Расчет силового трансформатора общего назначения мощностью 400 кВА

(5.16) Qх=[kт.р.·kт.з.(qс·Gс+qя·Gя/ - 4·qя·Gу+((qс+ qя)/2)·kт.у.·kт.пл·Gу)+?qз·nз·Пз]·kт.я.·kт.п.·kт.ш.

где: Gс, Gя/ и Gу - массы стали стержней и отдельных частей ярм, кг;

qс и qя - удельные намагничивающие мощности для стали стержней и ярм,В·А/кг;

qз - удельная намагничивающая мощность для зазоров, определяемая по таблице 8.17. [1] по индукциям для прямых и косых стыков аналогично рз при расчете потерь холостого хода, В·А/м2;

Пз - площадь зазора, определяемая так же/, как и при расчете потерь холостого хода, м2;

kт.р - коэффициент, учитывающий влияние резки полосы рулона на пластины: для отожжённой стали kт.р=1,18, для неотожжённой стали kт.р=1,49;

kт.з - коэффициент, учитывающий влияние срезания заусенцев: для отожжённых пластин kт.з=1,0, для неотожжённых kт.р=1,01;

kт.пл - коэффициент, учитывающий ширину пластин в углах магнитной системы по таблице;

kт.я - коэффициент, учитывающий форму сечения ярма, kт.я=1,0 для ярма многоступенчатого сечения и kт.я=1,07 для ярма прямоугольного сечения (при соотношении числа ступней стержня и ярма, равное трем, kт.я=1,04; при соотношении равном шести kт.я=1,06);

kт.п - коэффициент, учитывающий прессовку магнитной системы по таблице 8.19. [1];

kт.ш - коэффициент, учитывающий перешихтовку верхнего ярма, равный 1,01 при мощности трансформатора до 250 кВА; 1,02 при мощностях 400-630 кВА;

kт.у - коэффициент, учитывающий число углов с косыми и прямыми стыкам пластин магнитной системы по таблице 8.20. [1].

При выборе шихтовки магнитной системы по рисунку 6.1 б более подробно выражение ?qз·nз·Пз можно расписать как:

4·Пз.кос·qз.кос+ 1·Пс·qс.з+ 2·Пя·qя.з

4·0,00987·820+ 1·0,006984·1,675+ 2·0,0071·1,575 = 32,3875

Полный фазный ток холостого хода, А:

Ix = Qx/(m *Uф) (5.17)

Ix = 737,628/(3*5773,503)=0,0425

Относительное значение тока холостого хода в процентах номинального тока, %:

i0 = Qx/(10S) (5.18)

Активная составляющая тока холостого хода, фазное значение, А:

Ix.а = Рх/(m·Uф ) (5.19)

Iх.а = 178,384 /(3·5773,503)=0,0101

и в процентах номинального тока:



iоа = Рх/(10·S) (5.20)

Реактивная составляющая тока холостого хода, А:

Ix.р = (5.21)

и в процентах номинального тока:

iop = (5.22)

Полученное значение тока холостого хода - i0 должно быть сверено с током холостого хода по заданию на расчет трансформатора - I0, т.е. это отклонение не должно превышать 70%.

5.4 Определение удельной тепловой нагрузки

Удельная тепловая нагрузка определяется для обмоток высокого и низкого напряжения, а так же для сердечника (магнитопровода) трансформатора.

Определяем площадь охлаждения поверхности обмотки ВН, м2:

Sохл1 = 2·Кзак··Дср1·l, (5.24)

где: Кзак - коэффициент закрытия, учитывающий уменьшение поверхности охлаждения обмоток и стали сердечника за счет различных прокладок. Кзак ? 0,8;

Дср1 - средний диаметр обмотки ВН, м;

l - высота обмотки, м.

Sохл1 = 2·0,8· 3,14·0,1793·0,2=0,1802

Аналогично определяем площадь поверхности охлаждения обмотки НН, м2:

Sохл1 = 2·Кзак··Дср2·l, (5.25)

Sохл2 = 2·0,8· 3,14·0,1249·0,2=0,1255

Площадь поверхности охлаждения стали сердечника определяется по формуле,м2:

Sохл.с = m·Кзак··dн·lст + 2··dа ·lа, (5.26)

где: dн - принятый диаметр стержня, м;

lст - высота стержня, м;

dа - диаметр ярма, dа= dн ,м;

lа - длина ярма, м.

Sохл.с =3·0,235·3,14·0,1·0,8+2·3,14·0,1·0,5136=0,4996

Длина ярма может быть определена как:

lа = 2·С+ dн, (5.27)

где: С - расстояние между осями соседних стержней, м.

lа = 2·0,2068+ 0,1=0,5136

Удельная тепловая нагрузка для обмоток ВН, НН и стали сердечника соответственно будет равна, Вт/м2:

(5.28)

(5.29)

(5.30)

Полученные значения удельных тепловых нагрузок не должны превышать величин, приведенных в таблице, согласно Руководства по нагрузке силовых масляных трансформаторов - ГОСТ 14209-97:

Части трансформаторов	Допустимые удельные тепловые нагрузки, Вт/м2
	При масляном охлаждении
Катушки многослойные	1000-1200
Катушки однослойные	1400-1600
Сердечник	3000

6. Расчет эксплуатационных характеристик трансформатора

6.1 Определение параметров схемы замещения трансформатора

Параметры схемы замещения трансформатора определяют следующим образом. Находят полное сопротивление короткого замыкания и его составляющие, Ом:

где: Uк.ф - фазное значение напряжения короткого замыкания, В;

Uк.ф= (Uк%· Uф1)·100%

Uк.ф= (4,7%·5773,503) ·100%=2764704,5 В

I1н - номинальный ток первичной обмотки трансформатора, А.

Рк - потери короткого замыкания, по заданию, Вт.



Считая сопротивление первичной обмотки и приведенное сопротивление вторичной обмотки примерно одинаковыми, определяют их по формулам, Ом:

Сопротивление холостого хода и его составляющие находят из соотношений, Ом:

где: U1ф - фазное напряжение первичной обмотки;

- потери холостого хода на фазу.



Сопротивление намагничивающего контура и его составляющие находят из соотношений, Ом:

трансформатор ход нагрузка замыкание

Zm = Z0 - Z1;

Zm =1960,783-598,576=1362,207

хm = x0 - x1;

хm =1960,772-598,576=1362,196

rm = r0 -r1.

rm = 6,481-0,00003125=6,481

Рисунок 6.1 - Т-образная схема замещения трансформатора



6.2 Построение векторной диаграммы трансформатора

Воспользовавшись схемой замещения приведенного трансформатора и основными уравнениями напряжений и токов нужно построить векторную диаграмму трансформатора, наглядно показывающую соотношения и фазовые сдвиги между токами, ЭДС и напряжениями трансформатора.

Векторную диаграмму трансформатора строят для одной фазы при номинальной нагрузке и cosц2 = 0,8 (отстающий ток) для активно-индуктивной нагрузке по известному току нагрузки, вторичному напряжению и углу сдвига между ними (для наглядности допускается построение векторной диаграммы не в масштабе, но соответственно размерам величин).

Для начала построения векторной диаграммы, необходимо подсчитать вектор основного магнитного потока:

Фmax=Е1/(4,44·f·W1)=10000/(4,44*50*2402)=0,0187 Мкс

Векторная диаграмма трансформатора представлена на рисунке 1 в Приложении А.

6.3 Зависимость изменения вторичного напряжения трансформатора от угла сдвига фаз между напряжением и током

Эта зависимость определяется расчетным путем по выражению:

ДU = в·(Uка cosц2 + Uкр sinц2), (6.1)

где: в - степень нагрузки трансформатора,

Uка , Uкр - соответственно активная и реактивная составляющие напряжения короткого замыкания, %.



;

Пример расчета:

ДU = 1·(4,68·1+0,3·0)=4,68

Дальнейший расчет ведется подобным образом. Полученные данные записываются в таблицу 6.1.

Зависимость ДU = f(ц2) рассчитывают для номинальной нагрузки (в=1) при изменении ц2 в пределах от +900 до -900 с обязательным показом характерных точек.

Таблица 6.1 - Расчетные данные для построения графика зависимости ДU = f(ц2)

ц2	град	+90	+60	+45	+30	0	-30	-45	-60	-90
ДU	%	4,68	4,203	3,521	2,599	0,3	-2,599	-3,521	-4,203	-4,68

По данным таблицы построена графическая зависимость ДU = f(ц2) на рисунке 1 в приложении Б.

6.4 Внешняя характеристика трансформатора

Внешняя характеристика трансформатора - это зависимость вторичного напряжения от степени нагрузки трансформатора при постоянных первичном напряжении, частоте и cosц2.

В работе необходимо рассчитать внешние характеристики для cosц2 = 1 и cosц2 =0,6 при ц2 > 0 и ц2 < 0 и изменении нагрузки трансформатора от холостого хода до 1,5 номинальной. Для построения внешних характеристик рассчитывают по 5-6 точек для каждой характеристики. Значение вторичного напряжения в процентах может быть определено следующим образом:

U2% = 100 - ДU,

где: ДU - изменение вторичного напряжения трансформатора, по формуле (6.1)

U2% = 100- 0· (0,3·1+4,68·0) = 0

Подобным образом, производятся расчеты для остальных случаев. Результаты расчета сводят в таблицу 6.2

Таблица 6.2 - Расчетные данные для построения внешней характеристики трансформатора

№ п.п.	в	cosц2 = 1	cosц2 = 0,6; ц2 > 0	cosц2 = 0,6; ц2 < 0
		ДU,%	U2,%	ДU,%	U2,%	ДU,%	U2,%
1	0	0	100	0	100	0	100
2	0,2	0,06	99,94	0,7848	99,215	-0,7128	100,713
3	0,4	0,12	99,88	1,5696	98,43	-1,4256	101,425
4	0,8	0,24	99,76	3,1392	96,861	-2,8512	102,851
5	1	0,3	99,7	3,924	96,076	-3,564	103,564
6	1,5	0,45	99,55	5,886	94,114	-5,346	105,346

По данным таблицы 6.2 построена графическая зависимость U2% = f(в) на рисунке 1 в Приложении В.

6.5 Зависимость КПД трансформатора от степени нагрузки

Зависимость КПД трансформатора от степени нагрузки определяют по формуле:

где Рх - потери холостого хода трансформатора; Рк - потери короткого замыкания по заданию; Sн - номинальная мощность трансформатора.

Расчет КПД следует вести для двух значений коэффициента мощности cosц2 = 0,6 и cosц2 = 1 при изменении степени нагрузки в пределах от 0 до 1,5. Для каждой зависимости необходимо рассчитывать по 6-7 точек, особо выделив максимальное значение КПД.

КПД трансформатора достигает максимального значения при степени нагрузки:

При cos=0,6:

Дальнейший расчет производится подобным образом.

Результаты расчетов сводят в таблицу 7.3 по результатам которой, строят зависимость з = f(в).

Таблица 6.3 - Зависимость КПД трансформатора от степени нагрузки

№ п.п.	в	КПД
		cosц2 = 0,6	сosц2 = 1
1	0,2	0,957	0,974
2	0,4	0,966	0,979
3	0,8	0,959	0,975
4	1	0,953	0,971
5	1,5	0,937	0,961



Список литературы

1. Тихомиров П.М. Расчет трансформаторов. М.: Энергия, 1986. 528 с.

2. Липштейн Р.А., Шахнович М.И. Трансформаторное масло, М.: Энергоатомиздат, 1983. 296 с.

3. Петров Г.Н. Электрические машины , 4.1 . М.: Энергия 1974г. 240с.

4. Худяков З.Н. Ремонт трансформаторов . М.: Высшая школа, 1986. 232с.

5. Лейтес Л.В. Электромагнитные расчеты трансформаторов и реакторов. М.: Энергия, 1981, 392 с.

6. Васютинский С.Б. Вопросы теории и расчета трансформаторов Л.: Энергия, 1970, 432с.

7. Иванов- Смоленский А.В. Электрический машины. М.: Энергия, 1980. 928с.

8. Конов Ю.С., Хубларов Н.Н., Горщунов В.Ю. Расчет механической устойчивости обмоток мощных трансформаторов при коротких замыканиях. - Электрические станции,1983, №2, с. 38-41.

9. Антонов М.В. , Герасимова Л.С. Технология производства электрических машин. М.: Энергоиздат, 1982. 512с.

10. Пястолов А.А., Попков А.А., Большаков А.А., и др. Практикум по монтажу, эксплуатации и ремонту электрооборудования. М.: Колос, 1976. 224с.



Сводная таблица расчета трансформатора

№	Наименование расчетной или принятой величины	Услов. обознач	Ед-ца измер	Значение
				Предварительное	Окончательное
1	Соотношение между диаметром и высоток обмотки	вн	-	2	2,25
2	Ширина приведенного канала рассеяния	ар	м	0,021	0,02114
3	Ширина изоляции между ВН и НН	а12	м	0,009
4	Марка, толщина, вид электротехнической стали	-	-	3404,нагревостойкое изоляционное покрытие, холоднокатаная сталь, 0,35 мм
5	Индукция в стержне	Вс	Тл	1,6	1,578
6	Диаметр стержня	d	м	0,097	0,1
7	Радиальный размер обмотки ВН	а1	м	0,0132	0,0195
8	Изоляционный промежуток между стержнем и обмоткой НН	а01	м	0,004
9	Средний диаметр канала между обмотками	d12	м	0,1434	0,156
10	Высота обмотки	l	м	0,2	0,2
11	Вид обмотки	-	-	Цилиндрическая
12	Электродвижущая сила витка	Uв	В	2,451	2,448
13	Изоляционные расстояния	l01	М	0,015
		l02		0,02
14	Напряжение одного витка	Uв	В	2,451	2,448
15	Число витков НН	W2	-	195
16	Сечение витка обмотки НН	П2	мм2	10,824	11,05
17	Размеры провода обмотки НН	-	мм	3,75
18	Радиальный размер обмотки НН	а2	м	0,0,01692
19	Число витков ВН	W1	-	2402
20	Сечение витка обмотки ВН	П1	мм2	0,724
21	Размеры провода обмотки ВН	-	мм	0,96
22	Радиальный размер обмотки ВН	а1	м	0,0195
23	Высота стержня	lс	м	0,235
24	Расстояние между осями соседних стержней	С	м	0,2068

Размещено на Allbest.ru

...