21 Расчет основных электрических величин и определение изоляционных расстояний.Расчет трансформатора начинаем с определения основных электрических величин: Определение основных электрических величин.Мощность одной фазы трансформатора: (по 3.1 стр.97[1]) Мощность на одном стержне: (по3.2 стр.97[1]) Номинальный (линейный) токи на сторонах (стр. 97[1]): (по 3.2 стр. 97 [1]) 1.1.4. Тогда по формуле 1.1.: НН: ВН: Фазный ток обмотки одного стержня трехфазного трансформатора (по 3.2, стр. 97[1]): Фазные токи обмоток ВН при соединении в звезду равны линейным токам. Iф=I2=0,66 А (по 3.5, стр. 97[1]) Фазные токи обмоток НН при соединении в треугольник равны: (по 3.6, стр. 97[1]) Фазное напряжение обмоток ВН при соединении в звезду равно (по § 3.2, стр. 98) (по 3.7, стр. 97[1]) Фазное напряжение обмоток НН при соединении в треугольник равно: Uф=U=132,9 В (по 3.8, стр. 98, [1]) Испытательные напряжения обмоток (по табл. 4.1, стр. 169[1]): для обмотки ВН Uисп= 40,5 кВ, НН Uисп=85 кВ. Выбираем тип обмоток (по табл. 5.8, стр. 258[1]): Обмотка НН при напряжении 0,23 кВ и токе 58,8 А цилиндрическая одно/двухслойная из прямоугольного алюминиевого провода Обмотка ВН при напряжении 20 кВ и токе 1,4 А цилиндрическая многослойная из круглого алюминиевого провода. Класс напряжений: ВН-25 кВ, НН-7,2 кВ по ГОСТ-1516.1-76 (от 01.01.78). Определение исходных данных расчета.Мощность обмоток одного стержня исходя из S’= 13,33 кВА. Ширина приведенного канала рассеяния: (стр. 120[1]) (по 3.28, стр 120, [1]) Где, k= 0,65 (по табл. 3.3, стр. 121[1]) Активная составляющая напряжения короткого замыкания: (по 3.9, стр. 99,[1]) Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания: (по 3.10, стр. 99, [1]) Материал магнитной системы – холоднокатаная рулонная сталь марки 3411 0,35– 3,5 мм по ГОСТ 19904-90. Индукция стержня Вс=1,5 Тл (по табл. 2.4, стр 78[1]). В сечении стержня 5 ступени, коэффициент заполнения круга kкр=0,890 (по таблице 2.5 стр. 83[1]); изоляция пластин – нагревостойкое изоляционное покрытие kз= 0,97 (по таблице 2.2, стр. 77[1]). Коэффициент заполнения стали kс=kкр*kз=0,890*0,97=0,8633 (стр. 118, 498[1]). Число ступеней ярма – 4, коэффициент усиления ярма kя=1,025 (табл. 2.8, стр. 92, 8.6-8.7, стр. 364[1]м). Индукция в ярме . Индукция в зазоре на прямом стыке , на косом стыке . Удельные потери в стали рс=1,038 Вт/кг; ря=0,901 Вт/кг. Удельная намагничивающая мощность qс= 6,75 В*А/кг; qя= 1,45 В*А/кг; для зазоров на прямых стыках В*А/м2; для зазоров на косых стыках В*А/м2 (по таблице 8.10, стр. 376 и табл. 8.16, стр. 389[1]) По табл. 3.6 находим коэффициент, учитывающий отношение основных потерь в обмотках к потерям короткого замыкания: kд=0,97 (по табл. 3.4, стр. 123 и табл. 3.5, стр. 125[1]) – постоянные коэффициенты для алюминиевых обмоток а=1,484, b=0,6875. Принимаем kp=0,95. Диапазон изменения β от 0,9 до 3 (по табл. 12, стр. 504[1]). Определение основных размеров.Находим коэффициенты: (по 3.30., стр. 121, [1]) (1.3.1) A1= 5,663* 104* kc* A3* a= 5,663* 104* 0,863* 0,09323*1,484=58,165 кг (по 3.35, стр. 124, [1]) A2=3,605*104*kc*A2*l0, (по 3.36, стр. 124, [1]) где l0: ( стр. 122[1]) =20 (из табл. 4.5., стр. 184[1]), тогда по формуле 1.3.4 Следовательно, по 1.3.3: А2= 3,605*104*0,863*0,09322*0,02=0,47 кг В1 = 2,4* 104* kc* kя* A3* (a+b+e) = 2,4* 104* 0,863* 1,025* 0,09323* (1,484+0,6875+0,405) = 44,01 кг., (по 3.43, стр. 127, [1]), где е = 0, 405 (по табл. 8.1.- 8.5., стр. 335[1]) В2= 2,4* 104* kc* kя* А2* (a12+a22), (по 3.44, стр. 127, [1]) где а22: а22 = а22’* 10-3 (стр. 126[1]), а22’= 30 (по табл. 4.5., стр. 184[1]), а22 = 30’* 10-3 = 0,03 Следовательно, по 1.3.7: В2 = 2,4* 104* 0, 863* 1, 025* 0, 09322* (0, 027 + 0,03) = 0, 97 кг. (по 3.52, стр. 132, [1]), где К0 для алюминия 1,2*10-2, (по 3.65а, стр. 138, [1]) где ( стр. 137[1]) Тогда по формуле 1.3.6 находим М: М = 0,152* 10-6* 36,9482* 0,97*0,95 * = 0,857 Мпа d = A*x (по 3.29, стр. 121, [1]) Выразим из формулы 1.3.11 х: х = = β = х4 = 0,09684 0,9 следовательно принадлежит диапазону 0,9> β> 3 Определение основных размеров.Диаметр стержня по формуле 1.3.12. d = 0,9 Полное сечение стержня: (стр. 371[1]) Активное сечение стержня (по табл. 8.7., стр. 365[1]) (стр. 371[1]) Средний диаметр обмоток ВН и НН (стр. 461[1]) Высота стержня: (стр. 461[1]) Напряжение одного витка (предварительно): w = (по 6.1 стр. 265, [1]) (по 6.2., стр. 265, [1]) Число витков в обмотке НН из формулы 1.4.6: w = = , принимаем 218 витков Уточнение напряжения одного витка по формуле 1.4.5: Средняя плотность тока в обмотках: (по 5.5., стр. 255., [1]) Расчет обмоток.2.1. Расчет обмотки НН.Число витков обмотки НН из выражения 1.4.6. равно 218, а напряжение одного витка uв= 1, 84 В, из выражения 1.4.6. Сечение витка ориентировочно: (по 6.6., стр. 366., [1]) Согласно таблице 5.8 (стр. 258) по мощности трансформатора S= 25 кВА, току обмотки I=24,89 А и её напряжение U=231 В, выбираем конструкцию двухслойной и однослойной цилиндрической обмотки из прямоугольного алюминиевого провода марки АПБ. Высота обмотки: (по 6.5 стр.266, [1]) Число витков в одном стержне (стр.266[1]): Выбираем виток из одного провода марки АПБ, по сегменту обмоточного провода для трансформаторов с намоткой на ребро (табл. 5.2 стр. 212[1]) а – радиальный размер провода без изоляции b – осевой размер провода без изоляции а’ – радиальный размер провода с изоляцией b’ – осевой размер провода с изоляцией nB1 – число параллельных проводов. Сечением П = 3,94 мм2 каждого провода. Общее сечение витка: (по 6.7 стр.267, [1]) Плотность тока: (по 6.8 стр.267, [1]) (2.1.5) Высота витка окончательно: (стр.268 рис. 6.2[1]) Осевой размер обмотки: (по 6.9 стр.267, [1]) Радиальный размер обмотки: (по 6.11 стр.267[1]) Где осевой канал (а11) между слоями обмотки имеет ширину 0 мм. Внутренний диаметр обмотки: (по 6.12 стр.268, [1]) Наружный диаметр обмотки: (по 6.13 стр.268), [1] Масса металла обмотки: (по 7.7., стр. 306, [1]) Масса провода: (по табл. 5.5, стр.216[1]) 2.2. Расчет обмотки ВН.Расчёт обмоток ВН начинаем с определения числа витков, необходимых для получения номинального напряжения, для напряжений всех ответвлений. Число витков при номинальном напряжении определяем по формуле. 2.2.1. , (по 6.27 стр.281, [1]) Число витков на одной ступени регулирования напряжения при соединении обмотки ВН в звезду: 2.2.2. (по 6.28 стр.281, [1]) Для пяти ступеней напряжений:
Где ∆U=250 В. Плотность тока предварительно определим по формуле: 2.2.3. (по 6.33 стр.282[1] (2.2.3) Сечение витка обмотки предварительно определяем: 2.2.4. (по § 6.3 стр.282, [6.34]) (2.2.4) Выбираем многослойную цилиндрическую обмотку из круглого алюминиевого провода марки АПБ. Выбираем провод по табл. 5.2 (стр. 212-213[1]) 2.2.5. АПБ = Круглое сечение: 2.2.6. Полное сечение витка: 2.2.7. ( по 6.36., стр.282, [1]) Плотность тока в обмотке: 2.2.8. (по 6.37., стр.282, [1]) Число витков в слое: 2.2.9. (по 6.3., стр.283, [1]) 2.2.10. (по 6.39., стр.283, [1]) Осевой размер обмотки: 2.2.11. l = wсл2*dизол2*nпр2*10-3=254*1,72*1*10-3= 0,437 м Напряжение двух слоев обмотки: 2.2.12. (по 6.40., стр.283, [1]) Нормальная межслойная изоляция в многослойных цилиндрических обмотках (табл. 4.7., стр. 190) 2*0,12 – число слоев кабельной бумаги на толщину листов (мм); 10 – выступ межслойной изоляции на торцах обмотки (на одну сторону, мм). В обмотках классов напряжения 20 кВ, в нашем случае 55 кВ под внутренним слоем обмотки устанавливается металлический экран – незамкнутый цилиндр из алюминиевого листа толщиной 0,5 мм Радикальный размер обмотки одна катушка: 2.2.13. (по 6.41., стр.283, [1]) Радикальный размер обмотки при наличии экрана: 2.2.14. (по 6.43., стр.283, [1]) Внутренний диаметр обмотки до его внутренней изоляции: 2.2.15. (по 6.45., стр.284, [1]) Внешний диаметр обмотки 2.2.16 (по 6.47, стр.284, [1]) Расчет параметров короткого замыкания.Потери короткого замыкания определяются согласно § 7.1. стр. 303[1], основные потери [7.4]. Основные потери короткого замыкания.Основные потери обмоток НН: 180, 30 Вт (по 7.4., стр. 303, [1]) Основные потери обмотки ВН: (по 7.4., стр. 303, [1]) Основные потери в отводах НН: Длина отводов обмотки определяется приближенно: (по 7.21., стр.315.[1]) Масса отводов определяется: (по 7.23., стр.315.,[1]), где ᵧ - плотность металла отводов, для алюминия 2700 кг/м2 Потери отводов определяются по формуле: (по 7.24., стр.315.,[1]) Основные потери в отводах ВН: Длина отводов обмотки определяется приближенно: Масса отводов определяется: , (по 7.23, стр.315.,[1]) (3.1.7), где ᵧ - плотность металла отводов, для алюминия 2700 кг/м2 Потери отводов определяются по формуле: (по 7.24., стр.315.,[1]) Потери в стенках бака и других элементах конструкции до выяснения размеров бака определяем приближенно по (7.25) и табл. 7.1: Pδ = 10 · k · S = 10 · 0,015 · 25 = 3,75 Вт. (3.1.9) (7.25, с.318[1]) Полные потери короткого замыкания: PК = PОСН1 · kД1 + PОСН2 · kД2 + PОТВ1 + PОТВ2 + Pδ = 180,3 · 1,0037 + 10,47 · 1,0012 + 5,97 + 3,97 + 3,75 = 206,46 Вт. Полные потери короткого замыкания для номинального напряжения обмотки ВН: PК, ном = PК - 0,05 · (PОСН2 · kД2) = 206,46 - 0,05 · (10,47 · 1,0012) = 205,9 Вт, или заданного значения. 3.2 Напряжение короткого замыкания.Активная составляющая напряжения короткого замыкания: 3.2.1. Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания по (7.32): 3.2.2. где (7.32, с.323) 3.2.3. kР = 1 - σ · (1 - e-1/σ) = 1 - 0,05 · (1 - e-1/0,05) ≈ 0,95; (7.33, с.324) 3.2.4. (7.35, с.325) Напряжение короткого замыкания: 3.2.5. (7.37, с.37[1]) Или заданного значения. Установившийся ток короткого замыкания на обмотке ВН по (7.38) и табл. 7.2: 3.2.6. А (7.38,с 328) Мгновенное максимальное значение тока короткого замыкания: 3.2.7. (7.39, с329) При по табл. 7.3, Радиальная сила по (7.43[1]): 3.2.8. FР = 0,628 · (iК.MAX · w)2 · β · kР · 10-6 = 0,628 · (23,05 · 5662)2 · 0,967 · 0,95 · 10-6 = 9826 Н. (7.43, с.333[1]) Среднее сжимающее напряжение в проводе обмотки НН по (7.48) и (7.49): 3.2.9. (7.49, с.340[1]) Среднее растягивающее напряжение в проводах обмотки ВН по (7.48) и (7.49): 3.2.10. т.е. 1 % допустимого значения 21 МПа. Осевые силы по рис. 7.11[1]: 3.2.11. (7.46, с.337[1]) 3.2.12. (7.47, с.337[1]) где lX = 839,36 мм; m = 4; после установления размеров бака l'' = 0,177 м. Распределение осевых сил по рис. 3.1. Максимальные сжимающие силы в обмотках: 3.2.13. FСЖ1 = F'ОС + F''ОС = 255,95+ 12256,9= 12512,85 Н; FСЖ2 = F''ОС - F'ОС = 12256,9 – 255,95 = 12000,95 Н; Наибольшая сжимающая сила наблюдается в середине обмотки НН, где FСЖ =12512,85 Н. Температура обмотки через tК = 5 с после возникновения короткого замыкания по (7.54): 3.2.13. (7.54а,с.344[1]) 4.Расчет магнитной системы.4.1. Определение размеров магнитной системы и массы стали.Площадь сечения стержня (табл. 8.6[1]): 4.1.1. ПФ.С = 56,7 см2 = 0,00567 м2. Площадь сечения ярма: 4.1.2. ПФ.Я = 58,2 см2 = 0,00582 м2. Объем угла магнитной системы: 4.1.3. VУ = 426,8 см3 = 0,0004268 м3. Активное сечение стержня: 4.1.4. ПC = kЗ · ПФ.С = 0,97 · 0,00567 = 0,0053 м2. (8.2,с363[1]) Активное сечение ярма: 4.1.5. ПЯ = kЗ · ПФ.Я = 0,97 · 0,00582 = 0,0056 м2. (8.1а,с.363[1]) Объем стали угла магнитной системы: 4.1.6. VУ.СТ = kЗ · VУ = 0,97 · 0,0004268 = 0,000413 м3. (8.2б,с 363[1]) Длина стержня: 4.1.7. lС = 0,768 + 2 · 0,03 = 0,828 м.(8.3,с.364[1]) Расстояние между осями стержней: 4.1.8. С = D''2 + a22 = 1,184 + 0,03 = 1,214 м. (8.4, с.366[1]) Масса угла магнитной системы: 4.1.9. GУ = 0,97 · 0,0004268 · 7650 = 3,16 кг. (8.7, с.367[1]) Масса стали стержней в пределах окна магнитной системы по (8.12) 4.1.10 G'С = с · lС · ПС · γСТ = 3 · · 0,0053 · 7650 = 52,9 кг. (8.8., с.367[1]) Масса стали в местах стыка пакетов стержня и ярма по (8.13) 4.1.11. G”C = c (ПС a1Я γСТ · 10-3 - GУ) = 3 · (0,0053 · 0,095 · 7650 – 3,16) = 2,07 кг (8.13, с.368[1]) Масса стали стержней: 4.1.12. GС = G'С + G''С = 52,9 + 2,07 = 54,97. Масса стали в ярмах (8.8) -(8.10): 4.1.13. G’Я = 2 (c - 1) c ПЯ γСТ = 2 · (3 - 1) · 3 · 0,0056 · 7650 = 514 кг; 4.1.14. G”Я = 2GУ = 2 · 3,16 = 6,32 кг;(8.9, с.368[1]) 4.1.15. GЯ = G’Я + G” Я = 514 + 6,32 = 520,32 кг. (8.8, с.368[1]) Полная масса стали: 4.1.16 GСТ = GC + GЯ = 54,97 + 520,32 = 575,3 кг. (8.14, с.368[1]) 4.2. Определение потерь холостого хода.4.2.1. Индукция в стержне: (8.28, с.374[1]) 4.2.2. Индукция в ярме: (8.29, с.374м) 4.2.3. Индукция на косом стыке: Площади сечения немагнитных зазоров на прямом стыке среднего стержня равны соответственно активным сечениям стержня и ярма. Площадь сечения стержня на косом стыке: 4.2.4. 4.2.5. Удельные потери для стали стержней, ярм и стыков по табл. 8.9 для стали марки 3411 толщиной 0,35 мм: при ВС = 1,58 Тс, рС = 2,07 Вт/кг, рЗ = 650 Вт/м2 при ВЯ = 1,5 Тс, рЯ = 1,75 Вт/кг, рЗ = 500 Вт/м2 при ВЗ = 1,11 Тс, рЗ = 175 Вт/м2 Для плоской магнитной системы с косыми стыками на крайних стержнях и прямыми стыками на среднем стержне, с многоступенчатым ярмом, без отверстий для шпилек, с отжигом пластин после резки стали и удаления заусенцев для определения потерь применим выражение (8.32). На основании §8.2 и табл. 8.12 принимаем: kП.Р = 1; kП.З = 1; kП.Я = 1; kП.П = 1,03; kП.Ш = 1,01. По табл. 8.13 находим коэффициент: kП.У = 8,6. 4.2.6. Тогда потери холостого хода составят: =[1 · 1 · (2,07 · 54,97 + 1,75 · 514 – 4 · 1,75 · 3,16 + 2,07+1,75/2 · 8,6 · 3,16) + 1 · 0,0042 · 175 + 1 · 0,0058 · 500 + 2 · 0,0056 · 650] · 1 · 1,02 · 1,01 = = [(113,78 + 102,52 – 20,3 + 45,36) + 1,376 + 2,135 + 3,72] · 1,03 = 108,5 Вт (8.32, с.381[1]) Или заданного значения. 4.3. Определение тока холостого хода.при ВЯ = 1,5 Тс, рЯ = 1,75 Вт/кг, рЗ = 500 Вт/м2; при ВЗ = 1,11 4.3.1. По табл. 8.16 находим удельные намагничивающие мощности: при ВС = 1,58 Тс, qС = 14,25 ВА/кг, qСЗ = 26600 ВА/м2 при ВЯ = 1,5Тс, qЯ = 6,75 ВА/кг, qЯЗ = 16700 ВА/м2 при ВЗ = 1,1 Тс, qЗ = 2220 ВА/м2 Для принятой конструкции магнитной системы и технологии ее изготовления используем (8.43), в котором по §8.3 и табл. 8.12 и 8.21 принимаем коэффициенты: kТ.Р = 1,18; kТ.З = 1; kТ.ПЛ = 1,27; kТ.Я = 1; kТ.П = 1,04; kТ.Ш = 1,01. По табл. 8.20 находим коэффициент: kТ.У = 41,7. 4.3.2. Тогда намагничивающая мощность холостого хода составит: =[1,18 · 1 (1425 · 54,97 + 6,75 · 514 – 4 · 3,87 · 3,16+14,25+6,75/2 · 41,7 · 1,27 · 3,16) +4 · 1660 · 0,0043 + 11100 · 0,0053 + 2 · 16700 · 0,0056] · 1 · 1,04 · 1,01 = [1,18 · (320,95 + 220,65 – 55,728 + 334,01) + 28,552 + 67,71 + 110,36] ·1,05= 1397 ВА (8.43,с.393[1]) 4.3.3. Ток холостого хода: (8.48а, стр.398[1]) Или заданного значения. 4.3.4. Активная составляющая тока холостого хода: (8.49а, с.398[1]) 4.3.5. Реактивная составляющая тока холостого хода: (8.50, с.398[1]) 4.3.6. Ток холостого хода (для обмотки НН): I0 = 1397/ (3 ·231) = 2,01 А (8.48, с.398[1]) I0A = 108,5/ (3 · 231) = 0,16 A (8.48, с.398[1]) 4.3.7. Коэффициент полезного действия: Список использованной литературыП. М. Тихомиров. Расчет трансформаторов: Учеб. пособие для вузов. 5-е издание.М.: "Энергоатомиздат", 1986 Иванов В.В. Расчет трансформатора при ремонте. |