Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Трансформатором называют статическое электромагнитное устройство, имеющее две или большее число индуктивно-связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной (первичной) системы переменного тока в другую (вторичную) систему переменного тока. Трансформаторы широко используются в промышленности и быту для различных целей.

Для передачи и распределения электрической энергии. Обычно на электростанциях генераторы переменного тока вырабатывают электрическую энергию при напряжении 6-24 кВ, а передавать электроэнергию на дальние расстояния выгодно при значительно больших напряжениях (110, 220, 330, 400, 500, и 750 кВ). Поэтому на каждой электростанции устанавливают трансформаторы, осуществляющие повышение напряжения



1.Исходные данные

Спроектировать силовой масленый трехфазный трансформатор регулирования напряжения без возбуждения - ПБВ ±(4х2,5)%, соответствующий требованиям ГОСТ 11677-85 «Силовые трансформаторы. Общие технические условия» согласно следующего задания:

Таблица 1. Вариант № 2

№ вари анта	Мощность трансформатора кВА	Напряжение	Потери	Uk, %	I0,%	Схема
		ВН, кВ	НН, кВ	ХХ, Вт	КЗ, Вт
2	40	10	0,4	150	888	4,5	3,0	Y/Y-0



2.Определение основных электрических величин и определение изоляционных расстояний

2.1 Определение основных электрических величин

Мощность одной фазы трансформатора:

кВА.

Мощность на одном стержне:

кВА.

Номинальные (линейные) токи:

А - на стороне НН.

А - на стороне ВН.

Фазные токи:

IФ1= IЛ1 , при соединении обмоток по схеме У;

А - на стороне НН.

IФ2= IЛ2 , при соединении обмоток по схеме Y; I1 = 2,3 А

Фазные напряжения:

UФ1= U Л1/ при соединении обмоток по схеме Y;

кВ - для обмотки НН.

UФ2= U Л2/ , при соединении обмоток по схеме Y;

кВ - для обмотки ВН.

Испытанное напряжение трансформатора определяем по табл.4.1[1]

Для обмотки НН (класс напряжения 0,4кВ) кВ.

Для обмотки ВН (класс напряжения 10кВ) кВ.

Активная составляющая напряжения короткого замыкания:

Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания:

2.2 Расчет основных коэффициентов

Рис.1. Схематическое изображение трансформатора и его основных размеров



Согласно указаниям, выбираем трехфазную стержневую шихтованную магнитную систему с косыми стыками в 4-х углах.

Сечение стержня по табл. 4.3 выбираем с семью ступенями, без прессующей пластины. Стержень следует прессовать расклиниванием с обмоткой, сечение стержня без каналов. Коэффициент.

Согласно задания материал магнитной системы - холоднокатаная рулонная сталь марки 3404. Коэффициент заполнения по табл.

2.2 [1] выбираем .

Индукцию в стержнях трансформатора по табл.2.4. [2] принимаем: Тл.

Коэффициент заполнения сечения стержня сталью:

.

В качестве материала для обмоток высокого и низкого напряжения принимаем медный обмоточный провод марки ПБ.

На рис.1. показана главная изоляция обмоток масляных трансформаторов.

По испытательным напряжениям определяем изоляционные расстояния обмоток НН, ВН с учетом конструктивных требований (табл. 4.2., 4.3 [1]).

для обмотки НН: мм, мм, мм- картон

для обмотки ВН: мм, мм, мм, мм

1) Первый основной размер трансформатора - диаметр стержня сердечника:

, см где - мощность на одном стержне

- коэффициент Роговского,

Гц - частота, - приведенная ширина канала рассеяния.

мм (- коэффициент, определяемый по табл.3.3.[1].) следовательно,

Величина определяет соотношение между шириной и высотой трансформатора. По табл. 3.12 [1] в соответствии с мощностью трансформатора и его мощностью, принимаем.

Тогда диаметр стержня:

м.

Округляем к ближайшему нормированному значению:м

2) Второй основной размер - Средний диаметр канала между обмотками НН и ВН:

Определяем k2: По рекомендациям [1] длямедных обмоток принимаем а=1,36.

Средний диаметр канала между обмотками НН и ВН:

d12 = аd = 1,36 0,11 = 0,15м=15мм.

3) Третий основной размер трансформатора - высота обмотки:

м

Активное сечение стержня:



м2.

ЭДС одного витка:

В.

где - средняя плотность тока в обмотках ВН и НН, для медной обмотки.

, А/ммІ

-коэффициент, учитывающий наличие добавочных потерь, по табл.3.6.[1] выбираем

Тогда

МА/мм2

Полученную плотность тока сверим с данными табл. 5.7 [1], где приведены ориентировочные значения практически применяемых плотностей токов.

Согласно рекомендаций таблицы 5.7 [1] для трансформаторов мощностью 40 кВА желательно принимать плотность тока равную 2,2 МА/мм2

Ориентировочное сечение витка каждой обмотки определяется по формуле:



, ммІ

Для обмотки НН, ммІ

Для обмотки ВН, ммІ



3.Расчет обмоток НН и ВН

Расчет обмотки НН

Для обмотки НН применим - двухслойную цилиндрическую обмотку из прямоугольного провода.

Число витков на одну фазу обмотки НН определяется:

витка.

Число витков в слое

Ориентировочный осевой размер витка

Уточненный осевой размер обмотки:

,

Согласно указаниям по табл. 5.3 [1], выбираем провод:

Размеры выбранных проводов:



Толщина изоляции на 2 стороны:мм.

мм2

Полученная плотность тока:

А/мм2

Радиальный размер обмотки с учетом междуслойной изоляции

,

Расчет обмотки ВН

Число витков при номинальном напряжении:

витков.

Обычно ступени регулирования напряжения делаются равными между собой, что обуславливает равенство числа витков на стержнях.

Напряжение между двумя отводами:

В.

Число витков на одну ступень регулирования:



витков.

1-я верхняя ступень: витков

При номинальном напряжении: витков

1-я нижняя ступень: витков

Для обмотки ВН применим - многослойную цилиндрическую обмотку из круглого провода.

Согласно указаниям по табл. 5.4 [1], выбираем провод:

Толщина изоляции на 2 стороны:мм.

Размеры выбранных проводов:

мм2

Полученная плотность тока:

А/мм2

Число витков в слое



Число слоев обмотки

Радиальный размер обмотки с учетом междуслойной изоляции

, мм ,

Окончательные размеры обмоток

	Внутренний диаметр обмотки низкого напряжения
	,
	Наружный диаметр обмотки низкого напряжения
	,
	Внутренний диаметр обмотки высокого напряжения
	Наружный диаметр обмотки высокого напряжения
	где а1 , а2 , а01 , a12 - изоляционные промежутки (табл.4.1)

Поверхность охлаждения обмотки НН:



м2.

Полная поверхность охлаждения обмотки ВН:

м2.

Вес обмотки (кг) определяется соотношением: для обмотки НН измедного провода

кг

для обмотки ВН из медного провода

где mcт - число стержней магнитопровода;

П - сечение витка обмотки;

w - число витков обмотки.

Dср - средний диаметр обмотки.



4. Определение характеристик короткого замыкания

Согласно [1] потери короткого замыкания Рк в трансформаторе могут быть разделены на следующие составляющие:

- основные электрические потери в обмотках ВН и НН, вызванные рабочим током обмоток, Рэл1 и Рэл2;

- добавочные потери в обмотках ВН и НН, вызванные потоком рассеяния, Рg1 и Рg2;

- электрические потери в отводах между обмотками и вводами трансформатора, Ротв1 и Ротв2;

- добавочные потери в отводах, вызванные потоком рассеяния,Ротв.g1 и Ротв.g2;

- потери в стенках бака и других металлических элементах конструкции трансформатора, вызванные потоком рассеяния обмоток и отводов.

Обычно сумма электрических и добавочных потерь в обмотке и отводах заменяется выражением:

Рэ+ Рg= РэКg,

где Кg - коэффициент добавочных потерь.

Таким образом, полные потери короткого замыкания, Вт, могут быть выражены формулой

Рк= Рэ1+ Рэ2 + Ротв1 + Ротв2 + Рб.

Добавочные потери в обмотке НН



, ,

Добавочные потери в обмотке ВН

,

Электрические потери в обмотках:

- в обмотке НН: Вт.

- в обмотке ВН: Вт.

Длина отводов приближенно определяется:

Для НН (соединение Y): см

Для ВН (соединение Y): см.

Вес металла отводов:

Для НН: кг.

Для ВН: кг.

где г = 2,7 кг/дм3 - удельный вес металла отводов.

Электрические потери в отводах:

Вт.

Вт.

В нормальных силовых трансформаторах электрические потери в отводах составляют, как правило, не более 5-8 % потерь короткого замыкания, а добавочные потери в отводах не более 5 %.

Определение потерь в стенках бака и других стальных деталях трансформатора.

Вт

Где К - коэффициент, по табл. 6.1 [1] принимаем К = 0,02

Определение полных потерь короткого замыкания.

Полные потери к. з.:

Вт

Определим соотношение полученной и заданной величин мощности к.з.:

Определение напряжения короткого замыкания

Активная составляющая напряжения короткого замыкания:

Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания,

где - ширина приведенного канала рассеяния:



, %

м.

Уточняем диаметр канала между обмотками

, м

м

тогда реактивная составляющая:

Напряжение короткого замыкания:

Полученная погрешность .



5. Расчет Магнитопровода

Принята конструкция трёхфазной плоской шихтованной магнитной системы, собираемой из пластин холоднокатаной стали марки 3404, толщиной 0,35 мм. Стержни магнитной системы скрепляются без прессующей пластины с прессовкой стержня бандажами из стеклоленты. Размеры пакетов выбраны по табл. 7.3[1] для стержня диаметром 0,11 м.

Размеры пакетов в сечении стержня и ярма по табл. 8.2 [1]:

Таблица 2. Размеры пакетов в сечении стержня и ярма

№ пакета	Стержень, мм	Ярмо, мм
1	105*16	105*16
2	95*11	95*11
3	85*7	85*7
4	75*6	75*6
5	65*4	65*4
6	40*7	-

Общая толщина пакетов стержня (ширина ярма) 0,102 м.

Площадь ступенчатой фигуры сечения стержня по таб. 8.6.:

П Ф,С =86,2 см2

ярма:

ПФ,Я=89,7 см2.

Объем угла магнитной системы: VФ,У=7902 см3.

Активное сечение стержня, м2: . м2.

Активное сечение ярма, м2: . м2.

Объем стали угла магнитнойсистемы, м3:.

м3.

Длина стержня магнитной системы, м: ,

где и - расстояния от обмотки до верхнего и нижнего ярма. Так как нет прессующих колец, то по таб. 4.5. =20 мм.

м.

Расстояние между осями, м:

.

м.

Определение массы стержней и ярм и массы стали.

Масса стали угла, кг:

,

где -плотность холоднокатаной трансформаторной стали.

кг.

Масса стали ярм кг:



.

кг.

Масса стали стержней в пределах окна магнитной системы, кг:

.

кг.

Масса стали в местах стыка пакетов стержня и ярма, кг:

,

где а1Я =195 мм - ширина первого стыкующего пакета ярма.

кг.

Масса стали стержней, кг:

.

кг.

Общая масса стали, кг:

.

кг.



Определение потерь холостого хода.

.Тл.

Индукция в ярме, Тл:

.Тл.

Индукция на косом стыке, Тл:

.Тл.

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

Площадь зазора на косом стыке на крайних стержнях, м2:

.

м2.

Удельные потери для стали стержней, ярм и для стыков находят по таб. 8.10. для стали марки 3405толщиной 0,3мм при шихтованной в одну пластину:

при ВС =1,49 ТЛ рС=0,943 Вт/кг рЗ=826 Вт/м2

при ВЯ =1,47 ТЛ ря=0,916 Вт/кг рЗ=802 Вт/м2

при ВКОС =1,03 ТЛ рКОС=375 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 на основании § 8.2. и таб. 8.12. принимаем коэффициенты:

По таб. 8.13. находим коэффициент .

Потери холостого хода, Вт:

что составляет заданного значения.

Определение тока холостого хода

По таб. 8.17. находим намагничивающие мощности:

при ВС =1,49 ТЛ qС=1,21 В*A/кг qC3 =12880 В*A/м2

при ВЯ =1,47 ТЛ q я=1,156 В*A/кг q Я3 =11960 В*А/м2

при ВКОС =1,03 ТЛ qКОС3 =2220 В*А/м2

Для принятой конструкции магнитной системы и технологии ее изготовления по таб. 8.21. , 8.12. и 8.20. принимаем коэффициенты:

kТ,Р =1,18;kТ,З =1,00;kТ,Я =1;kТ,ПЛ =1,2;kТ,Ш = 1,04;kТ,У =41,7.

Намагничивающая мощность холостого хода, Вт:



.



6. Тепловой расчет и расчет охладительной системы

Поверочный тепловой расчет обмоток

Внутренний перепад температуры:

· обмотка НН (прямоугольный провод):

, °С

где - толщина изоляции на одну сторону,см

-теплопроводность изоляции провода, по табл.10.1 [1] Вт/см °С

°С

обмотка ВН (прямоугольный провод):

Тогда

°С

Перепад на поверхности обмотки:

§ Для обмотки НН (без радиальных каналов):



где

°С

§ Для обмотки ВН: °С

Рассчитаем среднее превышение температуры обмоток над средней температурой масла:

°С

°С

Расчет охладительной системы (бака и охладителей)

По табл. 11.1 [1] в соответствии с мощностью трансформатора выбираем конструкцию бака сстенкой в виде волн.

Рис.2. К определению основных размеров бака

Изоляционные расстояния:

см (равно расстоянию)

см (для отвода Uисп= 35кВ, покрытие 2 мм, по табл. 4.11 [1])

см (для отвода Uисп= 35 кВ, без покрытия расстояние от гладкой стенки бака или собственной обмотки по табл. 4.12 [1])

см (для отвода Uисп= 35 кВ, без покрытия расстояние от гладкой стенки бака или собственной обмотки по табл. 4.11 [1])

см - диаметр изолированного отвода обмотки ВН

см - диаметр изолированного отвода обмотки НН

· Минимальная длина бака трехфазного трансформатора:

м

Принимаем А = 0,82м при центральном положении активной части трансформатора в баке.

· Минимальная ширина бака:

ПринимаемВ =0,33м. По табл. 11.2 [1] минимальное расстояние от верхнего ярма до крышки бака:

мм

Высота активной части:

м

где n - толщина подкладки под нижнее ярмо, по указаниям [1] принимаем n = 4 см

Глубина бака:

м

Среднее превышение температуры масла, омывающего обмотки над температурой воздуха, должно быть не более:

°С

Среднее превышение температуры стенки бака над температурой воздуха будет меньше на величину перепада температуры между маслом и стенкой бака

°С

где°С - по [1]

Полученное значение должно удовлетворять условию:

°С

°С

Так как условие не выполняется, то принимаем, и значение определяем из выражения:

°С

Поверхность излучения бака в предварительном расчете может быть приближённо определена (для бака овального сечения):

Поверхность конвекции крышки бака:

Поверхность конвекции бака в предварительном расчёте:

мІ

Прямой участок а1для 1 ряда труб равен 50 мм.

Высота ряда труб

м;

Длина трубы (первый ряд).

м;

Число труб в ряду:

=0,07 по табл. 9.7 [1].

Поверхность излучениятруб:



= 0,16по табл. 9.7 [1].

Полная поверхность конвекции:

;по табл. 9.6 [1].

Определение превышения температуры обмоток и масла над воздухом

Среднее превышение температуры стенки бака над температурой окружающего воздуха:

°С

Превышение температуры масла в верхних слоях над температурой окружающего воздуха:

°С

для НН: °С

для ВН: °С

Определение веса масла и основных размеров расширителя

Общую массу масла можно определить по формуле:



,

где 1,05 - коэффициент, учитывающий массу масла в расширителе;

- масса масла в элементах системы охлаждения (трубах и радиаторах).

Объем бака:

Масса проводов:

кг

Объем активной части:

м3,

где - масса активной части

=5000-5500 кг/м3 - средняя плотность активной части для трансформаторов с алюминиевыми обмотками согласно[2].

Общая масса масла:

кг

Длина бака расширителя:



м

Объем расширителя обычно составляет около 10 % от общего объема масла. Следовательно,

кг.

Требуемый объем бака расширителя:

м3



Заключение

Трансформаторы являются одним из основных видов электрооборудования, через них передается практически вся электроэнергия, вырабатываемая электрическими станциями, без них не может обойтись ни одна современная электротехническая установка. Поэтому им принадлежит ведущая роль в бесперебойном электроснабжении потребителей электроэнергии. Благодаря им можно получать электрическую энергию при наиболее удобном напряжении, передавать ее с минимальными потерями напряжения и использовать при напряжении, рассчитанном на любого возможного потребителя. Основная роль трансформаторов лежит в развитии энергетики и электрификации народного хозяйства.

Силовой трансформатор принадлежит к деталям, которые радиолюбителю приходится часто изготовлять самому. Поэтому необходимо уметь определять данные силового трансформатора, то есть находить число обмоток, их токи и напряжения, подсчитывать суммарную полезную и потребляемую мощность и рассчитывать эти параметры. Это задача несложная и вполне доступная начинающему радиолюбителю.

В данной курсовой работе были изложены сведения об общем устройстве силового трансформатора, основных режимов работы, а также определялся его расчет.



Литература

трансформатор станция силовой

1.Копылов И.П. Электрические машины.- М.: Высшая школа, Логос 2000.

2.Костенко М.П., Пиотровский Л.М. Электрические машины. - М.: Энергия, - 1972-74гг.

3.П.М. Тихомиров. Расчет трансформаторов: Учеб. пособие для вузов. М.: "Энергоатомиздат", 1986.-528с.

4.А.М. Дымков. Расчет и конструирование трансформаторов. Учебник для техникумов. "Высшая школа", 1971.

5.В.Е. Китаев. Трансформаторы. "Высшая школа", 1967.

6. М.М. Кацман. Электрические машины и трансформаторы. "Высшая школа", 1971.

Размещено на Allbest.ru