Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Трансформаторы - это наиболее распространённые устройства в современной электротехнике. Трансформаторы большой мощности составляют основу систем передачи электроэнергии от электростанций в линии электропередачи. Они повышают напряжение переменного тока, что необходимо для экономной передачи электроэнергии на значительные расстояния. В местах распределения энергии между потребителями применяют трансформаторы, понижающие напряжение до требуемых для потребителей значений. Наряду с этим, трансформаторы являются элементами электроустановок, где они осуществляют преобразование напряжения питающей сети до значений необходимых для работы последних.

Трансформатором называется статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более обмоток связанных индуктивно, и предназначенные для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока. Обмотку, присоединённую к питающей сети, называют первичной, а обмотку, к которой подсоединяется нагрузка - вторичной. Обычно все величины, относящиеся к первичной обмотке трансформатора помечают индексом 1, а относящиеся к вторичной - индексом 2.

Первичную обмотку трансформатора подсоединяют к питающей сети переменного тока. Ток первичной обмотки I1 имеет активную и индуктивную составляющие. При разомкнутой вторичной обмотке (холостой ход), вследствие действия индуктивной составляющей тока IОм, возникает магнитный поток, который намагничивает сердечник. Активная составляющая тока I определяется потерями, возникающими, в местах стали, при перемагничивании сердечника. Наибольшая часть потока Ф1 сцеплённого с первичной обмоткой, сцеплена также со всеми обмотками фазы и является потоком взаимоиндукции между обмотками, или главным рабочим потоком Ф. Другая часть полного потока Ф1 сцеплена не со всеми витками первичной и вторичной обмоток. Её называют потоком рассеивания.

ЭДС обмотки пропорциональна числу её витков. Отношение ЭДС первичной и вторичной обмоток называется коэффициентом трансформации, который пропорционален отношению чисел витков первичной и вторичной обмоток.

Устройство силовых трансформаторов

Трансформаторы имеют магнитопроводящие сердечники и токопроводящие обмотки. Для лучшего охлаждения сердечники и обмотки мощных трансформаторов погружаются в бак, наполненный маслом. Сердечники трансформаторов состоят из стержней, на которых размещаются обмотки, и ярм, которые служат для проведения потока между стержнями. Различают два вида сердечников: стержневой и броневой.

Броневой сердечник имеет разветвлённую магнитную систему, вследствие этого поток в ярме составляет половину от потока стержня, на котором расположены обмотки.

Трёхфазные трансформаторы выполняются обычно стержневыми. Их сердечники состоят из расположенных в одной плоскости трёх стержней, соединённых ярмами. Магнитная система таких трансформаторов несколько несимметрична, так как магнитная проводимость потока крайних стержней и среднего - является неодинаковой.

Вследствие изменения потока, в контурах стали сердечника индуктируется ЭДС, вызывающая вихревые токи, которые стремятся замкнуться по контуру стали, расположенному в поперечном сечении стержня. Для уменьшения вихревых токов, сердечники трансформатора набираются (шихтуются) из изолированных прямоугольных пластин электротехнической стали толщиной 0.5мм или 0.35мм. Для уменьшения зазоров в местах стыков, слои сердечника, набранные различными способами, чередуются через один. После сборки, листы верхнего ярма вынимаются и на стержнях устанавливаются обмотки, после чего ярмо вновь зашихтовывается. Листы сердечника изолируются лаком или бумагой, имеющей толщину 0.03мм, и стягиваются при помощи изолированных шпилек. По способу охлаждения трансформаторы разделяются на масляные, обмотки которых погружены в масло и сухие, охлаждаемые воздухом. Мощные силовые трансформаторы имеют масляное охлаждение. Трансформатор в большинстве случаев не является полностью твёрдым телом, а содержит большое количество жидкого масла, которое оказывает значительное влияние на теплопередачу.

В большинстве случаев в трансформаторах электропередач применяются так называемые концентрические обмотки, которые имеют вид размещённых концентрически полых цилиндров (одна в другой). Обычно ближе к сердечнику размещается обмотка низшего напряжения, требующая меньшей толщины изоляции сердечника.

В трансформаторах мощностью до 560 кВА концентрическая обмотка выполняется по типу цилиндрической обмотки, в большинстве случаев имеющей два слоя. Слои обмотки выполняются из провода круглого или прямоугольного сечения. Провод наматывается впритык по винтовой линии вдоль образующей цилиндра.

В трансформаторах больших мощностей концентрическая обмотка низшего напряжения выполняется по типу винтовой, в которой между двумя соседними по высоте витками оставляется канал.

В трансформаторах на напряжение 35 кВ и более применяют концентрическую обмотку, выполненную по типу непрерывной, в которой, отличие от винтовой, каждый виток состоит из нескольких концентрически намотанных витков обмотки. Катушки этой обмотки наматываются непрерывно одним проводом без пайки. При воздействии осевых сжимающих усилий, возникающих при внезапных коротких замыканиях, наиболее надёжными являются непрерывные обмотки.



Введение

В настоящее время электрическая энергия для промышленных целей и электроснабжения городов производится на крупных тепловых или гидроэлектростанциях в виде трехфазной системы переменного тока частотой 50 Гц. Напряжения генераторов, установленных на электростанциях, стандартизованы и могут иметь значения 6600, 11 000, 13 800, 15 750, 18 000 или 20 000 в (ГОСТ 721-62). Для передачи электроэнергии на большие расстояния это напряжение необходимо повышать до 110, 220, 330 или 500 кв в зависимости от расстояния и передаваемой мощности. Далее, на распределительных подстанциях напряжение требуется понижать до 6 или 10 кв (в городах и промышленных объектах) или до 35 кв (в сельских местностях и при большой протяженности распределительных сетей). Наконец, для ввода в заводские цеха и жилые квартиры напряжение сетей должно быть понижено до 380, 220 или 127 в. В некоторых случаях, например, для освещения котельных или механических цехов и сырых помещений, напряжение должно быть понижено до безопасной для жизни величины - 12, 24 или 36 в.

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

Дано:

Полная номинальная мощность S = 1600 кВА

Номинальные линейные напряжения:

Обмотка высшего напряжения U_ВН=35 кВ;

Обмотка низшего напряжения U_НН=11 кВ;

Схема соединения и группы обмоток - Y/Д

Потери холостого хода- P₀=2900 Вт;

Ток холостого хода - i₀=1.3 %;

Потери короткого замыкания - P_к=16500 Вт

Напряжение короткого замыкания - U_к=6.5 %;

Материал обмоток - медь

Способ охлаждения - масляной



Расчёт основных электрических величин

трансформатор обмотка стержень напряжение

Мощность одной фазы и одного стержня:

S_ф = S' = = 533 кВ А

Число фаз: m=3

Номинальные токи

На стороне ВН

I_ВН = = 26.4 А

На стороне НН

I_НН = = 83.98 А

Фазные токи:

I_ФВН = I_{ВН =} 26.4 А (так как схема соединения Y)

I_ФНН = = = 48.5 А (так как схема соединения Д)

Фазные напряжения:

U_ФВН = = = 20207 В

U_ФНН = U_НН = 11000 В

Выбираем испытательные напряжения по таблице 4.1

Испытательные напряжения:

U_ИСПНН = 45 кВ

U_ИСПВН = 85 кВ

По таблице 5.8 выбираем тип обмоток:

Обмотка ВН при напряжении 35 кВ и токе 26.4 А - катушечная непрерывная; Обмотка НН при напряжении 11 кВ и токе 83.98 А - также катушечная непрерывная.

Для испытательного напряжения обмотки ВН (U_ИСПВН = 85 кВ) по таблице 4.5 находим изоляционные расстояния

а₁₂ = 27 мм; l'₀₂ = 75 мм.

l''₀₂ принимаем увеличенным на 60 мм для размещения прессующих колец.

l''₀₂ = 87 мм; а₂₂ = 30 мм.

Для испытательного напряжения обмотки НН (U_ИСПНН = 45 кВ) по таблице 4.4 находим а'₀₁:

а'₀₁ = 20 мм

С учётом размещения в этом канале внутренних отводов расщепленной обмотки НН (примерно 25 мм) примем:

а₀₁ = 45 мм

Мощность обмоток одного стержня

S' = 533 кВ А

Ширина приведенного канала рассеяния

a_p = а₁₂ + (a₁ + a₂)/3;

(a₁ + a₂)/3 = 1.25 k = 1.25 0.48 0.01 = 0.0288 м

(«к» выбираем согласно таблице 3.3, прим. 1)

a_p = 0.027 + 0.0288 = 0.0558 м

Активная и реактивная составляющие напряжения короткого напряжения:

u_a = = = 1.031 %

u_p = =

Выбираем трёхфазную стержневую шихтованную магнитную систему с косыми стыками на крайних стержнях и комбинированными «полукосыми» на среднем стержне. Прессовка стержней бандажами из стеклоленты и ярм - стальными балками.

Материал магнитной системы - холоднокатаная текстурованная рулонная сталь марки 3404 толщиной 0.35 мм.

Индукция в стержне

B_c = 1.65 Тл (согласно таблице 2.4).

В сечении стержня 8 ступеней, коэффициент заполнения круга

k_кр = 0.928 (согласно таблице 2.5),

изоляция пластин - нагревостойкое изоляционное покрытие,

к₃ = 0.97 (согласно таблице 2.3).

Коэффициент заполнения сталью

к_с = к_крк₃= 0.9280.97 = 0.9.

Коэффициент усиления ярма

к_я = 1.013 (согласно таблице 8.7).

Индукция в ярме

В_я = 1.65/1.013 = 1.628 Тл.

Число зазоров в магнитной системе на косом стыке 6, а на прямом 2.



Индукция в зазоре на прямом стыке

В''₃ = 1.6 Тл, на косом стыке В''₃ = В_с/ = 1.6/ = 1.132 Тл.

Из таблицы 8.10 находим удельные потери в стали:

p_c = 1.472 Вт/кг p_я = 1.353 Вт/кг

Из таблицы 8.17 находим удельную намагничивающую мощность:

q_c = 2,556 ВА/кг q_я = 1.958 ВА/кг

Для зазоров на прямых и косых стыках

q''₃ = 28 600 ВА/м² q'₃ = 4000 ВА/м²

По таблице 3.6 находим коэффициент, учитывающий отношение потерь в обмотках к потерям короткого замыкания:

к_д = 0.85

По таблицам 3.4 и 3.5 находим постоянные коэффициенты для медных обмоток

а = 1.44 b = 0.89

Принимаем коэффициент Роговского k_p=0,95.

A = 0.507 = 0.507 = 0.472

f = 50 Гц

А₁ = 5.63310⁴ к_с А³а = 5.63310⁴ 0.9 0.472³ 1.44 = 7665.38 кг

А₂ = 3.60510⁴ к_с А² l₀ = 3.60510⁴ 0.9 0.472² 0.075 = 792.30 кг

В₁ = 2.4010⁴ к_с к_я А³ (а+b+e) = 2.410⁴ 0.9 1.013 0.472³ (1.44 + 0.89 + 0.41) = 6295, 1 кг

В₂ = 2.4010⁴ к_с к_я А² (а₁₂ + а₂₂) = 2.410⁴ 0.9 1.013 0.472² (0.027 + 0.003) = 146, 23 кг

С₁ = = = 92.42 кг

к_к,з = 1.41 (1 + ) = 1.41 (1 + ) = 21.69

М = 0.156 10^-6 к_д к_р = 0.156 10^-6 21.69² 0.85 0.95 = 14.33 МПа

Коэффициенты уравнения для определения минимальной стоимости активной части трансформатора:

В = = = 0.089

Из таблицы 3.7 находим k_oc=2.36

С = = = 0.405

k_up=1,13

D = k_oc k_up = 2.36 1,13 = 0.023

x⁵ + 0.089x⁴ - 0.405x - 0.023 = 0

Решение этого уравнения даёт значение в = 0.7903, соответствующее минимальной стоимости активной части.

Находим предельные значения в по допустимой плотности тока:

X_M 4.5 =

= 4.5 = 94

в_y 1.79⁴ = 9.956

Значение в_y лежит за пределами обычно принимаемых значений.

Масса одного угла магнитной системы:

G_y = 0.492 k_c k_я А³ х³ = 0.492 0.472³х³ = 471.67 х³

Активное сечение стержня:

П_с = 0.785 к_с А² х² = 0.785 = 0.1573

Площадь зазора на прямом стыке П''₃ = П_с = 0.1573;

площадь зазора на косом стыке

П'₃ = П_с = 0.1573 х² = 0.2224х²

Для магнитной системы потери холостого хода с учётом таблиц 8.10, 8.13 и 8.14.

Р_х = к_п.д р_с (G_c + 0.5к_п.у G_y) + к_п.д р_я (G_я - 6G_y + 0.5к_п.у G_y) = 1.2 1.472 (G_c + +0.5 10.18 G_y) + 1.2 1.353 (G_я - 6G_y + 0.5 10.18 G_y) = 1.766G_c + 1.623G_я + +7.513G_y.

Намагничивающая мощность с учётом таблиц 8.17 и 8.20

Q_x = k'_т.дk''_т.дq_c(G_c + 0.5k_т.уk_т.плG_y) + k'_т.д k''_т.дq_я (G_я - 6G_y + 0.5k_т.у k_т.плG_y) + k''_к.д?q_зn_зП_з = 1.2 1.07 2,556(G_c + 0.5 42.4 1.5G_y) + 1.2 1.07 1.958(G_я - 6G_y + 0.5 42.4 1.5G_y) + 1.07 4000 60.2224х² + 1.07 28 600 2

0.1573 = 3.28(G_c + 31.8G_y) + 2.51(G_я - 6G_y +31.8G_y) + 5711.2x² + 9627.39x²= 3.28G_c + 104.3G_y + 2.51G_я - 15.06G_y + 79.9G_y + 15338.6x² =

= 3.28G_c + 2.51G_я + 169.1G_y + 15338.6x².

Определяем основные размеры трансформатора

d = Ax; d₁₂ = aAx; l = рd₁₂/в;

2а₂ = bd; C = d₁₂ + a₁₂ + 2a₂ + a₂₂;

в	1.2	1.8	2.4	3.0	3.6
	1.04	1.15	1.24	1.31	1.37
	1.09	1.34	1.54	1.73	1.89
	1.14	1.55	1.92	2.27	2.61
	7370.1	6665.2	6181.4	5851.1	5594.9
A2x2 = 792x2	863.3	1061.3	1219.7	1370.2	1496.9
Gc =	8233.5	7726.5	7481.7	7221.3	7091.8
B1x3 = 6295x3	7176.3	9757.2	12086.4	14289.6	16429.9
B2x2 = 146.23x2	159.4	195.9	225.2	252.9	276.4
Gя = B1x3 + B2x2	7335.7	9953.1	12311.6	14542.5	16706.3
Gст = Gс + Gя	15569.2	17679.6	19793.3	21763.8	23798.1
Gу = 471.67 х3	537.7	731	905.6	1070.7	1231
1.766Gc	14540	13645	13213	12753	12524
1.623Gя	11906	16154	19982	23602	27114
7.513Gy	4040	5492	6804	8044	9248
Рх	30486	35291	40000	44399	48886
Пс = 0.1573	0.171	0.210	0.242	0.272	0.297
3.28Gc	27005.88	25342.92	24539.97	23685.86	23261.10
2.51Gя	18412.6	24982.2	30902.2	36501.7	41932.8
169.1Gy	90925	123612	153137	180937	208162
15338.6x2	16718.4	20552.9	23620.52	26534.74	28988.8
Qx	153061.8	194490.1	232199.7	267659.3	302344.7
i0%	9.56	12.15	14.51	16.72	18.89
G0 = =	84.78	68.97	60.01	53.42	48.89
	87.32	71.03	61.81	55.02	50.35
Gпр = 1.10 1.03G0	98.93	80.47	70.03	62.33	57.04
ko.cGпр = 2.36Gпр	233.47	189.90	165.27	147.09	134.61
С'а.ч = ko.cGпр + Gст	15802.67	17869.5	19958.5	21910.9	23932.7
J =	8.301	9.204	9.867	10.45	10.93
уp = Mx3 = 14.33x3	16.33	22.21	27.51	32.52	37.40
d = Ax = 0.472x	0.491	0.542	0.585	0.618	0.646
d12 = ad = 1.44d	0.707	0.780	0.842	0.890	0.930
l = рd12/в	1.65	1.36	1.101	0.931	0.811
C = d12 + a12 + bd + a22	1.2	1.319	1.419	1.497	1.561



Список использованной литературы

1. П. М. Тихомиров. Расчет трансформаторов: Учеб. пособие для вузов. М.: "Энергоатомиздат", 1986.

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

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

4. А. В. Сапожников. Конструирование трансформаторов. Госэнергоиздат, 1956.

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

Размещено на Allbest.ru

...