Материал: Расчёт и конструирование силового трёхфазного трансформатора

Расчёт и конструирование силового трёхфазного трансформатора

ФГБОУВПО "Норильский индустриальный институт"

Факультет электроэнергетики, экономики и управления.

Кафедра теоретической электротехники и электроснабжения предприятий

Курсовой проект

по дисциплине "Электрические машины" на тему:

Расчёт и конструирование силового трёхфазного трансформатора

Группа: ЭП-11

Студент: Маруева К.С.

Преподаватель: Иванов Г. В.

Норильск 2013г.

Содержание курсовой работы

1. Введение

. Расчет главных размеров трансформатора

Главные размеры

Расчет основных электрических величин

Определение исходных данных для нахождения оптимального значения b

. Выбор и расчет обмоток

Выбор конструкции обмоток

Расчет обмоток НН

Расчет цилиндрических 2-слойных обмоток из прямоугольного провода

Расчет обмоток ВН

Расчет многослойной цилиндрической обмотки из круглого провода

. Расчет параметров короткого замыкания

Определение потерь короткого замыкания

Напряжение короткого замыкания

Сопротивление короткого замыкания

Основные потери в обмотках трансформатора

. Расчет механических усилий при коротком замыкании

Определение механических сил и напряжений между обмотками и частей

Определение температуры обмоток, при коротком замыкании

. Расчет параметров холостого хода

Уточнение геометрических размеров магнитной системы

Определение потерь холостого хода трансформатора

Определение тока холостого хода

. Тепловой расчет трансформатора

Поверочный тепловой расчет обмоток

Тепловой расчет бака и охладительной системы

Окончательный расчет превышения температуры обмоток и масла

Определение массы масла и конструктивных материалов трансформатора

. Расчет экономических показателей трансформатора

. Список используемой литературы

трансформатор провод замыкание обмотка

1. Введение

Проектируемый трансформатор предназначен для использования в системе электроснабжения в качестве силового трансформатора.

Курсовой проект состоит из двух основных частей: пояснительной записки и конструкторско- графической части.

В пояснительной записке приводятся расчет основных электрических величин, определение исходных данных для нахождения оптимальных главных размеров трансформатора с использованием ЭВМ и введением программы "Raschet".

На основе выбранных оптимальных главных размеров производится выбор и расчет обмоток трансформатора с учетом современных изоляционных материалов. В качестве обмоточного провода использован медный провод. По результатам расчета обмоток выполнен расчет параметров короткого замыкания и расчет механических усилий, воздействующих на обмотки трансформатора при возникновении короткого замыкания.

Далее выполнен расчет параметров холостого хода и выбран магнитопровод трансформатора. Выполнен тепловой расчет трансформатора и произведен расчет охладительной системы.

На основании всех выполненных расчетов выполнен расчет экономических показателей трансформатора.

Конструктивная разработка трансформатора произведена на двух чертежах: общий вид трансформатора в трех проекциях на листе А-1 и остов трансформатора в трех проекциях на листе А-2.

2. Расчет главных размеров трансформатора

Главные размеры

Главными размерами трансформатора являются: диаметр d окружности, в которую вписано ступенчатое сечение стержня, высота его обмоток и средний диаметр витка двух обмоток или диаметр осевого канала между обмотками d₁₂, связывающий диаметр стержня с различными размерами обмоток a₁ и а₂ и осевого канала между ними а₁₂.

Рис. 1 Главные размеры трансформатора

Два основных размера, относящихся к обмоткам d₁₂, и l могут быть связаны отношением средней длины окружности канала между обмотками  высоте обмотки l:

Величина b определяет соотношение между диаметром и высотой обмотки.

Расчет основных электрических величин

Расчет трансформатора начинается с определения основных электрических величин: мощности на одну фазу и стержень, номинальных токов на стороне высокого напряжения (ВН) и низкого напряжения (НН), фазных токов и напряжений.

Мощность одной фазы:

Мощность на один стержень:

где m - число фаз; с - число активных (несущих обмоток) стержней трансформатора. Для нормальных силовых трехфазных трансформаторов .

Номинальный (линейный) ток высокого напряжения:

Номинальный ток низкого напряжения:

Номинальный фазный ток ВН:

для соединения обмоток в звезду:

Номинальный фазный ток НН:

для соединения обмоток в звезду:

Фазное напряжение ВН:

для соединения обмоток в звезду:

Фазное напряжение НН:

для соединения в звезду:

По полученным значениям напряжений ВН и НН и по табл.1 выбираем значения испытательных напряжений обмоток.

Для обмотки ВН выбираем значение испытательного напряжения 18 кВ, а для НН выбираем значение испытательного напряжения 5 кВ.

Чтобы получить испытательные напряжения, по табл.2 находим изоляционные расстояния a₁₂, l₀, a₁₁, а по табл.3 - а₀₂ .

a₁₂ = 9мм = 0,009 м₀ = 30 мм = 0,03 м₁₁ = 10 мм = 0,01 м

а₀₂ = 4 мм = 0,004 м

Определение исходных данных для нахождения оптимального значения b

Для определения главных и оптимальных размеров трансформатора по данным задания к расчету необходимо исследовать связи между величиной b и параметрами трансформатора.

Для этого задают значения b в широких пределах, а затем по нижеизложенной методике выбирают его значения.

Для расчета параметров трансформатора при различных значениях b необходимо определить следующие исходные данные по данным задания на курсовой проект:

Активная составляющая напряжения короткого замыкания:

 (%)

где S - в киловольт-амперах, а P_k в ваттах.

Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания:

 (%)

Ширина приведенного канала рассеяния:

где а₁₂ - изоляционный промежуток между обмотками ВН и НН определяется величиной испытательного напряжения по табл.2; - приведенная ширина двух обмоток может быть определена приближенно по формуле:

Значения коэффициента в этой формуле определяется по табл.4.

Коэффициент приведения идеального поля рассеяния к реальному К_p (коэффициент Роговского) для широкого диапазона мощностей может быть принят постоянным, К_p= 0,95

Согласно указаниям разд.2.3. [2] выбираем планарную конструкцию трехфазной магнитной системы. По конструкции и заданному материалу магнитной системы выбирают значение магнитной индукции.

Рекомендуемые значения расчетной индукции в стержнях современных масляных и сухих трансформаторов при использовании современных марок хлоднокатной стали приведены в табл.5.

Для определения величины индукции в ярмах пользуются формулой:

где К_Я - коэффициент усиления ярма лежит в пределах 1,015 - 1,025, причем большая величина относится к трансформаторам мощностью менее 630 кВ А.

Индукцию в зазорах при косом стыке принимают:

А при прямом стыке: В_З¢¢ = В_С = 1,6. По этим значениям индукции определяют значения удельных потерь в стали стержня Р_С и ярма Р_Я по табл.6 или 7, а удельные намагничивающие мощности q_С и q_Я, q_З¢ и q₃¢¢ соответственно для стержней, ярм и зазоров определяют по табл.8 или табл.9.

Р_С = 1,23 (Вт/кг)

Р_Я = 1,15 (Вт/м)_С = 1,688 (В*А/кг)_Я = 1,511 (В*А/кг)_З¢ = 4000 (В*А/м²)₃¢¢ = 23500 (В*А/м²)

Для заданной мощности трансформатора по табл.10 выбираем ориентировочное число ступеней равное S₀=7 и определяем значение коэффициента заполнения площади круга К_КР = 0,918 , а по табл.11 - значение коэффициента заполнения сечения стержня К_З = 0,955 (Марка стали 3404 нагревостойкая изоляция + однократная лакировка).

Определяем общий коэффициент заполнения сталью площади круга:

Коэффициент потерь Кд, учитывающий добавочные потери в обмотках, потери в отводах, стенках бака и других металлических конструкциях от гистерезиса и вихревых токов, от воздействия поля рассеяния, принимают по табл.12.

К_Д = 0,95

Ориентировочные значения постоянных коэффициентов а и в для медных обмоток определяют по табл.13 и 14.

P_К.СПР= P_К.ЗАД по ГОСТ - P_К

Вт = 3900 Вт;

Тогда ориентировочные значения:

Ориентировочные значения для масляных двух обмоточных:

Коэффициент Кос, зависящий от цен на материалы обмоток и магнитной системы, изменяется с изменением марки стали и металла обмоток. Ориентировочные значения коэффициента Кос = 1,84.

По определенным выше справочным и расчетным величинам находят основные коэффициенты для расчета параметров трансформатора по следующим формулам:

где f - частота сети, Гц;

l =0,411 - для ярма многоступенчатой формы;

Расчёт трансформатора

Исходные данные: