Расчет трансформатора - Курсовая работа

В настоящее время электрическая энергия для промышленных целей и электроснабжения городов производится на крупных тепловых или гидроэлектростанциях в виде трехфазной системы переменного тока частотой 50 Гц. Для передачи электроэнергии на большие расстояния это напряжение необходимо повышать до 110, 220, 330 или 500 КВ в зависимости от расстояния и передаваемой мощности. Далее, на распределительных подстанциях напряжение требуется понижать до 6 или 10 КВ (в городах и промышленных объектах) или до 35 КВ (в сельских местностях и при большой протяженности распределительных сетей). Трансформаторы сами электрическую энергию не производят, а только ее трансформируют, т. е. изменяют величину электрического напряжения. При этом трансформаторы могут быть повышающими, если они предназначены для повышения напряжения, и понижающими, если они предназначены для понижения напряжения.Номинальные линейные токи: Фазные токи обмоток (схема соединения - звезда) равны линейным токам: Фазное напряжение трехфазного трансформатора: Испытательные напряжения обмоток (таблица 4-1) Обмотка ВН при напряжении 10КВ и токе 11,55А - цилиндрическая многослойная из круглого медного провода; обмотка НН при напряжении 0,4КВ и токе 288,68А - цилиндрическая двухслойная из прямоугольного медного провода.Активная составляющая напряжения короткого замыкания: % Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания: % Согласно указаниям §2-2 выбираем трехфазную стержневую шихтованную магнитную систему с косыми стыками на крайних стержнях и прямыми стыками на среднем стержне. Рисунок 3-Форма стыков стержней и магнитной цепи трансформатора ярем Изоляция пластин - жаростойкое покрытие с однократной лакировкой по таблице 2-6 ( - коэффициент заполнения сечения стержня (или ярма) сталью - отношение чистой площади стали в сечении - активного сечения Пс (или Пя) к площади ступенчатой фигуры Пф, т.е.По таблице 3-6 находим коэффициент, учитывающий отношение основных потерь в обмотках к потерям короткого замыкания, КД = 0,95 и по таблице 3-4 и 3-5 - постоянные коэффициенты для медных обмоток а = 1,38 и b = 0,46. Для рассчитываемого трансформатора: По таблице 3-7 , а коэффициент для медных проводов , учитывающий изоляцию провода и регулирование напряжения, то есть массу металла обмоток умножают на коэффициент x = 1,23 Потери холостого хода по формуле (8-32): намагничивающая мощность по формуле (8-44): Далее определяем основные размеры трансформатора: Весь дальнейший расчет, начиная с определения массы стали магнитной системы, для 5 различных значений ? (от 1,8 до 2,4) проводиться в форме таблицы 1. Графики, показанные на рисунках 4 - 9 позволяют заметить, что с ростом ? масса металла обмоток G0 и масса стали в стержнях Gc уменьшается, а масса стали в ярмах Gя и общая масса стали Gct возрастают. Уменьшение массы металла обмоток с ростом ? при сохранении потерь короткого замыкания приводит к уменьшению сечения как всей обмотки, так и каждого ее витка, а следовательно, к увеличению плотности тока и механических напряжений от растяжения в обмотках при коротком замыкании трансформатора.Число витков обмотки НН: ?1 = Uф1/uв =231/6,14 = 37,62 принимаем ?1 = 38 витка. A, номинальному напряжению обмотки 231 В и сечению витка 87,5 мм2 выбираем конструкцию цилиндрическую двухслойную обмотку из прямоугольного медного провода, без радиальных каналов, с плотным прилеганием витков. Число витков в слое: витков. По таблице 5-2 выбираем три прямоугольных медных провода размерами 3? с изоляцией из кабельной бумаги, в соответствии с ГОСТ 16512-70. Выбранные размеры провода проверяем по добавочным потерям по таблице 5-9.Выбираем схему регулирования по типу представленной на рисунке 6-6б. Регулирование напряжения без возбуждения (ПБВ) производится после отключения трансформатора от сети и от нагрузки, путем перестановки соединяющей пластины Для получения на стороне ВН различных напряжений необходимо соединить: Напряжение, В Ответвления обмотки По сортаменту медного обмоточного провода (таблица 5-1) выбираем провод марки диаметром 2,1/2,4 мм сечением П2=3,46 мм2 увеличение массы провода за счет изоляции на 3%. Витки восьмого слоя располагаются посередине высоты слоя, витки девятого слоя располагаются согласно рисунку схемы ответвлений.Основные потери обмотка НН обмотка ВН , где - размер проводника, параллельный направлению линий магнитной индукции поля рассеяния; число проводников обмотки в направлении, параллельном направлению линий магнитной индукции поля рассеяния; общий размер обмотки в направлении, параллельном направлению линий магнитной индукции поля рассеяния; число проводников обмотки в направлении, перпендикулярном направлению линий магнитной индукции поля рассеяния;Активная составляющая (7-28)коэффициент, учитывающий апериодическую составляющую тока короткого замыкания (7-40) Осевые силы при отсутствии разрыва в обмотке ВН имеют одну составляющую по рисунку (7-11а) по таблице 7-3 а0 = а12 а1 а2 = 0,9 1,96 2,848=5,708 k02 = 0 Максимальные сжимающие силы наблюдаются в обмотке

Содержание

Введение

1. Задание на расчет трансформатора

2. Определение основных электрических величин

2.1 Расчет основных электрических величин и изоляционных расстояний

2.2 Определение исходных данных расчета

2.3 Расчет основных коэффициентов

3. Расчет обмоток НН и ВН

3.1 Расчет обмотки НН

3.2 Расчет обмотки ВН

4. Определение параметров короткого замыкания

4.1 Расчет потерь короткого замыкания

4.2 Расчет напряжений короткого замыкания

4.3 Расчет механических сил при коротком замыкании

5. Окончательный расчет магнитной системы

6. Определение параметров холостого хода

6.1 Расчет потерь холостого хода

6.2 Расчет тока холостого хода

7. Тепловой расчет трансформатора

7.1 Тепловой расчет обмоток

7.2 Тепловой расчет бака

8. Заключение

9. Список используемой литературы

В настоящее время электрическая энергия для промышленных целей и электроснабжения городов производится на крупных тепловых или гидроэлектростанциях в виде трехфазной системы переменного тока частотой 50 Гц. Напряжения генераторов, установленных на электростанциях, стандартизованы и могут иметь значения 6600, 11 000, 13 800, 15 750, 18 000 или 20 000 в (ГОСТ 721-62). Для передачи электроэнергии на большие расстояния это напряжение необходимо повышать до 110, 220, 330 или 500 КВ в зависимости от расстояния и передаваемой мощности. Далее, на распределительных подстанциях напряжение требуется понижать до 6 или 10 КВ (в городах и промышленных объектах) или до 35 КВ (в сельских местностях и при большой протяженности распределительных сетей). Наконец, для ввода в заводские цеха и жилые квартиры напряжение сетей должно быть понижено до 380, 220 или 127 в.

Повышение и понижение напряжения переменного тока и выполняют силовые трансформаторы. Трансформаторы сами электрическую энергию не производят, а только ее трансформируют, т. е. изменяют величину электрического напряжения. При этом трансформаторы могут быть повышающими, если они предназначены для повышения напряжения, и понижающими, если они предназначены для понижения напряжения. Но принципиально каждый трансформатор может быть использован либо как повышающий, либо как понижающий в зависимости от его назначения, т. е. он является обратимым аппаратом. Силовые трансформаторы обладают весьма высоким коэффициентом полезного действия (к. п. д.), значение которого составляет от 95 до 99,5%, в зависимости от мощности.

Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования одной (первичной) системы переменного тока в другую (вторичную), имеющую другие характеристики. Принцип действия трансформатора основан на законе электромагнитной индукции, открытом английским физиком Фарадеем в 1831 г. Явление электромагнитной индукции состоит в том, что если внутри замкнутого проводникового контура изменяется во времени магнитный поток, то в самом контуре наводится (индуктируется) электродвижущая сила (э. д. с.) и возникает индукционный ток. Чтобы уменьшить сопротивление по пути прохождения магнитного потока и тем самым усилить магнитную связь между первичной и вторичной катушками или, как их более принято называть, обмотками, последние должны быть расположены на замкнутом железном (стальном) сердечнике (магнитопроводе). Применение замкнутого стального магнитопровода значительно снижает относительную величину потока рассеяния, так как проницаемость применяемой для магнитопроводов стали в 800-1000 раз выше, чем у воздуха (или вообще у диамагнитных материалов).

Трансформатор состоит из магнитопровода и насаженных на него обмоток. Кроме того, трансформатор состоит из целого ряда чисто конструкционных узлов и элементов, представляющих собой конструктивную его часть. Элементы конструкции служат главным образом для удобства применения и эксплуатации трансформатора. К ним относятся изоляционные конструкции, предназначенные для обеспечения изоляции токоведущих частей, отводы и вводы - для присоединения обмоток к линии электропередачи, переключатели - для регулирования напряжения трансформатора, баки - для заполнения их трансформаторным маслом, трубы и радиаторы - для охлаждения трансформатора и др.

Магнитопровод и обмотки вместе с крепежными деталями образуют активную часть силового трансформатора.

Трансформатор во время своей работы вследствие возникающих в нем потерь нагревается. Чтобы температура нагрева трансформатора (в основном его изоляции) не превышала допустимого значения, необходимо обеспечить достаточное охлаждение обмоток и магнитопровода. Для этого в большинстве случаев трансформатор (активную часть) помещают в бак, заполненный трансформаторным маслом.

1. Задание на проектирование трансформатора

Спроектировать силовой масленый трансформатор с регулированием напряжения без нагрузки - ПБВ (2 2.5)% соответствующий требованиям ГОСТ 11677-83 «Силовые трансформаторы. Общие технические условия.», согласно следующему техническому заданию: мощность S=200 КВА, число фаз m=3, частота f=50 Гц, напряжение ВН Uвн=10 КВ, напряжение НН Uнн=0,4 КВ, охлаждение - масленое, режим нагрузки - длительная, характер установки - наружная. Напряжение и потери короткого замыкания: uk=4,5%, Pk=3400 Вт. Ток и потери холостого хода i0=2.4%, Px=620 Вт. Схема и группа соединений Y/Y.

2.