Трансформатор силовой электрический ТМ 2170/35

Размещено на http://www.allbest.ru/

Трансформатор силовой электрический ТМ 2170/35

пояснительная записка к курсовому проекту по электрическим машинам

(предварительный вариант)

Разработал студент гр ЕЕ-104 Юрьев Ю

Проверил преподаватель Раца Ю.М.

Кишинев 2012



ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТ

Спроектировать силовой масляный трехфазный трехстержневой трансформатор согласно следующим исходным параметрам

Таблица.1 исходные параметры

наименование	обозначение	значение	ед. измерения
Мощность трансформатора	S	2170	кВА
Напряжение НН	U1	9.8	кВ
Напряжение ВН	U2	35.4	кВ
Ток холостого хода	Ixx	1.2	%
Потери холостого хода	Pxx	4100	Вт
Напряжение К.З.	Uk	5.5	%
Потери К.З.	Pk	18200	Вт
Магнитная система	-	6.0	-
Материал обмоток	-	медь	-
Группа соединений	-	У/У,0	-
Частота	f	50	Гц
Способ монтажа	-	наружный	-
Режим работы	-	продолжительный	-
Устройство регулирования напряжения	-	ПБВ	-
Тип трансформатора	-	ТМ-2170/35	-

1. ПАРАМЕТРЫ ДЛЯ ВВОДА В ПАМЯТЬ ЭВМ

Перед непосредственным расчетом трансформатора необходимо определить коэффициенты для ввода в фортран программу, которая рассчитывает параметры трансформатора с учетом минимальной стоимости материалов и максимального КПД. Коэффициенты приведены в таблице 2

Таблица 2 коэффициенты для ввода в память ЭВМ

№ п/п	Обозначение величины	Численное значение величины	Единица величины в /1/	Стр. в/1/	Примечание (ссылка на /1/)
	/1/	программа
1	2	3	4	5	6	7
1. Заданные величины
1.1	S'	SS	723.333	кВА	97	ф 3,2
1.2	Pk	PK	18200	Вт
1.3	F	F	50	Гц
1.4	Uk	UK	5.5	%
1.5	Ua	UA	0.838	%	99	ф 3,9
1.6	Up	UR	5.43578	%	99	ф 3,10
2. Выбираемые физические величины.
2.1	lo	LO	75	мм	184	т. 4,5
2.2	a12	A12	30	мм	184	т. 4,5
2.3	a22	A22	30	мм	184	т. 4,5
2.4	Bc	BS	1.6	Тл	78	т. 2,4
2.5	Pc	PUS	1.150	Вт/кг	376	т. 8,10
2.6	Pя	PUER	1.09	Вт/кг	376	т. 8,10
2.7	qc	QUS	1.526	ВА/кг	390	т. 8,17
2.8	qя	QUER	1.416	ВА/кг	390	т. 8,17
2.9	qзп	QUZP	19200	ВА/м2	390	т. 8,17
2.10	qзк	QUZK	2400	ВА/м2	390	т. 8,17
3. Выбираемые коэффициенты
3.1		L1	2			Признак метал обмоток
3.2	Kc	KS	0.8889		118
3.3	Kя	KER	1.02		92	т. 2,8
3.4	KA	KDR	0.91		131	т. 3,6
3.5		KDS1	1.15			/2/
3.6		KDS2	1.15			/2/
3.7		KDS3	3.878			/2/
3.8		KDNM1	1.284			/2/
3.9		KDNM2	1.284			/2/
3.10		KDNM3	55.076			/2/
3.11		KDNM4	1.07			/2/
3.12	K	KMAL	0.51		121	т. 121
3.13	e	E	0.41		89-92,126
3.14	Koc	KOS	2.19		134	т. 3,7
3.15		KUG	0.486		128
3.16	b	B	0.31		125	т. 3,5
3.17	a	AMAL	1.40		123	т. 3,4
3.18	n	NN	1			/2/
3.19		KXG	1		124
3.20		KPZK	1.11		137
3.21		KPZP	0.785		136
3.22	nзп	NZP	0
3.23	nзк	NZK	6		395	т. 8,20
3.24		S	1			/2/
3.25		BER	2.4		127
3.26		OB	2			/2/

На основании данных коэффициентов была получена распечатка с основными параметрами трансформатора, приведенная в приложении 1 к пояснительной записке.

2. РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

2.1 Определение мощности на фазу трансформатора

2.2 Определение мощности на стержень трансформатора

2.3 Номинальные (линейные) токи обмоток

Обмотка НН

Обмотка ВН

2.4 Фазные токи обмоток

Обмотка НН

Обмотка ВН

2.5 Фазное напряжение обмоток

Обмотка НН

Обмотка ВН

2.6 Определение испытательных напряжений обмоток

согласно рекомендациям по таблице 4.1 были выбраны следующие испытательные напряжения

Обмотка НН

Обмотка ВН

2.7 Расчет активной и реактивной составляющей напряжения К.З.



3. РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ ТРАНСФОРМАТОРА

Для проектируемого трансформатора выбрана плоская шихтованная магнитная система из холоднокатаной электротехнической стали типа 6.0,то есть с шестью косыми стыками. Магнитная система трансформатора является основой его конструкции. Выбор основных размеров магнитной системы вместе с основными размерами обмоток определяет главные размеры активной части и всего трансформатора в целом. Основными размерами трансформатора с плоской магнитной системой стержневого типа со стрежнем, имеющим сечении в форме симметричной ступенчатой фигуры, вписанной в окружность являются:

а) d_n- диаметр окружности, в которую вписано ступенчатое сечение стрежня

б) l- осевой размер (высота) обмотки

в) d₁₂- диаметр осевого канала между обмотками.

Расчет трансформатора производи согласно схеме, представленной на Рис.1,2



Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.2 схема магнитной системы типа 6,0



3.1 Диаметр стержня

Принимаем диаметр стержня магнитной системы равным:

3.2 Коэффициент, определяющий соотношение между диаметром и высотой обмотки

где:

3.3 Ориентировочный диаметр канала между обмотками

3.4 Ориентировочная высота (осевой размер) обмотки

3.5 Активное сечение стержня



3.6 Ориентировочная ЭДС одного витка

3.7 Ориентировочное расстояние между двумя стержнями



4. РАСЧЕТ ОБМОТКИ НИЗКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Для, проектируемого трансформатора выбираем согласно рекомендациям по таблице 5,8 тип обмотки низкого напряжения.

С учетом мощности трансформатора, а также средней плотности тока для обмотки НН была выбрана цилиндрическая четырехслойная обмотка из прямоугольного провода.

где:

4.1 Число витков на фазу обмотки

с учетом того, что количество витков должно быть целым числом, а также учитывая необходимость равномерного распределения витков по слоям обмотки округляем полученное значение витков на 1 фазу

4.2 Уточненное значение ЭДС одного витка



4.3 Действующая индукция в стрежне магнитопровода

4.4 Число витков в одном слое обмотки

4.5 Ориентировочное сечение витка

4.6 Ориентировочный осевой размер (высота) витка

По полученным значениям осевого размера витка и его поперечного сечения выбираем по таблице 5,2 подходящий обмоточный провод. При выборе следует учесть, что радиальный размер провода не должен выходить за рамки, определенные по допустимым значениям теплового потока.

С учетом всех параметров для обмотки НН, проектируемого трансформатора был выбран обмоточный провод:

сечение провода без изоляции из таблицы: =43,9 мм²;

(в знаменателе указаны размеры провода в изоляции)

4.7 Полное сечение витка с изоляцией

Размещено на http://www.allbest.ru/

4.8 Полученная плотность тока

4.9 Осевой размер витка

4.10 Осевой размер обмотки

4.11 Радиальный размер обмотки



4.12 Внутренний диаметр обмотки

4.13 Наружный диаметр обмотки

4.14 Полная охлаждаемая поверхность обмоток НН трансформатора

4.15 Потери короткого замыкания в обмотке НН

где:

4.16 Плотность теплового потока в обмотке НН

где:

По ГОСТ тепловой поток в многослойных обмотках низкого напряжения должен быть в пределах 400-800 , а следовательно рассчитанная обмотка соответствует параметрам ГОСТа.

5. РАСЧЕТ ОБМОТКИ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

5.1 Регулирование напряжения трансформатора

При выборе обмотки высокого напряжения необходимо учитывать необходимость регулирования напряжения трансформатора, а следовательно необходимость выполнения отпаек от обмотки ВН. По ГОСТ 16110-82 предусмотрено два вида регулирования напряжения силового трансформатора:

а) ПБВ (переключение без возбуждения)

б)РПН (регулировка под нагрузкой).

Для проектируемого трансформатора выбрана схема регулирования типа ПБВ. Существуют различные схемы устройства ПБВ, однако ГОСТ рекомендует при мощностях от 250 кВА и выше регулировочные витки внешнего слоя обмотки ВН размещать симметрично относительно середины высоты обмотки, для уменьшения возникающих осевых сил. В связи с этим была выбрана схема ПБВ представленная на Рис.4.



Рис.4 схема регулирования напряжения типа ПБВ

Исходя из мощности трансформатора и выбранной системы регулирования напряжения обмотка ВН будет выполнена многослойной из круглого провода.

Расчет числа витков при номинальном напряжении.

Число витков на первой ступени регулирования.

В соответствии с ГОСТ 11920-85 предусмотрено выполнение в обмотке ВН четырех ответвлений на +5,+2.5,-2.5,-5 % номинального напряжения помимо существующего основного зажима с номинальным напряжением. Исходя из этого, одной ступени регулирования составит 2,5% от номинального напряжения.

Напряжение одного витка обмотки.

таким образом число регулировочных витков будет равным:

в результате получаем следующие напряжения и количества витков на ступенях регулирования обмотки ВН:

Таблица.3 данные устройства регулирования напряжения.

ступень	Uступени	W2
	В	витков
+5%	37170	956
+2,5%	36285	933
0	35400	910
-2,5%	34515	887
-5%	33630	864

5.2 Осевой размер (высота) обмотки ВН

5.3 Приблизительная плотность тока в обмотке

5.4 Предварительное сечение витка обмотки ВН

По полученному значению сечения витка выбираем из сортамента обмоточного провода (таблица. 5,1) следующий провод:

с полным сечением провода без изоляции .

5.5 Полное сечение витка с изоляцией

5.6 Полученная плотность тока

5.7 Число витков в слое обмотки

5.8 Число слоев в обмотке ВН

5.9 Рабочее напряжение двух слоев

По рабочему напряжению двух слоев выбираем межслойную изоляцию. Согласно рекомендациям из таблицы 4,7 в качестве межслойной изоляции была выбрана кабельная бумага толщиной 0,12 мм уложенная в 20 слоев. Выступ изоляции 30 мм. Таким образом общая толщина изоляции между слоями составит:

Для наилучшего охлаждения обмотки ВН и по условиям теплового потока обмотка ВН будет выполнена с осевыми охлаждающими масляными каналами между слоями. Каналы будут выполнены после каждого слоя обмотки. Канал между последним и предпоследним слоем будет использован также для вывода отпаек устройства ПБВ. Ширину масляного канала согласно рекомендациям по таблице 9,2 принимаем равной:

5.10 Радиальный размер обмотки

Минимальный размер масляного канала между обмоткой НН и ВН согласно рекомендациям принимаем равным:

толщина изоляционного цилиндра

толщина междуфазофой перегородки

5.11 Внутренний диаметр обмотки



5.12 Наружный диаметр обмотки

5.13 Полная поверхность охлаждения обмоток ВН трансформатора

5.14 Расчет потерь короткого замыкания обмотки ВН

где:

5.15 Тепловой поток в обмотке ВН

где:



По ГОСТ максимально допустимый тепловой поток в обмотке ВН не должен превышать значения в 1200 . Рекомендуется придерживаться значения теплового потока в районе 1000 . Исходя из данных рекомендаций, можно констатировать, что выбранная обмотка соответствует требованиям ГОСТа.

трансформатор обмотка виток замыкание



6. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

6.1 Расчет основных потерь короткого замыкания

Основные потери в обмотке НН.

(расчет в пункте 4.15)

Основные потери в обмотке ВН.

(расчет в пункте 5.14)

6.2 Расчет дополнительных потерь

Приближенная длина отводов обмоток ВН и НН.

Масса отводов обмоток ВН и НН.

где:

Потери в отводах обмоток НН и ВН.

Приближенные потери в стенках бака и других деталях конструкции трансформатора.

где: К принимаем по таблице 7.1.

6.3 Полные потери короткого замыкания

где и взяты из пунктов 4.16 и 5.15 соответственно.

ГОСТ допускает отклонение рассчитанных потерь короткого замыкания от заданных не более чем на 5%. Полученные потери короткого замыкания отличаются от заданных на величину:

полученное отклонение может быть принято, так как оно входит в рамки установленные ГОСТом.

6.4 Расчет напряжения короткого замыкания

Расчет активной составляющей напряжения короткого замыкания.



Расчет реактивной составляющей напряжения короткого замыкания.

где:

Расчет полного напряжения короткого замыкания.

ГОСТ допускает отклонение полученного напряжения короткого замыкания от заданного не более чем на 5%. Полученное напряжение короткого замыкания отличается от заданного на величину:

полученное отклонение может быть принято так как оно входит в рамки установленные ГОСТом.

6.5 Определение механических сил в обмотках и нагрева обмоток при коротком замыкании

Действующее значение наибольшего установившегося тока короткого замыкания.



Ударный ток короткого замыкания.

где:

Расчет радиальной силы в обмотках.

Среднее сжимающее напряжение в проводе обмотки НН.

Среднее сжимающее напряжение в проводе обмотки ВН.

Определение максимальных сжимающих сил в обмотках.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.5 силы действующие в обмотке.

Максимальная сжимающая сила в обмотке НН.

Максимальная сжимающая сила в обмотке ВН.

Напряжение сжатия на опорных поверхностях.

ГОСТ допускает МПа таким образом полученное значение входит в рамки установленные ГОСТом.

Температура обмотки через время t_к=4 c/ после начала К.З.

По ГОСТ предельно допустимая температура для медных обмоток при масляном охлаждении составляет 250 , а значит полученное значение является допустимым.



7. РАСЧЕТ МАГНИТНОЙ СИСТЕМЫ

Для проектируемого трансформатора принята конструкция трехфазной плоской шихтованной магнитной системы, собираемой из пластин холоднокатаной текстурированной стали марки 3405 толщиной 0,30 мм. Стержни магнитной системы стянуты бандажами из стеклоленты, ярма прессуются яремными балками. Магнитная система в сечении имеет вид ступенчатой фигуры вписанной в окружность. Число ступеней в сечении стержня и ярма принимаем по таблице 8.3 при .

Таблица 4. Размеры пакетов магнитной системы

№ пакета	Стержень габаритные размеры мм	Ярмо габаритные размеры мм.
1	295х28	295х28
2	270х37	270х37
3	250х18	250х18
4	230х12	230х12
5	215х10	215х15
6	175х18	175х15
7	135х10	135х17
8	105х10	-

Рис.6 схема расположения пакетов в стержне.



Рис.7 схема расположения пакетов в ярме.

7.1 Активное сечение стержня

7.2 Активное сечение ярма

7.3 Длина стержня

7.4 Расстояние между осями соседних стержней



7.5 Расчет массы стали угла магнитной системы

7.6 Масса стали ярем

таким образом общая масса стали двух ярем:

7.7 Масса стали стержней

таким образом, полная масса стали стержней:

7.8 Полная масса стали магнитной системы



7.9 Определение потерь холостого хода трансформатора

Расчет магнитной индукции в стержне.

Расчет магнитной индукции в ярме.

Расчет магнитной индукции в косом стыке.

Площадь сечения стержня в косом стыке.

Значения удельных потерь для стали стержней, ярем и стыков по таблице 8,10 для стали марки 3405 толщиной 30 мм при шихтовке в 2 пластины:

при

при

при

Для плоской магнитной системы с косыми стыками, с многоступенчатым ярмом без отверстий для шпилек, с отжигом пластин после резки стали и удаления заусенцев для определения потерь применим выражение:

ГОСТ допускает отклонение полученных потерь холостого хода от заданных не более чем на 5%. Полученное значение потерь холостого хода отличается от заданного на величину:

полученное значение может быть принято, так как оно входит в рамки указанные ГОСТом.

7.10 Определение тока холостого хода

По таблице 8,17 находим удельные намагничивающие мощности в стержне ярмах и углах магнитной системы исходя из значений магнитной индукции.

при

при

при

При принятой конструкции магнитной системы определяем для нее мощность холостого хода.

Расчет тока холостого хода.

Активная составляющая тока холостого хода.

Реактивная составляющая тока холостого хода.

7.11 КПД проектируемого трансформатора



8. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА

Работа трансформатора сопровождается нагревом, вызванным потерями, которые имеют место в обмотках, магнитопроводе и других конструктивных деталей. В связи с этим трансформатор должен обладать эффективной системой охлаждения препятствующей его перегреву.

8.1 Тепловой расчет обмоток

Падение внутренней температуры в обмотках.

Обмотка НН:

Где

Обмотка ВН:

Где



Перепад температуры на поверхности обмотки.

Обмотка НН:

Обмотка ВН:

Среднее превышение температуры обмотки над температурой окружающего масла.

Обмотка НН:

Обмотка ВН:

8.2 Тепловой расчет бака

конструкция бака выбирается с учетом ее хорошей теплоотдачи, прочности и простоты изготовления. Так как потери в трансформаторе, его нагрев и другие процессы связаны с мощностью трансформатора, то в выборе конструкции руководствуются именно этим параметром. По таблице 9,4 для проектируемого трансформатора была выбрана следующая конструкция:

Бак с гладкими стенками с радиаторами из гнутых труб.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.8 конструктивная схема трансформатора.

Согласно схеме Рис.7 необходимо определить следующие расстояния:

S₁=50 мм - изоляционное расстояние от изолированного отвода ВН до обмотки;

S₂=S₁=50 мм - расстояние от отвода ВН до стенки бака;

d₁=20 мм - диаметр изолированного провода обмотки ВН;

S₃=33 мм - изоляционное расстояние от отвода обмотки НН до обмотки ВН;

S₄=33 мм - изоляционное расстояние от отвода обмотки НН до стенки бака;

d₂=15 мм - диаметр изолированного провода обмотки НН;

Минимальная ширина бака.

Минимальная длина бака.

Где

Высота активной части.

Общая глубина бака.

Где

Для развития поверхности охлаждения целесообразно использовать радиаторы, навешиваемые с наружной стороны по периметру бака. Исходя из мощности, проектируемого трансформатора, будут использованы радиаторы из гнутых труб в 2 ряда. Радиаторы выпускаются стандартных размеров. В соответствии с полученными размерами трансформатора производим выбор радиаторов из таблицы 9.10

Таблица. 5 параметры радиаторов.

Высота А	Поверхность конвекции труб	Масса стали	Масса масла	Поверхность конвекции коллектора
мм		кг	кг
1880	22,9	380	276	0,66



Согласно выбранному радиатору пересчитываем высоту бака с учетом требуемых расстояний от дна и крышки бака до осей присоединительных патрубков.

Допустимое превышение температуры масла над температурой воздуха для наиболее нагретой обмотки (ВН).

где 65- постоянная допустимая средняя температура в непосредственной близости бака при номинальной нагрузке по ГОСТ.

Температура масла в верхних слоях.

ГОСТ допускает максимальную температуру масла в верхних слоях не более 60а следовательно данное значение может быть принято как соответствующее ГОСТу.

Среднее превышение температуры наружной стенки бака над температурой окружающего воздуха.

принимаем предварительно перепад температур на внутренней поверхности бака и запас .

Поверхность конвекции гладкой стенки бака.



Ориентировочная поверхность излучения бака с радиаторами.

Ориентировочно-необходимая поверхность конвекции для заданного значения .

Поверхность конвекции состоит из:

а) Поверхность конвекции бака:

б) Поверхность конвекции крышки:

Поверхность конвекции радиаторов.

Необходимое количество радиаторов.

принимаем число радиаторов равным 3.

Поверхность конвекции бака.

8.3 Окончательный расчет температуры масла и обмоток

Среднее превышение температуры наружной стенки бака над температурой окружающего воздуха.

Среднее превышение температуры масла вблизи стенки над температурой поверхности трубы.

Среднее превышение температуры масла над температурой окружающего воздуха.

Среднее превышение температуры масла в верхних слоях над температурой окружающего воздуха.

среднее превышение температур обмоток над температурой окружающего воздуха.

Полученные значения среднего превышения температуры масла в верхних слоях над температурой окружающего воздуха и среднего превышения температуры обмоток над температурой окружающего воздуха лежат в пределах допустимого нагрева по ГОСТ 11677-85.



9. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАССЫ КОНСТРУКТИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ И МАСЛА ТРАНСФОРМАТОРА

9.1 Внутренний объем бака

9.2 Масса активной части

9.3 Объем активной части

9.4 Объем масла в баке

9.5 Объем расширительного бака

9.6 Диаметр расширительного бака



9.7 Общая масса масла

Размещено на Allbest.ru

...