Расчет трехфазного трансформатора

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1 – Главная изоляция обмоток

Продольная изоляция между витками  обмоток обеспечивается собственной изоляцией обмоточного провода. Для медного провода прямоугольного сечения марки ПБ толщина изоляции – 0,45 мм  [Л-1, стр.201, табл. 22.12].

В двухслойной цилиндрической обмотке из прямоугольного провода достаточная изоляция обеспечивается в масляном трансформаторе осевым каналом шириной 0,4-0,6 см [Л-2, стр.17, табл. 10].

 

 

 

 

 

 

3 РАСЧЕТ ОБМОТОК

3.1 Расчет обмотки НН

Число витков: , принимаем 326 витка.

Уточняю ЭДС одного витка: В.

Средняя плотность тока в обмотке:

А/мм².

По табл. 6 [Л-2, стр.14] для  мощности S'=210 кВА, номинального тока I_Ф2=66,68 А и напряжения обмотки 3,15 кВ выбираю цилиндрическую двухслойную обмотку из провода прямоугольного сечения.

Ориентировочное сечение  витка: мм².

Выбираю конструкцию одно и двухслойной цилиндрической обмотки из прямоугольного медного провода.

Число витков в слое: .

Ориентировочная высота витка: мм.

По табл. 5.2 [Л-3, стр.212] выбираю два прямоугольных медных провода размерами:

; изоляция из стекловолокна  0,9 мм. Намотка провода на ребро (этими проводами укладывается один слой); сечение витка П_в= мм².

Плотность тока: ,012А/мм², окончательно = 3 А/мм²

Осевой размер обмотки  НН – высота обмотки:

мм, где 2мм – толщина картона с наружной и внутренней стороны обмотки.

Радиальный размер обмотки:

мм =1,64 см.

Внутренний диаметр:

см.

Наружный диаметр:

см (увеличено за счет двух слоев картона по 1 мм – наружной изоляции катушки).

Масса металла медной обмотки:

кг, где

см.

3.2 Расчет обмотки ВН

В масляном трансформаторе мощностью 630 кВА (25-200000 кВА) с переключением без возбуждения (ПБВ) предусмотрено выполнение в обмотках ВН четырех ответвлений на +5; +2,5; -2,5; -5% номинального напряжения помимо основного ответвления с номинальным напряжением.

Число витков в обмотке  ВН:

верхние ступени напряжения: W₁+0,05W₁; W₁+0,025W₁;

средняя ступень напряжения: W₁;

нижние ступени напряжения: W₁-0,025W₁; W₁-0,05W₁ .

Для получения на стороне  ВН различных напряжений необходимо рассчитать число витков на напряжение: 5700 В; 5850 В; 6000 В; 6150 В; 6300 В.

Число витков в обмотке  ВН при номинальном напряжении:

витков. Примем витка.

Число витков на одной  ступени регулирования ∆U.

Рассчитаем ∆U:

Получаем, что ∆U=150 В.

Число витков на одной  ступени регулирования:

витков.

 

Число витков на ответвлениях:

ступень 5700 В: витков;

ступень 5850 В: витков;

ступень 6000 В: витка;

ступень 6150 В: витков;

ступень 6300 В: витка.

Ориентировочная плотность  тока: ∆'≈∆_М=3 А/мм².

Ориентировочное сечение  витка: П₁'= мм².

По табл. 5.2 [Л-3, стр.212] выбираю размеры провода прямоугольной формы:

мм

При обмотке таким  проводом плашмя в одном слое укладывается: витков.

Все витки катушки (377) уложатся в семи слоях:

6 слоя • 57 витков = 342 витков;

1 слой • 35 витков = 35 витков. Всего 377 витка.

Радиальный размер обмотки:

мм 

Внутренний диаметр  обмотки:

см.

Наружный диаметр:

см.

Масса металла обмотки:

кг, где

см.

Общая масса обмоток  НН и ВН:

кг.

4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ  КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

4.1 Определение потерь  короткого замыкания

Потери короткого замыкания  Р_К состоят из:

1.    Основных  потерь в обмотках ВН и НН - Р_ОСН1 и Р_ОСН2;

2. Добавочных потерь в обмотках, вызванных полями рассеяния, и ;

3.  Основных потерь  в отводах между обмотками  и вводами Р_ОТВ1 и Р_ОТВ2;

4.  Потерь в стенках  бака и других металлических  конструкциях, вызванных полем рассеяния обмоток и отводов, Р_Б.

  [Л-1, стр.206].

Основные потери для  медных обмоток: :

для обмотки ВН: Вт;

для обмотки НН: Вт.

Добавочные потери в  медных обмотках К_Д1 и К_Д2 составляют 1,05÷1,1.

Потери в отводах  для медного провода: [Л-1, стр.207].

, где

см – для соединения звездой;

см – для соединения треугольником;

-площадь поперечного сечения  витка, мм²

=8,9 кг/дм³ – плотность металла отводов(для меди).

кг.

кг.

Потери в отводах:

для обмотки ВН: Вт;

для обмотки НН: Вт.

Потери в баке: [Л-1, стр.207], где

k=0,03 [Л-1, стр.207, табл. 22.19].

Вт.

Вт, что на меньше нормы (в пределах допустимого).

 

4.2 Определение напряжения короткого замыкания

Активная составляющая: %.

Реактивная составляющая:

Напряжение короткого  замыкания:

%, что на  % меньше заданной нормы (в пределах допустимого ±10%).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 ОКОНЧАТЕЛЬНЫЙ РАСЧЕТ  МАГНИТНОЙ СИСТЕМЫ

5.1 Определение размеров  пакетов и активных сечений  стержня и 

      ярма

Выбираю конструкцию  трехфазного стержневого сердечника, собираемого впереплет (шихтованного) из пластин холоднокатаной текстурированной стали со стыками. Стержень прессуется расклиниванием с обмоткой. Размеры пакетов по табл. 8.3 [Л-3, стр.358]. В сечении стержня 8 ступеней; сечение ярма имеет 6 ступеней; крайний наружный пакет имеет ширину и толщину, равную сумме толщин трех крайних пакетов.

Сечение пакетов в  половине сечения стержня:

Общая толщина пакетов  в половине стержня:

см.

Полное сечение стержня  П_ФС= см². Полученное значение сверяем с данными таблицы 11 [Л-2, стр.25]. По данным таблицы П_ФС=490,6 см² , вычисленное значение соответствует.

Активное сечение П_С=К_З·П_ФС=0,935·490,6=458,711 см²

Сечение пакетов в  половине сечения ярма:

.

Полное сечение П_ФЯ= см² . Полученное значение сверяем с данными таблицы 11 [Л-2, стр.25]. По данным таблицы П_ФЯ=507,1 см² , вычисленное значение соответствует.

Активное сечение П_Я=К_З·П_ФЯ=0,935·456,4=474,139 см²

Ширина ярма: 11,9·2=23,8 см.

Длина стержня: , где l₀₁=5 см (Таблица 1).

см.

Расстояние между осями  свободных стержней: , где a₂₂=1,8 см (Таблица 1).

см.

Индукция в стержне: Тл.

Индукция в ярме: Тл.

 

5.2 Определение массы  стали

Масса стали в стержнях: , где

с=3 – число стержней магнитной системы;

γ_СТ=7650 кг/м³ – плотность холоднокатаной стали;

=70,34 см - длина сердечника

кг.

Масса стали ярм: [Л-1, стр.210], где

 кг – масса стали двух  ярм в их частях, заключенных  между осями крайних стержней;

кг – масса стали двух ярм  в их частях, выходящих за оси.

кг

Полная масса стали:

кг.

 

5.3 Определение потерь  холостого хода

Потери холостого хода в магнитной системе, собранной  из пластин холоднокатаной анизотропной стали со стержнями и ярмами с многоступенчатой формой сечения, без проштамповки отверстий в пластинах, с прессовкой и стяжкой ярм ярмовыми балками и стержней бандажами, определяются:

 

Р_с = Р_я =1,75 находим по таблице 13[Л-2, стр.29].

Тл; Тл

Вычислим необходимые  значения:

k_ПД=1,08 при отжиге пластин;

k_У=1,3 [Л-2, стр.28, табл. 12].

Вт=3,09 кВт, что на %  лучше заданной нормы.

Намагничивающая мощность при холостом ходе для магнитной  системы, собранной из пластин холоднокатаной анизотропной стали со стержнями  и ярмами с многоступенчатой формой сечения, без проштамповки отверстий в пластинах, с прессовкой и стяжкой ярм ярмовыми балками и стержней бандажами, определяется:

, где

k_Т= для медных обмоток

q_C=11,25 В·А/кг, q_Я=7,7 В·А/кг – удельная намагничивающая мощность [Л-2, стр. 29, табл. 14].

В·А.

 

5.4 Определение тока холостого хода

Ток холостого хода трансформатора, %:

активная составляющая: %;

реактивная составляющая: %.

Полный ток холостого  хода, %:

%, что на % выше заданного значения.

 

 

 

 

6 АНАЛИЗ ТЕХНИКО-ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

Данный рассчитанный тип трехфазного двухобмоточного  трансформатора общего назначения, т.е. предназначенный для питания  общих и местных электрических сетей, частотой 50 Гц, класса напряжения 35 кВ, с переключением ответвлений без возбуждения, с естественным масляным охлаждением, с мощностью 1600 кВА по стандартной шкале ГОСТ 9680-77 (от 1000 до 6300 кВА включительно). Уровень и соотношение потерь холостого хода и короткого замыкания, сочетание номинального напряжения, схемы и группы соединения обмотки ВН и НН определяются соответствующими ГОСТ.

Рассчитанные  соотношения потерь холостого хода и другие расчетные технико-эксплуатационные свойства рассчитанного трансформатора удовлетворяют всем требованиям ГОСТ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Электротехнический  справочник: в 3-х т. Т. 2. Электротехнические  изделия и устройства / Под общ. ред. профессоров МЭИ (гл. ред. И. Н. Орлов) и др. – 7-е изд., испр. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1986.

2. Угаров Г. Г., Катаев  А. Ф. Расчет трехфазного трансформатора: Методические указания, СГТУ, 2005.

3. Тихомиров П. В.  Расчет трансформаторов: Учеб. пособие  для вузов. – 5-е изд., перераб.  и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1986.

4. Иванов-Смоленский А. В. Электрические машины: Учебник для вузов. – М.: Энергия, 1980.