Случайная страница | ТОМ-1 | ТОМ-2 | ТОМ-3 Архитектура Биология География Другое Иностранные языки Информатика История Культура Литература Математика Медицина Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Программирование Психология Религия Социология Спорт Строительство Физика Философия Финансы Химия Экология Экономика Электроника

1. Определение основных электрических величин. 6

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ. 4

1. Определение основных электрических величин. 6

2. Выбор главной и продольной изоляции. 7

3. Выбор конструкции магнитопровода. 9

4. Определение основных размеров трансформатора. 11

5. Выбор конструкции обмоток. 14

6. Расчет обмоток трансформатора. Общие положения. 16

7. Расчет обмоток низшего напряжения. 21

8. Расчет обмоток высшего напряжения. 23

9. Расчет параметров короткого замыкания. 26

10. Расчет магнитной системы трансформатора. 29

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 34

Список использованной литературы.. 35

ВВЕДЕНИЕ

В соответствии с ГОСТ 16110-82 трансформатором называется статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанных обмоток и предназначенных для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока. Трансформатор, предназначенный для преобразования электрической энергии в сетях энергосистем и потребителей электроэнергии, называется силовым.

В конструктивном отношении современный силовой трансформатор можно схематически представить состоящим из трех основных систем: магнитной, системы обмоток с их изоляцией, системы охлаждения и вспомогательных систем – устройств регулирования напряжения, измерительных и защитных устройств, арматуры и т.д. конструктивной и механической основой трансформатора является его магнитная система, которая служит для локализации в ней основного магнитного поля трансформатор. Она представляет собой комплект пластин или других элементов из электротехнической стали или другого ферромагнитного материала, собранного в определенной геометрической форме.

Целью данной курсовой работы является изучение основных типов и конструкций трансформаторов методом его расчета.

В результате расчета необходимо:

– выбрать конструкцию магнитной системы и конструкцию главной изоляции;

– определить основные размеры трансформатора;

– выбрать конструкцию и произвести расчет обмоток низшего и высшего напряжения;

– определить потери короткого замыкания и напряжения короткого замыкания;

– произвести расчет магнитной системы, определить параметры холостого хода.

Полученные в результате расчета значения величин не должны отличаться от заданных значений более чем на:

– напряжение короткого замыкания;

– потери короткого замыкания;

– потери холостого хода;

– ток холостого хода.

Выбор исходных данных для расчетов производим из таблицы1

Таблица 1 – Исходные данные для расчета силового трансформатора

ТДНС 16000/36,75/6,6 У1

Описание.

Мощность-16000кВА; Напряжение первичной обмотки ВН - 36,75 кВ;Напряжение вторичной обмотки НН - 6,6 кВ; Регулирование напряжения РПН со стороны ВН - ±8x1,5%.Климатическое исполнение У1.

Трансформатор силовой трехфазный двухобмоточный с естественной циркуляцией масла и принудительной циркуляцией воздуха, с регулированием напряжения под нагрузкой (РПН), с диапазоном регулирования ±8x1,5% со стороны ВН. Автоматическое управление осуществляется от автоматического контроллера, поставляемого вместе с трансформатором. Предназначены для работы в электрических сетях собственных нужд электростанции. Применение трансформатора типа ТДНС позволяет обеспечить потребителю надежное электроснабжение в течение всего срока эксплуатации.

СТРУКТУРА УСЛОВНОГО ОБОЗНАЧЕНИЯ ТДНС 16000/36,75/6,6 У1

Т-трансформатор трехфазный, Д –с естественной циркуляцией масла и принудительной циркуляцией воздуха, Н- с регулированием напряжения под нагрузкой (РПН), С - предназначен для работы в электрических сетях собственных нужд электростанции, 16000 - номинальная мощность, кВА, 35 - Класс напряжения, кВ, У1 - климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ 15150.

Схема соединения и группа соединения обмоток:

Д – схема соединения обмотки (треугольник),

У – схема соединения обмотки (звезда),

н – наличие изолированной нейтрали,

11 – группа соединения обмоток

Рисунок 1- Схема и группа соединений

1. Определение основных электрических величин

1.1 Мощность одной фазы и одного стержня

где – число стержней.

1.2. Фазные напряжения и токи:

где индекс 1 относится к ОНН, 2 – к ОВН;

– номинальное линейное напряжение – ой обмотки, приведенное в задании.

\

Активная и реактивная составляющие напряжения короткого

замыкания,

2. Выбор главной и продольной изоляции

2.1. Испытательные напряжения определяю по [1, табл.4.1, с.169] для масляных трансформаторов.

Главная изоляция обмоток определяется, в основном, электрической прочностью при частоте 50Гц и соответствующими испытательными напряжениями, которые зависят от напряжения обмоток. Изоляцию между обмотками ВН и НН осуществляют жёсткими бумажно- бакелитовыми цилиндрами или мягкими цилиндрами из электротехнического картона, намотоными при сборке трансформатора. Размеры выступа цилиндра за высоту обмоток обеспечивает отсутствие разряда по поветхности цилиндра между обмотками и на стержень. Изоляцию обмоток от ярма усиливают шайбами и прокладками из электротехнического картона. Между обмотками соседних стержней устанавливают репегородку из электротехнического картона. Минимальные изоляционные расстояния принемаю равными l₀₂ = 80 мм = 8 см, а₁₂= а₂₂= 30 мм =0,03м.

Таблица 2.1 – Испытательные напряжения промышленной частоты (50Гц) для сухих силовых трансформаторов (ГОСТ 1516.1-76).

2.2. Выбор конструкции главной изоляции масляных трансформаторов производится на основании [1, рис.4.6,с.184.]

Рисунок 2.1 – Конструкция главной изоляции ВН и НН масляных трансформаторов с испытательным напряжением от 5 до 85 кВ.

2.3. Минимальные изоляционные расстояния масляных трансформаторов определяются по [1, табл.4.5] – для обмоток высшего напряжения (ОВН) с

Таблица 2.2 –Минимальные изоляционные расстояния обмоток ВН масляных трансформаторов, мм.

Изоляцию между обмотками ВН и НН осуществляют жёсткими бумажно- бакелитовыми цилиндрами или мягкими цилиндрами из электротехнического картона, намотоными при сборке трансформатора. Размеры выступа цилиндра за высоту обмоток обеспечивает отсутствие разряда по поветхности цилиндра между обмотками и на стержень. Изоляцию обмоток от ярма усиливают шайбами и прокладками из электротехнического картона. Между обмотками соседних стержней устанавливают репегородку из электротехнического картона. Минимальные изоляционные расстояния принемаю равными l₀₂ = 80 мм = 8 см, а₀₁= а₁₂= 30 мм = 3 см.

3. Выбор конструкции магнитопровода

3.1 Для трёхфазных силовых трансформаторов мощностью до 100000 кВА наибольшее распространение получила плоская шихтованная стержневая магнитная система со сборкой впереплёт с 4 косыми и 2 прямыми стыками.

Рисунок 3.1- Конструкция магнитопровода

3.2 Число ступеней стержней выбирается согласно табл.2.5 [1].

Так как мощность трансформатора составляет 16000кВА, при наличии пресс пластин, принимаю число ступеней-13

Коэффициент усиления ярма берется из табл.2.8 [1].-1,025

3.3. Число и ширина охлаждающих каналов в стержнях выбирается по табл.2.7 [1]. Для трансформатора ТДНС 16000/36,75/6,6 ориентировочный диаметр стержня d=0,48 м, число продольных каналов – 1, ширина продольного канала – 6 мм.,поперечного-10мм.

3.4 Коэффициент заполнения круга, равный отношению площади ступенчатой фигуры стержня к площади круга диаметром :

определяется по табл.2.5 [1] – для масляных трансформаторов. Т.к. мощность трансформатора 16000кВА, выбираю необходимые данные: ориентировочный диаметр стержня – 0,48 мм; число ступеней – 13; коэффициент =0,892; наличие продольных каналов – 1.

Коэффициент заполнения площади ступенчатой фигуры стержня сталью, т.е. отношение активного сечения стержня к площади ступенчатой фигуры , определяется по табл.2.2 [1]. Рекомендуется для рулонной стали с жаростойким покрытием и однократной лакировкой при толщине листов принять . Данному условию удовлетворяет сталь 3404.

Общий коэффициент заполнения сталью площади круга диаметром рассчитывается по формуле:

3.5. Способ прессовки стержней и ярм определяю по табл.2.8 [1].В моем случае прессовка стержней осуществляется бандажами из стеклоленты, а прессовка ярм - балками стянутыми стальными полубандажами.

3.6. Согласно рекомендациям для современных трансформаторов, обычно применяется холоднокатаная (текстурированная) сталь марок 3404 и 3405 с толщиной листов Индукция в стержнях выбирается по табл.2.4 [1].

Согласно таблице, индукция B=(1,55-1,65) Тл, поэтому принимаю

B= 1,6 Тл.

4. Определение основных размеров трансформатора

4.1. Под основным размером трансформатора понимают: диаметр окружности, в которую вписана ступенчатая фигура стержня, осевой размер (высоту) обмоток (их среднее значение) и средний диаметр витка двух обмоток

.

].

Рисунок 4.1- Основные размеры трансформатора

Если известны три основных размера, то остальные размеры, определяющие форму и объем магнитной системы и обмоток, можно найти исходя из известных изоляционных расстояний между обмотками и от обмоток до заземленных частей, а также из условий охлаждения обмоток.

Основные размеры трансформатора можно связать с мощностью, приходящейся на один стержень:

где – средняя плотность тока в обмотках (действующее значение);

– площадь поперечного сечения окна, занимаемого обмотками;

– коэффициент заполнения окна проводами.

Задаваясь значениями , и учитывая заданные соотношения между размерами магнитопровода, можно определить основные размеры трансформатора. Такой метод определения основных размеров положен в основу расчета трансформаторов малой мощности (микротрансформаторов), не предназначенных для параллельной работы с другими трансформаторами.

Основные размеры силового трансформатора могут быть также связаны с реактивной составляющей напряжения короткого замыкания . Используя эту связь, можно вывести формулу, связывающую диаметр трансформатора с его мощностью и значением :

где размеры указаны в метрах, а

Величины, входящие в формулу, можно подразделить на три группы:

1) величины, заданные при расчете, – ; частота сети ; реактивная составляющая напряжения короткого замыкания

2) величины, выбираемые при расчете, – отношение длины канала между двумя обмотками к высоте обмоток приведенная ширина канала рассеяния ; коэффициент Роговского

Выбор исходных данных сделан на основе исследования ряда вариантов [1, §3.5]

Для определения предварительных значений и используются приближенные методы, затем значения уточняются после расчета обмоток.

4.2.. Выбор оптимального значения отношения производится по табл.3.12 [1,с.159].

В моем случае принимаем ; В_с=1,6Тл; К_с=0,86.

4.3. Ширина приведенного канала рассеяния определяется по приближенной формуле

Значение =0,03 берется из п.2.3. Приведенная ширина двух обмоток определяется по приближенной формуле

где – может быть найдено по табл. 3.3 [1, с.121],

4.4. Нормализованные значения диаметров указаны [1, табл. 8.6–8.7.].

Т.е. d⁽¹⁾=0,45 м. Площади сечения стержня П_ф,с =1451,2см², ярма П_ф,я =1460,2см² и объем угла V_y =55860см³ плоской шихтованной магнитной системы с прессующей пластиной.

4.5. Уточняю значение :

4.6. Средний размер витка обмоток (средний диаметр канала рассеяния) определяю предварительно по формуле:

причем и определены в пункте 3.2. Радиальный размер ОНН приближенно находим по формуле:

где берем из пункта 4.3, а значения указаны в [1, с.164]. К₁=1,4

Найденное значение является предварительным, оно должно быть уточнено после расчета обмотки НН.

4.7. Высота обмоток:

Это значение высоты обмоток является приближенным; оно уточняется после расчета обмотки НН, т.е. после определения

4.8.. Активное сечение стержня определяется по формуле

(16)

где – находится по табл.8.6–8.7 в зависимости от диаметра

При этом магнитная система масляных трансформаторов принимается без прессующей пластины [1,c.366].

,

5. Выбор конструкции обмоток

5.1. ЭДС витка (предварительно),

Значение берем из пункта 4.8

5.2. Число витков обмотки НН (предварительно):

Округляют значение до целого числа

Уточняем ЭДС витка:

Номинальное число витков обмотки ВН:

Принимаю .

5.3 Средняя плотность тока в проводах обмоток определяется по формуле:

где беру из задания (все величины в системе СИ);

беру из табл.3.6 [1,c.131].

Значение зависит от материала проводов (медь, алюминий), а также от расчетной температуры обмоток: – для масляных трансформаторов, а начения приведены в табл.5.1

Таблица5.1

Полученные значения необходимо сверить с данными [1,табл.5.7,с.257], где приведены средние значения плотностей тока применяемых трансформаторов.

Полученные значения сверяю с данными [1,табл.5.7,с.257], где приведены средние значения плотностей тока применяемых трансформаторов.

Для масляных трансформаторов мощностью 10000-16000кВА находится в пределах 2,0-3,5МА/м²

5.4. Сечение витка (предварительно),

5.5.Число реек беру согласно данным, приведенным в [1, с.225].Принимаем .

5.6. Выбор типа обмоток производится согласно.

Для приведенных в задании мощностей ориентировочно выбираю следующие типы обмоток.

Обмотки низшего напряжения:

– многослойная цилиндрическая из прямоугольного провода;

Обмотки высшего напряжения:

– цилиндрическая многослойная из прямоугольного провода;

6. Расчет обмоток трансформатора. Общие положения

6.1. Исходными данными для расчета обмоток низшего (ОНН) и высшего (ОВН) являются значения высоты обмотки , сечения витка и число витков обмотки . При этом высота обмоток НН и ВН должна быть одинакова а сечения витков должны быть такие, чтобы плотности тока в проводах отличались от среднего значения , найденного в п.3, не более чем на

Размеры проводов расстояние между охлаждающими каналами по проводам без изоляции (размер ) и ширина каналов должны быть выбраны так, чтобы тепловая нагрузка (потери на единицу поверхности охлаждения) не превышали допустимого по условиям нагрева значения

Для масляных трансформаторов обычно и в редких случаях [1, с.267].

Размеры проводов и катушек в радиальном направлении должны быть выбраны так, чтобы коэффициент добавочных потерь характеризующий увеличение сопротивления обмотки переменному току по сравнению с постоянным током, не превышал допустимого значения; обычно [1, с.267]. Кроме того, размеры проводов должны лежать в пределах, указанных в сортаменте на обмоточные провода [1,табл.5.2 и табл.5.3]. Обмотку НН с П₁=244,8 мм² намотаем 8 жил с параметрами а=2,24 мм, b=16 мм; обмотку ВН с П₂=76,27 мм² намотаем 3 жилы с а=2 мм, b=12,5 мм При этом максимальные размеры прямоугольных проводов не должны превышать: – для медных проводов. По возможности следует стремиться выбирать из сортамента провода больших сечений, что упрощает изготовление обмотки.

Расчет обмотки при указанных исходных условиях и ограничениях имеет целью:

1) Выбор проводов обмотки, т.е. определение осевого и радиального размеров проводов без изоляции и с изоляцией а также числа параллельных проводов в витке Подобранные по сортаменту провода записываются так:

(24)

где – сечение одного провода;

– для непрерывной катушечной обмотки и – для винтовой [4].

ОНН:

ОВН: .

6.2. Расстояние между соседними охлаждающими каналами играет важную роль при расчете обмоток и имеет следующие значения для обмоток различного типа:

– для цилиндрической обмотки из прямоугольного провода;

Между размером и тепловой нагрузкой имеется связь, которая может быть выражена формулой:

где – длина охлаждающего канала, равная высоте обмотки , для цилиндрических обмоток или радиальному размеру катушек – для катушечных и винтовых обмоток;;

– округленное до большего целого значения число витков в катушке непрерывной катушечной обмотки.

– для винтовых и катушечных обмоток;

;

– коэффициент закрытия поверхности, равный .

Принимаем для винтовых, цилиндрических и катушечных обмоток

Все размерные величины, входящие в приведенные формулы, выражаются в системе СИ. Значения удельного сопротивления для проводов из различных материалов представлены в таблице 6.1.

Таблица 6.1 - Значения , Ом/м при расчетной температуре

ОВН:

ОНН:

Значения допустимых расстояний между каналами представлены на графиках [1, рис.5.38, с.262].

Получаю:

Для (НН) - b=5 мм;

Для (ВН) – b=5

6.3. Коэффициент добавочных потерь, обусловленных полем рассеяния, определяется по формуле:

где – радиальный размер прямоугольного провода;

– коэффициент, зависящий от материала обмотки, температуры и формы провода.

Под понимается число проводов в катушке, уложенных в радиальном направлении (перпендикулярно линиям магнитного поля рассеяния). Это число:

Таблица 6.2 - Значения при температуре

Коэффициент:

где – число проводов обмотки в осевом направлении;

где

При формула для принимает вид:

где

Из формулы видно, что при заданном значении суммарной ширины значение обратно пропорционально квадрату числа проводов При предварительных расчетах принимают

6.4. Масса металла обмотки без изоляции, :

где

Масса проводов обмотки с изоляцией:

где – коэффициент, определяемый по [1, табл.5.5].

Таблица 6.3 – Ориентировочное увеличение массы прямоугольного медного провода в процентах за счет изоляции для марки ПБ и алюминиевого марки АПВ при номинальной толщине изоляции на две стороны.

6.5. Электрические потери в обмотке:

где – коэффициент, зависящий от материала обмотки и расчетной температуры. Значения приведены в таблице 6.4.

Таблица 6.4 - Значения при расчетной температуре

Принимаю .

7. Расчет обмоток низшего напряжения

7.1. Расчет винтовой обмотки.

В зависимости от высоты витка винтовая обмотка может быть выполнена одно-, двух- и четырехходовой, причем витки в таких обмотках расположены подобно ходам резьбы многоходового винта.

Обычно провода винтовых обмоток разделяются в осевом направлении охлаждающими каналами, в некоторых случаях охлаждающие каналы выполняются через два провода, причем эти два провода отделены друг от друга только прокладкой толщиной

Обмотки первого типа будем называть обмотками с полным числом каналов, а обмотки второго типа – обмотками со сдвоенными витками (катушками). С точки зрения методики расчета, винтовые обмотки имеют следующие особенности: витки, принадлежащие разным ходам, включаются параллельно и располагаются в осевом направлении. Поэтому высота витка винтовой обмотки:

– при полном числе каналов.

В этих формулах обозначено: – число ходов обмотки; – коэффициент, учитывающий усадку прокладок после сушки и опрессовки обмотки;

– ширина охлаждающего канала.

Параллельные провода располагаются в один ряд в радиальном направлении. Таким образом, полное сечение витка многоходовой обмотки:

где – сечение одного провода.

Высота обмотки определяется выражениями:

– при полном числе каналов;

где

Порядок расчета винтовой обмотки следующий:

а) Выбор числа ходов и высоты провода

Далее определяют высоту провода с изоляцией при полном числе каналов:

Перебирая значения выбирают такое значение при котором выполняются условия:

где определяется по таблице 2.8.

б) Определение осевого размера провода,

Подбирают размер по сортаменту проводов.

в) Выбор радиального размера и числа

Зная осевой размер провода перебором размера по сортаменту проводов выбирают радиальный размер и число параллельных проводов так, чтобы с точностью не хуже соблюдалось равенство:

Или, что то же самое:

.

г) Определяют остальные размеры:

– как указано выше, и т.д.

8. Расчет обмоток высшего напряжения

8.1. Выбор схемы регулирования напряжения производится в соответствии с заданием на курсовую работу. В трансформаторах с регулированием напряжения на стороне ВН путем переключения ответвлений под нагрузкой (РПН) должно предусматриваться изменение числа витков ОВН на от номинального значения. В трансформаторах с переключением ответвлений под нагрузкой должно предусматриваться изменение числа витков ОВН в пределах, указанных в таблице 8.1.

Таблица 8.1 - Пределы регулирования, %

В случае непрерывных катушечных обмоток ВН используют схемы регулирования с двумя различными способами размещения регулировочных катушек (витков) в общем концентре с нерегулируемой частью в середине высоты обмотки. Этот способ используется в трансформаторах с РПН, как показано на рисунке 8.1.

Рисунок 8.1 – Схемы регулирования с ПБВ

8.3. Расчет непрерывной катушечной обмотки ВН, выполненной в одном концентре.

Рекомендуется следующий порядок расчета:

а) Определяют

где – число витков обмотки ВН при номинальном напряжении (берется из пункта 5.2);

– относительное значения напряжения из одной ступени регулирования.

б) Определяют число витков на ответвлениях:

ступень

где – число ступеней регулирования вниз и вверх от номинального;

ступень

ступень

в) Определяют

Ориентировочное сечение витка:

г) Находят размер :

д) Определяют число катушек .Полученное число катушек округляется до четного числа так, чтобы получить близкое к целому число витков в катушках , с «недоходом» менее половины.

к) По сортаменту обмоточных проводов перебором размера подбираем число параллельных проводов и радиальный размер проводов основной части обмотки так, чтобы

л) Число витков в катушке ориентировочно:

Число витков в регулировочных катушках целесообразно принять равным числу витков между ответвлениями или половине с тем, чтобы между ответвлениями включить две полные регулировочные катушки. Если окажется то рекомендуется принять и уточнить значение

м) Далее определяют высоту обмотки:

.

Радиальный размер массу металла проводов, соответствующую номинальному напряжению, :

Электрические потери:

9. Расчет параметров короткого замыкания

9.1. Определение потерь короткого замыкания.

Потери короткого замыкания складываются из:

– электрических потерь (основных и дополнительных) в обмотках НН и ВН;

– электрических потерь в отводах обмоток;

– потерь в стенках бака и других металлических элементах конструкции трансформатора, вызванных полем рассеяния обмоток и отводов.

Расчет производится для .

Электрические потери обмоток с учетом добавочных потерь от поля рассеяния определены выше при расчете обмоток.

В винтовых одноходовых ОНН с одной общей и двумя групповыми транспозициями могут возникать добавочные потери от несовершенства транспозиции, т.е. от неравномерного распределения тока между параллельными проводами. Средний коэффициент потерь может быть вычислен по формуле:

где

– радиальный размер провода,

Определяют потери в отводах, при этом принимают

Таким образом:

где – плотность тока в отводах обмотки, (потери в не учитываются);

– масса отводов i-й обмотки,

– длина отводов i-й обмотки,

– сечение отвода i-й обмотки,

При соединении обмотки в звезду:

При соединении обмотки в треугольник:

Значения подставляются из таблицы 6.4.

Плотность материала обмотки: алюминий

Потери в стенках бака на этапе расчета обмоток, когда размеры бака еще не известны, для трансформаторов мощностью можно определить по приближенной формуле:

где – коэффициент, определяемый по таблице 9.1.

Таблица 9.1 – Значение коэффициента