Расчет силового трансформатора

Содержание 

Введение……………………………………………………………………….. 2 

                                                                                                            

 Задача на расчет трансформатора ……………………………………… ..….3

1. Определение основных электрических величин ………………………….4

2. Расчет основных размеров трансформатора ………………………………6

2.1 Данные предварительного  расчета трансформатора……………………14

2.2 Определение уточненных параметров трансформатора………………..18                                                       

3. Расчет обмоток ……………………………………………………………..20

3.1 Расчет обмотки НН ……………………………………………………… .21

3.2 Расчет обмотки ВН ………………………………………………………..22

4. Расчет параметров короткого замыкания …………………… …………...25

4.1 Расчет потерь короткого замыкания……………………………………...25 

4.2 Расчет напряжения короткого замыкания …………………………….. ..26

5. Окончательный расчет магнитной системы…………………………….... 29

5.1 Определение размеров магнитной системы и массы…………………….29

5.2 Расчет потерь холостого хода ……………………………….. …………..30

5.3 Расчет тока холостого хода  ………………………………………………31

6. Тепловой расчет и расчет системы охлаждения ………………………….32

6.1 Тепловой расчет обмоток…………………………………………….........32

6.2 Тепловой расчет бака ……………………………………………………...33 

Заключение……………………………………………………………………..36 

Список использованной литературы …………………………………………37 
 

 

      Введение

     Силовой трансформатор является одним из важнейших элементом современной  электрической сети, и дальнейшее развитие трансформаторостроения определяется в первую очередь развитием электрических сетей, а следовательно, энергетики страны. В народном хозяйстве используются трансформаторы различного назначения в диапазоне мощностей от долей вольт-ампер до 1 млн. кВА и более. Принято различать трансформаторы малой мощности с выходной мощностью 4 кВА и ниже для однофазных сетей и 5 кВА и ниже для трехфазных сетей и трансформаторы силовые мощностью от 6,3 кВА и более для трехфазных и от 5 кВА и более для однофазных сетей.

     Проектирование  трансформатора является трудоемким и  ответственным  процессом. Его особо важными задачами являются повышение качества трансформаторов, использование прогрессивной технологии их производства, экономия материалов при их изготовлении и возможно низких потери энергии при их работа в сети. Экономия материалов и снижение потерь особенно важны в распределительных трансформаторах, в которых расходуется значительная часть материалов и возникает существенная часть потерь энергии всего трансформаторного парка. Знания, полученные при проектировании  трансформатора, могут быть использованы инженерами и техниками, работающими в области производства, эксплуатации и ремонта трансформаторов.

     Целью данной курсовой работы является проектирование трёхфазного масляного  трансформатора ТМ- 40/10,  соответствующего ГОСТ 12022-76.

 

Задача на расчет трансформатора. 

      Рассчитать  трехфазный  понижающий трансформатор  со следующими характеристиками:

       

1. Номинальная мощность                                  S = 40 кBA
2. Напряжение обмотки ВН                                U₂ = 10 кB
3. Напряжение обмотки НН                                U₁ = 0,4 кB
4. Число фаз                                                          m = 3
5. Схема и группа соединения обмоток             Y/ Y -0
6. Напряжение короткого замыкания                 U_к = 4,5%
7. Ток холостого хода                                           I_o = 3,0 %
8. Потери короткого замыкания                          P_к = 888 Вт
9. Потери холостого хода                                     P_x = 150 Вт

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Определение основных электрических величин

1.1. Линейных и фазных токов и напряжений обмоток ВН и НН

  Мощность  одной фазы:

   , где  S - мощность трансформатора, m - число фаз;

  

  Мощность  обмоток одного стержня:

   , где с - число активных (несущих  обмотки) стержней трансформатора (мощность в кВА);

  

  Номинальные (линейные) токи на сторонах для трехфазного  трансформатора:

  обмотки ВН      , где U₂ –номинальное линейное напряжение обмотки ВН;

  

  обмотки НН      , где U1₁ – номинальное линейное напряжение обмотки НН.

  

  Фазные  токи обмотки одного стержня для  соединении схемы Y/ Y –0 равны линейным токам.

    

  Фазные  напряжения при этом соединении:

  обмотки ВН     ;       

  обмотки НН     ;         
 

1.2. Испытательные напряжения обмоток (по таблице 4.1):

    обмотки ВН:  U_исп2 = 35 кВ  

    обмотки НН:  U_исп1 = 5 кВ 

Активная составляющая напряжения короткого замыкания u_a,

                                                         
Р_к – потери короткого замыкания в Вт,  S – мощность трансформатора, кВА;

    %

1. Реактивная  составляющая напряжения короткого замыкания:

      

u_k – заданное напряжение короткого замыкания;

u_a – активная составляющая напряжения короткого замыкания

     % 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    2. Расчет основных размеров трансформатора 

2.1. Выбор схемы, конструкции и технологии изготовления магнитной системы 

     Для схемы шихтовки сердечника выбираем трехфазную стержневую магнитную систему  с косыми стыками в четырех  углах и прямыми стыками в  средней фазе; число зазоров на косом стыке – 4, на прямом – 3. 

    Поперечное  сечение стержня магнитопровода представляет собой  ступенчатую  фигуру, вписанную в окружность, с концентрическим расположением  обмоток. Ориентировочный диаметр  стержня принимаем d=0,10м. Число ступеней в сечении стержня для данного диаметра равно 6.

    Коэффициент заполнения площади круга площадью ступенчатой фигуры

k_кр=0,91.

    Прессовка стержней осуществляется путем расклинивания  с жестким цилиндром обмотки  НН.

    Стержни диаметром d=0,10 м будут достаточно хорошо охлаждаться маслом, омывающим их наружную поверхность, поэтому необходимости в охлаждающих каналах нет.

    Прессовка ярм осуществляется балками, стянутыми шпильками, расположенными вне ярма. ???????????????

    Форма сечения ярма также представляет собой  ступенчатую фигуру, с 3-5 ступенями.?????????????????????????сммотри звезду

    Коэффициент усиления ярма k_я=1,025. 

2.2. Выбор марки и толщины листов стали и типа изоляции пластин, индукции   в магнитной системе

 

    Материалом  для магнитной системы трансформатора служит электротехническая холоднокатаная анизотропная тонколистовая сталь марки 3404, толщиной 0,35 мм. Изоляция пластин – нагревостойкое изоляционное покрытие.

    Коэффициент заполнения для данной стали (k_з) равен 0,97. Но поскольку прессовка стержня выполняется путем расклинивания с внутренней обмоткой, а также потому, что толщина листов выбрана равной 0,35 мм, данный коэффициент уменьшаем на 0,02 и получаем k_з=0,95.

    Общий коэффициент заполнения сталью 

    

    Индукция  в стержнях трансформатора В_с=1,6 Тл.

    Индукция  в ярме

    

    Индукция  в зазоре на прямом стыке 

    

    Индукция  на косом стыке 

      
 
 

2.3. Выбор материала и конструкции обмоток(СПРОСИТЬ У ДИМАСА)

    Для обмоток ВН:

• тип обмотки: цилиндрическая многослойная обмотка из круглого провода;
• материал обмоток: алюминий.

    Для обмоток НН:

• тип обмотки: цилиндрическая одно- и двухслойная из прямоугольного  провода;
• материал обмоток: алюминий.

 

2.4.  Выбор конструкции и определение размеров основных изоляционных промежутков главной изоляции обмоток

      Для обмотки НН (U_исп1 = 5 кВ):

1. расстояния от обмотки до заземленных частей ( ярма):

     l₀₁=15 мм ;

2. толщина изолирующих цилиндров между обмоткой НН и стержнем         δ₀₁=2×0.5.

 

      Для обмотки ВН (U_исп2 = 35 кВ):

1. расстояния от обмотки до заземленных частей (ярма), l₀₂=20 мм;
2. изоляционные  расстояния  между обмотками  а₁₂=9 мм,  а₂₂=8 мм;
3. толщина изолирующих цилиндров между обмоткой НН и ВН δ₁₂=2.5 мм;
4. выступ цилиндра l_ц2=10 мм.

 

2.5. Предварительный расчет трансформатора и выбор соотношения основных размеров β с учетом заданных значений

      – ширина приведенного  канала рассеяния (м);

       – приведенная ширина двух обмоток (м);

     - коэффициент, зависящий от  мощности трансформатора, напряжения  ВН и потерь КЗ.

    

k_р – коэффициент приведения идеализированного поля рассеяния к реальному (коэффициент Роговского) 

k_р = 0,95;

а – коэффициент, равный отношению среднего диаметра витка двух обмоток к диаметру стержня

a = 1,36;

b = 0,55.

Значение коэффициента е принимаем е = 0,405.

к_Д  – коэффициент, учитывающий добавочные потери в обмотках, потери в отводах, стенках бака и других электрических конструкциях от гистерезиса  вихревых токов, от воздействия поля рассеяния;

к_Д = 0,97.

К₀ – коэффициент, равный для алюминия   К_0А = 1,27*10^-2. 
 
 
 
 

 

    Минимальная стоимость активной части трансформатора имеет место при условиях описанных уравнением: .