Проектирование трансформатора 25кВ*А

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

• Техническое задание
• Введение
• 1. Расчет трансформатор
• 1.1 Расчет основных электрических величин трансформатора
• 1.2 Основные размеры
• 2. Выбор типа конструкций и расчет обмоток ВН и НН
• 2.2 Расчет обмотки НН
• 2.3 Расчет обмотки ВН
• 3. Расчет параметров короткого замыкания
• 3.1 Расчет потерь в обмотках
• 3.2 Расчет потерь в отводах и стенках бака трансформатора
• 3.3 Суммарные потери КЗ и расчет напряжения КЗ
• 3.4 Расчет усилий, возникающих при КЗ
• 4. Расчет магнитной системы трансформатора
• 4.1 Определение размеров магнитной системы и массы стали
• 4.2 Расчет потерь холостого хода
• 4.3 Расчет тока холостого хода
• 5. Определение рабочих характеристик трансформатора
• Вывод
• Список используемой литературы


Техническое задание

Мощность трансформатора:

Материал обмоток: Алюминий

Схема соединения обмоток:

Напряжения обмоток:

Обмотка ВН: кВ

Обмотка НН: ,4 кВ

Потери холостого хода: ,120 кВт

Потери короткого замыкания: ,6 кВт

Напряжение короткого замыкания:

Ток холостого хода:



Введение

Назначение и роль трансформаторов

Трансформатором называется статическое электромагнитное устройство, имеющее две или больше 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. кВА и более. Принято различать трансформаторы малой мощности с выходной мощностью 4 кВА и ниже для однофазных и 5 кВА и ниже для трехфазных сетей и трансформаторы силовые мощностью от 6,3 кВА и более для трехфазных и от 5 кВА и более для однофазных сетей.

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, или для питания приемников электрической энергии, не отличающихся особыми условиями работы, характером нагрузки или режимом работы. Трансформаторы специального назначения предназначены 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.

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 15, 75 кВ 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 на 242 кВ; 230 на 121 кВ; 115 на 38,5 кВ; 35 на 11 кВ; 10 кВ на 0,4 или 0,69 кВ.

Современные тенденции в производстве трансформаторов

Определяя место силового трансформатора в электрической сети, следует отметить, что по мере удаления от электростанции единичные мощности трансформаторов уменьшаются, а удельный расход материалов на изготовление трансформатора и потери, отнесенные к единице мощности, а также цена 1 кВт потерь возрастают. Поэтому значительная часть материалов, расходуемых на все силовые трансформаторы, вкладывается в наиболее отдаленные части сети, т. е. в трансформаторы с высшим напряжением 35 и 10 кВ. В этих же трансформаторах возникает основная масса потерь энергии, оплачиваемых по наиболее дорогой цене.

Потери холостого хода трансформатора являются постоянными, не зависят от тока нагрузки и возникают в его магнитной системе в течение всего времени, когда он включен в сеть. Потери короткого замыкания (нагрузочные) изменяются с изменением тока нагрузки и зависят от графика нагрузки трансформатора. Характер суточного или годового графика нагрузки трансформатора зависит от его места в сети и характера нагрузки -- промышленная, бытовая, сельскохозяйственная и т, д. Для экономических расчетов трансформаторы сети принято разделять на трансформаторы электрических станций, основной сети при напряжениях 110 кВ и выше и распределительной сети, непосредственно питающие потребителей при напряжениях 10 и 35 кВ. Силовой трансформатор является одним из важнейших элементов современной электрической сети, и 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, выпускавшихся в последующие годы, потери холостого хода снижены до 50 % и потери короткого замыкания 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 чувствительной 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 конструкций магнитных систем, а также с новой прогрессивной технологией заготовки и обработки пластин и сборки магнитной системы и остова.

Основные материалы, применяемые в трансформаторостроении

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. Применение того или иного материала может отразиться на технологии изготовления трансформатора и его конструкции. Замена одних активных или изоляционных материалов другими иногда приводит к существенному изменению конструкции и технологии изготовления трансформатора.

Выбор марки стали и вида изоляции пластин

Материалом для магнитной системы силового трансформатора служит электротехническая холоднокатаная анизотропная тонколистовая сталь, главным образом марок 3404, 3405, 3406, 3407 и 3408 по ГОСТ 21427.1-83, поставляемая в рулонах. Применение холоднокатаной стали марок 3411, 3412 и 3413 по ГОСТ 21427.1-83 для основных серий трансформаторов не практикуется, но не исключено использование этой и горячекатаной стали марок 1511, 1512, 1513 для электрических реакторов, выпускаемых трансформаторными заводами.

Конструкции основных частей трансформатора

В конструктивном отношении современный силовой масляный трансформатор можно схематически представить состоящим из трех основных систем - магнитной, системы обмоток с их изоляцией и системы охлаждения и вспомогательных систем - устройства регулирования напряжения, измерительных и защитных устройств, арматуры и др. В трансформаторах с воздушным охлаждением, как правило, отсутствуют измерительные и защитные устройства и арматура, а система охлаждения не выделяется в виде отдельных конструктивных единиц.



1. Расчет трансформатор

1.1 Расчет основных электрических величин трансформатора

Мощность обмоток одного стержня трансформатора определяется по формуле (3.2) [л.1, стр. 97]:

где S - мощность трансформатора по заданию; c - число активных стержней трансформатора.

Номинальный (линейный) ток обмотки ВН и НН трехфазного трансформатора определяется по формуле (3.3) [Л. 1, стр. 97]

ВН:

НН:

где U - номинальное линейное напряжение соответствующей обмотки; I - ток обмотки одного стержня трёхфазного трансформатора.

Фазный ток обмотки одного стержня трехфазного трансформатора при соединении обмоток в звезду определяется за формулой (3.5) [Л. 1 стр. 97], а фазные напряжения по формуле (3.7) [Л. 1 стр. 98]:

ВН:

НН:

ВН:

НН:

Для определения изоляционных промежутков между обмотками и другими токоведущими частями и заземлёнными деталями трансформатора существенное значение имеют испытательные напряжения, при которых проверяются электрическая прочность изоляции трансформатора. Испытательное напряжение определяется по таблице 4.1 [Л. 1, стр. 169] для каждой обмотки трансформатора по её классу напряжения.

ВН: U_исп=35 кВ,

НН: U_исп=5 кВ.

Потери короткого замыкания, указанные в задании, дают возможность определить активную составляющую напряжения короткого замыкания, % по формуле (3.9) [Л. 1, стр. 99]:

где P_к - потери короткого замыкания в кВт; S - номинальная мощность в кВА.

Реактивная составляющая при заданном напряжении короткого замыкания определяется по формуле (3.10) [Л. 1, стр. 99]:



1.2 Основные размеры

Основные параметры трансформатора показаны на рисунке 4.

Рисунок 4- Основные размеры трансформатора

Расчет основных параметров трансформатора начинается с определения диаметра стержня по формуле (3.17) [Л. 1, стр. 106]:

где - ширина приведенного канала рассеяния трансформатора определяется как .

Размер - размер канала между обмотками ВН и НН, определяется по

таблице 4.5 [Л. 1, стр. 184] и равен 0,009 м.

При определении основных размеров трансформатора определяется по формуле (3.28) [Л. 1, стр. 120]:

где - коэффициент канала рассеяния, зависит от мощности трансформатора, напряжения обмотки ВН и уровня потерь к.з. Р_к, находится по таблице 3.3 [Л. 1, стр. 121] и выбирается равным 0,63.

- приближенно равен отношению средней длины витка двух обмоток трансформатора к их высоте и определяет соотношение между шириной и высотой трансформатора. В расчете данного трансформатора с таблицы 3-12 [Л. 1, стр. 159] принимается равным 1,4;

- коэффициент приведения идеального поля рассеяния к реальному полю (коэффициент Роговского) при определении основных размеров можно приближенно принять 0,95;

- частота сети, в которой будет установлен трансформатор, равная 50 Гц;

- реактивная составляющая напряжения короткого замыкания, ;

- индукция в стержне, выбирается с таблицы 2.4 [Л. 1, стр. 78], равна 1,55Тл;

- коэффициент заполнения активным сечением стали площади круга, описанного около сечения круга. Этот коэффициент равен произведению



,

в свою очередь коэффициенты и находятся по таблицам 2.2 [Л. 1, стр. 77] и 2.5 [Л. 1, стр. 83] соответственно, и они имеют значения =0,97, =0,89.

Выбираем трехфазную стержневую шихтованную магнитную систему с косыми стыками на крайних стержнях и прямыми стыками на среднем стержне. Сталь выбираем марки 3404 с толщиной одного листа 0,35 мм.

Рисунок 5 - Эскиз магнитной системы

Поскольку полученный диаметр соответствует одному из значению стандартного ряда диаметров, то выбираем нормализованный диаметр, который равен 0,085 м [Л. 1, стр. 87].

После этого рассчитаем коэффициент , соответствующий нормализированному диаметру, по формуле (3.69) [Л. 1, стр. 163]:



.

Средний диаметр канала между обмотками определяется по формуле

(3.70) [Л. 1, стр. 163]:

где - радиальный размер осевого канала между стержнем и обмоткой НН, м - таблица 4.4 [Л. 1, стр. 183],

- радиальный размер обмотки НН, может быть приближенно рассчитан по формуле (3.71) [Л. 1, стр. 164]:

Высоту обмотки определим по формуле (3.72) [Л. 1, стр. 164]:

Активное сечение стержня, т.е. чистое сечение стали, определим по формуле (3.73) [Л. 1, стр. 164]:



Электродвижущая сила одного витка определяется по формуле (3.74) [Л. 1, стр. 164]:



2. Выбор типа конструкций и расчет обмоток ВН и НН

2.1 Выбор типа обмоток

Типы обмоток выбираем по таблице 5.8 [Л.1,стр. 258].

Обмотка ВН

Тип обмотки: Цилиндрическая многослойная из круглого провода.

Основные преимущества: Простая технология изготовления.

Основные недостатки:Ухудшение теплоотдачи и уменьшение механической прочности с ростом мощности трансформатора.

Обмотка НН

Тип обмотки: Цилиндрическая одно- или двухслойная обмотка из прямоугольного провода.

Основные преимущества: Простая технология изготовления, хорошее охлаждение.

Основные недостатки: Малая механическая прочность.

По таблице 4.5 [Л.1, стр.184] для испытательного напряжения кВ находим изоляционные расстояния для обмотки ВН (см. рисунок 1 ).

По таблице 4.4 [Л.1 стр.183] для испытательного напряжения кВ находим изоляционные расстояния для обмотки НН (см. рисунок 1 ).

2.2 Расчет обмотки НН

Число витков на одну фазу обмотки НН определяется по формуле (6.1) [Л. 1, стр. 265]:



витков,

но так как не может быть дробное число витков, принимаем =137 витков.

Напряжение одного витка найдем по формуле (6.2) [Л. 1, стр. 265]:

В.

Находим действительную индукцию в стержне (6.3) [Л.1, стр. 265]:

Тл.

Предварительное значение плотности тока (5.4) [Л.1, стр. 255]:

,

k_д=0,97 таблица 3.6 [Л.1, стр. 131].

Полученное значение соответствует таблице 5.7 [Л.1, стр. 257].

Выберем двухслойную обмотку, для которой количество витков в одном слое рассчитывается по формуле (6.4а) [Л. 1, стр. 266]:

витков,

но поскольку количество витков должно быть целым числом, то выбираем 69 витков.

Ориентировочный осевой размер витка найдем по формуле (6.5)

[Л. 1, стр. 266]:

м.

Ориентировочное сечение витка найдем по формуле (6.6) [Л. 1, стр. 266]:

мм².

Теперь по полученным данным и выбираем алюминиевых проводов с таблицы 5.2 [Л. 1, стр. 212], с бумажной изоляцией, намотка на ребро.

Уточненное значение =26,3 мм².

Полное сечение витка из одного провода определяется по формуле (6.7)

[Л. 1, стр. 267]:

мм²,

На рисунке 3 показан способ намотки провода НН на стержень:



Рисунок 6 - Эскиз намотки провода обмотки НН

Осевой размер витка определим исходя из рисунка 6:

м.

Полученная плотность тока определяется по формуле (6.8) [Л. 1, стр. 267]:

А/м².

Осевой размер обмотки определим по формуле (6.9) [Л. 1, стр. 267]

м.



Радиальный размер двухслойной обмотки определим по формуле (6.11) [Л. 1, стр. 267]:

м,

где - радиальный размер канала выбирается равным 4 мм из таблицы 9.2 [Л. 1, стр. 426].

Внутренний диаметр обмотки определяется по формуле (6.12) [Л.1, стр. 268]:

м.

Наружный диаметр обмотки определяется по формуле (6.13) [Л. 1, стр. 268]:

м.

Полная охлаждаемая поверхность для двухслойной обмотки НН без охлаждающего канала определяется по формуле (6.14) [Л. 1, стр. 268]:

м²,

где с - число активных стержней; - коэффициент, который учитывает закрытие части поверхности обмотки рейками и другими изоляционными деталями, при предварительном расчете может быть принят 0,75.



2.3 Расчет обмотки ВН

Число витков при номинальном напряжении определяется по формуле (6.27) [Л. 1, стр. 284]:

витков.

Число витков на одной ступени регулирования напряжения при соединении обмоток ВН в звезду определяется по формуле (6.28) [Л. 1, стр. 281]:

витков,

где - напряжение на одной ступени регулирования обмотки. Поскольку на трансформаторе будет установлено ПБВ с шагом 2,5%, то = 250 В.

Верхние ступени: витков,

Номинальное число витков: витков,

Нижние ступени: витков.

Плотность тока в обмотке ВН предварительно определяется по формуле (6.33) [Л. 1, стр. 282]:

А/м².



Сечение витка обмотки ВН предварительно определяется по формуле (6.34) [Л. 1, стр. 282]:

м².

По сечению выбираем многослойную цилиндрическую обмотку из круглого провода. Выбираем алюминиевый провод с бумажной изоляцией по таблице 5.1 [Л. 1, стр. 211].

Полное сечение витка определяется по формуле (6.36) [Л. 1, стр. 282]:

м².

Плотность тока для такого провода определяется по формуле (6.37)

[Л. 1, стр. 282]:

А/м².

Число витков в слое определяется по формуле (6.38) [Л. 1, стр. 283

витков.

Число слоев в обмотке определяется по формуле (6.39) [Л. 1, стр. 283]:

слоев.



Рабочее напряжение двух слоев определяется по формуле (6.40) [Л. 1, стр. 283]:

В.

По рабочему напряжению двух слоев по таблице 4.7 [Л. 1, стр. 190] выбираем число слоев равно 2 и общая толщина кабельной бумаги в изоляции между двумя слоями мм, с выступами на торцах 0,10 м.

мм.

Радиальный размер обмотки с двумя катушками без экрана находим по формуле (6.42) [Л. 1, стр. 283]:

м,

где - минимальная ширина масляного канала между катушками выбирается равна 4 мм по таблице 9.2 [Л. 1, стр. 426].

Внутренний диаметр обмотки определяется по формуле (6.45) [Л. 1, стр. 284]:

м.

Наружный диаметр обмотки определяется по формуле (6.46) [Л. 1, стр. 284]:

м.

Поверхность охлаждения определяется по формуле (6.48) [Л. 1, стр. 285]:



м²,

где - коэффициент, учитывающий закрытие части поверхностей обмотки изоляционными деталями и число внутренних и наружных поверхностей

принимается 0,8, = 2 для обмоток ВН на рейках с каналом [Л. 1, стр. 285]:



3. Расчет параметров короткого замыкания

3.1 Расчет потерь в обмотках

Основные потери в обмотке НН определяются по формуле 7.3 [Л. 1, стр. 305]:

,

где - масса металла обмотки НН определяется по формуле 7.6 [Л. 1, стр. 306]:

кг.

Вт.

Аналогично определяем основные потери в обмотке ВН:

кг;

Вт.

Коэффициент добавочных потерь для алюминового прямоугольного провода НН находится по формуле (7.14) [Л. 1, стр. 311]:

,

где - размер проводника, перпендикулярный направлению линий магнитной индукции поля рассеяния; - число проводников обмотки в направлении, перпендикулярном направлению линий магнитной индукции поля рассеяния;

- коэффициент, который в этих формулах может быть посчитан по формуле (7.13) [Л. 1, стр. 310]:

;

где - число проводников обмотки в направлении, параллельном направлению линий магнитной индукции поля рассеяния.

.

Коэффициент добавочных потерь для круглого алюминиевого провода находится по формуле (7.14а) [Л. 1, стр. 311]:

,

где рассчитывается по формуле (7.13а) [Л. 1, стр. 310]:

;

.

3.2 Расчет потерь в отводах и стенках бака трансформатора

Длинна проводов НН для соединения в звезду определяется по формуле (7.21) [Л. 1, стр. 315]:



м.

Масса отводов НН находится по формуле (7.23) [Л. 1, стр. 315]:

Основные потери в отводах НН определяются по формуле (7-24) [Л. 1, стр. 315]:

Аналогично определяются потери в отводах ВН:

Потери в баке и деталях конструкции до выяснения окончательных размеров бака определяются приблизительно по формуле (7.25) [Л. 1, стр. 318]:

Вт,

где K - коэффициент равен 0,015, определяемый по таблице (7.1) [Л. 1, стр. 319].



3.3 Суммарные потери КЗ и расчет напряжения КЗ

Полные потери короткого замыкания, рассчитываются по формуле (7.1) [Л. 1, стр. 304]:

Отклонение практически посчитанного значения потерь короткого замыкания от заданных в задании потерь равно:

.

Активная составляющая напряжения короткого замыкания определяется по формуле (7.28) [Л. 1, стр. 322]:

Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания определяется по формуле (7.32) [Л. 1, стр. 323]:

%.

Напряжение короткого замыкания трансформатора определяется по формуле (7.37) [Л. 1, стр. 326]:

%.

Отклонение посчитанного значения напряжения короткого замыкания от заданного в задании:

.

3.4 Расчет усилий, возникающих при КЗ

Действующее значение установившегося тока короткого замыкания определяется по формуле (7.38) [Л. 1, стр. 328]:

А,

где - мощность короткого замыкания электрической сети, равная по таблице 7.2 [Л. 1, стр. 329] 500 МВА.

Максимальное значение тока короткого замыкания определяется по формуле (7.39) [Л. 1, стр. 329]:

,

где - коэффициент, учитывающий апериодическую составляющую тока короткого замыкания, определяется по формуле (7.40) [Л. 1, стр. 329]:

;

А.

Рисунок 7 - К определению радиальных сил

Механическая сила в обмотке определяется по формуле (7.43)

[Л. 1, стр. 333]:

.

Сила, разрывающая обмотку определяется по формуле (7.48) [Л. 1, стр. 340]:

Н.

Напряжение на разрыв в проводе обмотки определяется по формуле (7.49) [Л. 1, стр. 340]:

МПа,

что намного меньше допустимого значения 15-20 МПа.

Осевая сила, действующая на обмотки рассчитывается по формуле (7.51) [Л. 1, стр. 341]:

,

где - коэффициент осевой силы, определяемый по формуле (7.52)

[Л. 1, стр.341]:

.

Коэффициент определяется по формуле (7.53) [Л. 1, стр. 341]:

.

Из таблицы (7.4) [Л. 1, стр. 342] находим коэффициент :

.

Поскольку коэффициент равен 0, то:

.

Н.

Рисунок 8 - К расчету механических напряжений в обмотке

Напряжение сжатия на опорных поверхностях определяется по формуле (7.50) [Л. 1, стр. 340]:

МПа,

что меньше допустимого значения 18-20 Мпа

где n=6 - число прокладок по окружности обмотки НН (рисунок 8);

а=0,021 м - радиальный размер обмотки НН;

b=0.04 м - ширина прокладки для трансформаторов.

Найдем значение температуры обмоток через после возникновения короткого замыкания по формуле (7.54) [Л. 1, стр. 344]:

где - наибольшая продолжительность короткого замыкания на выводах масляного трансформатора, ;

- начальная температура обмоток.

Полученная величина не превышает допустимого значения для алюминовых обмоток , таблица 7.6 [Л. 1, стр. 345].



4. Расчет магнитной системы трансформатора

4.1 Определение размеров магнитной системы и массы стали

Из таблицы 8.2 [Л. 1, стр. 357] для стержня диаметром 0,085 м выбираем размеры пакетов. Число ступеней для стержня 5, для ярма - 4. Размеры показаны на рисунке 6.

Таблица 1 - Размеры пакетов магнитной системы

Диаметр стержня d, м	Стержень	Ярмо	Размеры пакетов a х b, мм, в стержне
	Без прессующей пластины
					1	2	3	4	5
0,085	5	0,895	4	50	80х14	70х10	60х6	50х4	40х4

Полное сечение стержней и ярма из таблицы 8.2 [Л. 1, стр. 365] равны:

см²; см²; см³.

Активное сечение стержней и ярма определяется по формуле (8.2)

[Л. 1, стр. 363]:

см²;

см².

Длинна стержня определяется по формуле (8.9) [Л. 1, стр. 363]:



м.

Рисунок 9 - Сечения стержня и ярма

Расстояние между осями соседних стержней определяется по формуле (8.4) [Л. 1, стр. 366]:

м,

где - расстояние между обмотками ВН соседних стержней равно 0,008м из таблицы 4.5 [Л. 1, стр. 184].

Масса стали одного угла для многоступенчатой формы поперечного сечения ярма в плоской магнитной системе определяется по формуле (8.6) [Л. 1, стр. 367]:

где - плотность трансформаторной стали (для холоднокатаной стали 7650 кг/м³).

Масса частей ярм, заключенных между осями крайних стержней определяется по формуле (8.8), (8.9) [Л. 1, стр. 367]:

кг,

кг.

Полная масса двух ярм определяется по формуле (8.10) [Л. 1, стр. 368]:

кг.

Масса стали стержней в пределах окна магнитной системы определяется по формуле (8.12) [Л. 1, стр. 368]:

см.

Масса стали в местах стыка пакетов стержня и ярма определяется по формуле (8.13) [Л. 1, стр. 368]:

кг.

Масса стали стержней при многоступенчатой форме сечения ярма определяется по формуле (8.11) [Л. 1, стр. 368]:

кг.



Полная масса стали плоской магнитной системы определяется по формуле (8.14) [Л. 1, стр. 368]:

кг.

4.2 Расчет потерь холостого хода

Индукция в стержне определяется по формуле (8.28) [Л. 1, стр. 374]:

Тл.

Индукция в ярме определяется по формуле (8.29) [Л. 1, стр. 374]:

Тл.

Индукция в косых стыках определяется по формуле [Л. 1, стр. 379]:

Тл.

Удельные потери для стали 3404 находятся по таблице (8.10) [Л. 1,стр. 376]:

Тл , ;

Тл , ;

Тл .



Площадь сечения на косом стыке находится по формуле [Л. 1, стр. 379]:

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, изготовленной из холоднокатаной стали потери холостого хода определяются по формуле (8.33) [Л. 1, стр. 383]:

,

где - коэффициент, который для стали 3404 с толщиной листов 0,35мм равен 10,18 по таблице 8.13 [Л. 1, стр. 382];

- коэффициент увеличения потерь, зависящий от формы сечения ярма равен 1;

- коэффициент, учитывающий увеличение потерь, связанных с отпрессовкой стержней и ярм при сборке остова принимается равным 1,02 по таблице 8.12 [Л. 1, стр. 380];

- коэффициент, учитывающий потери от необходимости расшихтовки верхнего ярма перед насадкой обмоток и расшихтовки его после насадки принимается равным 1,01;

- коэффициент, учитывающий потери, связанные с закаткой или срезанием заусенцев после резки пластин, и при отсутствии отжига принимается равен 1,02;

- коэффициент, учитывающий увеличение потерь после резки пластин при отсутствии отжига, равен 1,11.

Отклонение посчитанного значения потерь холостого хода от заданного значения в задании:

,

что ниже допустимой погрешности .

4.3 Расчет тока холостого хода

Удельные намагничивающие мощности для стали 3404 определяются по таблице (8-11) [Л. 1, стр. 395]:

Тл , ;

Тл, ;

Тл .

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, изготовленной из холоднокатаной стали намагничивающая мощность холостого хода определяются по формуле (8.43) [Л. 1, стр. 393]:

где - коэффициент, учитывающий форму ярма, при числе ступеней в ярме равном или близком к числу ступеней в стержне принимается 1;

- коэффициент, учитывающий расшихтовку и зашихтовку верхнего ярма при сборке, при мощности трансформатора до 250 кВА принимается 1,01;

- коэффициент, учитывающий влияние прессовки стержней и ярм при сборке остова, для мощностей до 630 кВА принимается 1,04;

- коэффициент, учитывающий срезку заусенцев, принимается равен 1,01;

- коэффициент, учитывающий резку пластин, при отсутствии отжига принимается 1,49 [Л. 1, стр. 393];

- коэффициент равен 42,45 по таблице (8.20) [Л. 1, стр. 395];

- коэффициент, учитывающий увеличение намагничивающей мощности в углах магнитной системы в зависимости от ширины пластины второго пакета а₂ для холоднокатаной стали равен 1,18 по таблице 8.21 [Л. 1, стр. 396].

Относительное значение тока холостого хода в процентах определяется по формуле (8.48а) [Л. 1, стр. 398]:

%.

Активная составляющая тока холостого хода, вызванная потерями холостого хода определяется по формуле (8.49а) [Л. 1, стр. 398]:

%.

Реактивная сосотавляющая тока холостого хода определяется по формуле (8.50а) [Л. 1, стр. 398]:

%.

Отклонение посчитанного значения тока холостого хода от заданного значения в задании:

Коэффициент полезного действия трансформатора



5. Определение рабочих характеристик трансформатора

Для характеристики режима нагрузки трансформатора важное значение имеют зависимости к.п.д. и вторичного напряжения от нагрузки трансформатора при постоянных коэффициента мощности, частоте и первичном напряжении.

Зависимость к.п.д. от нагрузки может быть получена с помощью формулы:

,

где - коэффициент нагрузки, Р_к, Р_х - потери х.х. и потери к.з. соответственно при номинальном первичном напряжении и при номинальном токе, полученные расчетом; сosц₂ - коэффициент мощности нагрузки трансформатора, для построения графика принимаем 0,8; S_N - номинальная мощность трансформатора по заданию.

Таблица 2 - Зависимость КПД от нагрузки.

	0	0,1	0,25	0,5	0,75	1
з, %	0	0,935	0,9676	0,9728	0,969	0,9648

Зависимость вторичного напряжения трансформатора от К_нг строится по формуле:

.



Для построения графика примем =0,8, тогда =0,6, поскольку составляющие напряжения короткого замыкания подставляются в процентах, то =100%.

Таблица 3 - Зависимость вторичного напряжения от коэффициента нагрузки

	0	0,1	0,25	0,5	0,75	1
, %	100	99,58	98,96	97,92	96,88	95,84



Вывод

В данном курсовом проекте был спроектирован и рассчитан трансформатор мощностью 25 кВА. Были определены его основные электрические величины, рассчитаны обмотки высокого и низкого напряжения, 10 и 0,4 кВ соответственно. Также был проведён расчёт магнитной системы трансформатора и характеристик короткого замыкания.

Расчётные данные находятся в промежутке который удовлетворяет требования ГОСТа.



Список используемой литературы

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

2. Сапожников А.В. Конструирование трансформаторов. - изд.2 М., Л.: Государственное энергетическое издательство, 1959.

3. Гончарук А. И. Расчет и конструирование трансформаторов. М.: “Энергоатомиздат”, 1990. - 256 с.

Размещено на Allbest.ru

...