Расчет трансформатора типа ТМ-250/10

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «БРАТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Дисциплина«Электрические машины»

Курсовая работа

РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА ТМ - 250/10

Выполнил:

Шумков И.П.

Братск 2017 г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА ОБОБЩЕННЫМ МЕТОДОМ

1.1 Определение основных электрических величин

1.2 Определение основных размеров трансформатора

2. РАСЧЁТ ОБМОТОК

2.1 Предварительный расчет

2.2 Расчет винтовых обмоток НН

2.3 Расчет цилиндрических обмоток вн из круглого провода

2.4 Расчет регулировочной обмотки

2.5 Уточненная плотность тока, А/мм2

3. РАСЧЕТ ПОТЕРЬ И КПД ТРАНСФОРМАТОРА

3.1 Основные потери в обмотках при превышении температуры 75С

3.2 Средний коэффициент добавочных потерь

3.3 Потери в отводах, Вт

3.4 Потери в баке и металлических конструкциях, Вт

3.5 Потери короткого замыкания трансформатора, Вт

3.6 Плотность теплового потока на охлаждаемой поверхности, Вт/м2

4. РАСЧЁТ НАПРЯЖЕНИЯ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ И ПОЛЯ РАССЕЯНИЯ ОБМОТОК ТРАНСФОРМАТОРА

4.1 Параметры схемы замещения

4.2 Активная составляющая напряжения короткого замыкания, В

4.3 Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания, В

4.4 Расчетное напряжение короткого замыкания, В

5. РАСЧЕТ МАГНИТНОЙ ЦЕПИ

5.1 Определение размеров магнитной системы

5.2 Активное сечение стержня,м2

5.3 Активное сечение ярма,м2

5.4 Индукция в стержне, Тл

5.5 Индукция в ярме, Тл

5.6 Длина стержня, м

5.7 Масса стали в стержне, кг

5.8 Расстояние между осями стержней, округляем до 0,005м, м

5.9 Масса стали в ярме, кг

5.10 Потери холостого хода, Вт

5.11 Ток холостого хода, А

5.12 Параметры схемы замещения при холостом ходе

5.13 Расчет характеристик холостого хода трансформатора

5.14 Расчет потерь холостого хода при включении трансформатора в сеть при номинальном напряжении и при частоте 60Гц и 40Гц, Вт

6. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА

6.1 Тепловой расчет обмотки

6.2 Тепловой расчет бака

7. РАСЧЕТ МАССЫ ТРАНСФОРМАТОРА

7.1 Масса активной части, кг

7.2 Определение массы масла

7.3 Масса бака с радиаторами, кг

7.4 Масса масла в радиаторах, кг

7.5 Общая масса масла, кг

7.6 Масса трансформатора

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Определение:

Силовой трансформатор -- стационарный прибор с двумя или более обмотками, который посредством электромагнитной индукции преобразует систему переменного напряжения и тока в другую систему напряжения и тока, как правило, различных значений при той же частоте в целях передачи электроэнергии

Развитие энергетики невозможно без совершенствования трансформаторостроения и в первую очередь без создания и выпуска силовых трансформаторов, являющихся важнейшим элементом электрической установки, сети и системы. При проектировании силовых трансформаторов необходимо стремиться обеспечить минимальный вес, габариты, стоимость и эксплуатационные затраты, кроме того, учитывать требования к их характеристикам, определяемым в основном технологическими условиями производства, системой охлаждения, способами регулирования напряжения (ПБВ или РНП) и условиями передачи энергии к потребителям. Эти требования должны всесторонне учитываться проектировщиками силовых трансформаторов.

В данном курсовом проекте необходимо рассчитать силовой трехфазный масляный трансформатор ТМ-250/10 с алюминиевыми обмотками, видом переключения-ПБВ и группой соединения обмоток Y/Yн-0. Трансформатор служит для понижения напряжения с 10 кВ до 0,4 кВ.

Масляный трансформатор состоит из магнитопровода, обмоток, бака, крышки с вводами. Магнитопровод собирают из изолированных друг от друга (для уменьшения потерь на вихревые токи) листов холоднокатаной электротехнической стали. Обмотки изготовляют из медного или алюминиевого провода. Для регулирования напряжения обмотка ВН имеет ответвления, соединяющиеся с переключателем. В трансформаторах предусмотрено два вида переключении ответвлений: под нагрузкой -- РПН (регулирование под нагрузкой) и без нагрузки, после отключения трансформатора от сети -- ПБВ (переключение без возбуждения). Наиболее распространен второй способ регулирования напряжения как наиболее простой.

Кроме трансформаторов с масляным охлаждением (ТМ) выпускаются трансформаторы в герметичном исполнении (ТМГ), в которых масло не сообщается с воздухом и, следовательно, исключается его ускоренное окисление и увлажнение. Масляные трансформаторы в герметичном исполнении полностью заполнены трансформаторным маслом и не имеют расширителя, а температурные изменения его объема при нагревании и охлаждении компенсируются изменением объема гофров стенок бака. Эти трансформаторы заполняются маслом под вакуумом, вследствие чего повышается электрическая прочность их изоляции.

Основные тех. характеристики типовых масляных трансформаторов:

Температура окружающего воздуха по ГОСТ 15150 и ГОСТ 15543.1- от -45єС до + 40єС.

Окружающая среда невзрывоопасная, не содержащая пыли в концентрациях, снижающих параметры изделий в недопустимых пределах. Трансформаторы не предназначены для работы в условиях тряски, вибрации, ударов, в химически активной (агрессивной) среде. Высота над уровнем моря не более 1000 м.

Отклонение питающего напряжения от номинального, а также форма кривой напряжения, несимметрия фаз, отклонение частоты от номинальной должны соответствовать требованиям ГОСТ 13109.

Относительная влажность воздуха при +25єС - не более 80%.

Корректированный уровень звуковой мощности не более 60 дБА.

Частота питающей сети - 50Гц.

В трансформаторах типа ТМ температурные колебания объема масла компенсируются с помощью маслорасширительного бачка. Маслорасширительный бачок снабжен указателем уровня масла и воздухоосушителем. Сушка воздуха, контактирующего с окружающим воздухом производится с помощью сорбента (силикагеля), расположенного внутри «дыхательной трубы». Для защиты трансформатора от попадания внутрь влаги и пыли окружающего воздуха, установлен гидрозатвор.

Охлаждение масла в трансформаторах осуществляется с помощью радиаторов (кроме трансформаторов с гофрированными баками).

ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРАНСФОРМАТОРОВ типа ТМ

Тип трансформатора	Мощность, кВА	Напряжение к.з. при 75єС	Потери, Вт	Габаритные размеры, мм	Масса масла, кг	Общая масса, кг.
			х.х.	к.з. при 75єС	L	В	Н	А	А1
ТМ-10	10	5,5	75	300	765	580	1075	574	432	50	200
ТМ-25	25	4,5	130	600	1030	550	1150	400	504	90	360
ТМ-40	40		175	880	1075	550	1225			155	475
ТМ-63	63		240	1280	1075	640	1235			180	520
ТМ-100	100		330	1970	1150	740	1475	550	654	256	690
ТМ-160	160		510	2650	1240	950	1560			300	945
ТМ-250	250		740	3700	1305	970	1615			400	1340
ТМ-400	400		950	5500	1430	1045	1815	660	764	570	1800
ТМ-630	630	5,5	1300	7600	1540	1080	1890			650	2200
ТМ-1000	1000		1900	10800	2195	1210	2355	900	900	1100	4200

1. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА ОБОБЩЕННЫМ МЕТОДОМ

1.1 Определение основных электрических величин

Расчет трансформатора начинают с определения основных электрических величин - мощности на одну фазу и стержень, номинальных токов на стороне ВН и НН, фазных токов и напряжений.

Номинальный (линейный) ток обмотки высокого напряжения (ВН),А,

Размещено на http://www.allbest.ru/

Номинальный (линейный) ток обмотки низкого напряжения (НН),А,

Размещено на http://www.allbest.ru/

Фазный ток обмотки ВН (действующее значение),А,

[А]-при соединении в звезду

=14,45 А

Фазный ток обмотки НН (действующее значение),А,

[А]-при соединении в звезду

=209,4 А

Фазное напряжение обмотки ВН. (действующее значение), кВ,

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Фазное напряжение обмотки НН. (действующее значение),кВ,

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Нормированное испытательное напряжение силовых масляных трансформаторов с нормальной изоляцией определим [4,табл 2.1]:

Испытательное напряжение для обмотки ВН

ВН: Uисп.вн= 35000 В.

Испытательное напряжение для обмотки НН

НН: Uисп.нн= 5000 В.

1.2 Определение основных размеров трансформатора

Выбор размеров магнитной системы, совместно с основными размерами обмоток, определяет размеры активной части и трансформатора в целом.

Мощность обмоток одного стержня трансформатора, кВА,

где, с-количество стержней, равное числу фаз с=m=3,



Ширина приведенного канала рассеяния, м,

где -коэффициент канала рассеяния.

Устанавливается коэффициент, полученный в результате опыта проектирования серий трехфазных трансформаторов, по классу линейного напряжения обмотки ВН и мощности трансформатора [8,табл.2.7.].Его значения приведены для трехфазных двухобмоточных трансформаторов с обмотками из алюминиевого провода. Для обмоток из алюминиевого провода табличное значение следует разделить на 1,25.

Принимается коэффициент канала рассеяния =0,7

Рис. 1.1. К определению основных размеров трансформатора



где показаны на рис.1.2.

Определяем , возьмем из [2табл.2.6.] (материал обмоток алюминий): =2,0

Коэффициент приведения идеального магнитного поля к реальному(коэффициент Роговского):=0,95

Частота сети:

Рис. 1.2. Главная изоляция обмоток ВН и НН

-изоляционное расстояние от обмотки НН до стержня.

- изоляционное расстояние между обмотками НН и ВН.

- изоляционное расстояние между обмотками ВН на соседних стержнях.

-радиальный размер обмотки НН.

-радиальный размер обмотки ВН.

Все предварительно принятые величины уточняются в процессе расчета.

Активная составляющая напряжения короткого замыкания



где -потери КЗ, Вт(по ТЗ); S-полная мощность, кВА.

Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания

где -напряжение КЗ, (по ТЗ).

Диаметр стержня

где -мощность одной фазы, кВА; -частота сети Гц.

-коэффициент -отношение активного сечения стержня к площади круга с диаметром, равным диаметру стержня трансформатора, предварительно можно принять =0,9;

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

-соотношение между основными размерами трансформатора могут быть представлены коэффициентом [5, табл. 2.6].принимается величина ;

-принимается марка стали магнитопровода 3405;

-величина индукции в стержнях масляного трансформатора может быть получена из опыта проектирования, учитывая мощность [4,табл.2.8.], индукция в стержне =1,5Т.

Выбираем из нормированного ряда [4,стр.35],=0,2м.

Активное сечение стержня[4, стр.35],,

Средний диаметр осевого канала между обмотками, м,

где определяется:

Высота обмоток, м,[4,по стр.35]

где [4,табл.2.6.], =1,5

Высота окна под обмотку

2. РАСЧЁТ ОБМОТОК

2.1 Предварительный расчет

Электродвижущая сила одного витка, В

где -задаваемая частота, Гц;

-индукция в стержне, Тл;

-активное сечение стержня, .

.

Число витков на фазу при номинальном напряжении

= ; = = 45 витка.

Число витков на фазу при нормальном напряжении

витков,

Коэффициент трансформации

;

;

Проверим соответствие условия:

- условие выполнено

Число витков для регулирования напряжения со стороны обмотки ВН.

-целое число

где n-предел регулирования,/100

Число витков на одну ступень регулирования , устанавливается из предположения, что регулирование в обмотке при ПБВ осуществляется в пределах от номинального значения напряжения:

, Принимаем =17

Плотность тока ,А/мм,в обмотках, обеспечивающую получение заданных потерь короткого замыкания, по [4,табл.3.1.]:А/мм,принимаем = 2 А/мм2

Ориентировочное сечение витка обмотки ВН.



Ориентировочное сечение витка обмотки НН.

Выбираем тип обмоток ВН и НН по[4,табл.3.2.]

Обобщенные данные

Таблица.1

НН	ВН
Sн = 250 кВа	Sн = 250 кВа
Uнн = 0,69 кВ	Uвн = 10 кВ
Iнн = 209,4 А	Iвн = 14,45 А
Материал =Al	Материал =Al
Wнн = 45	Wвн = 668
нн = 0,586 мм	вн = 0,586 мм
= 104,7мм2	= 7,22мм2

Таблица 2 Обычные пределы применения различных типов обмоток

Тип обмотки	Применение на стороне	Мате-риал обмо-ток	Пределы применения, включительно	Число парал-лель-ных прово-дов
	Глав-ное	Воз-мож-ное		S,кВА	I на стержень А	U, кВ	П, мм2
Цилиндрическая многослойная из круглого провода	ВН	-	Al	до 630	2-135	до 35	1.37-50.24	1.2
Винтовая одно-, двух и многоходовая из прямоугольного провода	НН	-	Al	от 100 и выше	от 150 и выше	до 35	от 75 и выше	4-16

Обмотка ВН - Цилиндрическая многослойная из круглого провода

Обмотка НН - Винтовая одно-, двух и многоходовая из прямоугольного провода

В качестве витковой изоляции используется собственная изоляция обмоточного провода. Тип провода: АПБ ГОСТ 16512-70, класс нагревостойкости А(), толщина изоляции провода на две стороны

2.2 Расчет винтовых обмоток НН

Винтовая обмотка применяется только как обмотка НН при токе не менее 200 А, верхний предел по мощности и току не ограничен. Минимальное число параллельных проводов - 4, намотка только плашмя. Подобно резьбе витка обмотка может быть одноходовой, двухходовой, в отдельных случаях четырехходовой.

Ориентировочная высота витка выбирается в зависимости от величины hВ, мм.

одноходовая винтовая обмотка выбирается при условии:

где hK=5…10 мм -высота радиального канала.

- что удовлетворяет условию, следовательно применяем одноходовую винтовую обмотку

Ориентировочный осевой размер изолированного проводника, мм:

- для одноходовой обмотки;

Размеры элементарного неизолированного проводника в мм выбираются [4, табл.3.5.] по ориентировочной величине сечения ПНН и сечению гостированного проводника.

Запись выбранного проводника рекомендуется записываем в следующем виде:

,

где - число параллельных элементарных проводов;

- ;

= (мм); = (мм);

- нормированное сечение одного параллельного проводника

Полное сечение витка:

Уточненное значение плотности тока, А/мм2:

- что удовлетворяет условию

Высота обмотки, мм:

одноходовая обмотка

Радиальный размер обмотки, мм:

одноходовая обмотка

Внутренний диаметр обмотки, м:

Наружный диаметр обмотки, м:

Поверхность охлаждения обмотки, м2:

одноходовая обмотка

где К= 0.75 - коэффициент, учитывающий закрытие части поверхности обмотки рейками и другими изоляционными деталями.

Масса металла обмотки, кг:

где - удельная плотность металла обмотки;

кг/м2;

2.3 Расчет цилиндрических обмоток вн из круглого провода

Многослойная цилиндрическая обмотка из круглого провода наиболее часто применяется для обмотки ВН, при этом число параллельных проводов выбирается не более 2.

Размеры проводника, мм.

По рассчитанному сечению подбираются нормированное сечение и диаметр провода по [4,табл.3.11]. Запись выбранного проводника рекомендуется проводить в виде :

Провод

где d - диаметр неизолированного провода;

- диаметр изолированного провода;

- двухсторонняя толщина изоляции по табл.3.11

Провод

Уточненная плотность тока, А/мм2:

где

- что удовлетворяет условию

Число витков в слое

Число слоев в обмотке:

Радиальный размер обмотки ВН, мм:

обмотка с осевыми каналами:

где - толщина междуслойной изоляции, выбирается по [8,табл.3.4] по величине рабочего напряжения между двумя слоями, =0,6;

- ширина каналов между катушками, для масл. трансформаторов, принимаем=5;

- число каналов, выбирается из условия 4-5 слоев один канал, =1 .

Высота обмотки ВН, мм:

Внутренний диаметр обмотки ВН, м:

Наружный диаметр обмотки ВН, м:



Поверхность охлаждения обмотки,м2:

обмотка с осевыми каналами:

Где К=0,8 - коэффициент, учитывающий закрытие части поверхности обмотки рейками и другими изоляционными деталями.

Масса металла обмотки, кг:

где - удельная плотность металла обмотки, Al= 2700кг/м2.

2.4 Расчет регулировочной обмотки

Схема встроенного регулирования (UН 35 кВ). Регулировочные обмотки, как правило, делаются из того же провода, что и основная обмотка. Число катушек в обмотке грубого регулирования делается четным и подбирается таким, чтобы ширина катушек была примерно равной ширине катушек основной части обмотки ВН. В случае необходимости увеличить ширину катушек регулировочной обмотки, между витками прокладывают полосы из электрокартона толщиной 1-2мм.

Число катушек в регулировочной ступени обмотки тонкого регулирования должно быть четным. Если число витков в ступени равно или меньше числа вит ков катушки основной зоны обмотки ВН, в ступени берут одну катушку и применяют переплетение витков. Когда же при этом регулировочные катушки получаются меньшей ширины, чем катушки основной части обмотки, можно обмотку тонкого регулирования намотать проводом того же сечения, но с другим соотношением сторон.

Высота регулировочной зоны равна сумме высот всех катушек регулировочных обмоток и каналов между ними.

Число витков на основной ступени регулирования

витков

Число витков на одной ступени регулирования

витков,

где: ??UФ - напряжение ступени, равное разности фазных напряжений двух соседних ступеней регулирования;

? - полный диапазон регулирования, в %;

n - полное число ступеней регулирования.

Пересчёт напряжения на зажимах обмотки ВН

UФ = WВН ? UВ = 668?8,65= 5778,2 В

Таблица 3 Проверка напряжений на всех ступенях регулирования

Ступень напряжения	1.05UФВН	1.025UФВН	UФВН	0,975UФВН	0.95UФВН
Число витков	702	685	668	652	635
Напряжение ступени, В	6072,3	5925,25	5778,2	5639,8	5492,75
Напряжение ступени по ГОСТу, В	6069	5924,5	5780	5635,5	5491
Разность напряжений, В	3,3	0,75	-1,8	4,3	1,75
Разность напряжений, %	0,054	0,013	-0,031	0,076	0,032

Определяем число витков в регулирующей обмотке тонкого регулирования: электрический трансформатор замыкание магнитный

Wтр=(n+1)xWрс=(5+1)х17=102 витка

Для выполнения регулировочной обмотки выбираем провод РО с теми же размерами, что и для обмотки ВН:

Провод

где d - диаметр неизолированного провода;

- диаметр изолированного провода;

- двухсторонняя толщина изоляции по табл.3.11

Провод

2.5 Уточненная плотность тока, А/мм2

Где

Определяем ширину регулирующей обмотки, мм аро=1,03хnэлхdиз=1,03х1х3,3=3,39 мм

Определяем высоту регулирующей обмотки, мм

hро=(n+1)x(Wрс+2)хdиз, мм

hро=(1+1)x(17+2)х3,3=125,4 мм

Определяем средний диаметр регулирующей обмотки,м:

где = 27 мм - изоляционные расстояние м/д обмотками ВН и РО

Масса металла обмотки, кг:

где - удельная плотность металла обмотки, Al= 2700кг/м2.



Рис. 2.1 Многослойная цилиндрическая обмотка из круглого провода.

Рис. 2.2 Схема регулирования напряжения ПБВ с регулировочной зоной в середине высоты обмотки: WBH = 668, nСЛ = 4, nЭЛ = 1.

3. РАСЧЕТ ПОТЕРЬ И КПД ТРАНСФОРМАТОРА

3.1 Основные потери в обмотках при превышении температуры 75С

Вт,

Вт,

где rHH75 -омическое сопротивление обмотки НН, Ом;

rBH75 - омическое сопротивление обмотки ВН, Ом;

где - удельное сопротивление обмоточного провода Al

3.2 Средний коэффициент добавочных потерь

Средний коэффициент добавочных потерь учитывает увеличение основных электрических потерь в обмотках при протекании по ним электрического тока. Коэффициент рассчитывается для обмоток ВН и НН с использованием рис.3.1.[1,по формуле(7.15.)]



Рис 3.1.Расклад проводников обмотки высокого и низкого напряжения

Определяем коэффициент Кд для винтовой обмотки НН из прямоугольного провода.

при n ? 5

КД = 1 + 0.53 ??10-2 ???12 ??( f ??10-4 /?? ) ??a4 ??( n4 - 20 ? n2 + 64)

где ???????1 = 0.95 ?b·m /l;

f=50 Гц;

m - число проводников после обмотки; mHH=42; mBH=Wсл=176

n - число проводников по радиусу обмотки. nнн = nсл = 11; nвн = nсл = 4

КД нн= 1 + 0,53 ??10-2 ???????2 ??( 50 ??10-4 /?????? ) ??24 ??( 114 - 20 ? 112 + 64)=1,174

Определяем коэффициент Кд для цилиндрической многослойной обмотки ВН из круглого провода :

КД = 1 + 0.017 ???22 ??a4 ??n2 ??108

КД ВН= 1 + 0.017 ???22 ??a4 ??n2 ??108=1+0,017

Обычно КД = 1.01 - 1.05 для правильно выбранных размеров цилиндрических обмоток.

3.3 Потери в отводах, Вт

где -масса отводов НН;

-масса отводов ВН;

где -общая длина отводов НН;

-общая длина отводов ВН;

?Al = 2700 кг/м.

3.4 Потери в баке и металлических конструкциях, Вт

где [2табл.4.1.]

3.5 Потери короткого замыкания трансформатора, Вт

Сравниваем полученное значение с заданным

3.6 Плотность теплового потока на охлаждаемой поверхности, Вт/м2

4. РАСЧЁТ НАПРЯЖЕНИЯ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ И ПОЛЯ РАССЕЯНИЯ ОБМОТОК ТРАНСФОРМАТОРА

Напряжение короткого замыкания определяет характеристику и ток короткого замыкания трансформатора. Величина является паспортной величиной, и при расчете не допускается отклонение более чем на .

Напряжение короткого замыкания двухобмоточного трансформатора называется приведенное к расчетной температуре напряжение, которое следует подвести при номинальной частоте к зажимам одной из обмоток при замкнутой накоротко другой обмотке, чтобы в обеих обмотках установились номинальные токи.

Рис.4.1. Схема замещения короткого замыкания для одной фазы трансформатора.

4.1 Параметры схемы замещения

где



4.2 Активная составляющая напряжения короткого замыкания, В

4.3 Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания, В

4.4 Расчетное напряжение короткого замыкания, В

5. РАСЧЕТ МАГНИТНОЙ ЦЕПИ

5.1 Определение размеров магнитной системы

Размеры пакетов выбраны по [1 .таблица 8.3] для стержня dн=0,20 м и сведенены в таблицу 5.1.

Таблица 5.1.

№ пакета	Стержень, мм
1	195х22
2	175х26
3	155х15
4	135х11
5	120х6
6	105х5
7	75х7

Выбираем плоскую шихтованную систему из холоднокатаной стали 3405.

Рис. 5.1. Сечение стержня трансформатора

Площади сечения стержня и ярма взяты [4, табл.6.1]:

 288,4 см2;

296,2 см2;

5.2 Активное сечение стержня,м2

ПС= КЗ. ПФС =0,93. 0,02884=0,0268 .

5.3 Активное сечение ярма,м2

ПЯ= КЗ . ПФЯ =0,93. 0,02962 = 0,0275 .

5.4 Индукция в стержне, Тл

5.5 Индукция в ярме, Тл

5.6 Длина стержня, м

где осевой размер обмотки ВН;

расстояние от прессующего кольца до обмотки ВН [1,табл.4.5.];

расстояние от нижнего ярма до обмотки ВН[1,табл.4.5.];

5.7 Масса стали в стержне, кг

5.8 Расстояние между осями стержней, округляем до 0,005м, м

принимаем

5.9 Масса стали в ярме, кг

где G'Я = 4 . C . ПЯ . СТ ;

G'Я =4 . 0,325. 0,0275 .7650=273,4кг;

5.10 Потери холостого хода, Вт

Потери холостого хода слагаются из потерь в магнитопроводе, потерь в стальных элементах конструкции остова трансформатора, вызванных потоком рассеяния. Потерями в первичной обмотке, вызванными током холостого хода и диэлектрическими потерями в изоляции пренебрегаем.

,

где иудельные потери в стержне и ярме

[4,табл.6.2.];

[4,табл.6.2.];

5.11 Ток холостого хода, А

Ток первичной обмотки трансформатора, возникающий при холостом ходе при номинальном синусоидальном напряжении и частоте, называется током холостого хода, А:

Активная составляющая тока холостого хода, А:

Реактивная составляющая тока холостого хода (определяется по закону полного тока согласно рис.5.2):



Рис.5.1. К определению размеров Рис.5.2. Магнитопровод трансфор плоской магнитной системы. матора. Схема шихтовки

где НС, НЯ, H? - амплитудные значения напряженности магнитного поля; соответственно в стержне, ярме, стыках (зазорах) трансформатора;

КТ = 1,5-2 - технологический коэффициент, учитывающий увеличение намагничивающей силы за счет технологических факторов, принимаем Кт=1,5;

??= (0,05-0,1) - величина зазора в стыках, мм. Принимаем ?????????????м.

Значения НС, НЯ определяются по кривой намагничивания, построенной по рис 5.3.

Рис. 5.3. Кривая намагничивания стали



5.12 Параметры схемы замещения при холостом ходе

Рис. 5.4.Схема замещения ХХ для одной фазы трансформатора

5.13 Расчет характеристик холостого хода трансформатора

Все расчеты этого пункта сведены в таблицу 6.2.

Таблица 5.2 Характеристики Х.Х.

№	U*1Ф, о/е	0.8	0.9	1	1.1
1	U1Ф, В	4624	5202	5780	6358
2		1,16	1,31	1,45	1,6
3		1,13	1,28	1,41	1,56
4	РХХ = РХХР ??(U*1Ф)2 , Вт	680	765	850	935
5		0,05	0,05	0,05	0,05
6	НС по кривой таблицы 6.3, А/м	56	63	70	77
7	НЯ по кривой таблицы 6.3, А/м	40	45	50	55
8		923566,4	1039012,2	1154458,0	1269903,8
9		0,27	0,3	0,33	0,37
10		0,27	0,3	0,34	0,37
11		0,18	0,16	0,15	0,13

5.14 Расчет потерь холостого хода при включении трансформатора в сеть при номинальном напряжении и при частоте 60Гц и 40Гц, Вт

;

6. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА

6.1 Тепловой расчет обмотки

Удельная тепловая нагрузка обмотки, Вт/м2:

Обмотка НН: qНН=179 Вт/м2.

Обмотка ВН: qВН =354 Вт/м2.

Внутренний перепад температуры, 0C:

Для обмотки НН:

Для обмотки ВН: Размещено на http://www.allbest.ru/

Где д - толщина изоляции на одну сторону д=0,225·10-3 м,

q - плотность теплового потока на поверхности обмотки,

лИЗ - теплопроводность бумажной, пропитанная маслом изоляция провода [1, табл. 9.1]. лИЗ=0,17Вт/м·ОС

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Перепад температуры на поверхности обмотки, 0C:

Для обмотки НН:

где k1=1 - для естественного масляного охлаждения,

k2 =1,1 - для внутренних обмоток НН и СН,

k3=0,8 - [1, табл. 9.3]

Размещено на http://www.allbest.ru/

Для обмотки ВН:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Полный средний перепад температуры обмоток к маслу

Для обмотки НН:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Для обмотки ВН:

Размещено на http://www.allbest.ru/

6.2 Тепловой расчет бака

По таблице 9.4 [1] в соответствии с мощностью трансформатора выбираем конструкцию бака с навесными радиаторами с прямыми трубами.

Минимальная ширина бака, м:



где S1= 20 мм ( для отвода UИСП=35 кВ, покрытие 2 мм расстояние до стенки бака по табл. 4.11[1] );

S2= 17 мм ( для отвода UИСП=35 кВ, покрытие 2 мм расстояние до прессующей балки ярма по табл. 4.11[1] );

S3= 20 мм (для отвода UИСП=25 кВ, без покрытия расстояние до стенки бака по табл. 4.11[1] );

S4= 28 мм (для отвода UИСП=35 кВ, для обмотки UИСП=35 кВ, отвод без покрытия по табл. 4.11[1] );

d1=20 мм,

d2=10 мм.

Минимальная длина бака, м:

где С-расстояние между осями стержней магнитопровода.

С=D//2 +a22=0,323+0,01=0,333 м;

Размещено на http://www.allbest.ru/

Высота активной части, м:

где n - толщина подкладки под ярмо ( n =30 - 50 мм );

lC - высота стержня;

hЯ - высота ярма.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Глубина бака, м:

Принимаем расстояние от верхнего ярма до крышки бака при горизонтальном расположение над ярмом переключателем ответвлений обмотки ВН [1,табл. 9.5]. НЯ.К=160 мм.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Для развития должной поверхности охлаждения целесообразно использовать радиаторы с гнутыми трубами. С расстояниями между осями фланцев АР=1150 мм по табл. 9.10 [1] с поверхностью труб ПТР=3,533 м2, поверхностью коллектора ПК.К=0,34 м2. Для установки этих радиаторов глубина бака должна быть принята:

где С1 и С2 - расстояние осей фланцев радиатора от нижнего и верхнего срезов стенки бака С1=0,085 м, С2=0,1 м

Размещено на http://www.allbest.ru/

Допустимое превышении средней температуры масла над температурой окружающего воздуха для наиболее нагретой обмотки, 0С:



Среднее превышение температуры стенки бака над воздухом, 0С:

где

Размещено на http://www.allbest.ru/

Полученное значение должно удовлетворять неравенству

где - коэффициент, определяющий отношение максимального и среднего превышение температуры масла

Размещено на http://www.allbest.ru/

Поверхность конвекции гладкой стенки бака, м2:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Ориентировочная поверхность излучения бака с радиаторами, м2:

где k - коэффициент, учитывающий отношение периметра поверхности излучения к поверхности гладкой части бака; k= 1,2 - 1,5.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Ориентировочная необходимая поверхность конвекции для заданного значения Размещено на http://www.allbest.ru/

, м2:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Поверхность конвекции крышки бака, м2:

где 0,16 - удельная ширина верхней рамы бака;

0,5 - коэффициент, учитывает закрытие поверхности крышки вводами арматурой

Размещено на http://www.allbest.ru/

Поверхность конвекции радиаторов, м2:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Поверхность конвекции радиаторов, приведенная к поверхности гладкой стенки , м2:

Размещено на http://www.allbest.ru/

где kФ=1,26 - табл.9.6, [1]

Пк.тр=3,53 - табл.9.9, [1]

Пк.к=0,15 - табл.9.9, [1]

Размещено на http://www.allbest.ru/

Необходимое число радиаторов, шт:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Поверхность конвекции бака, м2:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Среднее превышение температуры наружной поверхности трубы над температурой воздуха, 0C:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Средние превышение температуры масла вблизи стенки над температурой поверхности стенки труб, 0C:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Превышение средней температуры масла над температурой воздуха,0C:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Превышение температуры масла верхних слоях над температурой воздуха, 0C:

где k=1,2

Размещено на http://www.allbest.ru/

Превышение температуры обмотки над температурой воздуха, 0C:

Для обмотки НН:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Для обмотки ВН:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Превышение температуры масла в верхних слоях и обмоток лежат в пределах допустимого нагрева по ГОСТ 11677 - 85.

7. РАСЧЕТ МАССЫ ТРАНСФОРМАТОРА

7.1 Масса активной части, кг

масса провода, кг

;

Масса стали магнитопровода, кг

Размещено на http://www.allbest.ru/

Gпр=1,066(28,58+1,05*36,51+6,9+2,35+0,15)=81,35 кг

Gст = 411,9+342,58= 754,48 кг

Размещено на http://www.allbest.ru/

7.2 Определение массы масла

Объем бака:

где ПД - площадь дна, ПД=А·В,

НБ - глубина бака

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Объем активной части:



где гА.Ч - средняя плотность активной части, для трансформаторов с алюминиевой обмоткой гА.Ч=5000 - 5500 кг/м3

Размещено на http://www.allbest.ru/

Объем масла в баке

Размещено на http://www.allbest.ru/

Масса масла в баке, кг

Размещено на http://www.allbest.ru/

7.3 Масса бака с радиаторами, кг

где ;

?Пб =Пбк+П.кр +Пд= 3,79+0,34+0,34=4,47 м2

гСТ =7850 кг/м3,

дСТ - толщина стали бака, дСТ=0,01 м

GБ=7850х0,01х4,47+1х50,14 = 401 кг.

7.4 Масса масла в радиаторах, кг

Размещено на http://www.allbest.ru/

где Gm- масса масла в радиаторе [1.табл.9.9]

Размещено на http://www.allbest.ru/

7.5 Общая масса масла, кг

Размещено на http://www.allbest.ru/

Gм=1,05х[900х(0,68-0,38)+38]= 323,4 кг

7.6 Масса трансформатора

Gтр=1003+401+323,4=1727,4 кг.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе выполнения курсового проекта было выполнено индивидуальное проектирование трансформатора ТМ-250/10, в соответствии с заданием, его современным требованиям к электрической и нагревостойкости обмоток.

В таблице приведено сравнение данных предварительного и полного расчётов трансформатора.

Показатели	Задано	Предварительный расчёт	Полный расчёт
Параметры
Потери короткого замыкания, Вт	3700	-	3768,51
Потери холостого хода, Вт	740	-	850
Напряжение короткого замыкания, %	4,5	-	3,06
Ток холостого хода, %	2,3	-	2,28
Электромагнитные нагрузки
Индукция Вс, Тл	-	1,5	1,5
Плотность тока А/мм2	-	ВН: 2 НН: 2	ВН: 2,04 НН: 1,97
Основные размеры
Диаметр магнитопровода, м	-	0,2	0,2
Высота обмоток, м	-	-	0,615
Высота стержня, м	-	-	0,644
Расстояние между осями, м	-	-
Данные масс
Масса металла обмотки, кг	-	-	71,99
Масса трансформатора, кг	-	-	1727,4

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Тихомиров П.М. Расчет трансформаторов.- М.;Энергоатомиздат, 1986.

2. Сыровешкин А.М. Электрические машины. Трансформаторы. Методические указания к расчёту курсового проекта. Братск: БрИИ, 1995. - 80с.

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

4. Сыровешкин А.М., М.А. Федорова Электрические машины. Трансформаторы. Расчет и конструирование силовых трансформаторов. Братск: БрГУ, 2006. - 80с.

5. Голован А.Т. Электротехнический справочник. третье издание, том 1 - М; ГЭИ, 1962 - 732с.

Размещено на Allbest.ru

...