 |
Указания по использованию специализированного
|
|
|
|
РАСЧЕТ СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА
Методические указания
к курсовому проектированию
Мурманск
Составитель – Дмитрий Анатольевич Саватеев, доцент кафедры электрооборудования судов Мурманского государственного технического университета.
Методические указания рассмотрены и одобрены на заседании кафедры
"___" _____________20__ г., протокол № __
Рецензент –
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение.. 3
Общие организационно-методические указания.. 4
Указания по использованию специалтзтрованного программного обеспечения 7
Рекомендуемая литература.. 17
указания по структуре курсового проекта.. 17
указания к выполнению разделов курсового проекта.. 17
1. Задание. 17
2. Расчет основных размеров магнитной системы... 17
3. Расчет обмоток. 22
4. Определение параметров рассчитанного трансформатора.. 29
5. Чертеж электромагнитной системы трансформатора. 40
Вопросы для подготовки к защите курсового проекта.. 40
Приложения.. 42
Введение
Методические указания к выполнению курсового проекта предназначены для курсантов и студентов технических специальностей, учебные планы которых предусматривают изучение электрических машин. Целью выполнения курсового проекта является закрепление теоретических знаний по расчету основных параметров трехфазного силового трансформатора.
Общие организационно-методические указания
Структура проекта.
Курсовой проект выполняется в соответствии с индивидуальным заданием, и содержит два раздела – расчетный и графический. Расчетная часть проекта оформляется в виде пояснительной записки с числом листов не более 30. Графическая часть проекта представляет собой чертеж электромагнитной системы трансформатора, выполненный на основе произведенного расчета.
|
|
|
Пояснительная записка и чертеж должны быть оформлены в соответствии с требованиями, предъявляемыми к конструкторской документации ГОСТ 2.104 – 68.
Оформление разделов курсового проекта.
Все записи должны выполняться на одной стороне стандартной бумаги формата А4, разборчивым почерком или типографским набором. Цвет шрифта – черный или темно-синий.
При выполнении текста пояснительной записки при помощи компьютерного текстового редактора следует применять:
- шрифт Times New Roman;
- цвет черный;
- размер шрифта – 14;
- расстояние между строками – 1,15 интервала.
Расстояние от рамки до границ текста рекомендуется оставлять:
- отступ слева (абзац) – 5 мм;
- отступ справа (абзац) не менее 3 мм;
- снизу от основной надписи – 10 мм;
- отступ первой (красной) строки – 20 мм.
Текст пояснительной записки разделяют на разделы и подразделы, пункты и подпункты при необходимости.
Каждый этап расчета должен быть выделен заголовком. Для нумерации разделов и подразделов следует использовать арабские цифры. Подчеркивание заголовков или выделение цветом не допускается.
В каждом разделе должны приводиться записи, поясняющие содержание и смысл выполняемых действий. Оптимальным является такое количество текста, которое обеспечивает логичное и цельное восприятие работы при ее прочтении.
На все приводимые в пояснительной записке рисунки и таблицы должны быть ссылки в тексте. Рисунок или таблицу необходимо располагать непосредственно после первого упоминания о них. Каждый рисунок и каждая таблица должны иметь номер и название.
Никакие сокращения, кроме общепринятых сокращений единиц измерения, не допускаются.
Все рисунки должны быть выполнены с использованием чертежных инструментов или с помощью графического компьютерного редактора.
|
|
|
В основной надписи на каждом листе пояснительной записки должен быть указан шифр ББ-ЦЦЦ.ДДД.КП.ММ.М.ВВВ.ННН.ПЗ, в котором ББ-ЦЦЦ – буквенно-цифровое обозначение учебной группы, ДДД – сокращенное название дисциплины, ММ.М – мощность трансформатора, ВВВ – высокое напряжение, ННН – низкое напряжение рассчитываемого трансформатора.
Оформление расчетов.
Запись формулы в общем виде должна заканчиваться запятой и указанием единицы измерения физической величины. Например:
 , Ом.
|
Перед подстановкой числовых значений математические выражения должны быть максимально упрощены.
Подстановка числовых значений должна производиться с новой строки и в той последовательности, в которой соответствующие им физические величины располагаются в формуле, записанной в общем виде. Единицу измерения физической величины необходимо указывать в скобках, рядом с результатом вычислений. Например:
 (Ом).
|
В качестве знака деления необходимо использовать горизонтальную черту, в качестве знака умножения – точку.
Оформление графиков.
Оси графиков должны быть промаркированы и отградуированы. Каждый график должен быть построен по точным данным. В пояснительной записке следует привести таблицу со значениями аргумента и функции или список операторов программирования, автоматизирующих построение графика.
Защита курсового проекта. Выполненный и оформленный в соответствии с перечисленными правилами курсовой проект сдается на проверку преподавателю. Все записи, сделанные преподавателем в пояснительной записке при ее проверке необходимо сохранять. Если требуются незначительные исправления и дополнения, они могут быть выполнены на чистой стороне листов, рядом со страницами, на которых обнаружены ошибки. После устранения всех замечаний преподавателя автор проекта допускается к ее защите. Студент, защищающий курсовой проект, должен продемонстрировать свободное владение теоретическим и практическим материалом по соответствующей тематике.
 |
Использование специализированной компьютерной программы. Для повышения эффективности самостоятельной работы обучающихся при минимальном объеме контактной работы с преподавателем, что может иметь место при обучении по индивидуальному учебному плану, заочном, дистанционном обучении, в качестве дополнительного учебно-методического пособия может использоваться специализированная компьютерная программа TRANScalc. У программы два основных назначения, первое – сверка результатов самостоятельной работы с типовым, безошибочно выполненным расчетом, второе – апробация большого числа вариантов расчета с целью выработки путей получения оптимального результата проектирования. На рисунке 1 показано титульное диалоговое окно программы. Пользователь, согласный с условиями использования программы, переходит к ее основному, рабочему окну, функциональные возможности которого будут рассмотрены далее. Рекомендуется обращаться к компьютерной программе и к соответствующему разделу настоящего пособия после того, как будут получены первые результаты расчета и возникнет необходимость в их проверке.
|
|
|
Указания по использованию специализированного
Программного обеспечения.
Для ввода основных исходных данных в программу TRANScalc предусмотрена панель с ячейками редактируемого текста (рисунок 2), расположенная в верхнем правом углу рабочего окна программы. При вводе данных для отделения дробной части числа необходимо использовать точку. Элементы управления, определяющие способ укладки провода обмотки низкого напряжения в исходном состоянии неактивны. Они активизируются в том случае, если по итогам расчета для обмотки низкого напряжения окажется выбран проводник прямоугольного сечения. Такой проводник может укладываться плашмя или на ребро (рисунок 17). По умолчанию используется укладка провода плашмя. После нажатия на кнопку "Расчет" производится расчет электромагнитной системы трансформатора с заданными исходными данными, и в рабочее окно программы выводятся результаты расчета (рисунок 3).
На рисунке 3 отмечены следующие элементы рабочего окна: 1 – список основных результатов расчета; 2 – эскиз электромагнитной системы (основной вид); 3 – эскиз электромагнитной системы (вид сверху); 4 – Т-образная схема замещения со значениями параметров; 5 – координатные оси для вывода графиков 
и 
; 6 – панель корректировки расчета; 7 – список корректируемых параметров; 8 – ячейка ввода значений корректируемых параметров; 9 – кнопка добавления/удаления значения избранного корректируемого параметра; 10 – кнопка удаления значений всех корректируемых параметров.
|
|
|
На рисунке 4 представлена основная содержательная часть расчета электромагнитной системы трансформатора. Нумерация позиций списка соответствует нумерации этапов расчета, используемой в методических указаниях к курсовому проектированию.
Программа предусматривает возможность увеличения эскиза электромагнитной системы. Для этого необходимо щелкнуть левой клавишей мыши по фону эскиза. При повторном щелчке устанавливается исходный размер изображения. На эскизах не показываются элементы крепления обмоток и обжима магнитопровода. Размеры всех элементов, число ступеней магнитопровода, число витков обмоток высокого и низкого напряжения, изоляционные и вентиляционные зазоры изображаются в точном соответствии с расчетом.
На рисунке 5 изображен основной вид трансформатора, сгенерированный программой при первичном расчете. Результат является неудовлетворительным по двум причинам: во-первых, число слоев обмотки низкого напряжения по ширине окна более двух, во-вторых, ширины окна сердечника оказывается недостаточно для размещения в нем обмоток. Красный контур очерчивает область взаимного "проникновения" обмоток, то есть радиальное расстояние между обмотками, которое по требованиям источника [1] (таблица 4.15) не должно быть менее 10 мм, оказывается отрицательным.
Для уменьшения количества слоев обмотки по ширине окна применяют намотку провода на ребро. Для изменения данной настройки программы необходимо воспользоваться выпадающим меню на панели ввода исходных данных (рисунок 6). После изменения настройки и повторного нажатия на кнопку "Расчет", программа генерирует изображение, представленное на рисунке 7. Видно, что укладка провода на ребро не дала ожидаемого результата, и число слоев обмотки низкого напряжения не уменьшилось. В такой ситуации целесообразно, не меняя способа укладки провода, изменить соотношение сторон его сечения, уменьшив размер a и увеличив размер b (рисунок 17). Функция подбора размера будет включена при нажатой кнопке " а/b ", расположенной справа от меню выбора способа намотки (рисунок 6). Если 
число слоев обмотки не превышает двух, кнопка подбора размера становится неактивной.
|
|
|
Результат расчета, выполненного с подбором размеров проводника обмотки низкого напряжения, представлен на рисунке 8. Уплотнение обмотки за счет уменьшения количества слоев сократило область взаимного "проникновения" обмоток соседних стержней, но не исключило его, то есть ширины окна по-прежнему недостаточно для размещения обмоток.
Программа TRANScalc предусматривает возможность задания требуемого радиального расстояния между обмотками. Для этого в выпадаю
 |
щем меню панели корректировки расчета необходимо выбрать позицию "Радиальное расстояние между обмотками a 22 =", вписать в ячейку ввода значений корректируемых параметров требуемое значение и нажать на кнопку "+/–". После того, как изменяемому параметру будет присвоено новое значение (рисунок 9), можно производить очередной расчет. Для удаления значения, присвоенного параметру, выбранному из списка, необходимо повторно нажать на кнопку "+/–". Для удаления всех значений, присвоенных корректируемым параметрам, предназначена кнопка "Х" (рисунок 9).
На рисунке 10 представлен результат очередного расчета, свидетельствующий о том, что внешне электромагнитная система трансформатора соответствует предъявляемым требованиям: число слоев обмотки низкого напряжения по ширине окна не более двух, а радиальное расстояние между обмотками соседних стержней составляет 10 мм.
 |
Однако оптимальность спроектированного трансформатора определяется значительно большим перечнем критериев, важное значение среди которых имеет плотность теплового потока на поверхности обмотки. Чтобы убедиться в том, что обмотки не перегреваются, необходимо просмотреть результаты расчета. На рисунке 10.а) представлен фрагмент списка основных результатов расчета, учитывающий все, внесенные до текущего этапа, коррективы. В том случае, если применяется изоляция класса нагревостойкости А, результат проектирования, с точки зрения рассматриваемого критерия, необходимо признать неудовлетворительным: плотность теплового потока на поверхности обмотки высокого напряжения превышает допустимые 600 Вт/м2. Для получения требуемого результата необходимо, либо уменьшить нагрев обмотки, либо увеличить площадь ее охлаждения. В рассматриваемом примере при выполнении расчета была автоматически выбрана плотность тока обмотки высокого напряжения 2,29 А/мм2. В соответствии с рекомендациями [1] минимально допустимая плотность тока для наружной обмотки составляет 2,2 А/мм2. Уменьшение плотности тока на 0,09 А/мм2 приводит к желаемому результату: плотность теплового потока на поверхности обмотки высокого напряжения становится меньше предельно допустимого значения (рисунок 10.б).
Представленный пример нельзя рассматривать как жесткую рекомендацию, поскольку способов снизить перегрев обмотки существует несколько, и каждый из них, помимо плотности теплового потока, влияет на другие результаты расчета. Программа TRANScalc предоставляет возможность оперативно рассмотреть несколько способов и вариантов оптимизации, оценив при этом все последствия вносимых корректив.
Для размещения графиков зависимостей и в рабочем окне программы TRANS calc предусмотрены общие координатные оси (позиция 5, рис. 3). По умолчанию в эти оси выводится график зависимости , для переключения на зависимости необходимо щелкнуть левой клавишей мыши на свободном пространстве осей.
На рисунке 11 представлена зависимость изменения вторичного напряжения трансформатора в функции угла нагрузки. На графике отмечены две точки: синим маркером – номинальное изменение вторичного напряжения при активной нагрузке (j = 0), красным маркером – номинальное изменение вторичного напряжения при заданной, активно-емкостной нагрузке (j = -300).
Зависимости кпд от коэффициента нагрузки, построенные для спроектированного трансформатора, показаны на рисунке 12. Зависимость, соответствующая активной нагрузке, изображена синим цветом, зависимость, соответствующая заданной, в данном случае активно-емкостной нагрузке, изображена красным цветом. На графиках отмечены значения кпд, соответствующие 100%-ной загрузке трансформатора.
 |
Итоговый вид рабочего окна программы TRANScalc, включающий все основные расчетные и графические элементы проектирования, представлен на рисунке 13.
Рекомендуемая литература
1. Тихомиров, П. М. Расчет трансформаторов: учеб. пособие для вузов / П. М. Тихомиров. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 528 с.
2. Вольдек, А. И. Электрические машины / А. И. Вольдек. – Л.: Энергия, 1978. – 832 с.
|
|
|
