4. Определение параметров короткого замыкания

5. Окончательный расчет магнитной системы

Вывод курсового проекта

Список используемой литературы

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.

В народном хозяйстве используются трансформаторы различного назначения в диапазоне мощностей от долей вольт-ампера до 1 млн. кВ*А и более. Принято различать трансформаторы малой мощности с выходной мощностью 4 кВ*А и ниже для однофазных и 5 кВ*А и ниже для трехфазных сетей и трансформаторы силовые мощностью от 6,3 кВ*А и более для трехфазных и от 5 кВ*А и более для однофазных сетей.

Трансформаторы малой мощности различного назначения используются в устройствах радиотехники, автоматики, сигнализации, связи и т. п., а также 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 включение в сеть, не отличающуюся особыми условиями работы, или для питания приемников электрической энергии, не отличающихся особыми условиями работы, характером нагрузки или режимом работы. Трансформаторы специального назначения используются для непосредственного питания потребительской сети или приемников электрической энергии, если эта сеть или приемники отличаются особыми условиями работы, характером нагрузки или режимом работы. К числу таких сетей или приемников электрической энергии относятся подземные рудничные сети и установки, выпрямительные установки, электрические печи и т.п.

Силовой трансформатор является одним из важнейших элементов каждой электрической сети. Передача электрической энергии на большие расстояния от места ее производства до места потребления требует в современных сетях не менее чем пяти-шестикратной трансформации в повышающих и понижающих трансформаторах. Так, при напряжении на шинах электростанции в современной сети при удалении потребителей от электростанции, питающей сеть, около 1000 км часто применяется такая последовательность шести трансформаций напряжения с учетом падения напряжения на линиях передачи: 15,75 на 525 кВ; 500 кВ на 242 кВ; 230 на 121 кВ; 115 на 38,5 кВ; 35 на 11 кВ; 10 на 0,4 кВ или 0,69 кВ.

Дальнейшее развитие трансформаторостроения определяется в первую очередь развитием электрических сетей, а следовательно, энергетики страны.

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.

Коэффициент полезного действия трансформаторов очень велик и для большинства их составляет 98-99% и более, однако необходимость многократной трансформации энергии и установки в сетях трансформаторов с общей мощностью, в несколько раз превышающей мощность генераторов, приводит к тому, что общие потери энергии во всем парке трансформаторов достигают существенных значений. Так в середине 50-х годов на потери в трансформаторах расходовалось до 6% всей энергии, выработанной электростанциями. В сериях трансформаторов, выпускающиеся в последующие годы, потери холостого хода снижены на 20-25%, однако вследствие увеличения числа ступеней трансформации в сетях, роста общей мощности трансформаторного парка, общие потери в парке трансформаторов уменьшились в меньшей степени.

Поэтому одной из важнейших задач в настоящее время является задача существенного уменьшения потерь энергии в трансформаторах, т.е. потерь холостого хода и потерь короткого замыкания.

Уменьшение потерь холостого хода достигается главным образом путем все более широкого применения холоднокатаной рулонной электротехнической стали с улучшенными магнитными свойствами - низкими и особо низкими удельными потерями и низкой удельной намагничивающей мощностью. Применение этой стали, обладающей анизотропией магнитных свойств и очень чувствительным к механическим воздействиям при обработке - продольной и поперечной резке рулона на пластины, к толчкам и ударам при транспортировке пластин, к ударам, изгибам и сжатию пластин при сборке магнитной системы и остова, сочетается с существенным изменением конструкции магнитных систем, а также с новой прогрессивной технологией заготовки и обработки пластин и сборки магнитной системы и остова.

Большой опыт выпуска трансформаторов с алюминиевыми обмоткам, в частности в пределах номинальных мощностей от 10 до 16000 кВ*А, показал, что эти трансформаторы обеспечивают полноценную замену трансформаторов с медными обмотками, так как могут иметь те же параметры холостого хода и короткого замыкания при одинаковой стоимости всего трансформатора, т.е. являются равноценными с “медными “ трансформаторами в технологическом и экономическом соотношении.

В последние годы усиливается интерес к применению электрооборудования, в том числе и трансформаторов, работающего в автономных электрических системах с повышенной частотой 100-400 Гц. С ростом частоты уменьшается масса электрооборудования ( двигателей, трансформаторов и др.) и появляется возможность применение высокоскоростного электропривода. Повышенная частота используется там, где применяется ручной высокоскоростной электроинструмент с электроприводом: на лесоразработках и горных разработках, на морских и речных судах, в прядильных цехах для электропривода веретен, для электроплавки и электросварки металлов и т.д. Рост мощностей автономных элект?ических систем повышенной частоты уже сейчас ставит задачу создания силовых энергетических трансформаторов, рассчитанных на частоту 100-400 Гц.

Постоянное повышение верхнего предела номинальных мощностей и напряжений силовых трансформаторов сопровождается увеличением типовых мощностей, нарастающих по стандартизованной шкале с основным коэффициентом нарастания 1,6 ( в отдельных местах шкалы 1,25). Увеличивается выпуск трансформаторов специального назначения--для питания электрических печей, преобразовательных устройств, рудничных установок и др., а также трансформаторов для комплексных трансформаторных подстанций. Вследствие этого постоянно увеличивается номенклатура изделий трансформаторного производства и становится необходимым более четкое разделение выпуска трансформаторов по мощностям, назначению и классам напряжения между отдельными заводам, а также сосредоточения на отдельных заводах производства однотипных трансформаторов.

Возможность этих исследований обеспечивается широким внедрением вычислительной техники и современных методов экспериментального исследования магнитного поля.

Важной задачей является совершенствование методов расчета трансформаторов. В условиях проектных организаций и трансформаторных заводов расчет силовых трансформаторов выполняется с использованием ЭВМ. Разработаны математические модели и комплекты стандартных программ, при помощи которых ведется расчет отдельных параметров - потерь и напряжения короткого замыкания, потерь и тока холостого хода, оптимальных размеров сечения стержня, тепловой расчет отдельных частей системы охлаждения трансформатора, его тепловой постоянной времени и д.р.

Важнейшим направлением научно-исследовательских работ является разработка новых прогрессивных технологических процессов и операций, обеспечивающих повышения качества трансформаторов, уменьшение трудовых затрат и экономию материалов. Особое значение имеет совершенствование сушки активных частей трансформаторов классов напряжения 220, 330, 500 и 750 кВ и разработка метода сушки для трансформатора класса напряжения 1150 кВ. Правильно организованная и проведенная сушка является залогом длительной и надежной работы изоляции трансформатора в эксплуатации.

Повышение класса напряжения трансформаторов с 220 до 330, 500, 750 и 1150 кВ требует развития исследований новых изоляционных материалов повышенного качества. В области производства трансформаторов массовых выпусков мощностью от 25 до 1000 - 6300 кВ*А главной задачей остается совершенствование их конструкций для уменьшения расходов материалов, снижения потерь энергии в них, удешевления производства.

В процессе подготовки производства новой серии были разработаны и внедрены новые комплексы технологических процессов изготовления и установки обмоток, заготовки пластин электротехнической стали и сборки магнитных систем, сборки и установки активной части. Новая серия по сравнению с предыдущей позволила получить существенное уменьшение расхода электротехнической стали, изоляционных материалов, трансформаторного масла и конструкционных материалов, а также потерь в эксплуатации трансформаторов.

Особое развитие должны получить работы по исследованию шума трансформаторов - нормированию его уровня, разработке методов измерения и понижения уровня шума.

Все более широко будет использоваться современная вычислительная техника как при выполнении различных исследований, так и для расчета новых типов и серий трансформаторов в условиях заводов.

Совершенно обособленную часть области трансформаторостроения представляют трансформаторы малой мощности, т.е. трансформаторы, мощность которых измеряется в пределах от долей вольт-ампер до 3000-5000 В*А, используемые в радиотехнике, телевидении, радиоэлектронике, автоматике, устройствах связи и т.д. Методика проектирования этих трансформаторов существенно отличается от методики проектирования силовых трансформаторов. Выбор оптимального варианта в зависимости от назначения трансформатора может определяться не только соображениями экономической эффективности, но также и ограничением таких показателей, как падение напряжения в трансформаторе, общая масса трансформатора, его габариты.

Задание на проект трансформатора.

б). Мощность одной фазы и обмоток одного стержня:

г). Испытательные напряжения обмоток:

по таблице 17-8 находим для

ВН

НН

Материалом сердечника является электротехническая холоднокатанная анизотропная легированная сталь (ГОСТ 21427.1 - 75) марка 3404.Индукцию (рекомендуемую) в стержне выбираем по таблице и она равна

в). Предварительный расчет трансформатора и выбор соотношения основных параметров.

Основными размерами трансформатора являются: диаметр стержня магнитной системы d; высота обмотки l.Диаметр стержня предварительно определяется по формуле:

;

где - соотношение основных параметров выбираем по таблице ( -средняя длина витка двух обмоток)

S', кВА - мощность одного стержня;

- здесь -по таб.;

, но не менее 0,012 м (-по таб.);

- коэффициент привидения идеального поля рассеивания к реальному.

, где -коэффициент заполнения сечения пакета сечением стали (по таб.).

Выбираем и вычисляем значения:

;

; ;

Выбираем Находим:

г).Определение диаметра стержня и высоты обмотки.

Определение активного сечения стержня.

По диаметру стержня, найденному по формуле, выбирается ближайшее значение из нормализованного ряда диаметров стержня:0,08;0,09;0,10;0,11;0,125;0,14;0,16;0,18;0,20;0,22;0,24;0,26;0,28;0,30;0,32;0,34;0,36;0,38;0,40;0,42;0,45;0,48;0,50;0,53;0,56;0,60;0,63;0,67;0,71;0,75.

После выбора нормализованного диаметра уточняется :

Активное сечение стержня,:

Электродвижущая сила одного витка (В):

Средний диаметр осевого канала, (м):

, где

Высота обмотки:

Выбор конструкции обмотки производится по таб. С учетом мощности трансформатора S', отнесенной к одному стержню выбранного металла обмотки - меди или алюминия, тока обмотки одного стержня, поперечного сечения витка и номинального напряжения обмотки.

Число витков обмотки на фазу и ЭДС одного витка:

Средняя плотность тока в обмотках ВН и НН (предварительно), для медного провода, :

в указанных формулах значения:

, находятся по таблице.

В соответствии с полученным подбираем сечение и число параллельных проводов для обмоток. Ориентировочное сечение витка каждой обмотки: где соответствующей обмотки одного стержня (фазный ток);- средняя плотность тока в обмотках. После этого по таблице выбираем типы обмоток ВН и НН для медного провода (

Находим:

Сечение витков:

ВН

НН

По таблице выбираем тип обмоток:

ВН - цилиндрическая многослойная из провода прямоугольного сечения;

НН - цилиндрическая многослойная из провода прямоугольного сечения.

3. Расчет обмоток трансформатора

а). Расчет обмоток низшего напряжения (НН).

Число витков принимаем

Уточняем ЭДС одного витка:

Средняя плотность тока в обмотке:

Ориентировочная плотность тока

Ориентировочное сечение витка:

Из таблицы, для расчета сечения проволоки , выбираем размеры прямоугольного сечения:

; , т.е.

При намотке таким проводом плашмя в одном слое укладывается витков:

витка.

Все витки катушки (932 шт.) укладываются в 13 слоях.

Радиальный размер обмотки:

Внутренний диаметр обмотки:

Наружный диаметр обмотки:

Масса металла обмотки:

4. Определение параметров короткого замыкания

а). Определение потерь короткого замыкания.

Потери короткого замыкания состоит из:

основных потерь в обмотках НН и ВН - ;

добавочных потерь в обмотках за счет поля рассеяния обмоток:

и ;

основных потерь в отводах между обмоткой НН и вводами (потери в отводах ВН0).

Основные (электрические) потери для медного провода составляют:

,

где плотность тока в обмотке, ;

масса металла медной обмотки (для алюминиевого провода формула имеет вид

).

Для обмотки НН:

Для обмотки ВН:

Обычно принимают равными 1,05 - 1,1. Потери в отводах НН определяются по выражению , где масса металла проводов отводов (для соединения Y-Y). площадь поперечного сечения витка, ();

- для меди (плотность металла отводов).

5. Окончательный расчет магнитной системы

а). Определение размеров пакетов и активных сечений стержня и ярма.

Для силовых трансформаторов, кроме нормализованного ряда диаметров стержней магнитных систем и размеров ширины пластин, нормализованы также число ступеней в сечении стержня и ярма, размеры пакетов пластин, число, размеры и расположение охлаждающих каналов, а, следовательно, и площади поперечных сечений стержня и ярма.

Активное сечение стержня, (): . Активное сечение ярма, (): , где - по таблице. Индукция в стержне, (Тл): ; индукция в ярме: .

Выбираем конструкцию трехфазного стержневого сердечника, собираемого в переплет (шихтованного) из пластин холоднокатаной текстурированной стали со стыками. Стержень прессуется расклиниванием с обмоткой. В сечении стержня 6 ступеней.Находим значения потаблицы:

Активное сечение стержня:

Активное сечение ярма:

где - число стержней магнитной системы; - длина сердечника, ; - активное сечение стержня, ; (для холоднокатоной стали) - плотность трансформаторной стали.

.

Масса стали ярма определяется по формуле: , где - масса стали двух ярм в их частях, заключенных между осями крайних стержней;

- масса стали двух ярм в их частях, выходящих за оси.

Рассчитаем массы:

;

Полная масса стали:

.

в). Определение потерь и тока холостого тока.

Потери холостого тока зависят от магнитных свойств, конструкции магнитной системы и принятой системы и принятой технологии ее изготовления. Кроме того, в углах магнитной системы возникают добавочные потери, обусловленные анизотропией магнитных свойств холоднокатаной стали. Эти потери больше при прямых стыках (срез пластин под углом ) и существенно меньше при косых стыках (срез пластин под углом ).

Потери холостого тока в магнитной системе, собранной из пластин холоднокатаной анизотропной стали со стержнями и ярмами с многоступенчатой формой сечения, без проштамповки отверстий в пластинах, с прессовкой и стяжкой ярм ярмовыми балками и стержней путем расклинивания с обмоткой определяются следующим выражением:

; где

- по таблице; .

Величины: , - удельные потери в стали при расчетной индукции и частоте (по таблице); .

при отжиге пластин.

Для расчетного трансформатора находим:

что на - лучше заданной нормы.

Ток холостого тока зависит от тех же факторов, что и потери, причем воздействие этих факторов на токе оказывается значительно больше.

Намагничивающая мощность при холостом ходе для трехфазной магнитной системы, собранной из отожженных пластин холоднокатаной анизотропной стали, со стержнями и ярмами, с многоступенчатой формой сечения без проштамповки отверстий в пластинах, с прессовкой и стяжкой ярм ярмовыми балками и стержней путем расклинивания с обмоткой, при косых стыках на среднем стержне (2 стыка) определяется:

;

где для медных обмоток. Выбираем коэффициент , при индукции ; - удельная намагничивающая мощность: , и , (из таблицы).

Ток холостого тока трансформатора:

активная составляющая

;

реактивная составляющая

; где .

Полный ток холостого хода:

.

Вычисляем намагничивающую мощность:

.

Вычисляем активные и реактивные составляющие:

; .

Вычисляем полный то холостого хода:

, что на

- лучше нормы.

Вывод курсового проекта

Выполнили курсовой проект, рассчитали силовой трехфазный двухобмоточный трансформатор с естественным масленым охлаждением. Высчитали : основные электрические параметры трансформатора; основные параметры трансформатора; обмотки ВН и НН; параметры короткого замыкания и холостого хода. В результате можно подтвердить, что данный трансформатор ТЗС - 160/6, является экономически выгодным с очень малыми потерями и расхождениями параметров.

Список используемой литературы

1. Электротехнический справочник: в 3-х томах Т.-2. Электротехнические устройства/Под общ. ред. проф. МЭИ В.Г. Герасимова, П.Г. Грудинского, Л.А. Жукова и др. -6-е изд., - М.: Энергоиздат, 1981. - 640 с.

2. Тихомиров П.М. Расчет трансформаторов. Учебное пособие для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1981. - 640 с.

3. Кацман М.М. Расчет и конструирование электрических машин. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 350 с.

4. Угаров Г.Г. Катаев А.Ф. Расчет трехфазного трансформатора. Методическое пособие для студентов СГТУ. - Сар.: Копипринтер СГТУ, 2001. - 36 с.

Размещено на Allbest.ru