Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агенство по образованию

ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет -УПИ»

Проектирование силового трехфазного трансформатора

Методические указания к курсовому проектированию студентов

специальностей

654500 - «Электротехника, электромеханика и электротехнологии» и 140610 - «Электрооборудование и электрохозяйство предприятий, организаций и учреждений»

по дисциплине «Электрические машины»

Екатеринбург 2007

ВВЕДЕНИЕ

В задачу проектирования трансформатора входит: определение конструкции и размеров магнитопровода, выбор типа обмоток и размеров обмоточного провода, выбор изоляции, расчет параметров короткого замыкания и холостого хода, расчет конструкции отводов трансформатора. Кроме того, необходима разработка системы охлаждения, приборов контроля режимов работы и защиты, а также других конструктивных элементов, позволяющих объединить отдельные узлы в единое устройство.

При этом трансформатор должен удовлетворять заданным требованиям, параметрам и характеристикам, должен иметь рациональные весо-габаритные показатели, быть технологичным при изготовлении и соответствовать требованиям стандартов на подобные устройства.

Проектирование трансформатора, как любого технического устройства, является оптимизационной задачей, поскольку требуемые технические характеристики могут быть реализованы конструкциями существенно различающимися весом, размерами, стоимостью, надежностью и т.д.

Рассмотрим основные соотношения, лежащие в основе проектирования трансформатора.

.(1.1)

Фазное напряжение приближенно можно получить из известной формулы [1]

.(1.2)

где - частота сети;

- индукция в стержне магнитопровода;

Пс - сечение стержня;

w - число витков в фазе.

Величину фазного тока выразим через плотность тока и сечение проводника П_пр

.(1.3)

Подстановка выражений для напряжения (1.2) и тока (1.3) в формулу (1.1) дает следующее соотношение для мощности

.(1.4)

Входящее в (1.4) произведение сечения проводника на число витков определим как сечение обмотки (меди)

.(1.5)

Для силовых трансформаторов частота сети задана, а значения индукции и плотности тока лежат в очень узких пределах. Таким образом мощность трансформатора пропорциональна сечению магнитопровода (стали) и сечению обмотки (меди)

.(1.6)

Следовательно, трансформатор требуемой мощности может быть выполнен при различных соотношениях объемов (веса) стали и меди. Кроме того, даже при фиксированных значениях сечения меди, обмотки могут быть выполнены узкими и высокими, или наоборот, широкими и низкими. Очевидно, что изменение геометрических размеров обмотки приведет к изменению таких важных величин, как мощность и напряжение короткого замыкания.

Как правило, при проектировании трансформатора необходимо определить наиболее рациональную конструкцию с точки зрения весо-габаритных и стоимостных показателей, что достигается рациональным выбором конструкции магнитопровода и обмоток, основных размеров трансформатора и удельных нагрузок активных материалов - индукции в магнитопроводе и плотности тока в обмотках. Такое проектирование является весьма сложной и трудоемкой задачей.

Существенное упрощение задачи проектирования возможно при наличии долгосрочного опыта проектирования, создания и эксплуатации подобного рода устройств. На основе такого опыта создаются методики проектирования, в которых определены наиболее рациональные соотношения геометрических размеров, электромагнитных нагрузок в виде достаточно простых зависимостей. Понятно, что такие методики имеют ограниченное значение, поскольку существенное изменение конструкции (например, переход от плоской к пространственной конструкции магнитопровода), применение новых материалов (холоднокатанных, анизотропных сталей), изменение соотношения цен на основные материалы могут сильно изменить основные оптимальные соотношения устройства.

В нашей стране наиболее обоснованной считается методика, предложенная П. М. Тихомировым [4]. В этой методике критерием экономичности является коэффициент , равный отношению средней длины витка двух обмоток трансформатора к их высоте, т. е.

.(1.7)

Эта величина может варьироваться в широких пределах н практически изменяется в существующих сериях трансформаторов от 1,4 до 3,5. При этом меньшим значениям соответствуют трансформаторы относительно узкие и высокие, большим -- широкие в низкие. Меньшим значениям соответствуют меньший расход стали и больший расход меди. С увеличением вес стали увеличивается, вес меди -- уменьшается.

Следовательно, выбор того или иного будет существенно влиять не только на соотношение размеров трансформатора, но также и на соотношение весов активных и других материалов, т. е. в итоге -- на стоимость трансформатора.

1. ЗАДАНИЕ

Целью данного учебного проекта является получение навыков наиболее простого вида инженерной деятельности - проектирования конкретного устройства с использованием типовой методики по известному техническому заданию. Объектом учебного проекта служит силовой трехфазный двухобмоточный трансформатор с плоской несимметричной магнитной системой и масляным охлаждением.

Пояснительная записка должна содержать:

1. определение основных электрических величин;

2. определение основных размеров и изоляционных промежутков;

3. выбор конструкции и расчет обмоток трансформатора;

4. расчет параметров короткого замыкания;

5. Расчет магнитопровода;

6. расчет параметров холостого хода;

7. расчет бака;

8. тепловой расчет.

9. конструирование и разработка технической документации. (хотя этот этап выделен отдельно, конструкторская проработка выполняется одновременно с проектированием на каждом этапе).

Графическая часть проекта - чертеж общего вида трансформатора.

Варианты технического задания приведены в табл. 2.2. Варианты 1-17 - трансформаторы с обмотками из медного провода, 18-34 - с обмотками из алюминиевого провода. Число ступеней регулирования и пределы регулирования для всех проектируемых трансформаторов одинаково: 4 ступени по 2.5%U_ном .

Таблица 2.1.

Классификация силовых трансформаторов общего назначения по габаритам

Номера габаритов	Мощность, кВА	Класс напряжения, кВ
I	До 100	До 35 (включительно)
II	Свыше 100 до 1000	До 35 (включительно)
III	Свыше 1000 до 6300	До 35 (включительно)
IV	Свыше 6300	До 35 (включительно)
V	до 32 000	До 110 (включительно)
VI	Свыше 32 000 до 80 000	До 330 (включительно)
VII	Свыше 80 000 до 200 000	До 330 (включительно)
VIII	Свыше 200 000	Выше 330

Таблица 2.2.

Таблица вариантов

Вариант	Тип трансформатора	Ном. мощность S, кВА	Напряжение ВН, кВ	Напряжение НН, кВ	Схема и группа соединений	Напряжение короткого замыкания uК, %	Потери короткого замыкания РК, кВт
1/18	ТМ-100/10	100	10	0,4	Y/Y0 - 0	4,5	1,97
2/19	ТМ-160/10	160	10,5	0,4	Y/Y0 - 0	4,5	2,65
3/20	ТМ-250/35	250	35	6,3	Y/ - 11	6,5	3,7
4/21	ТМ-400/10	400	10,5	0,4	Y/Y0 - 0	4,5	5,5
5/22	ТМ-400/10	400	10,5	6,3	Y/ - 11	4,5	5,5
6/23	ТМ-400/35	400	35	0,4	Y/Y0 - 0	6,5	5,5
7/24	ТМ-630/10	630	10,5	6,3	Y/ - 11	5,5	7,6
8/25	ТМ-630/10	630	10	0,69	Y/ - 11	5,5	7,6
9/26	ТМ-630/35	630	35	6,3	Y/Y0 - 0	6,5	7,6
10/27	ТМ-630/10	630	10	0,4	Y/Y0 - 0	5,5	7,6
11/28	ТМ-1000/35	1000	35	10,5	Y/ - 11	6,5	12,2
12/29	ТМ-1000/35	1000	35	6,3	Y/ - 11	6,5	12,2
13/30	ТМ-1000/10	1000	10,5	0,4	Y/Y0 - 0	5,5	12,2
14/31	ТМ-1600/10	1600	10	0,4	Y/ - 11	5,5	18,0
15/32	ТМ-1600/35	1600	35	10,5	Y/ - 11	6,5	18,0
16/33	ТМ-2500/10	2500	10	6,3	Y/ - 11	5,5	26,0

2. РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

Расчет электрических величин является первым этапом проектирования трансформатора. Результаты, полученные на этом этапе, определяют выбор основных размеров, электромагнитных нагрузок на последующих этапах. Ниже приводится перечень этих электрических величин и соотношения для их расчета.

2.1 Мощность на один стержень магнитопровода

, кВА ,(3.1)

где m_ст - число стержней магнитопровода. Для рассматриваемых трансформаторов m=m_ст=3.

2.2 Номинальный (линейный) ток обмотки низкого напряжения (НН)

, А(3.2)

2.3 Номинальный (линейный) ток обмотки высокого напряжения (ВН)

, А(3.3)

2.4 Номинальные фазные токи при соединении фаз обмотки в “звезду”

(3.4)

при соединении фаз обмотки в “треугольник”

(3.5)

2.5 Фазные напряжения при соединении фаз обмотки в “звезду”

, В(3.6)

при соединении фаз обмотки в “треугольник”

, В(3.7)

2.6 Испытательные напряжения обмоток

Испытательные напряжения ( U_{1 ИСП} , U_{2 ИСП} ) выбираются в зависимости от номинального напряжения обмоток, которое определяет класс напряжения трансформатора.

Таблица.3.1

Испытательные напряжения промышленной частоты для масляных силовых трансформаторов

Класс напряжения, кВ	3	6	10	15	20	35	110	150	220	330	500
Наибольшее рабочее напряжение, кВ	3,6	7,2	12,0	17,5	24,0	40,5	126	172	252	363	525
Испытательное напряжение, кВ	18	25	35	45	55	85	200	230	325	460	680

2.7 Активная составляющая напряжения короткого замыкания

, %(2.7)

2.8 Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания

, %(2.8)

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ ТРАНСФОРМАТОРА

К ним относятся: диаметр окружности, описывающей сечение стержня магнитопровода ( d) , осевой размер (высота) обмоток ( l ), средний диаметр витка двух обмоток или диаметр осевого канала между обмотками ( d₁₂ ). Основные размеры трансформатора показаны на рис. 4.1.

Этот раздел пояснительной записки должен содержать:

- необходимые расчеты;

- сводку основных размеров трансформатора (табл. 4.9);

- эскиз электромагнитного ядра трансформатора;

.

Рис.3.1. Основные размеры трансформатора

Изоляционные промежутки (рис.4.1) между обмотками и обмотками и магнитопроводом выбираются в соответствии с номинальной мощностью трансформатора и испытательными напряжениями по табл. 4.2, 4.3. Выбранные величины изоляционных промежутков необходимо свести в табл. 4.1.

Таблица.4.1

Значения изоляционных промежутков трансформатора

Расстояние обмотки НН от стержня мм	Расстояние между обмотками ВН и НН, мм	Расстояние между обмотками ВН, мм	Расстояние обмотки ВН от ярма, мм	Расстояние обмотки ВН от ярма, мм
a01	a12	a22	l01	l02

Таблица.4.2

Минимально допустимые изоляционные расстояния для обмоток НН

Мощность трансформатора S , кВА	Испытательное напряжение U1 исп , кВ	Расстояние от от стержня a01 , мм	Расстояние от от ярма, l01, мм
25 - 250	5	4	15
400 - 630	5	5	**
1000 - 2500	5	15	**
630 - 1600	18, 25, 35	15	**
2500 - 6300	18, 25, 35	17.5	**
630 и более	45	20	**
630 и более	55	23	**
Все мощности	85	30	**

Примечание: ** Принимается равным l₀₂ по табл. 4.3.

Таблица.4.3

Минимально допустимые изоляционные расстояния для обмотки ВН

Мощность трансформатора S , кВА	Испытательное напряжение U2 исп , кВ	Между обмотками ВН и НН, a12 , мм	Между обмотками ВН, a22 , мм	Расстояние от от ярма, l02 , мм
25 - 100	18, 25, 35	9	8	20
160 - 630	18, 25, 35	9	10	30
1000 - 6300	18, 25, 35	20	18	50
630 и более	45	20	18	50
630 и более	55	20	20	50
160 - 630	85	27	20	75
1000 - 6300	85	27	30	75
10000 и более	85	30	30	80

3.2 Предварительное значение приведенной ширины обмоток НН и ВН. Приведенная ширина обмоток НН и ВН

(4.1)

определяется по следующей формуле

, мм(4.2)

где коэффициент k_a находится из табл. 4.4, S_ст (кВА).

Таблица.4.4

Значения коэффициента k_a в формуле 4.2

Мощность трансформатора Sном, кВА	Медные обмотки	Алюминиевые обмотки
	U2ном, кВ
	10 кВ	35 кВ	10 кВ	35 кВ
до 100	8.0-6.0	-	10.0-7.5	-
160-630	6.5-5.2	6.5-5.8	8.1-6.5	8.1-7.3
1000-6300	5.1-4.3	5.4-4.6	6.4-5.4	6.8-6.0
10000-80000	-	4.8-4.6	-	6.0-5.8

3.3 Ширина приведенного канала рассеяния

(4.3)

3.4 Диаметр стержня магнитопровода d определяется выражением, полученным в [4]:

, мм(4.4)

Как видно из (4.4) для нахождения диаметра стержня трансформатора необходимо предварительное определение двух величин :

- основного геометрического коэффициента ??

- расчетной индукции стержня В_р.

Значение параметра ?

.(4.5)

влияет на массогабаритные и стоимостные показатели трансформатора. При выборе его можно руководствоваться рекомендациями табл. 4.5.

Таблица.4.5

Рекомендуемые значения ? для масляных трансформаторов

Металл обмоток	? при мощности S , кВА
	25 -630	1000 - 6300	10000 - 80000
Медь	1,2 - 3,6	1,5 - 3,6	1,2 - 3,0
Алюминий	0,9 - 3,0	1,2 - 3,0	1,2 - 3,0

Предварительное значение расчетной индукции в стержне магнитопровода

,(4.6)

где В_с - индукция в стали магнитопровода;

k_З - коэффициент заполнения пакета активной сталью.

k_кр - коэффициент заполнения круга ступенчатой фигурой.

Предварительные значения коэффициентов в (4.3)

.

Индукция в стали стержня магнитопровода определяется маркой электротехнической стали и мощностью трансформатора. В настоящее время для изготовления магнитопроводов трансформаторов применяется холоднокатанные анизотропные стали, для которых рекомендуемые уровни индукций приведены в табл. 4.6.

Таблица 4.6

Рекомендуемая индукция в стержнях силовых масляных трансформаторов

Марка стали	мощность трансформатора S, кВА
	до16	25-100	160 и более
3411,3412, 3413	1.45-1.50	1.50-1.55	1.55-1.60
3404, 3405, 3406, 3407, 3408	1.50-1.55	1.55-1.60	1.55-1.65

3.5 Нормализованный диаметр стержня магнитопровода. определяется округлением рассчитанного по ( 4.4 ) диаметра стержня магнитопровода до ближайшего значения по нормализованной шкале d_Н ( табл. 4.7).

Таблица.4.7

Нормализованный диаметр стержня (мм)

80	85	90	95	100	105	110	115	120	125	130	140
150	160	170	180	190	200	210	220	230	240	250	260
270	280	290	300	310	320	330	340	350	360	370	380

При этом корректируется величина ????Измененное значение

,(4.7)

3.6 Предварительное значение сечения стержня магнитопровода (мм²), определяемое диаметром (d, мм)

, мм²(4.8)

3.7 Средний диаметр обмоток трансформатора

, мм(4.9)

где коэффициент k_d можно принять на этом этапе для медной обмотки - k_d =1,39 , для алюминиевой обмотки k_d =1,47 .

3.8 Высота обмоток трансформатора

, мм(4.10)

3.9 Предварительное значение средней плотности тока обмоток _ср (А/мм²)для медной обмотки

, А/мм²(4.11)

для алюминиевой обмотки

, А/мм²4.12)

Здесь P_к (Вт) и S (кВА) - мощность короткого замыкания и полная мощность трансформатора, заданные в техническом задании;

d₁₂ - средний диаметр обмоток (мм), определяемый на этапе расчета главных размеров;

k_д - коэффициент, учитывающий наличие добавочных потерь и приближенно определяемый полной мощностью трансформатора по табл. 4.8;

u_в - ЭДС одного витка обмоток (В), определяемая соотношением

, В,(4.13)

где B_c - индукция в стержне магнитопровода (Тл), определяемая маркой стали при

расчете главных размеров;

П_с - сечение стержня магнитопровода (мм²).

Таблица. 4.8

Коэффициент k_д учета добавочных потерь в формуле (3.11) и (3.12)

Мощность трансформатора, S, кВА	До 35	35 - 110	110 - 2000	2000-5000	5000-20000
kд	0,99	0,99-0,97	0,95-0,90	0,90-0,89	0,88-0,75

Полученное по (4.11, 4.12) значение плотности тока должно укладываться следующие пределы:

- для медной обмотки -1.8-4.5 А/мм²;

- для алюминиевой обмотки -1.2-2.5 А/мм².

3.10 Сечение витка обмотки предварительно может быть определено следующим образом:

первичной (НН)

, мм²(4.14)

, мм²(4.15)

где I_ф - ток фазы обмотки , А,

_ср - средняя плотность тока обмоток (А/мм²).

Таблица.4.9

Сводная таблица

Расстояние обмотки НН от стержня	a01	мм
Расстояние между обмотками ВН и НН	a12	мм
Расстояние между обмотками ВН	a22	мм
Расстояние обмок от ярма	l0	мм
Высота обмоток	l	мм
Средний диаметр обмоток	d12	мм
Средняя плотность тока в обмотках	ср	А/мм2
Сечение витка первичной обмотки НН	П1	мм2
Сечение витка вторичной обмотки ВН	П2	мм2
ЭДС витка	uв	В
Диаметр стержня магнитопровода	d	мм
Сечение стержня магнитопровода	Пс	мм2
Индукция в стали	Вс	Тл

4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОБМОТОК ТРАНСФОРМАТОРА

Проектирование обмоток трансформатора выполняется после выбора главных размеров трансформатора. Задачи, решаемые на этом этапе:

Выбор типа обмоток и схемы регулирования напряжения.

Расчет и выбор обмоточного провода и определение размеров обмоток.

Этот раздел пояснительной записки должен содержать:

- необходимые расчеты;

- сводку основных данных выбранных обмоток (табл. 5.4);

- эскиз обмоток;

- схему регулирования напряжения.

4.1 Краткие сведения об обмотках трансформаторов

Конструкции обмоток трансформаторов могут существенно различаться в зависимости от мощности и напряжения. Определяющими конструктивное исполнение обмотки являются число витков, сечение витка и класс напряжения.

Классом напряжения обмотки трансформатора называют ее длительно допустимое рабочее напряжение. Класс совпадает с номинальным напряжением электрической сети, в которую обмотка включается. Каждому классу напряжения соответствуют определенные испытательные переменные напряжения при промышленной частоте и импульсные. Классом напряжения трансформатора считают класс напряжения обмотки ВН.

По расположению на стержне обмотки подразделяют на концентрические (рис. 5.1, а) и чередующиеся (рис. 5.1, б). При использовании концентрических обмоток в силовых трансформаторах обмотка НН располагается внутри, а ВН - снаружи.

Основным элементом каждой обмотки является виток, который состоит из одного или нескольких параллельных проводников. Совокупность витков, соединенных последовательно, образует катушку. Обмотка может состоять из одной или нескольких катушек. Витки, вплотную намотанные на цилиндрической поверхности, образуют слой.

Катушки называют «правыми», если обход вдоль витков совершается по часовой стрелке, и «левыми», если обход идет против часовой стрелки (по аналогии с обозначением резьбы винта) (рис. 4.2). От направления намотки витков зависит направление ЭДС, индуцированной в катушке, и направление магнитных силовых линий. По соображениям удобства изготовления большинство обмоток трансформаторов выполняют с левой намоткой.

Рис.4.1. Концентрические и чередующиеся обмотки

Силовые трансформаторы должны позволять регулировать напряжение на нагрузке в небольших пределах. Такое регулирование напряжения осуществляется изменением коэффициента трансформации. С этой целью одна из обмоток (обмотка ВН) должна иметь несколько отпаек. В силовых трансформаторах предусматривается два вида регулирования напряжений силового трансформатора:

- регулирование напряжения путем переключения ответвлений обмотки без возбуждения (ПБВ) после отключения всех обмоток трансформатора от сети;

- регулирование напряжения под нагрузкой (РПН), без отключения обмоток трансформатора от сети.

В масляных трансформаторах мощностью от 25 до 200000 кВА с ПБВ стандартами ГОСТ 12022-66; 11920-73 и 12965-74 предусмотрено выполнение на обмотках ВН четырех ответвлений на +5; +2,5; -2,5 и -5% от номинального напряжения помимо основного зажима с номинальным напряжением.

4.2 Выбор типа обмоток

Проектирование обмоток трансформатора осуществляется с учетом производственных и эксплуатационных требований, предъявляемых к ним.

Производственные требования сводятся к оптимизации затрат материалов и труда на производство трансформатора. Это обеспечивается выбором рационального типа обмотки, материала обмоточного провода, компактным размещением и распределением витков и катушек чтобы ограничить расход обмоточного провода и обеспечить наилучшее заполнение окна магнитопровода.

К эксплуатационным требованиям относятся механическая прочность при воздействии сил короткого замыкания и ограниченный нагрев обмоток в номинальном режиме работы.

Механическая прочность обеспечивается рациональным расположением витков и катушек так, чтобы ограничить возникающие электромагнитные усилия.

Для достижения необходимой нагревостойкости следует обеспечить эффективную теплоотдачу от обмотки в охлаждающую среду путем создания развитой охлаждающей поверхности и выбором рациональной плотности тока. Требование эффективной теплоотдачи ограничивает радиальный размер обмотки между двумя охлаждающими поверхностями.

Основные параметры для выбора типа обмоток следующие:

1. Мощность трансформатора (S, кВА).

2. Ток фазы обмотки (I_ф, А).

3. Номинальное напряжение (U_ном , кВ) .

4. Сечение витка обмотки (П, мм² ).

5. Схема регулирования напряжения (для обмоток ВН).

Первые четыре параметра определены техническим заданием, либо предыдущим этапом проектирования (выбор главных размеров).

На выбор схемы регулировочных ответвлений влияет ряд факторов:

- схема соединения обмоток;

- тип обмотки;

На рис. 5.3 показаны наиболее употребительные схемы выполнения регулировочных ответвлений в обмотках ВН трансформаторов и стандартные обозначения начал, концов и ответвлений обмоток ВН.

Рис. 4.3. Различные схемы выполнения ответвлений в обмотке ВН при регулировании напряжения без возбуждения ПБВ.

При соединении обмоток в звезду наиболее целесообразны схемы рис. 5.3, а, б, в, поскольку допускают применение наиболее простого и дешевого переключателя - одного на три фазы трансформатора. В этих схемах рабочее напряжение между отдельными частями переключателя не превышает 10% линейного напряжения трансформатора. Схема по рис. 5.3, г требует или трех отдельных переключателей для каждой фазы или одного трехфазного переключателя. В последнем рабочее напряжение между отдельными его частями может достигать 50% номинального напряжения обмотки, однако и такие переключатели находят широкое применение.

При соединении обмоток треугольником наиболее целесообразна схема по рис. 5.3, г. В схемах регулирования, по рис. 4.3, а, б регулировочные витки каждой фазной обмотки присоединяются к линейному зажиму соседней фазы и рабочее напряжение между контактами различных фаз на переключателе достигает 100% номинального напряжения обмотки. Схема по рис. 5.3, в при соединении обмотки в треугольник не применяется.

Схемы регулирования по рис. 5.3, а, б могут быть реализованы в цилиндрических обмотках, а по рис. 5.3, в, г - в катушечных. Особенностью схемы по рис. 5.3, в является то, одна половина обмотки мотается правой, а другая левой намоткой.

Для снижения механических усилий, действующих на обмотку при коротком замыкании, рекомендуется размещать симметрично относительно середины высоты обмотки, например по схемам рис. 5.3, б, в, г. Схема по рис. 5.3 а для регулирования напряжения при многослойной цилиндрической обмотке применяется в трансформаторах мощностью до 160 кВА.

При регулировании напряжения по схемам на рис. 5.3, в и г в месте разрыва обмотки в середине ее высоты образуется изоляционный промежуток в виде горизонтального радиального масляного канала. Иногда этот канал заполняется набором шайб, изготовленных из электроизоляционного картона. Размер этого промежутка по схеме рис. 5.3, в определяется половиной фазного напряжения обмотки, а при схеме по рис. 5.3 г - примерно 0,1 фазного напряжения. Увеличение этого промежутка нежелательно, так как приводит к существенному увеличению осевых механических сил в обмотках при коротком замыкании, возрастающих также и с ростом мощности трансформатора. Именно это обстоятельство ограничивает применение схемы по рис. 5.3, в напряжением не свыше 38,5 кВ и мощностью не более 1000 кВА.

4.3 Расчет обмоток

Число витков в фазе обмотки НН

(5.1)

Полученное по (5.1 ) значение w₁ округляется до ближайшего целого числа. При этом корректируется ЭДС одного витка

, В(5.2)

(5.3)

, В.(5.4)

Число витков одной ступени регулирования при соединении обмотки ВН в звезду

(5.5)

Полученное по ( 5.5 ) значение w_2р округляется до ближайшего целого числа.

Полное число витков обмотки ВН (при четырех ступенях регулирования)

(5.6)

Число витков основной части обмотки ВН (при четырех ступенях регулирования)

(5.7)

Дальнейший расчет определяется выбранным типом обмоток (первичной и вторичной). Ниже приведена методика расчета обмоток разных типов.

Цилиндрическая одно- и двухслойная обмотка из прямоугольного провода

Эти обмотки используются в качестве обмоток низкого напряжения (иногда высокого напряжения). Однослойная обмотка применяется при мощности трансформатора до 18 кВА. При большей мощности используется двухслойная обмотка.



Рис.4.4. Цилиндрическая двухслойная обмотка

Число витков в слое обмотки

(5.8)

где n_сл - число слоев обмотки (1 или 2).

Ориентировочный осевой размер витка

, мм(5.9)

где l - высота обмотки (мм), предварительно определенная на этапе выбора главных размеров.

По полученным значениям П (П₁ или П₂)и h_в выбирается провод из сортамента обмоточного провода по табл. 5.7, 5.8.

При невозможности выбора одного провода выбирается несколько параллельных проводов. При этом число параллельных проводов при намотке плашмя не более 6, при намотке на ребро не более 8 (предпочтительна намотка провода плашмя). Суммарное сечение параллельных проводов равно сечению витка.

Для обеспечения эффективной теплоотдачи радиальный размер провода (между двумя охлаждающими каналами) не должен превышать предельного значения, определяемого допустимой плотностью теплового потока (q, Вт/м²) по рис. 5.13 Для масляных трансформаторов q = 1200 - 1500 Вт/м².

Размеры выбранного провода записываются в следующем виде:

.

Полное сечение витка из n_в параллельных проводов

, мм²(5.10)

где П^/ - сечение одного провода ( мм²).

, мм(5.11)

где b^/ - осевой размер провода в изоляции (мм).

Осевой размер обмотки

, мм(5.12)

Радиальный размер обмотки (мм):

, мм(5.13)

где a^/ - радиальный размер провода в изоляции (мм),

a_к - радиальный размер канала между двумя слоями, который выбирается по условиям охлаждения в соответствии с рекомендациями табл. 5.5.

Уточненная плотность тока

, А/мм² .(5.14)

Поверхность охлаждения обмотки трех фаз (ориентировочно):

, мм² ,(5.15)

где k - учитывает закрытие части поверхности обмотки рейками и другими изоляцион- ными деталями (k = 0,75).

Многослойная цилиндрическая обмотка из прямоугольного провода

Обмотка этого типа может применяться в качестве обмотки высокого напряжения (в некоторых случаях низкого напряжения) в масляных трансформаторах класса напряжения 10 и 35 кВ мощностью свыше 1000 кВА.

Рис .5.6.Сечение витка обмотки

По сечению витка (П, мм²) выбирается провод из сортамента обмоточного провода по табл. 5.7, 5.8 (в один провод или несколько параллельных проводов). Размеры выбранного провода записываются в следующем виде:

.

Высота витка

, мм ,(5.17)

где b^/ - размер провода в изоляции в осевом направлении (мм),

n_в - число параллельных проводов в витке.

Число витков в слое

,(5.18)

где l - высота обмотки (мм), предварительно определенная на этапе выбора главных размеров.

Полученное значение w_сл округляется до целого числа.

Число слоев обмотки

(5.19)

округляется до большего целого числа.

Уточненный осевой размер обмотки:

, мм(5.20)

Для расчета радиального размера обмотки необходим выбор междуслойной изоляции, которая определяется напряжением двух слоев

, В(5.21)

По табл. 5.2 выбирается число слоев и общая толщина (_мсл) для междуслойной изоляции.

Таблица 5.2.

Междуслойная изоляция в многослойной цилиндрической обмотке из прямоугольного провода

Рабочее напряжение двух слоев, В	Количество слоев изоляции	Толщина листов, мм	Материал
До 150	2	0,06	Телефонная бумага
150 - 200	1	0,2	Кабельная бумага или картон
200 - 300	2 1	0,2 0,5	Кабельная бумага или картон

Радиальный размер обмотки с учетом междуслойной изоляции

, мм ,(5.22)

где a^/ - радиальный размер провода в изоляции (мм).

Этот размер (a) не должен превышать предельного значения (между двумя охлаждающими каналами) по допустимой плотности теплового потока, определяемого по рис.4.13 (для масляного трансформатора q=1200-1500 Вт/м²).

Если размер (a) превышает предельное значение, то обмотка делится на 2 (или более) катушки с осевым каналом между ними (см. рис. 5.7). Ширина канала a_к = 0,01 l, но не менее 5 мм. При этом радиальный размер обмотки увеличивается на ширину канала (или каналов):

, мм(5.23)

где n - число катушек.

Полное сечение витка из n_в параллельных проводов

, мм²(5.24)

где П^/ - сечение выбранного провода, мм².

Уточненная плотность тока

, А/мм² .(5.25)

Поверхность охлаждения обмотки

, мм²(4.26)

где k - коэффициент, учитывающий закрытие части обмотки рейками и другими изоляционными деталями (k = 0,75).

Цилиндрическая многослойная обмотка из круглого провода

Обмотка такого типа используется в качестве обмотки высокого напряжения в масляных трансформаторах класса напряжения до 35 кВ мощностью до 630 кВА.

Рис. 5.8. Цилиндрическая обмотка из круглого провода

По ориентировочному сечению витка подбирается провод (в некоторых случаях 2-3 одинаковых параллельных провода) из сортамента обмоточного провода по табл. 5.6.

Размеры выбранного провода записываются в следующем виде:

.

Число витков в слое

(5.27)

где l - высота обмотки (мм), предварительно определенная на этапе выбора главных

размеров;

d^/ - диаметр провода в изоляции (мм).

Число витков в слое округляется до целого.

Число слоев в обмотке

(5.28)

округляется до большего целого.

Уточненный осевой размер обмотки

, мм(5.29)

Для расчета радиального размера обмотки необходим выбор междуслойной изоляции, которая определяется напряжением двух слоев

, В

Таблица 5.3.

Междуслойная изоляция в многослойной цилиндрической обмотке из круглого провода

Рабочее напряжение двух слоев, В	Число слоев кабельной бумаги толщиной 0,12 мм	Выступ междуслойной изоляции (на одну сторону), мм
До 1000	2	10
1000 - 2000	3	16
2000 - 3000	4	16
3000 - 3500	5	16
3500 - 4000	6	22
4000 - 4500	7	22
4500 - 5000	8	22
5000 - 5500	9	22

Радиальный размер обмотки с учетом междуслойной изоляции (мм)

, мм(5.30)

Этот размер (a) не должен превышать предельного значения (между двумя охлаждающими каналами) по допустимой плотности теплового потока, определяемого по рис. 5.13. (Для масляного трансформатора q=1200-1500 Вт/м²). Если размер (a) превышает предельное значение, то обмотка делится на 2 (или более) катушки с осевым каналом между ними (см. рис.7). Ширина канала a_к = 0,01 l, но не менее 5 мм. При этом радиальный размер обмотки увеличивается на ширину канала (или каналов)

, мм(5.31)

где n - число катушек.

Полное сечение витка из n_в параллельных проводов

, мм²(5.32)

где П^/ - сечение выбранного провода ( мм²).

Уточненная плотность тока

, А/мм²(5.33)

Поверхность охлаждения обмотки

, мм²(5.34)

где k - коэффициент, учитывающий закрытие части обмотки рейками и другими изоляционными деталями (k = 0,75).

Непрерывная катушечная (спиральная) обмотка

Непрерывная катушечная обмотка используется в качестве обмотки высокого (иногда низкого) напряжения в масляных трансформаторах мощностью более 100 кВА класса напряжения до 220 кВ. Эта обмотка состоит из ряда последовательно соединенных катушек, намотанных в виде плоских спиралей из одного или нескольких проводов прямоугольного сечения. Непрерывная катушечная обмотка не имеет обрывов и паек провода (за исключением регулировочных катушек обмотки ВН).

5.3.34.По ориентировочному сечению витка подбирается обмоточный провод из сортамента (табл.5.7, 5.8.) и число параллельных проводов. Для получения наиболее компактной обмотки следует выбирать более крупные сечения с большим размером b^/ и меньшим числом параллельных проводов.

При этом необходимо учитывать, что по условиям теплоотвода осевой размер провода (b^/) между двумя охлаждающими каналами не должен превышать предельное значение, определяемое допустимой плотностью теплового потока по рис.5.13. Допустимая плотность теплового потока для масляных трансформаторов q = 1200 - 1500 Вт/м². Если осевой размер выбранного провода существенно меньше предельного значения (в два и более раз) , следует применить сдвоенные катушки. При этом между отдельными катушками в паре прокладываются изоляционные шайбы толщиной _ш , а между парами катушек формируется радиальный охлаждающий канал высотой h_к (рис.5.11).

Рис.5.10. Спиральная обмотка

Число катушек обмотки

с каналами между всеми катушками рис. 5.2,а

(5.35)

с каналами между парами катушек

(5.36)

где l - высота обмотки (мм), предварительно определенная на этапе выбора главных размеров;

h_к - осевой размер канала (мм).

Осевой размер масляного канала h_к зависит от рабочего напряжения одной катушки (U_кат, В) и может быть определен эмпирическим соотношением

, мм5.37)

но не может быть меньше 4 мм.

Толщина изоляционных шайб между катушками в паре _ш=1 мм (две шайбы по 0,5 мм).

В обмотке ВН для удобства выполнения отводов от обмотки число катушек должно быть четным. В противном случае следует повторить выбор провода из сортамента с другим соотношением размеров либо незначительно скорректировать высоту обмотки.

Размеры выбранного провода записываются в виде

.

Высота обмотки

- с каналами между всеми катушками

, мм²5.38)

- со сдвоенными катушками

, мм(5.39)

Коэффициент k учитывает усадку изоляции после сушки и опрессовки (k = 0,94-0,96).

Число витков в катушке

(5.40)

Для обмоток ВН полученное значение (5.36) считать предварительным для определения числа витков основных и регулировочных катушек. При этом необходимо выполнить условия:

- регулировочная ступень должна состоять из целого числа регулировочных катушек

,(5.41)

где n_рег - число катушек в одной ступени регулирования;

w_рег - число витков в регулировочной катушке,

- основная часть обмотки состоять из целого четного числа основных катушек

,(5.42)

где n_осн - число катушек в основной части обмотки;

w_осн - число витков в основной катушке,

- общее число основных и регулировочных катушек должно быть равно катушек, определенных по (4.6)

,(5.43)

- числа витков основной и регулировочной катушек не должны различаться слишком сильно.

Радиальный размер обмотки

, мм,(5.45)

где a^/ - радиальный размер провода (мм);

n_в - число параллельных проводов в витке;

w_к - число витков в катушке, дополненное до ближайшего большего целого числа.

Полное сечение витка из n_в параллельных проводов

, мм²(5.46)

где П^/ - сечение выбранного провода (мм²).

Уточненная плотность тока

, А/мм²(5.47)

Поверхность охлаждения обмотки :

- с каналами между всеми катушками

, мм²(5.48)

- со сдвоенными катушками

, мм²(5.49)

Окончательные размеры обмоток

(5.50)

Наружный диаметр обмотки низкого напряжения

(5.51)

Внутренний диаметр обмотки высокого напряжения

(5.52)

Наружный диаметр обмотки высокого напряжения

(5.53)

Вес обмотки (кг) определяется соотношением:

для медного провода

, кг(5.54)

для алюминиевого провода

, кг(5.55)

где m_cт - число стержней магнитопровода;

П - сечение витка обмотки;

w - число витков обмотки.

Таблица 5.4.

Основные параметры обмоток

Параметр	Обмотка НН	Обмотка ВН
Тип обмотки
Число витков обмотки
Число витков в основной части обмотки ВН	-
Число витков в регулировочной ступени ВН	-
Количество катушек
Число витков в катушке (основной)
Число витков в катушке (регулировочной)*	-
Число витков в слое**
Провод (марка, размеры), мм
Сечение провода, мм2
Сечение витка, мм2
Плотность тока, А/мм2
Осевой размер обмотки, мм
Радиальный размер обмотки, мм
Диаметр обмотки ,мм : наружный внутренний
Вес обмотки, кг

Примечание * для катушечной обмотки

** для цилиндрических обмоток

Рис. 5.13. Предельный размер обмотки между двумя охлаждающими каналами:

а) - для медной обмотки, б) - для алюминиевой обмотки.

Таблица 5.5.

Минимальные размеры охлаждающих осевых каналов в обмотках

Длина канала (высота обмотки), мм	Ширина канала, мм
	Между обмотками	Между обмоткой и цилиндром	Между обмоткой и стержнем
До 300	4 - 5	4	4 - 5
300 - 500	5 - 6	5	5 - 6
500 - 1000	6 - 8	5 - 6	6 - 8
1000 - 1500	8 - 10	6 - 8	8 - 10

Таблица 5.6.

Размеры и сечения круглого медного ПБ и алюминиевого АПБ провода(провод, изолированный бумагой)

	Диаметр проводника, мм	Сечение проводника, мм2	Толщина изоляции, мм	Диаметр проводника, мм	Сечение проводника, мм2	Толщина изоляции, мм
ПБ	1,20	1.131	0,30	2,44	4,68	0,30
ПБ	1,25	1,23	0,30	2,63	5,43	0,30
ПБ	1,30	1,33	0,30	2,83	6,29	0,30
ПБ, АПБ	1,35	1,43	0,30	3,05	7,31	0,30
ПБ, АПБ	1,45	1,65	0,30	3,28	8,45	0,30
ПБ, АПБ	1,50	1,77	0,30	3,53	9,79	0,30
ПБ, АПБ	1,56	1,91	0,30	3.80	11.34	0,30
ПБ, АПБ	1,68	2,22	0,30	4.10	13.2	0,30
ПБ, АПБ	1,74	2,38	0,30	4.50	15.9	0,30
ПБ, АПБ	1,81	2,57	0,30	4.80	18.09	0,30
ПБ, АПБ	1,88	2,78	0,30	5.00	19.63	0,30
ПБ, АПБ	1,95	2,99	0,30	5.20	21.22	0,30
ПБ, АПБ	2,10	3,46	0,30	6.00	28.26	0,30
ПБ, АПБ	2,26	4,01	0,30	8.00	50.24 <...

Подобные документы

• Расчет силового трансформатора

  Расчет основных размеров и массы трансформатора. Определение испытательных напряжений обмоток и параметров холостого хода. Выбор марки, толщины листов стали и типа изоляции пластин, индукции в магнитной системе. Расчет параметров короткого замыкания.
  
  курсовая работа [812,3 K], добавлен 20.03.2015
  

• Расчет трансформатора 4000/10/6,3

  Определение основных электрических величин и размеров трансформатора. Выбор конструкции магнитной системы, толщины листов стали и типа изоляции пластин. Расчет обмоток, потерь и напряжения короткого замыкания, тока холостого хода. Тепловой расчет бака.
  
  курсовая работа [1,5 M], добавлен 23.11.2014
  

• Расчет трансформатора типа ТМ–1600/20

  Определение геометрических параметров трансформатора. Выбор схемы магнитопровода. Расчет обмоток высокого и низкого напряжения, потерь мощности короткого замыкания, тока холостого хода трансформатора, бака и радиаторов. Размещение отводов и вводов.
  
  курсовая работа [926,2 K], добавлен 09.05.2015
  

• Расчет трехфазного трансформатора

  Определение основных электрических параметров и размеров трансформатора, расчет обмоток, выбор его схемы и конструкции. Параметры короткого замыкания. Тепловой расчет исследуемого трехфазного трансформатора. Окончательный расчет магнитной системы.
  
  курсовая работа [984,2 K], добавлен 29.05.2012
  

• Проектирование силового трехфазного трансформатора

  Расчет исходных данных и основных коэффициентов, определение основных размеров. Расчет обмоток низкого и высокого напряжения, параметров короткого замыкания, магнитной системы трансформатора, потерь и тока холостого хода, тепловой расчет обмоток и бака.
  
  курсовая работа [196,7 K], добавлен 30.05.2010
  

• Проектирование силового трансформатора

  Расчет основных электрических величин, размеров и обмоток трансформатора. Определение потерь короткого замыкания. Расчет магнитной системы и определение параметров холостого хода. Определение механических сил в обмотках и нагрева обмоток трансформатора.
  
  курсовая работа [2,1 M], добавлен 19.09.2019
  

• Расчёт и конструирование силового трёхфазного трансформатора

  Расчет главных размеров трансформатора. Выбор конструкции обмоток из прямоугольного и круглого проводов. Определение потерь короткого замыкания. Проведение расчета механических сил и напряжений между обмотками, а также тока холостого хода трансформатора.
  
  курсовая работа [1,8 M], добавлен 02.06.2014
  

• Расчет масляного трансформатора типа ТМ-250/10

  Мощность одной фазы и одного стержня трансформатора. Выбор схемы конструкции и изготовления магнитной системы. Расчет трансформатора и выбор соотношений конструкции обмоток размеров с учетом заданных значений. Определение параметров короткого замыкания.
  
  курсовая работа [202,8 K], добавлен 11.10.2012
  

• Проект силового трёхфазного трансформатора мощностью 4300 кВА

  Определение основных электрических величин. Расчет размеров трансформатора и его обмоток. Определение параметров короткого замыкания. Окончательный расчет магнитной системы и параметров холостого хода. Тепловой расчет и расчет системы охлаждения.
  
  курсовая работа [1,2 M], добавлен 21.06.2011
  

• Расчет основных электрических величин трансформатора

  Определение основных размеров трансформатора. Рассмотрение параметров короткого замыкания. Выбор типа обмоток трехфазного трансформатора. Определение размеров ярма и сердечника в магнитной системе. Тепловой расчет трансформатора и охладительной системы.
  
  курсовая работа [2,4 M], добавлен 07.05.2019
  

• Расчет силового трехфазного трансформатора

  Предварительный расчет трансформатора и выбор соотношения основных размеров с учетом заданных значений. Определение потерь короткого замыкания, напряжения, механических сил в обмотках. Расчёт потерь холостого хода. Тепловой расчет обмоток и бака.
  
  курсовая работа [665,1 K], добавлен 23.02.2015
  

• Расчет силового трансформатора

  Определение электрических величин. Фазные напряжения и токи. Выбор главной и продольной изоляции. Определение основных размеров трансформатора. Выбор конструкции обмоток. Расчет обмотки низшего и высшего напряжения, параметров короткого замыкания.
  
  курсовая работа [2,7 M], добавлен 12.06.2015
  

• Силовой трансформатор

  Определение основных электрических величин. Выбор главной и продольной изоляции, конструкции магнитопровода. Расчет размеров трансформатора, обмоток низшего и высшего напряжения, параметорв короткого замыкания и магнитной системы трансформатора.
  
  курсовая работа [2,6 M], добавлен 10.06.2015
  

• Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора

  Расчет основных электрических величин. Выбор изоляционных расстояний и расчет основных размеров трансформатора. Расчет обмоток низкого и высшего напряжения. Определение параметров короткого замыкания. Определение размеров и массы магнитопровода.
  
  курсовая работа [1,7 M], добавлен 12.03.2009
  

• Расчет силового трансформатора

  Определение электрических величин трансформатора. Расчет тока 3-х фазного короткого замыкания и механических усилий в обмотках при коротком замыкании, потерь и КПД. Выбор типа конструкции обмоток. Определение размеров магнитной системы. Тепловой расчет.
  
  курсовая работа [292,2 K], добавлен 21.12.2011
  

• Трансформатор ТМ 160/10/0.4

  Описание конструкции трансформаторов. Расчет масляного трансформатора типа ТМ160/10, мощностью 160 кВА и классом напряжения 10 кВ. Расчёт размеров трансформатора, магнитной системы, системы охлаждения, параметров короткого замыкания, холостого хода.
  
  курсовая работа [1,8 M], добавлен 17.01.2011
  

• Расчет трехфазного силового трансформатора с масляным охлаждением

  Выбор марки и толщины листов стали и типа изоляции пластин. Определение испытательных напряжений обмоток. Расчет механических сил в обмотках при коротком замыкании. Определение размеров пакетов и активных сечений стержней и ярм, параметров холостого хода.
  
  курсовая работа [675,4 K], добавлен 13.01.2016
  

• Расчет силового трансформатора

  Проектирование силового трансформатора ТМ-10000/35. Выбор изоляционных расстояний. Расчет размеров трансформатора, электрических величин, обмоток, параметров короткого замыкания, магнитной системы, коэффициента полезного действия при номинальной нагрузке.
  
  курсовая работа [3,4 M], добавлен 10.12.2013
  

• Трансформатор ТМ 1600/35

  Расчет электрических величин трансформатора. Выбор материала и конструкции магнитной системы, определение размеров главной изоляции обмоток. Расчет напряжения короткого замыкания. Определение размеров магнитной системы, тепловой расчет трансформатора.
  
  курсовая работа [443,7 K], добавлен 07.04.2015
  

• Расчет трансформатора

  Расчет основных электрических величин и изоляционных расстояний, определение размеров трансформатора. Вычисление параметров короткого замыкания, магнитной системы, потерь и тока холостого хода. Тепловой расчет трансформатора, его обмоток и бака.
  
  курсовая работа [4,4 M], добавлен 06.11.2014
  

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам