Расчет силового масляного трансформатора ТМГ 63\15 мощностью 63 кВА - Курсовая работа

Трансформатор - сложная конструкция с сильными электрическими и магнитными полями, отдельные узлы и элементы конструкции подлежат воздействию больших электромеханических нагрузок и больших напряжений, в магнитопроводе выделяется большое количество тепла, следовательно, трансформатор должен включать устройства охлаждения обмоток и самого масла, а также большое число вспомогательных электрических и механических частей и приспособлений; в связи с этим конструкция играет важную роль. Прессовка стержней расклиниванием с обмоткой низкого напряжения или ее жестким изоляционным бумажно-бакелитовым цилиндром по рис.2 и ярм - стальными балками, стянутыми шпильками расположенными вне ярма по рис.3. Число витков в обмотке НН ?1=230,9/3,0142=76,6186 принимаем ?1=77 витка. Число витков в обмотке ВН ?2=3464,1/3,0142=1149,279 принимаем ?2=1150 витков. Для обмотки ВН выбираем вид регулирования напряжения переключением ответвлений обмотки без возбуждения (ПБВ) после отключения всех обмоток трансформатора от сети (рис.7).В данной курсовой работе дано краткое описание конструкции трансформаторов широкого применения, а также описание основных материалов, применяемых в трансформаторостроении. Для данного трансформатора выбрана плоская шихтованная магнитная система из тонколистовой холоднокатанной стали марки 3413 с косыми стыками на крайних стержнях и прямыми стыками на среднем стержне. Стержни магнитной системы скрепляются расклиниваем с обмоткой НН, ярма крепятся ярмовыми балками, которые в свою очередь стягиваются шпильками за пределами магнитной системы.

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.

Рис 1

Трехфазный трансформатор

1 - магнитопровод; 2 - обмотки низшего напряжения; 3 - обмотки высшего напряжения; 4 -пробка для спуска масла; 5 - бак; 6 - переключатель напряжения; 7- привод переключателя; 8- термометр; 9- вводы высшего напряжения; 10- вводы низшего напряжения; 13 - маслоуказатель;11- пробка для заливки масла; 12 - расширитель; 13 - маслоуказатель.

Трансформаторы малой мощности различного назначения используются в устройствах радиотехники, автоматики, сигнализации, связи и т. п., а так же 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, характером нагрузки или режимом работы. трансформаторы специального назначения предназначены для непосредственного питания потребительской сети или приемников электрической энергии, отличающихся особыми условиями работы, характером нагрузки или режимом работы.

Силовой трансформатор является одним из важнейших элементов современной электрической сети, и дальнейшее развитие трансформаторостроения определяется развитием электрических сетей.

Особо важными задачами являются повышение качества трансформаторов, использование прогрессивной технологии их производства, экономия материалов при их изготовлении и возможно низкие потери энергии при их работе в сети. Экономия материалов и снижение потерь особенно важны в распределительных трансформаторах, в которых расходуется значительная часть материалов и возникает существенная часть потерь энергии всего трансформаторного парка.

Современное трансформаторостроение - важная отрасль электротехнической промышленности. Оно играет важную роль в развитии энергетики. Трансформатор - сложная конструкция с сильными электрическими и магнитными полями, отдельные узлы и элементы конструкции подлежат воздействию больших электромеханических нагрузок и больших напряжений, в магнитопроводе выделяется большое количество тепла, следовательно, трансформатор должен включать устройства охлаждения обмоток и самого масла, а также большое число вспомогательных электрических и механических частей и приспособлений; в связи с этим конструкция играет важную роль.

Материалы, применяемые для изготовления трансформатора, разделяются на активные, т.е. сталь магнитной системы и металл обмоток и отводов; изоляционные, применяемые для электрической изоляции обмоток и других частей трансформатора, например электроизоляционный картон, фарфор, дерево, трансформаторное масло и др.; конструкционные, идущие на изготовление бака, различных крепежных частей и т.д., и прочие материалы, употребляемые в сравнительно небольших количествах.

Одним из основных активных материалов трансформатора является тонколистовая холоднокатанная электротехническая сталь. Эта сталь с определенной ориентировкой зерен (кристаллов), имеющая значительно меньшие удельные потери и более высокую магнитную проницаемость по сравнению с горячекатаной сталью.

Одной из существенных особенностей холоднокатаной стали является анизотропия ее магнитных свойств, т.е. различие этих свойств в различных направлениях внутри листа стали. Наилучшие магнитные свойства эта сталь имеет в направлении прокатки. Магнитные свойства существенно ухудшаются, если вектор индукции магнитного поля направлен под углом, отличающимся от 0°, к направлению прокатки, и становится наилучшем при угле, равном 55°.

Другой активный материал трансформатора - металл обмоток. Низкое удельное электрическое сопротивление, легкость обработки (намотки, пайки), удовлетворительная стойкость по отношению к корозии и достаточная механическая прочность электролитической меди сделали ее единственным материалом для обмоток трансформатора в течение ряда десятилетий.

Алюминий является вторым по значению (после меди) проводниковым материалом. Плотность алюминия - 2700 кг/м3. Таким образом алюминий примерно в 3,5 раза легче меди. Алюминий обладает пониженными по сравнению с медью свойствами - как механическими, так и электрическими. Температура плавления 657°С, удельное сопротивление 0,5 MKOMIM., предел прочности при растяжении ?Р=160-170 Мпа.

Главным изоляционным материалом в силовых трансформаторах является трансформаторное масло - жидкий диэлектрик, сочетающий высокие изоляционные свойства со свойствами активной охлаждающей среды и теплоносителя.

Кабельная бумага изготовляется из сульфатной небеленой целлюлозы и выпускается в рулонах шириной 500, 650, 670, 700, 750 и 1000 мм (±3 мм) при диаметре рулона от 450 до 800 мм. В трансформаторах применяется бумага главным образом марки К-120 толщиной 120 мкм для изоляции обмоточного провода; в виде полос разной ширины для междуслойной изоляции и в многослойных цилиндрических обмотках класса напряжения 6, 10 ,20 и 35 КВ; в виде полосок шириной 20-40 мм, наматываемых вручную, для изоляции отводов.

Все ссылки, используемые в составлении данной курсовой работы даны на учебник Тихомирова П.М. ""Расчет трансформаторов"", издательство Москва, энергоатомиздат 1986 г.

1. Техническое задание

S , КВА 63

Uвн,КВ 15

Uнн,КВ 0.4

Группа соединения обмоток Y/Д-11

Uk,% 4.7 %

Pk , КВТ 1.47

Р0 , КВТ 0.22

I0 , % 1.8

Марка стали 3404

Способ охлаждения Масляное

2. Предварительный расчет трансформатора

2.1 Определение основных электрических величин

Мощность одной фазы и одного стержня: SФ=S/3=63/3=21 КВТ

Номинальные токи: на стороне ВН ІВНЛ= =2,425 А на стороне НН ІННЛ= =92,647 А /

Фазные токи: на стороне ВН ІВНФ=ІВНЛ=9,622 А на стороне НН ІННФ=ІННЛ/ 54,498 А Фазные напряжения: на стороне ВН UВНФ= =8,824 KB на стороне НН UННФ= UННЛ =0,4 KB

Испытательные напряжения (определяются по таблице 4.1): на стороне ВН UВНИСП=45 КВ на стороне НН UННИСП=5 KB

Для испытательного напряжения обмотки ВН (UВНИСП=35 КВ) находим изоляционные расстояния (по табл.4.5,стр184): a"12, мм l"0, мм а"22, мм

27 50 18

Активная составляющая напряжения короткого замыкания: UA=PK/(10S)=1470/(10?63)=2,3%

Реактивная составляющая: UP= 4,1%

Ширина приведенного канала рассеяния: AP=a12 (a1 a2)/3 ; k=0,63 (по табл 3.3,стр.121)

(a1 a2)/3=k ?10-2=0,0135 м

AP=0,027 0,0135=0,041м

2.2 Расчет основных размеров трансформатора

Выбираем трехфазную стержневую шихтованную магнитную систему с косыми стыками на крайних стержнях и прямыми тыками на среднем стержне. Прессовка стержней расклиниванием с обмоткой низкого напряжения или ее жестким изоляционным бумажно-бакелитовым цилиндром по рис.2 и ярм - стальными балками, стянутыми шпильками расположенными вне ярма по рис.3. Материал магнитной системы - холоднокатаная текстуровання листовая электротехническая сталь марки 3413 толщиной 0,35 мм.

Рис 2. План шихтовки магнитной системы (косые стыки в четырех и прямые - в двух углах)

Индукция в стержне ВС=1,5 Тл (по табл. 2.4,стр 78). В сечении стержня шесть ступеней, коэффициент заполнения круга КР=0,92 (см. табл. 2.5,стр82); изоляция пластин - нагревостойкое изоляционное покрытие без лакировки КЗ=0,97 (таб. 2.2, стр77).Коэффициент заполнения сталью КС=ККР?КЗ=0,92?0,97=0,8924

Ярмо многоступенчатое, число ступеней шесть, коэффициент усиления ярма КЯ=1,025 (табл. 2.8 стр. 82). Индукция в ярме ВЯ=1,5/1,025=1,463 Тл. Число зазоров в магнитной системе на косом стыке -четыре, на прямом три. Индукция и зазоре на прямом стыке B""З=ВС=1,5 Тл, на косом стыке B"З=ВС./O2=1,061 Тл.

Удельные потери в стали РС=1,1 Вт/кг; РЯ=1,032 Вт/кг. Удельная намагничивающая мощность QC=1,33 В?А/кг; QЯ=1,222 В?А/кг; для зазоров на прямых стыках q""З=16600 В?А/м2; для зазоров на косых стыках q"З=1100 В?А/м2 (см. табл. 8.9, 8.16 стр.390,375).

По табл. 3.6 находим коэффициент, учитывающий отношение основных потерь в обмотках к потерям короткого замыкания, КД=0,97 и по табл. 3.4 и 3.5-постоянные коэффициенты для алюминиевых обмоток а=1,442 и b=0,55*1,25=0,6875 Принимаем коэффициент Роговского равный КР=0,95 стр 120.

Рекомендуемый предел варьирования b от 0,9 до 3 (см. табл. 12.1.стр. 504).

3.Расчет основных коэффициентов

По (3.30), (3,36), (3.43), (3.44), (3.52) и (3.65) находим коэффициенты:

кг кг e=0,405 см стр. 126

K0=1,2?10-2( для алюминия)

МПА

GY=6,33x3

П"3=ПС=0,0097x2

PX=1,155GC 3,88GY 1,045GЯ

QX=2,15GC 96,67GY 1,97GЯ 1021,56x2

Дальнейший расчет приводим в виде таблицы 1: Величина b определяет соотношение между диаметром и высотой обмотки.

Минимальная стоимость для рассчитываемого трансформатора имеет место при условии x5 Bx4-Cx-D=0 , где

KO,C=1,51 (для стали 3413 по таб. 3,7 стр.134)

С=А1/(3B1)=118,6/(3?90,64)=0,4363

КИ,Р=1,06 (см. стр. 133 для алюминиевых обмоток) x5 0,10033x4-0,4363x-0,7184=0 получили x=1,010107 значит минимальному Ca, ч соответствует b=1,041.

Находим предельные значения b по допустимым значениям плотности тока и растягивающим механическим напряжениям: XJ?2,7?106? XJ?2,7?

BJ=XJ4=1,1074=9,76 xs? xs?

По рассчитанной таблице строим графики Са,ч(b), IX(b), PX(b), по которым находим значение оптимального b=1,05. При b=1,05 мы получаем потери холостого хода PX=270 Вт несколько выше заданных PX=220 Вт, ток холостого хода IX=1,23 % несколько выше заданного IX=1,2 %, . Полученное значение b удовлетворяет установленным предельным значениям, ограниченным плотностью тока b?9,76 и механической прочностью обмоток b?17,19.

По принятому b=1,05 (x=1,1041) рассчитаем основные размеры: Основные размеры: Диаметр стержня d=AIX=0,118?1,1041=0,12 м

Активное сечение стержня ПС=0,0097 м2

Средний диаметр обмоток d12=AIAIX=1,4416?0,118?1,010=0,16 м

Высота обмоток l=pd12/b=p?0,18/1,05=0,536 м

Высота стержня LC=l 2l0=0,536 2?0,02=0,5756 м

Расстояние между осями стержней

C=d12 a12 bd a22=0,18 0,009 0,6875?0,12 0,008=0,27 м

Электродвижущая сила одного витка

UB=4,44?f?ПС?ВС=4,44?50?0,0097?1,4=3,0142 В

Число витков в обмотке НН ?1=230,9/3,0142=76,6186 принимаем ?1=77 витка.

Число витков в обмотке ВН ?2=3464,1/3,0142=1149,279 принимаем ?2=1150 витков.

4. Расчет обмотки НН

Напряжение одного витка

UB1=UННФ/?1=230,9/77=2,9992 В

Средняя плотность тока в обмотках

JCP=(0,463KДPКUВ1/(Sd12))?104=1,556?106 А/м2

Сечение витка ориентировочно

П"В?144,336/1,8487?106=92,74?10-6 м2 =92,74 мм2

По табл. 5.8 по мощности 100 КВ?А, току на один стержень 144,33 А, номинальному напряжению обмотки 230,9 В и сечению витка 92,7435 мм2 выбираем двухслойную цилиндрическую обмотку из прямоугольного алюминиевого провода.

Достоинства: простая технология изготовления, хорошее охлаждение.

Рис 6.Обмотка Н.Н.

Недостатки: малая механическая прочность.

?СЛ1=?1/2=35

Ориентировочный осевой размер витка

HB1=l1/(?СЛ1 1)=0,4134/(35 1)=0,0136 мм

По полученным значениям П"1=92,7416 и HB1 =0,0136 подбираем аллюминевый провод для намотки обмотки НН, с сечением одного провода

П"1=46,7 мм2

Полное сечение витка

П1=NB1?П"1?10-6=2·46,7·10-6=93,4?10-6 м2

Полученная плотность тока

J1=I1/П1=144,334/93,4·10-6=1,55?106 А/м2

По графикам (рис. 5.34 ) находим плотность теплового потока q=1100 Вт/м2

Осевой размер витка определяем по рис. 4

HB1=NB1b"?10-3=1·9?10-3=9?10-3 м

Осевой размер обмотки l1=HB1(?СЛ 1) (0,005?0,015)=

=0,0136?(35 1) 0,01=0,366м

Радиальный размер обмотки по рис. 5, a11=4 мм, находим по таблице 9.2 а a1=(2a" a11)?10-3=(2?6,1 4)?10-3=0,016 м

Внутренний диаметр обмотки a01 =0,005

D"1=d 2a01?10-3=(0,1183 2?0,005)?10-3=0,13 м

Наружный диаметр обмотки

D"1=D"1 2a1=0,13 2•0,016=0,162 м

Проверочный расчет b b=pd12/l1=3,14?0,1283/0,366=1,12

Полная охлаждаемая поверхность обмотки НН

ПО1=2ск3р(D"1 D"1)l1=2?3?0,75?3,14?(0,13 0,162)?0,366=1,51м2, где с=3 т.к. трансформатор трехфазный, а k3=0,75 см. стр. 269

Масса металла аллюминевой обмотки: const=8.47*10^3

GO=8,47?103CDCP·?П1=8,47?103?3?0,1462?77?93,4*10-6=26,717кг

Масса провода по табл 5,5

GOПР=GO?1,05=26,72?0,015·3,3=28.0396 кг

5. Расчет обмотки ВН

По табл. 5.8 по мощности 100 КВ?А, току на один стержень 5,77 А, номинальному напряжению обмотки 5773,5 В выбираем цилиндрическую многослойную обмотку из круглого провода.

Достоинства: хорошее заполнение окна магнитной системы, простая технология изготовления.

Недостатки: уменьшение охлаждаемой поверхности по сравнению с обмотками, имеющими радиальные каналы.

Число витков обмотки ВН при номинальном напряжении ?2=UВНФ/UB=1000*3,464/2,999=1155 витков.

Для обмотки ВН выбираем вид регулирования напряжения переключением ответвлений обмотки без возбуждения (ПБВ) после отключения всех обмоток трансформатора от сети (рис.7). В обмотки ВН выполнено четыре ответвления на 5%, 2,5%, - 2,5% и -5% номинального напряжения помимо основного вывода с номинальным напряжением. Схема выполнения ответвлений в обмотке ВН.(рис. 7). Число витков обмотки при номинальном напряжении: ?н2=?1·Uф1/Uф2 ?н2=77·6000· 3 /400· 3 =1155

Число витков на одной ступени регулирования напряжения при соединении обмотки ВН в звезду: ?Р=0,025?6000/2,299=29 витков.

Для четырех ступеней: Напряжение, В Число витков на ответвлениях

6600 1155 2·29=1213

6300 1155 29=1184

6000 1155

5700 1155-29=1126

5400 1155-2·29=1097

Предварительная плотность тока в обмотке ВН

J2?2JCP-J1=1,553*106*1,5454*106=.1,5673•106 А/м2

Предварительное сечение витка (ориентировочно)

П"2=I2/J2=9,6225/1,5673?106=6,1?10-6 м2 =6,1 мм2

Осевой размер обмотки ВН равен размеру обмотки НН l2=l1=0,3655 м

Для намотки обмотки ВН выбираем круглый провод : АПБ, П’2=6.1, с сечением одного провода П"2=6,16 мм2 n’2=1 ,dпров2=2.8 , d’пров2=3.3

Полное сечение витка

П2=NB2?П"2?10-6=3,14 мм2=6,16?10-6 м2

Полученная плотность тока

J2=I2/П2= 9.6225/6,16*10-6=1,56?106 А/м2

Общий суммарный радиальный размер проводов b=QKЗ/(1,72J2?10-8)=1200?0,75/(1,72?(1,56?106)2?10-8=0.021 м=21 мм

Предельно можно уложить не более b2 слоев обмотки: Nпред=b2/(2,8·10-3)=7,6585

Число витков в слое

?СЛ2=l2/(NB2?d")?103-1=(0,3365/3.3)?103-1? 109 витков

Число слоев в обмотке

NСЛ2=?2/?СЛ2=1155/109=10.6 получили 11 слоев

Рабочее напряжение двух слоев

UМСЛ=2?СЛ2UB=2?109?2,992=653.83 В

По таблице 4.7. (стр. 190) находим число слоев кабельной бумаги мм выступ межслойной изоляции на торцах 10 мм

По графикам (рис. 5.34 стр.262) находим плотность теплового потока q=400 Вт/м2

Общий суммарный размер металла, больше допустимого, поэтому разделяем обмотку на две концентрические катушки внутреннюю в 2 слоев, а внешнюю в 4 слоя разделенные охлаждающим каналом в 2 мм (находим по таблице 9.2 а)

Радиальный размер обмотки без экрана, где a"22=4 мм по таб.9.2а (стр.426)

Количество охлаждающих каналов:

Межслойная изоляция (число слоев кабельной бумаги) : ?МСЛ=2·0,12=0,24 мм (по таб. 4.7 стр.190) a2=(d"NСЛ2 ?МСЛ(NСЛ2-1) a"22NK)?10-3=(2,8·11 0,24·10-6(11-1) 4·2)=0,03424 м

Диаметры обмотки: Внутренний D"2=D"1 2a12=0,1624 2?0,009=0,18 м

Внешний D"2=D"2 2a2=0,18 2?0,0467=0,274 м

Поверхность охлаждения обмотки НН: П02=cnkp(D"2 D"2)l2=3?1?0,75?3,14(0,18 0,274)?0,365=1,174 м2

Dcp=( D"2 D"2)/2=(0,18 0,274)/2=0,227 м

Масса металла обмотки

G0=8,47?103CDCP?П2=

=8,47?103?3·0,227·6,16·10-6?11556=41,0567 кг

Масса провода обмотки (исп таб.5,1 стр.211): GПР=GO?(1 3,3·0,05)=47,8311 кг

Масса металла двух обмоток

GO=47,8311 19,943=67,7739 кг

6. Расчет параметров короткого замыкания

6.1 Расчет потерь короткого замыкания

Потери в обмотке НН: Основные потери

РОСН1=12,75?10-12J2GO=12,75?10-12?(1,56106)2?26,717=828,98 Вт

Добавочные потери

KP=1-?(1-e-1/?)=1-0,0427·(1-e-1/0.0427)=0,9573 где ?=(а12 а1 а2)/(pl)= 0.0427 b=bm’KP/l=0,0152

КД=1 0,037?108b2a4n2=1 0,037?108?0,01522·5,6·10-3?22?1

Потери в обмотке ВН (аналогично НН): Основные потери: РОСН2=12,75?10-12J2GO=12,75?10-12?(1,56106)2?41,05=1277,35 Вт

Добавочные потери: b=BMKP/l=2,8·0.957/0,536=0,005

КД2=1 0,037?108b2d4n2=1 0,037?108?0,0052?(2,8?10-3)4=1

Основные потери в отводах

Длина отводов определенная приближенно: LOTB=7,5l=7,5?0,5356=4,0173 м

Масса отводов НН: GOTB1=LОТВПОТВ ?=4,0173?10-6?2700=0,012 кг

Потери в отводах НН: РОТВ1=KJ2GOTB=12,75?10-12?(1,5621?106)2?0,012=10,13 Вт

Масса отводов ВН: GOTB2=LОТВПОТВ ?=4,0173·9,34?10-6?2700=0,010кг

Потери в отводах НН: РОТВ2=KJ2GOTB=12,75?10-12?(1,5621?106)2?0,022=0,68 Вт

Потери в стенках бака и других элементах конструкции: P??10KS=10?0,016?100=16

Полные потери короткого замыкания: PK=POCH1КД1 РОСН2КД2 РОТВ1 РОТВ2 P?=828,98 1277,35·1 10,13 0,68=

=2006,8652 Вт

Полные потери к.з. несколько больше заданных и составляют:101,8%

6.2 Напряжение короткого замыкания

Активная составляющая напряжения короткого замыкания: UA=PK/10S=2007/10?100=2,07%

Реактивная составляющая:

UK= 4,6 % что составляет 102 % от заданного значения.

6.3 Ток короткого замыкания

Установившийся ток короткого замыкания в обмотке ВН

Мгновенное максимальное значение тока короткого замыкания IKMAX= IKMAXIK,У= ?1,2265?195=338,3 A kmax=1 e-PUA/Up=1,19

6.4 Силы, действующие на обмотку

Радиальная сила

FP=0,628(IKMAX?)2BKP?10-6=0,628·(338,3·70)2 ·0,0152· KP =100930,75 Н

Среднее сжимающее напряжение в проводе обмотки НН ?СЖ,Р=FP/(2p?1П1)=100930,75/(2?3,14?70?94,3?10-6)=2,234 МПА

Среднее растягивающее напряжение в проводах обмотки ВН

Рис. 8. Распределение сжимающих осевых сил.

?Р=FP/(2p?2П2)= 10930,75/(2?3,14?1750?6,16?10-6)=2,26 МПА что меньше допустимого значения 20 МПА .

Осевые силы по рисунку распределения сжимающих осевых сил рис. 8

F"OC=FPAP/2·l=100930, 75?0,0289/(2?0,5356)=2724,93 Н; F"OC=0 КН

Напряжение сжатия на междувитковых прокладках(ширина прокладки по окружности обмотки n=4, ширина прокладки от 0,04 до 0,06 м) ?СЖ=(FСЖ/na1b)?10-6=2724,93 ?10-6/(4?0,0162?0,04) =1,0513 МПА что ниже допустимого значения 18-20 МПА

Температура обмотки через 4 сек после возникновения КЗ

Время достижения температуры 200°C: TK200=0,79[UK/(JI10-6)]2=8,042 c

7. Расчет магнитной системы трансформатора

Выбрана конструкция трехфазной шихтованной магнитной системы, собираемой из пластин холоднокатаной текстурованной стали марки 3413, толщиной 0,35 мм. Стержни магнитной системы прессуются путем расклиниванием с обмоткой низкого напряжения или ее жестким изоляционным бумажно-бакелитовым цилиндром, ярма прессуются стальными балками, стянутыми шпильками расположенными вне ярма Число ступеней в сечении стержня 6, в ярме 5. Сечение стержня и ярма рис. 9. Основные размеры магнитной системы рис. 10.(выбраны по таб. 8.2.стр357.) для стержня, диаметром 0,12 м.

№ пакета Стержень, мм Ярмо, мм

1 115x18 115x18

2 105x11 105x11

3 90x10 90x10

4 75x8 75x8

5 60x6

6 40x4

Рис.9 Сечение стержня и ярма

Общая толщина пакетов стержня (ширина ярма) 0,12 м. Площадь- ступенчатой фигуры сечения стержня по табл. 8.6 ПФ,С=101,9 см2, ярма ПФ,Я=104,5 см2. Объем угла магнитной системы VY=1020 см3

Рис .10.Основные размеры магнитной системы

Активное сечение стержня

ПС=КЗПФ,С=0,97?101,9=98 см2=0,0098 м2

Активное сечение ярма

ПЯ=КЗПФ,Я=0,97?104,5=100 см2=0,001 м2

Длина стержня

LC=l (l"0 l"0)?10-3=0,5356 2?0,02=0,5756м

Расстояние между осями стержней

С=D"2 a22=0,274 0,008=0,2818 м

Масса стали угла магнитной системе ?СТ=7650

GY=KЗVУI?СТ=0,97I10,2?10-4?7650=6,512 кг

Масса стали ярма

GЯ=G"Я G"Я=2ПЯ?С?СТ 2GY=2?0,001?0,2818·7650 2?6,512=50,623 кг

Масса стали стержней(а1Я=0,06 по табл. 8,2 8,5 для d=0.12)

GC=G"C G"C=3LCПС?СТ 3(ПСА1Я?СТ-GY)=

=3?0,57560,0098 ?7650 3?(0,0098 ?0,06?7650-6,512)=104.5156 кг

Общая масса стали

GCT=GC GЯ=50.623 104.5156=155.1383 кг

8. Расчет потерь холостого хода

Индукция в стержне

Индукция в ярме

Индукция на косом стыке

ВКОС=BC / =1,58/ =97.66 Тл

Площади сечения немагнитных зазоров на прямом стыке среднего стержня и ярма равны соответственно активным сечениям стержня и ярма. Площадь сечения стержня на косом стыке

ПКОС=ПСI =0,0098? =0,0138 м2

Удельные потери для стали стержней, ярм и стыков по табл. 8.9 для стали марки 3413 толщиной 0,30 мм при шихтовке в две пластины: при ВС=1,3811Тл РС=1,02 Вт/кг; РЗ=290 Вт/м2 при ВЯ=1.3467Тл РЯ=0.9 Вт/кг; РЗ=270 Вт/м2 при ВКОС=0.9766Тл РКОС=0,77 Вт/кг; РКОС=135 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, без отжига пластин после резки стали и удаления заусенцев для определения потерь применяем выражение

PX=[КП,Р КП,З(PCGC PЯG"Я-4РЯGУ (РС РЯ)/2?КП,YGY) ?РЗNЗПЗ] КП,ЯКП,ПКП,Ш=[1,05?1(1,19?104.5156 1,14?50.6227-4?1,14?6,7 (1,19 1,14)/2?6,7?6.5117)

4?0,0133?365 1?0,0094?630 2?0,0095?927]?1?1,02?1,01=240.38Вт где КП,Р=1,05 КП,З=1 КП,Я=1,1 КП,П=1,02 КП,Ш=1,01 КП,У=9.33 полученное значение немного превосходит заданное и составляет 109,27% от заданного.

9. Расчет параметров холостого тока

Расчет тока холостого хода

По таблице 8.16 находим намагничивающие мощности: при ВС=1,3811Тл QC=2.6 В?А/кг; QC,З=11000 В?А/м2 при ВЯ=1,3467Тл QЯ=2.3 В?А/кг; QЯ,З =10500 В?А/м2 при ВС=0.9766Тл QKOC=1 В?А/кг; QKOC,З=1520 В?А/м2

Для принятой конструкции магнитной системы и технологии ее изготовления используем формулу

QX=[KT,Р КТ,З(QCGC QЯG"Я-4QЯGУ (QC QЯ)/2?KT,У?КТ,ПЛ GY) ?QЗNЗПЗ]KТ,ЯКТ,ПКТ,Ш=

=[1,18?1,01?(1,650I118,79 1,515?86,33-4?1,515?6,7 ((1,650 1,515)/2)?42,45?1,47?6,7)

4?0,0133?3100 1?0,0094?22150 2?0,0095?20750]?1,04?1,04?1,01=2060 Вт где КТ,Р=1,18 КТ,З=1,01 КТ,Я=1,01 КТ,П=1,02 КТ,Ш=1,01 КТ,ПЛ=1,2 КТ,У=25.48(по стр. 394-395)

Ток холостого хода i0=2060/(10?100)=1,436 %

Активная составляющая тока холостого хода i0A=240,38/(10?100)=0,2404 %

Реактивная составляющая тока холостого хода i0Р= %

10. Расчет основных геометрических размеров бака трансформатора

10.1 Тепловой расчет обмоток

Внутренний перепад температур обмотка НН: Вт/м2

?01=q1?/?ИЗ=414,55?0,25?10-3/0,17=0,61°С, где ?ИЗ=0,17 по таблице 9.1 обмотка ВН

Вт/м2

?02=q2?/?ИЗ=128?0,25?10-3/0,17=0,1896°С, где ?ИЗ=0,17 по таблице 9.1

Перепад температуры на поверхности обмоток обмотка НН: ?0,М1=k1k2k30,35q0,6=1?1,1?0,9?0,35?414,50,6=12,89°C обмотка ВН: ?0,М2=k1k2k30,35q0,6=1?1?1,1?0,35?128,960,6=7,11°C

Средний перепад температуры от обмотки к маслу обмотка НН: ?0,М,СР1=?01 ?0,М1=0,61 12,89=13,49С обмотка ВН: ?0,М,СР2=?02 ?0,М2=0,1896 7,11=7,297°С

10.2 Тепловой расчет бака

По таблице 9.4 в соответствии с мощностью трансформатора выбираем бак с навесными радиаторами с прямыми трубами рис.11

Найдем минимальные размеры бака и минимально необходимые изоляционные расстояния от обмоток и отводов до стенок бака по таблицам 4.11 и 4.12.

Рис.11 Трубчатый радиатор с прямыми трубами

Отводы - шины из алюминиевого провода изолированного кабельной бумагой.

По таблице 4.11 толщина изоляции не учитывается d1=20мм S1=S2=28 мм, где S1-расстояние от отвода НН до гладкой стенки бака

S2- расстояние от прессующей пластины НН до гладкой стенки бака

S3-расстояние отвода НН от обмотки ВН S3=33 мм

S4-изоляционное расстояние от отвода НН до стенки бака S4=22 мм d1=20 мм - диаметр изолированного отвода обмотки ВН d2=12 мм - диаметр неизолированного отвода обмотки НН

Минимальная ширина бака

B=D"2 (S1 S2 S3 S4 d1 d2)?10-3=273,8 (28 28 33 22 20 12)?10-3=0,417 м принимаем ширину бака В=0,5 м

Минимальная длина бака

S5=S3=33 мм

А=2С D"2 2S5?10-3=2?0,2818 0,2738 2?0,033=0,9034 м принимаем длину бака А=0,1 м

Минимальная глубина высота активной части

НА,Ч=?C 2HЯ n?10-3=0,5756 2?0,065 0,04=0,7456м минимальное расстояние от ярма до крышки бака НЯ,К=160 мм по таблице 9.5.

НБ=НА,Ч НЯ,К=0,7456 0,160=0,9056 м

По табл.9.9 выбираем радиаторы с двума рядами труб и расстоянием между осями фланцев 710 мм с поверхностью труб ПТР=2,135 м2 и поверхность конвекции двух коллекторов ПК,К=0,34 м2.Для установки этих радиаторов минимальная глубина бака должна быть : НБ=АР с1 с2=0,71 0,085 0,1=0,895 м где с1 и с2 - расстояния осей фланцев радиатора от нижнего и верхнего срезов стенки бака по табл.9.9.

Принимаем НБ=0,9 м

Рис.12 Размещение активной части трансформатора внутри бака

Допустимое превышение средней температуры масла над температурой окружающего воздуха для наиболее нагретой обмотки НН.

?М,В=65 - ?О,М,СР=65 - 12,25=51,5004°С

Превышение температуры бака в верхних слоях

?М,В,В=1,2I?М,В=1,2I51,5=61,8 ОС>60 °С

Принимая предварительно перепад температур на внутренней поверхности стенки бака ?М,Б=5 °С и запас 2 °С, находим среднее превышение температуры наружной стенки бака над температурой воздуха

?Б,В=50 - ?М,Б=50-5-2=43 °С

Поверхность конвекции гладкой стенки бака

ПК,ГЛ=[2(А-B) PB]НБ=[2(0,85-0,4) 3,14I0,9]?1,1=2,33 м2

Поверхность излучения бака с радиаторами

ПИ=KIПГЛ=1,8I2,33 =4,19 м2

Поверхность конвекции для заданного значения ?Б,В=43 °С

ПК?= м2

Поверхность крышки бака

ПКР=0,5[(А-B)(B 0,16) p(B 0,16)2/4]=0,5·[(1-0.5)·(0.5 0.16) 3.14·(0.5 0.16)2 /4]=0,3361м2

Поверхность конвекции радиаторов

?ПК,Р=ПК?-ПК,ГЛ-ПК,КР=4,25-2,66=1,5951 м2

Поверхность конвекции радиатора, приведенная к поверхности гладкой стенки.КФ=1,26 (по табл.9.6)

ПК,Р=ПТРIKФ ПК,К=1,26I2,135 0,34=3,03 м2

Необходимое число радиаторов

NP=?ПК,Р/ПК,Р=1.5951/3.03=0,53

Принимаем 1 радиатор.

Полная поверхность конвекции бака

ПК=?ПК,Р ПК,ГЛ ПК,КР=1.5951 2.33 0.3361=5,6983 м2

Поверхность излучения

ПИ=2,7 м2

10.3 Окончательный расчет превышения температуры обмоток и масла трансформатора

Среднее превышение температуры наружной трубы над температурой воздуха

?Б,В= 43,907 °С

Превышение температуры масла вблизи стенки над температурой внутренней поверхности стенки трубы

?М,Б= 6,9796 °С2

Превышение температуры масла в верхних слоях над температурой воздуха

?М,В,В=?Б,В ?М,Б=50,9 °С< 60 °С

Превышение температуры обмоток над воздухом обмотка НН ?О,В=0,521 7 39,46=51,74 °С< 65 °С обмотка ВН ?О,В=0,177 7 39,46=51,097 °С< 65 °С

Превышения температуры масла в верхних слоях ?М,В,В<60 °С и обмоток ?О,В< 65 °С лежат в пределах допустимого нагрева по ГОСТ 11677-85.

Определим массу масла.

Объем бака

VБ=[(A-B)?B B2р/4]?НБ=[(1-0.5)·0.5 0.5 2 ·3.14/4=0.4042 м3

Объем активной части

VA,Ч= 0,0505 м3

Объем масла в баке

VМБ=VБ-VA,Ч=0,3538 м3

Масса масла в баке

GM,Б=900I0,3538=318,3849 кг

Масса масла в радиаторах

GM,Р=30 кг

Общаяя масса масла

GM= GM,Б GM,Р=318,3849 30=348,3849 кг

11. Коэффициент полезного действия трансформатора ?=

В данной курсовой работе дано краткое описание конструкции трансформаторов широкого применения, а также описание основных материалов, применяемых в трансформаторостроении.

В расчетной части приведен расчет масляного трансформатора типа ТМ100/6, мощностью 100 КВА и классом напряжения 6 КВ.

Для данного трансформатора выбрана плоская шихтованная магнитная система из тонколистовой холоднокатанной стали марки 3413 с косыми стыками на крайних стержнях и прямыми стыками на среднем стержне. Стержни магнитной системы скрепляются расклиниваем с обмоткой НН, ярма крепятся ярмовыми балками, которые в свою очередь стягиваются шпильками за пределами магнитной системы.

В данном трансформаторе выбраны следующие типы обмоток: Обмотка НН: двухслойная цилиндрическая из прямоугольного провода марки .

Обмотка ВН: многослойная цилиндрическая из круглого провода марки .

При расчете магнитной системы и параметров холостого хода получили следующие значения Рх=240 Вт и i0=1,045 %, что на 9% и на 5% соответственно больше заданного и лежат в допустимых пределах.

При расчете параметров короткого замыкания получены следующие значения Рк=2106 Вт и Uk=4,93%, что на 6,9% и 9% соответственно отличаются от заданного и лежат в допустимых пределах.

Расчет трансформатора выполнен в соответствии с техническим заданием. При расчете обеспечено его соответствие современным требованиям к электрической и механической прочностям, нагревостойкости обмоток и других частей. При этом в соответствии с основными требованиями сочетается малая себестоимость трансформатора.

трансформатор короткое замыкание обмотка

1. Тихомиров П.М. Расчет трансформаторов: Учеб. Пособие для вузов.-5-е изд., перераб. и доп.- М.: энергоатомиздат,1986.-528с.:ил.

Размещено на .ru