Сечение ярма за счёт увеличения его высоты обычно больше сечения стержня. Принимаем коэффициент усиления ярма kЯ 1,02. 1.2 Выбор марки стали и индукции в стержне.


Федеральное агентство железнодорожного транспорта
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Омский государственный университет путей сообщения
ОмГУПС (ОмИИТ)
Кафедра «Электрические машины и общая электротехника»
РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ТРАНСФОРМАТОРА
РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ
Пояснительная записка к курсовой работе по дисциплине
«Электрические машины»
ИНМВ 400010.000 ПЗ
Студент гр. 43 В______К. В. Кустов
Руководитель –
доцент кафедры
ЭМОЭ
_______Д. И. Попов
Омск 2015
Задание
Произвести ориентировочный расчёт основных параметров трехфазного двухобмоточного силового трансформатора, отвечающего указанным ниже условиям. Выполнить чертеж на формате А1.
Исходные данные:
линейное напряжение первичной обмотки U1 = 10 кВ;
линейное напряжение вторичной обмотки U2 = 35 кВ;
ток холостого хода i = 2,4 % (±20%);
напряжение короткого замыканияUк = 6,5% (±5%);
потери холостого хода P0=660 Вт (±20%);
потери короткого замыкания Pк=2650 Вт (±15%);
мощность трансформатора SН = 160 кВА;
соединение обмоток – Δ/Y -11;
материал обмоток – алюминий.
Реферат
УДК 621.314.21001.63 (075.8)
Курсовая работа содержит 45 страниц, 9 рисунков, 3 источника.
Трансформатор, напряжение короткого замыкания, ток холостого хода, потери холостого хода, магнитная система, обмотки, радиаторы, трансформаторное масло, трансформаторный бак.Объект исследования – трехфазный двухобмоточный трансформатор мощностью 160 кВА.
Цель работы – произвести ориентировочный расчёт основных параметров трехфазного двухобмоточного силового трансформатора, отвечающего указанным выше техническим условиям.
Производится расчет основных размеров, магнитной системы, обмоток, электрических параметров, тепловой расчёт обмоток, расчет потерь и напряжения короткого замыкания, расчет тока холостого хода, выполнен тепловой расчёт трансформатора, рассчитаны весовые данные.
Содержание
Введение………………………………………………………………………….. 5
1 Предварительный расчёт основных размеров……………………………….. 6
1.1 Выбор марки стали, индукции в стержне и конструкции магнитной системы……………………………………………………………………………….. 6
1.2 Расчёт основных электрических величин………………………………….. 8
1.3 Расчёт основных размеров…………………………………………………... 9
2 Расчёт обмоток трансформатора……………………………………………… 13
2.1 Общие положения…………………………………………………………… 13
2.2 Расчёт обмотки НН…………………………………………………………... 14
2.3 Расчёт катушечной обмотки из прямоугольного провода…………………… 15
2.4 Расчёт обмотки ВН…………………………………………………………... 18
2.5 Регулирование напряжения…………………………………………………. 18
2.6 Расчёт многослойной цилиндрической обмотки из круглого провода…... 20
3 Расчёт параметров короткого замыкания……………………………………. 22
3.1 Определение массы обмоток………………………………………………... 22
3.2 Расчёт потерь короткого замыкания………………………………………... 23
3.3 Расчёт напряжения короткого замыкания………………………………….. 25
4 Расчёт потерь и тока холостого хода…………………………………………. 27
4.1 Расчёт массы стали…………………………………………………………... 27
4.2 Расчёт потерь холостого хода………………………………………………. 28
4.3 Расчёт намагничивающей мощности………………………………………. 29
4.4 Расчёт тока холостого хода…………………………………………………. 30
5 Тепловой расчёт трансформатора…………………………………………….. 32
5.1 Расчёт размеров бака………………………………………………………… 32
5.2 Расчёт плотности теплового потока………………………………………... 33
5.3 Тепловой расчёт обмоток…………………………………………………… 34
5.4 Расчёт необходимой и реальной поверхности охлаждения………………. 36
5.5 Расчёт превышения температуры обмоток………………………………… 38
6 Расчёт весовых данных трансформатора…………………………………….. 421
6.1 Полная рабочая масса трансформатора……………………………………. 42
Заключение……………………………………………………………………….. 44
Список использованных источников…………………………………………… 45
Введение
Основная задача выполнения курсовой работы заключается в закреплении теоретических знаний, развитии навыков решения реальных инженерных задач, связанных с выбором оптимального варианта и рациональной конструкции проектируемого трансформатора.
Трансформатор - статическое электромагнитное устройство, имеющие две или более связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока.
Назначение силовых трансформаторов – преобразование электрической энергии в электрических сетях и установках, предназначенных для приема и использования электрической энергии.
Определяя место силового трансформатора в электрической сети, следует отметить, что по мере удаления от электростанции единичные мощности трансформаторов уменьшаются, а удельный расход материалов на изготовление трансформаторов и потери, отнесенные к единице мощности, а также цена 1 кВт возрастают. Поэтому значительная часть материалов расходуемых на все силовые трансформаторы, вкладывается в наиболее отдаленные части сети, т. е. в трансформаторы с ВН 35 кВ и 6 кВ. В этих же трансформаторах возникает основная масса потерь энергии, оплачиваемых по наиболее дорогой цене.
Потери х. х. трансформатора являются постоянными, не зависят от тока нагрузки и возникают в его магнитной системе в течение всего времени, когда он включен в сеть. Уменьшение потерь х. х. достигается главным образом путем все более широкого применения холоднокатаной электротехнической стали с улучшенными магнитными свойствами – с низкими удельными потерями. Потери к. з. Изменяются с изменением тока нагрузки и зависят от графика нагрузки трансформатора. Характер суточного или годового графика нагрузки трансформатора зависит от его места в сети и характера нагрузки – промышленная, бытовая, сельскохозяйственная и т. д. Уменьшение потерь к. з. Достигается понижением плотности тока за счет увеличения массы металла в обмотках.
1 Предварительный расчёт основных размеров
1.1 Выбор конструкции магнитной системы
Конструктивной и механической основой трансформатора является его магнитная система (магнитопровод, сердечник), который служит для локализации в неё основного магнитного поля трансформатора. В настоящее время используются четыре типа магнитных систем: плоская с косыми стыками по углам или плоская комбинированная, пространственная стыковая или витая.
Наибольшее распространение в практике трансформаторостроения получили плоские магнитные системы стержневого типа со ступенчатой формой поперечного сечения стержня, вписанной в окружность, и с обмотками в виде круговых цилиндров.
Выбираем плоскую магнитную систему с шестью косыми стыками и двумя прямыми в ярме. План шихтовки данной магнитной системы представлен на рисунке 1.

Рисунок 1 – Конструкция плоской магнитной системы
Стержни и ярмо трансформаторов выполняются ступенчатыми с целью наибольшего заполнения площади круга сталью. Отношение сечения стали к общей площади круга учитывается в расчете коэффициентом круга kКР. Принимаем коэффициент круга kКР = 0,928.
Число ступеней ярма для заданного ряда мощностей можно принять равным числу ступеней стержня. Принимаем что, стержни прессованы бандажами из стеклоленты.
Сечение ярма за счёт увеличения его высоты обычно больше сечения стержня. Принимаем коэффициент усиления ярма kЯ = 1,02.
1.2 Выбор марки стали и индукции в стержне
В современном трансформаторостроении используется холоднокатаная текстурованная сталь толщиной 0,35 или 0,3 мм марок 3404, 3405, 3406, 3408 по ГОСТ 21427.1 – 83. Использование стали с толщиной листа 0,5 мм не рекомендуется в связи с увеличением потерь холостого хода. Выбираем сталь 3407 с толщиной листа 0,30 мм.
Для предотвращения возникновения мощных вихревых токов отдельные листы стали изолируются друг от друга, что приводит к изменению активного сечения стали по сравнению с сечением фигуры стержня (ярма). Это учитывается при расчёте введением коэффициента заполнения пакета сталью kЗ = 0,97 который зависит от толщины листов стали, вида изоляции, сжатия пластин и наличия механических дефектов – волнистости и коробоватости.
Общий коэффициент заполнения сталью круга, описанного около стержня, найдём как произведение:
.
Величина расчётной индукции в стержне ВС существенно влияет на технико-экономические параметры трансформатора. Уменьшение индукции способствует снижению потерь и, следовательно, эксплуатационных затрат, но приводит к увеличению габаритов трансформатора, массы стали и обмоток, то есть к увеличению стоимости трансформатора. Увеличение расчётной индукции, напротив, позволяет сэкономить активные материалы, но вызывает увеличение потерь х. х., величины намагничивающего тока. Принимаем индукцию в стержне ВС = 1,5Тл.
1.3 Расчёт основных электрических величин
Расчёт трансформатора начинаем с определения номинальных напряжений и токов. В силовых трансформаторах нормального исполнения с целью уменьшения массы активных материалов принято располагать первой от стержня обмотку низшего напряжения, в связи с этим всем величинам, относящимся к обмотке НН, будем присваивать индекс «1», а для обмотки ВН – индекс «2».
Расчёт обмоток производится по фазным напряжениям и токам, которые определяются по схеме соединения соответствующей обмотки.
Номинальный (линейный) ток обмотки ВН, А:

Фазные токи при соединении Y равны линейным:
.
Фазное напряжение трёхфазного трансформатора для обмотки НН, кВ:
.
Номинальный (линейный) ток обмотки НН, А:
.
Фазные напряжения при соединении Δ равны линейным, кВ:

.
Фазные токи при соединении Δ,А:
.
где Uнi – номинальное линейное напряжение соответствующей обмотки ВН и НН, В.
Активная составляющая напряжения короткого замыкания, %:.
Реактивная составляющая, %:.
1.4 Расчёт основных размеров
Для обеспечения необходимой электрической прочности трансформатора необходимо найти минимальные допустимые расстояния между элементами обмоток и заземлёнными деталями конструкции. К таким промежуткам относятся расстояния (рисунок 2) от стержня до обмотки НН (а01), между обмотками НН и ВН (а12), между обмотками ВН двух соседних фаз (а22), между торцевой стороной обмотки и ярмом (l02) и другие.


Рисунок 2 – Изоляционные расстояния
В расчёте примем:
- а01=15 мм;
- а12=27 мм;
- а22=30 мм;
- l02=75 мм.
Основным критерием, определяющим соотношение между средней длиной витка обмоток и их высотой, является параметр:
,
где d12 – средний диаметр канала между обмотками ВН и НН, мм;
l – высота обмотки, мм.
Принимаем = 1,2. Принятая величина во многом определяет технико-экономические показатели трансформатора. Так, например, с ростом масса металла стали в стержнях уменьшается, а масса стали в ярмах и общая масса стали возрастают.
Увеличение массы стали приводит при неизменной индукции ВС к увеличению потерь и тока х. х.
Вместе с тем уменьшение массы металла обмоток с ростом уменьшает их стоимость и упрощает технологию намотки.
Ориентировочный диаметр стержня определяем по формуле, мм:
,
где Sн – номинальная мощность, кВА;
‘- параметр из п. 1.5.В расчёте принимаем равным 1,2;
f – частота , Гц;
uP – реактивная составляющая напряжения к. з., %;
– индукция в стержне, Тл..В расчёте принимаем 1,5 Тл;
kC – коэффициент заполнения сталью площади круга (1):
kР – коэффициент приведения реального поля рассеяния к прямоугольному (коэффициент Роговского) , который на стадии предварительного расчёта принимаем равным 0,95;
аР – ширина приведённого канала рассеяния в предварительном расчёте, мм:

где k – коэффициент, определяемый мощностью трансформатора и классом напряжения. В расчёте принимаем равным 6;
Тогда:
.
По нормализованной шкале диаметров стержней приведённой в учебнике [1, с. 87 –89], а также по предварительному расчёту, принимаем dс = 130 мм.
По принятому нормализованному диаметру пересчитываем параметр β:

находится предварительный средний диаметр витка, мм:

и ориентировочная высота обмотки, мм:

Предварительный расчет показал, что при =502,1 напряжение к.з. превышает заданные значения более чем ±5%, в связи с этим примем =750 мм.
По принятому нормализованному диаметру рассчитываем активное сечение стали стержня, мм2:

и величину напряжения на один виток (ЭДС витка), В/ виток:

По заданным потерям к. з. РК определяем ориентировочную среднюю плотность тока в обмотках, А/мм2:

где kj – коэффициент материала. Для алюминиевых обмоток kj =4,18.
Jср не превышает допустимую плотность тока для алюминиевых проводников, она лежит в пределах 1,2 – 2,6 А/мм2.
2 Расчёт обмоток трансформатора
2.1 Общие положения
Расчёт обмоток ведётся раздельно для сторон ВН и НН и начинается с обмотки НН, которая располагается ближе к стержню.
Конструкция (тип) обмотки определяется рядом параметров: током, напряжением, сечением витка, числом витков и т.п.Обмотки одно- или двухслойные и винтовые используются только на стороне НН, многослойные из круглого провода, как правило, - на стороне ВН, катушечные из прямоугольного провода могут быть использованы на любой стороне трансформатора.
При расчете обмотки из прямоугольного провода желательно использовать наиболее крупные сечения проводов, однако нельзя забывать, что с увеличением размеров провода возрастают дополнительные потери от вихревых токов в сечении проводника, вызванных полями рассеивания, поэтому обязательна проверка по максимально допустимому размеру проводника, которых находится по формуле, мм:

где q – плотность теплового потока, примем q=1400 Вт\м2;
kм – коэффициент, kм =10,7
kз – коэффициент закрытия, для одно- или двухслойных обмоток kз= 0,75.
Для одно- или двухслойных цилиндрических обмоток максимально допустимый размер определяется лишь при намотке «на ребро».
Полное сечение витка любой обмотки может быть набрано из нескольких проводников с суммарным сечением, близким к ориентировочному. Условия подбора проводников изложены в разделах конструктивного расчёта каждого типа обмотки.
В практике в проектирование принята следующая форма записи типо-размера выбранного провода:
для прямоугольного провода марка провода –

для круглого провода –

,
где – число параллельных проводников в витке;
– размер неизолированного провода по таблице сортамента;
– размеры провода с учетом толщины изоляции.
Для проводов с изоляцией из хлопчатобумажной пряжи принимают, мм:
; ; .
Медные провода имеют марку ПБ, а алюминиевые – АПБ.
Обмотка НН изолируется от стержня бакелитовым цилиндром, толщина которого входит в изоляционный размер a01, и для улучшения условий охлаждения обычно наматывается на рейки клееного электрокартона. Число реек зависит от прочности трансформатора: от 1000 до 1600 кВА - 12шт.; от 2500 до 6300 кВА-16 шт.
Обмотка ВН так же наматывается на рейки, расположенные в промежутке, число их совпадает с числом реек в обмотке НН.
Отдельные слои двухслойных и катушки многослойных обмоток так же разделяются рейками.

2.2 Расчёт обмотки НН
Число витков обмотки НН определяем по её фазовому напряжению и напряжению на один виток :
Найденное число витков округляем до ближайшего целого числа w1 и уточняем напряжение на один виток, В/виток:

и индукцию в стержне, Тл:

Ориентировочное сечение витка, мм2:

где IФ1 – фазовый ток обмотки НН, А;
JСР – средняя плотность тока, А/мм2.

Выбираем тип обмотки: цилиндрическая многослойная из круглого провода с предельными параметрами U = до 35 кВ, = до 100 А, П = до 50 мм2, параметры проектируемой обмотки : = 6 кВ, = 8,88 А, =3,63 мм2 .
По таблице 3.4 выбираем диаметр алюминиевого круглого обмоточного провода. d = 2,65 мм.

2.3.1 Расчёт многослойной цилиндрической обмотки из круглого провода
По посчитанному ранее ориентировочному сечению витка выбираем круглый обмоточный провод:
,
.

2,95мм


Рисунок 3 – Эскиз витка
Уточним по выбранному сечению плотность тока в обмотке, А/мм2:

Число витков в слое:

где d’ – диаметр изолированного провода, мм.
Число слоев в обмотке:

Рабочее напряжение между двумя соседними слоями, В:

По рабочему напряжению выбираются число слоев и общая толщина кабельной бумаги в изоляции между слоями обмотки [2, таблица 3.5 ]. Число слоев в изоляции – 4 Х 0,12, суммарная толщина изоляции – м.сл = 0,48 мм.
Радиальный размер (толщина) обмотки, мм:

где мм – ширина канала между катушками.
Внутренний диаметр обмотки ВН, мм:

где а12 – расстояние между обмотками ВН и НН, мм.
Внешний диаметр обмотки ВН, мм:

Поверхность охлаждения может быть найдена по формуле, м2:

Коэффициенты n и k определяются конструкцией обмотки n = 2; k = 0,8
а1 = 26,1 мм

= 160 мм
а11 = 6 мм
l1 = 750 мм


= 212,2 мм мм

Рисунок 4 – Эскиз обмотки НН
2.3 Расчёт обмотки ВН
2.3.1 Регулирование напряжения
В практике отечественного трансформаторостроения принято регулирование напряжения на стороне ВН. Различают регулирование на отключенном трансформаторе ПБВ (переключение без возбуждения) и РПН (регулирование под нагрузкой).
Обмотку ВН выполняем с регулированием напряжения на отключённом трансформаторе

Рисунок 5 – Схема регулирования напряжения
Число витков обмотки ВН при номинальном напряжении:

где w1 – уточнённое число витков обмотки НН .Ориентировочная плотность тока в обмотке ВН, А/мм2:

где J1 – уточнённая в ходе расчёта обмотки НН плотность тока , А/мм2.
Ориентировочное сечение витка, мм2:

Число витков на одной ступени регулирования:
,
где U – фазовое напряжение одной ступени регулирования, В, ;
UB – уточнённое напряжение на один виток , В,
.
Число витков обмотки ВН на ответвлениях:

1,05U2н U2н + 2U = 36010 В w2 + 2wP = 5336
1,025U2н U2н+ U = 35510 В w2 + wP = 5209
U2н U2н =35000В w2 = 5082 0,975U2н U2н- U = 34490 В w2 - wP = 4955
0,95U2н U2н- 2U = 33990 В w2 - 2wP = 4828
2.3.2 Расчёт многослойной цилиндрической обмотки из круглого провода
По посчитанному ранее ориентировочному сечению витка выбираем круглый обмоточный провод:
,
.

2,1 мм


Рисунок 6 – Сечение провода катушки ВН
Уточним по выбранному сечению плотность тока в обмотке, А/мм2:
.
Число витков в слое:

где d’ – диаметр изолированного провода, мм.
Для того, чтобы последний слой был заполнен больше чем на половину примем 340 витков в слое.
Число слоев в обмотке:

Рабочее напряжение между двумя соседними слоями, В:

По рабочему напряжению выбираются число слоев и общая толщина кабельной бумаги в изоляции между слоями обмотки [2, таблица 3.5 ]. Число слоев в изоляции – 5 Х 0,12, суммарная толщина изоляции – м.сл = 0,6 мм.
Радиальный размер (толщина) обмотки, мм:

где мм – ширина канала между катушками.
Внутренний диаметр обмотки ВН, мм:

где а12 – расстояние между обмотками ВН и НН, мм.
Внешний диаметр обмотки ВН, мм:

Поверхность охлаждения может быть найдена по формуле, м2:

Коэффициенты n и k определяются конструкцией обмотки. Для двух катушек с осевым охлаждающим каналом можно принять n = 2; k = 0,8
а2 = 48,6


= 266
l2 = 714


= 363


Рисунок 7 – Эскиз обмотки ВН
3 Расчёт параметров короткого замыкания
3.1 Расчёт массы обмоток
Масса металла обмоток, кг:
,
где Dсрi – средний диаметр обмотки, равный полусумме внутреннего и наружного диаметров;
wi – число витков обмотки;
Пi – сечение витка, мм2.
- плотность металла обмотки у алюминия = 2700 кг/м3;
,

.
Масса обмотки НН, кг:
.
Масса обмотки ВН, кг:
,
.
Масса проводов обмоток с учётом изоляции увеличивается ориентировочно на 3 % для прямоугольных и на 2 % для круглых проводов при нормальной толщине изоляции.
,
.
3.2 Расчёт потерь короткого замыкания
Основные потери в обмотках, Вт:
,
где k – коэффициент, учитывающий удельное сопротивление и плотность металла обмотки, при температуре 750С, для меди k = 12,75.
Основные потери в обмотке НН, Вт:
.
При расчёте потерь в обмотке ВН за расчётную принимается масса металла при работе на средней ступени регулирования, тогда потери в обмотке ВН, Вт:
.
Добавочные потери в обмотках учитываются коэффициентом добавочных потерь:
Для многослойной из круглого провода обмотки НН:

,

- коэффициент, для круглого алюминиевого провода ;
– коэффициент,

где m – число проводников в осевом (по высоте обмотки) направлении:
m1= =153 .Коэффициент добавочных потерь для круглого провода обмотки ВН:


m2= =340.
Потери в отводах находим с учётом следующего: сечение отвода принимаем равным сечению витка; длина отводов при соединении обмотки в звезду (НН):

Длина отводов при соединении обмотки в треугольник (НН):

Масса металла отводов, кг:


Найдём потери в отводах, Вт:


Поскольку размеры бака ещё неизвестны, потери в стенках бака определяем по эмпирической зависимости, Вт:

Полные потери к. з. определяем, как сумму найденных выше потерь, Вт:

Полные потери получившиеся в результате расчёта не должны отличатся от заданных более чем на 15%. Расхождение с номинальным значением составляет:
.
3.3 Расчёт напряжения короткого замыкания
Перед расчётом uK пересчитываем на реальные размеры обмоток следующие характеристики:
Средний диаметр канала рассеяния, мм,

Ширина приведённого канала рассеяния, мм,

параметр,

Активная составляющая напряжения к. з. (в процентах от номинального напряжения):

Реактивная составляющая напряжения к. з., %:
где kq – поправочный коэффициент, вводимый при расположении регулировочных витков в середине обмотки. kq = 1;
kp – коэффициент приведения реального поля рассеяния к прямоугольной форме, kp=0,93
Полное напряжение к. з., %:
При расчете трансформатора допускается отклонение uК от заданного в интервале . Расхождение с номинальной величиной составляет:
.
4 Расчёт потерь и тока холостого хода
4.1 Расчет массы стали
Магнитная система трансформатора и некоторые расстояния показаны на рисунке 10

Рисунок 8 – Магнитная система трансформатора
Высота стержня, мм:

Расстояние между осями соседних стержней, мм:

Ориентировочная масса стали стержней, кг:

где c – плотность электротехнической стали, .
Масса стали ярма, кг:

где активное сечение стали стержня, мм2:

kя - коэффициент усиления ярма, .
Суммарная масса стали в углах, кг:

Общая масса стали трансформатора, кг:

4.2 Расчет потерь холостого хода
Величина индукции в ярме, Тл:

По таблице [2, таблица 5.1] найдём удельные потери в стержне pс=0,9525 и в ярме pя=1,025.
Тогда потери х. х. (потери в стали) можно ориентировочно определить, Вт:

где kп.д – коэффициент, учитывающий добавочные потери, вызванные резкой стали, снятием заусенец, перешихтовкой верхнего ярма, прессовкой магнитной системы; примем kп.д=1,15;
kп.у – коэффициент увеличения потерь в углах магнитной системы, примем kп.у=10,2.
4.3 Расчет намагничивающей мощности
Расчет намагничивающей мощности во многом аналогичен расчету потерь х.х. с той лишь разницей, что вместо удельных потерь по известным уже значениям индукции в стержнях и ярме находятся удельная намагничивающая мощность в стержнях qC=1,543 и ярме qЯ=1,377. из таблицы [2, таблица 5.2] Для магнитной системы c четырьмя косыми стыками по углам и двумя прямыми в ярме:
Намагничивающая мощность, необходимая для проведения магнитного потока по стальным участкам магнитопровода, В·А:

где – коэффициент увеличения намагничивающей мощности в углах магнитной системы, в данном расчете можно принять = 50.
Большое влияния на намагничивающую мощность оказывают воздушные зазоры, неизбежно появляющиеся при шихтовке, которые можно найти по формуле:
,
где qз – намагничивающая мощность в зазорах, ВА/м2;
nз – число зазоров;
Пз – сечение зазора, м2.
Для косых стыков индукция снижается в раз:

а сечение увеличивается в раз:

Для значений индукции по таблице [2, таблица 5.2] находим величину намагничивающей мощности: qзкос=1900.
Получаем:

Полная намагничивающая мощность, В·А:

где kТ.Д.=1,1– коэффициент, учитывающий увеличение намагничивающей мощности за счёт резки пластин, магнитопровода, перешихтовки верхнего ярма и т. д.
4.4 Расчет тока холостого хода
Активная составляющая тока х.х., %:
Реактивная составляющая тока х.х., %:
Полный ток х.х., A:

5 Тепловой расчёт трансформатора
5.1 Расчёт размеров бака
Минимальные внутренние размеры бака масляного трансформатора определяются минимальными допустимыми изоляционными расстояниями (рисунок 11).
s1 – расстояние от изолированного отвода ВН до собственной обмотки;
s2 – расстояние от отвода ВН до стенки бака;
s3 – расстояние от отвода НН до обмотки ВН;
s4 – расстояние от отвода НН до стенки бака;


Рисунок 9 – Основные размеры бака
Размеры минимальных расстояний: s1 = 35; s2 = 35; s3 = 90; s4 = 40.
Размер d1 (рисунок 7) определяется диаметром изолированного отвода ВН. Принимаем d1 = 20 мм.
Размер d2 является диаметром отвода НН. Принимаем равным d2 = d1 = 20 мм.
Сердечник трансформатора расположен в баке симметрично относительно его оси. В этом случае отдельно рассчитываем расстояния от обмотки ВН до бака со стороны отводов ВН и НН, мм:
,

За расчетное расстояние в дальнейшем принимаем большее расстояние smax = 150 мм.
Величину s5 также принимаем равной smax.
Длина бака, мм:

В этом случае ширина бака, мм:

Высота активной части бака, мм:

где lC – длина стержня, мм;
hЯ – высота ярма равна 130 мм;
m – толщина прокладки под нижнее ярмо, принимаем 40 мм.
Расстояние от верхнего ярма до крышки бака при вертикальном расположении переключателя .
Глубина бака, мм:

5.2 Расчёт плотности теплового потока
Основной причиной, вызывающей нагревание трансформатора при работе, являются потери, возникающие в обмотках и магнитопроводе. В силовых трансформаторах общетехнического назначения наиболее нагретыми обычно являются обмотки. Квантитативной оценкой количества тепла, выделяемого той или иной обмоткой, может служить плотность теплового потока, т.е. количество тепла, выделяемого с единицы поверхности охлаждения данной обмотки.
Плотность теплового потока для обмоток НН и ВН находим по формуле, Вт/м2:


где kД – коэффициент добавочных потерь в данной обмотке;
ПОХЛ – поверхность охлаждения обмотки, м2.

5.3 Тепловой расчёт обмоток
Расчёт ведётся для каждой обмотки отдельно.
5.3.1 Обмотка НН
В многослойных обмотках из круглого провода внутренний перепад температуры определяется потерями, выделяющимися в 1 м3 объема обмотки, Вт/ м3:

где d – диаметр голого проводника обмотки, мм;
d’ – то же изолированного проводника обмотки, мм;
мс – толщина междуслойной изоляции, мм;
J – плотность тока в обмотке, А/мм2;
 – коэффициент, учитывающий материал обмоток: для алюминия – 2,71.
Условная теплопроводность обмотки без учёта междуслойной изоляции,

где λиз – теплопроводность витковой изоляции, для хлопчатобумажной пряжи λиз=0,27 Вт/(м·ºС).
Средняя теплопроводность обмотки, Вт/(м · ºС)

где λмс – теплопроводность междуслойной изоляции, для кабельной бумаги λмс=27 Вт/(м · ºС).
В этом случае внутренний перепад температуры в обмотке, ºС,

где a1 – радиальный размер катушки, при разделении катушки на части – толщина наиболее широкой части, a1=26,1 мм.
Средний перепад температуры обмотки НН, ºС,

Перепад температуры на поверхности обмотки НН (перепад "обмотка – масло"), 0 С:

Среднее превышение температуры обмотки НН над маслом, 0 С:
.
5.3.2 Обмотка ВН
В многослойных обмотках из круглого провода внутренний перепад температуры определяется потерями, выделяющимися в 1 м3 объёма обмотки, Вт/м3:

где d – диаметр голого проводника обмотки, мм;
d’ – то же изолированного проводника обмотки, мм;
мс – толщина междуслойной изоляции, мм;
J – плотность тока в обмотке, А/мм2;
 – коэффициент, учитывающий материал обмоток: для алюминия – 2,71.
Условная теплопроводность обмотки без учёта междуслойной изоляции,

где λиз – теплопроводность витковой изоляции, для хлопчатобумажной пряжи λиз=0,27 Вт/(м·ºС).
Средняя теплопроводность обмотки, Вт/(м · ºС)

где λмс – теплопроводность междуслойной изоляции, для кабельной бумаги λмс=0,17 Вт/(м · ºС).
В этом случае внутренний перепад температуры в обмотке, ºС,

где a2 – радиальный размер катушки, при разделении катушки на части – толщина наиболее широкой части, a2=48,4 мм.
Средний перепад температуры составляет, 0С:

Перепад температуры на поверхности обмотки ВН (перепад «обмотка – масло»), 0С:

Среднее превышение температуры обмотки ВН над маслом, 0 С:
.
5.3 Расчёт необходимой и реальной поверхности охлаждения
Поверхность конвекции крышки бака, м2:

Крышка бака берется больше его ширины на 160 мм (2×80) – для размещения крепёжных болтов и уплотнительного кольца.
Поверхность конвекции гладкой части бака, м2:

Теплоотдача «бак – воздух» осуществляется путём конвекции и излучения. Поверхность излучения найдём по формуле, м2:

Допустимое превышение температуры обмоток над воздухом составляет 650С. Отсюда средний перепад температуры "масло – воздух" ,0С:

где Θо.м.ср – берём наибольшее из двух значений Θо.м.ср 0С
Расчёт перепада температур "бак – воздух" зависит от выполнения условия:
,
1,249,2=59,04
Поскольку условие выполняется:

где Θм.б – перепад температуры "масло – бак" принимаем равным 60С.
Необходимая поверхность конвекции, м2:

Поскольку эта величина меньше поверхности конвекции бака=, нет необходимости в использовании радиаторов.
5.4 Расчёт превышения температуры обмоток
Среднее превышение температуры стенки бака над температурой окружающего воздуха, 0С:

где Пи – поверхность излучения бака с навесным радиатором, м2:
Пи = LперН∙10-6 ,
Пи = 4838∙1680∙10-6 = 8,764,
где Пк – полная поверхность конвекции бака, м2:
Пк = =6,38
где Lпер – периметр по контуру крайних точек радиаторов (определяется по эскизу расположения радиаторов),
Lпер = = 3655 мм.
Перепад температур "масло – бак", 0С:

где k =1 при отсутствии обдува;
– реальная поверхность конвекции в данном случае, м2 :
Превышение температуры масла в верхних слоях над температурой окружающего воздуха, 0С:

По ГОСТ 11677-85 температура не должна превышать 60 0С.
Превышение температуры обмоток над температурой окружающего воздуха, 0С:
,
для обмотки НН
,
для обмотки ВН
.
Θов не превышает 65 0С, что соответствует ГОСТу 11677-85.6 Расчёт весовых данных трансформатора6.1 Полная рабочая масса трансформатора

Весовые данные необходимы для общего представления о габаритах трансформатора.
Масса активной части, кг:

Масса бака, кг:

где δб - толщина стенок бака, δб=5 мм;
γб – плотность металла бака γб= 7850 кг/м2.
Объём овального бака, м3:

Объём активной части, м3:

где γа.ч – условная плотность активной части, γа.ч = 5250 кг/м3.
Масса масла в баке, кг:

где γм = 900 кг/м3 – плотность масла.
Масса масла в расширителе, кг:

Полная масса масла слагается из масла в баке и расширителе, кг:

По результатам расчётов выполнен сборочный чертёж трансформатора, который прилагается к пояснительной записке.
Заключение
В ходе данной курсовой работы произведен расчет трехфазного двухобмоточного трансформатора мощностью 160 кВА.. Рассчитаны обмотки высокого и низкого напряжения, т. е. определены: число витков, размеры обмоток, выбраны необходимые провода для выполнения обмоток. Также определена магнитная система для данного трансформатора, выбраны пакеты стали для нее, рассчитаны потери холостого хода и короткого замыкания, а также напряжение короткого замыкания и намагничивающая мощность.
Для рассчитываемого трансформатора рассчитаны его основные размеры и весовые характеристики.
Параметры трансформатора удовлетворяют требованиям задания со следующими отклонениями:
напряжение короткого замыкания – 2,9 %
потери короткого замыкания – 4,71 %
потери холостого хода – 0%

Список использованных источников
1. Тихомиров П.Н. Расчёт трансформаторов. - М.: Энергоатомиздат, 1986. – 528 с.
2. Беляев В.П., Авилов В.Д. Расчет основных параметров трансформатора распределительных сетей / Задания и методические указания к выполнению курсовой рапоты по специальности «Электроснабжение железных дорог»/ ОмГУПС. Омск, 2002.
3. СТП ОмГУПС-1.2-02/ Работы студенческие учебные и выпускные квалификационные. Общие требования и правила оформления текстовых документов.

Приложенные файлы

  • docx 87373993
    Размер файла: 900 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий