Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Расчёт потребного воздухообмена для очистки воздуха

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

на тему: Проектирование трехфазного двухобмоточного масляного трансформатора

по дисциплине  Электромеханика

 

 

Исполнитель                                                                               

студент гр.444                                                                                  А.А.Гончар                                                                                  

 

 

Руководитель                                                                              В.И.Усенко      

доцент, канд. техн. наук

 

 

Нормоконтроль                                                                           И.В.Хисматова                                                                                                                                                

 

 

Благовещенск 2007

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТРАНСФОРМАТОРА

 

       Исходные данные:

Полная мощность трансформатора, S = 1000 кВ · А 

Номинальное линейное напряжение обмотки ВН, U 2  = 10 кВ

Номинальное линейное напряжение обмотки НН, U 1  = 0.69кВ

Потери холостого хода, Рх = 2200 Вт

Потери короткого замыкания, Рк  = 12200 Вт

Напряжение короткого замыкания, uk = 8 %

Ток холостого хода, i 0   = 1.4%

Схема и группа соединения, D / Y Н -11.

Нагрузка длительная.

Материал магнитопровода – рулонная  холоднокатанная  электротех-

ническая сталь марки 3404 толщиной 0.35мм.    

Материал обмоток – аллюминий.

Конструктивная схема трансформатора – трехстержневой с концентри-

ческими обмотками.

Частота,  Гц

 

                                             РЕФЕРАТ

 

                    Работа 45с., 5 рисунков, 3 источника.

 

Спроектирован отдельный силовой трансформатор, входящий в уже известную серию, отвечающий требованиям ГОСТ в отношении номинальной мощности и напряжений обмоток, параметров холостого хода и короткого замыкания. Определены основные размеры трансформатора. Подобраны обмот-

ки для низшего и высшего напряжения. Выбрана схема с отводами для получе-

ния двух ступеней регулирования напряжения.


                                           СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение                                                                                                                 6

1 Расчет основных электрических величин и выбор главной изоляции           7

1.1 Мощность одной фазы трансформатора                                                     7

1.2 Мощность на один стержень                                                                         7 1.3 Линейные (номинальные) токи обмоток                                                    7

1.4 Фазные токи обмоток                                                                                7

1.5 Фазные напряжения обмоток                                                                      8

1.6 Испытательные напряжения обмоток                                                        8

1.7 Изоляционные расстояния обмоток  ВН и НН                                        9 2 Определение основных размеров трансформатора                                        10

2.1 Отношение средней длины окружности канала между обмотками к высоте       обмотки                                                                                                                  10                           

2.2 Ширина приведенного канала рассеяния                                                 10

2.3 Коэффициент приведения идеального поля рассеяния к реальному полю                                                                                                  (коэффициент Роговского)                                                                               10

2.4 Составляющие напряжения короткого замыкания                                       10

2.5 Магнитная индукция в стержне, Вс                                                                        10

2.6 Общий коэффициент заполнения сталью, Кс                                           11                                                      

2.7 Диаметр стрежня                                                                                         11

2.8 Значение коэффициента β, соответствующее нормализованному          диаметру                                                                                                             11

2.9 Средний диаметр канала между обмотками                                                  12                                            

 2.10 Предварительная высота обмотки                                                               12                                                         

2.11 Активное сечение стержня, П                                                                       12                                                                                                                                           

2.12 Электродвижущая сила одного витка                                                         12                                                                                                                       

3 Расчет обмотки низшего напряжения (НН)                                                    14

3.1 Средняя плотность тока                                                                              14

3.2 Ориентировочное сечение витка                                                               14

3.3 Выбор обмотки                                                                                            15

3.4 Число витков на одну фазу                                                                        15

3.5 Уточняем ЭДС одного витка                                                                     15

3.6 Уточняем индукцию в стержне                                                                 15

3.7 Расчет цилиндрической обмотки из прямоугольного провода              15                                     

3.8 Внутренний диаметр обмотки                                                                   18

3.9 Наружный диаметр обмотки                                                                      19

3.10 Средний диаметр обмотки                                                                       19

4 Расчет обмотки высшего напряжения (ВН)                                                    20                                             

4.1 Число витков при номинальном напряжении                                          20

4.2 Напряжение на одной ступени регулирования                                        20

4.3 Число витков на одной ступени регулирования напряжения                 20

4.4 Число витков обмотки на ответвлениях                                                    20 

4.5 Плотность тока в обмотке ВН                                                                    21

4.6 Сечение витка обмотки ВН                                                                        21

4.7 расчет многослойной цилиндрической обмотки из прямоугольного

 провода                                                                                                              21

5 Расчет параметров короткого замыкания                                                     27

5.1 Определение потерь короткого замыкания                                              27 5.2 Расчет напряжения короткого замыкания                                                31 5.3 Расчет механических сил в обмотках                                                        32   

6 Расчет магнитной системы, потерь и тока холостого хода                           35

6.1 Определение размеров магнитной системы                                             35

6.2 Определение потерь холостого хода                                                         39

6.3 Определение тока холостого хода                                                             41

Заключение                                                                                                           44                                                                                                                                                               Библиографический список                                                                                 45

 

 

                                    ВВЕДЕНИЕ

 

Трансформатор представляет собой электромагнитный аппарат, пред-

назначенный для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты.

Это устройство чаще всего состоит из двух (а иногда и большего числа) взаимно неподвижных электрически не связанных между собой обмоток, расположенных на ферромагнитном проводе. Обмотки имеют между собой магнитную связь, осуществляемую переменным магнитным полем.

 Ферромагнитный магнитопровод предназначен для усиления магнитной связи между обмотками.

 

 

Рисунок 1 - Общий вид трансформатора

 

Обмотка трансформатора, потребляющая энергию из сети, называется первичной обмоткой (обмотка 1 на рис.1), а обмотка, отдающая энергию в сеть, - вторичной.

Целью данного проекта является изучение приемов проектирования силовых трансформаторов.

Актуальность данной темы проекта выражена в том, что в настоящее время трансформаторы нашли очень широкое применение в промышленности, сельском хозяйстве и в ряде других отраслей энергопотребления.

 

       1 РАСЧЁТ ОСНОВНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН И ВЫБОР ГЛАВНОЙ ИЗОЛЯЦИИ

 

1.1 Мощность одной фазы трансформатора

       S ф = = 333.33 кВ · А

 

1.2 Мощность на один стержень

S ′ = = 333.33 кВ · А

 

1.3 Линейные (номинальные) токи обмоток

Номинальный линейный ток обмотки НН:

I 1 = = 836.74А

 

Номинальный линейный ток обмотки ВН:

 

I 2 =  = 57.735А

 

1.4 Фазные токи обмоток

Фазный ток обмотки НН при соединении в звезду:

 

I ф1 = I 1 = 836.74А

 

Фазный ток обмотки ВН при соединении в треугольник:

Фазный ток обмотки одного стержня трёхфазного трансформатора при соединении обмоток в треугольник меньше линейного в :

I ф2 =     

I ф2 = 33.333 А

 

1.5 Фазные напряжения обмоток

Фазное напряжение обмотки НН при соединении в звезду:

 

U ф1 =   

U ф1 = 0.398кВ

 

Фазное напряжение обмотки ВН при соединении в треугольник:

 

U ф2 =   = 10кВ

 

1.6 Испытательные напряжения обмоток

Для определения изоляционных промежутков между обмотками и дру-

гими токоведущими частями и заземлёнными деталями трансформатора суще-

ственное значение имеют испытательные напряжения, при которых проверяет-

ся электрическая прочность изоляции трансформатора.

Испытательное напряжение обмотки ВН:

 

U 2 = 10 кВ      U исп2 = 35кВ

 

Испытательное напряжение обмотки НН:

 

U 1 = 0.69кВ      U исп1 = 5кВ

 

1.7 Изоляционные расстояния обмоток ВН и НН

Расстояние обмотки ВН от ярма l 02  = 50мм 

Толщина шайбы δ ш = 0 мм

Расстояние между обмотками ВН и НН  а12 = 20 мм

Толщина цилиндра δ 12 = 4 мм

Выступ цилиндра l ц2 = 20 мм

Расстояние между обмотками ВН и ВН а22 = 18мм

Толщина цилиндра δ 22 = 0мм

Расстояние обмотки НН от ярма l 01 = 50мм

Толщина цилиндра δ 01 = 4мм

Ширина канала между цилиндром и обмоткой НН ац1 = 6мм

Расстояние обмотки НН от стержня   а01 = 15мм 

Выступ цилиндра l ц1 = 18 мм

 

                          

          Рисунок 2 – Главная изоляция обмоток ВН и НН

 

       2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ ТРАНСФОРМАТОРА

 

2.1 Отношение средней длины окружности канала между обмотками к высоте обмотки

β = 1.3

2.2 Ширина приведенного канала рассеяния

= 54.183 мм,

      

где        k = 0.8

2.3 Коэффициент приведения идеального поля рассеяния к реальному полю (коэффициент Роговского)

Данный коэффициент приближённо принимается в предварительном расчёте:

 

k р = 0.95

2.4 Составляющие напряжения короткого замыкания

Активная составляющая:

 

= 1.22 %

      

 Реактивную составляющую определяем из треугольника напряжений:

 

= 7.906 %

          

2.5 Магнитная индукция в стержне Вс

Пусть индукция в стержне имеет значение:

        Вс = 1.65 Тл

 

2.6 Общий коэффициент заполнения сталью Кс

Кс =  Ккр ·  КЗ = 0.913 · 0.97 = 0.866,

где       Ккр = 0.913, КЗ = 0.97

2.7 Диаметр стержня

= 0.204 м

 

Полученный диаметр округляем до ближайшего нормализованного значения:

 

d н = 0.22м

 

              Рисунок 3 - Диаметр стержня

2.8 Значения коэффициента β, соответствующее нормализованному диаметру:

         = 1.744

 

2.9 Средний диаметр канала между обмотками  

 Средний диаметр канала между обмотками d 12 в предварительном рас-

чёте определяется  приближенно с использованием коэффициента К1. Для транс-

форматоров мощностью 25-630 кВ · А К1 = 1.1, мощностью 1000-6300 кВ · А К1= = 1.4.

Приближенно определяется и радиальный размер обмотки НН.

Принимаем К1 = 1.4.

Радиальный размер обмотки НН:

 

= 47.856 мм

 

Средний диаметр канала между обмотками:

 

= 365.712 мм

 

2.10 Предварительная высота обмотки

= 658.707 мм

 

2.11 Активное сечение стержня Пс

= 0.03366 м2

2.12 Электродвижущая сила одного витка

 

= 12.331В

 

          

 

 

       3 РАСЧЁТ ОБМОТКИ НИЗШЕГО НАПРЯЖЕНИЯ (НН)

 

3.1 Средняя плотность тока

 

= 1.809 А/м2,

где     Км = 0.463, К d = 0.95

Найденное значение плотности тока является ориентировочным средним значением для обмоток ВН и НН. Действительная плотность тока должна быть близкой к этой. Плотности тока в каждой из обмоток масляного трансформато-

ра с медными или алюминиевыми обмотками могут отличаться от среднего зна-чения, но желательно, чтобы не более чем на 10 %.

 Отклонение действительной средней плотности тока от найденной в сторону возрастания увеличивает потери короткого замыкания, в сторону уменьшения – снижает эти потери.

Основным элементом обмотки трансформатора является виток – элек-

трический проводник или несколько параллельно соединенных проводников, однократно охватывающих часть магнитной системы. Ток витка совместно с токами других витков и других частей трансформатора, в которых возникает электрический ток, создают магнитное поле трансформатора.

 Под воздействием этого поля в каждом витке наводится ЭДС. В зависи-

мости от тока нагрузки виток может быть выполнен одним проводом круглого сечения, либо проводом прямоугольного сечения, либо группой параллельных проводов круглого или чаще прямоугольного сечения. Ряд витков, намотанных на цилиндрической поверхности, называется слоем.

Отдельные витки обмотки группируются в катушки. Катушка – это группа последовательно соединённых витков обмотки, конструктивно объеди-

ненных, и отделённая от других таких же групп или других обмоток трансфор-

матора.

 3.2 Ориентировочное сечение витка

= 462.435 мм2

 

Обмотка трансформатора должна отвечать требованиям эксплуатации и в то же время быть простой и дешёвой в производстве. В процессе расчёта об-

мотки после выбора её типа следует добиваться наибольшей компактности в ее размещении, распределении витков и катушек, чтобы получить наилучшее за-

полнение окна трансформатора. Потери энергии, выделяющиеся в обмотках в виде тепла, должны быть полностью отведены в среду, охлаждающую транс-

форматор.

3.3 Выбор обмотки

По табл.4.3 выбираем цилиндрическую обмотку из прямоугольного про-вода.

3.4 Число витков на одну фазу

= 33

Функция ceil округляет значение до большего целого.            

3.5 Уточняем ЭДС одного витка

= 12.072 В

 

3.6 Уточняем индукцию в стержне

= 1.615  Тл

 

3.7 Расчёт цилиндрической обмотки из прямоугольного провода

3.7.1 Число слоёв обмотки

        n сл1 = 6

 

3.7.2 Число витков в одном слое

 

= 6

Функция ceil округляет значение до большего целого.           

3.7.3 Ориентировочный осевой размер витка

 

= 94.101 мм

 

Ориентировочное сечение провода, рассчитанное ранее, равно:

 

П′В1 = 462.435мм2

 

3.7.4 По значениям h В1 и П’В1  по сортаменту обмоточного провода для трансформаторов подбираем подходящие провода и способ намотки

В многослойной цилиндрической обмотке из прямоугольного провода возникают добавочные потери, вызываемые вихревыми токами. В обмотках этого типа стараются выбрать число слоёв обмотки и радиальный размер про-

вода так, чтобы добавочные потери не превысили 5 % основных потерь обмот-ки. Иногда, сравнительно редко, допускают добавочные потери до 10 %.

При расчёте обмоток существенное значение имеет правильный выбор размеров проводов.

 

а = 5мм                                   b = 15мм

 

Число параллельных проводов:

n пр1 = 6

Сечение одного провода:

              

П′′1 = 74.1мм2

Толщина изоляции на две стороны:

  

δ 1 = 0.45мм

Осевой размер провода:

                                        

b ′ = b + δ 1 = 15+0.45 = 15.45мм

                                                                    

Осевой размер витка: 

                       

hB 1 = n пр1 · b ′ = 6 · 15.45 = 92.7мм

Полное сечение витка из n пр1 параллельных проводов:

 

П1 = n лр1 ·  П′′1 = 6 · 74.1 = 444.6 мм2

 

3.7.5 Уточняем плотность тока

 

= 1.882 А/мм2

3.7.6 Осевой размер обмотки l 1

Длина обмотки найденная выше L 1 = 658.9мм

 

l 1 = hB 1  ·  (w сл1 +1) = 92.7 · (6+1) + 10 = 658.9мм

 

3.7.7 Радиальный размер обмотки

 

Радиальный размер витка:

             

аВ1 = а+ δ 1 = 5+0.45 = 5.45мм 

Суммарное рабочее напряжение двух слоёв:

 

= 144.862 В

     

По рабочему напряжению двух слоёв по таблице 4.6 выбираем число слоёв и толщину d МСЛ кабельной бумаги:

 

 = 2 · 0.12 = 0.24мм

Радиальный размер канала а11, выбираем по таблице 4.7:

 

= 6 мм

 

Радиальный размер обмотки:

 

= 39.9 мм

3.8 Внутренний диаметр обмотки

=250 мм

3.9 Наружный диаметр обмотки

= 329.8 мм

 

3.10 Средний диаметр обмотки

= 289.9 мм

 

 

4 РАСЧЁТ ОБМОТКИ ВЫСШЕГО НАПРЯЖЕНИЯ (ВН)

 

При выборе типа обмотки ВН следует учитывать необходимость выпол-

нения в обмотке ответвлений для регулирования напряжения. В ГОСТ6110-82 предусмотрены два вида регулирования напряжения силового трансформатора:

а) переключением ответвлений обмотки без возбуждения (ПБВ) после отключения всех обмоток трансформатора от сети;

б) без перерыва нагрузки (РПН) и без отключения обмоток трансформа-

тора от сети.

Регулировочные ответвления на обмотках ВН служат обычно для под-

держания напряжения у потребителей электрической энергии на одном уровне при колебаниях нагрузки.

4.1 Число витков при номинальном напряжении

= 829

       

4.2 Напряжение на одной ступени регулирования

= 500В

 

4.3 Число витков на одной ступени регулирования напряжения

= 42

     

где   dU – напряжение на одной ступени регулирования напряжения обмотки или разность напряжений двух соседних ответвлений, В;

       uB – напряжение одного витка обмотки, В.

4.4 Число витков обмотки на ответвлениях

верхняя ступень:

  w 2 = w н2 + wp = 829+42 = 871

      

при номинальном напряжении:

                                           

w н2 = 829

нижняя ступень:

                                                             

w н2 - wp = 829 – 42 = 787

4.5 Плотность тока в обмотке ВН

Jcp = 1.809

J ′2 = 2 · Jcp - J 1 = 2 · 1.809 – 1.882 = 1.737А/мм2

            

4.6 Сечение витка обмотки ВН

I ф2 = 33.333А

     

= 19.192 мм2

 

4.7 Расчёт многослойной цилиндрической обмотки из круглого

 провода

По таблице 4.3 выбираем цилиндрическую многослойную обмотку из круглого провода.

4.7.1 Выбор провода

По значению  по сортаменту обмоточного провода для трансформа-

торов (таблица 4.5) подбираем провод:

АПБ1 3.75/4.15

                                

аВН = 5мм

                           

bBH = 15 мм

 

Число параллельных проводов:

                           

n пр2 = 1

Сечение одного провода:

                                              

П2′′ = 19.635 мм2

Толщина изоляции на две стороны:

            

δ 2 = 0.40 мм

 

Осевой размер провода:

                               

bBH ′ = bBH + δ 2 = 15+0.45 = 15.45 мм

                                                                                                                                       

Радиальный размер провода:

                      

a ′ BH = 5+ δ 2 = 5+0.45 = 5.45 мм

 

Осевой размер витка:

                                   

hB 2 = n пр2 · bBH ′ = 1 · 15.45 = 15.45 мм

 

Полное сечение витка из nB 2 параллельных проводов:

 

П2 = n пр2 ·  П2′′ = 1 · 19.635 =19.635 мм2

 

4.7.2 Уточняем плотность тока

J 2 = = 1.698 А/мм2

 

4.7.3 Число витков в слое

 

= 122

       

4.7.4 Число слоёв в обмотке

 

= 9

    

4.7.5 Суммарное рабочее напряжение двух слоёв

 

= 2.946 · 103 В

  

По рабочему напряжению двух слоёв (таблица 4.6) выбираем число слоёв и толщину d МСЛ  кабельной бумаги:

 

δ мсл2 = 3 · 0.12 = 0.36мм 

                                                                             

Радиальный размер канала  выбираем по таблице 4.7:

 

= 18 мм

4.7.6 Радиальный размер обмотки

В обмотках класса напряжения 20 и 35 кВ под внутренним слоем обмот-

ки устанавливается металлический экран – незамкнутый цилиндр из листа не-

магнитного металла. За счёт экрана и изоляции, накладываемой на экран с двух сторон, радиальный размер обмотки увеличивается на величину аЭ:

 

= 69.48мм

         

4.7.7 Внутренний диаметр обмотки

 

= 369.8 мм 

    

4.7.8 Наружный диаметр обмотки

 

= 508.76 мм 

      

4.7.9. Средний диаметр обмотки

 

= 439.28 мм

Число слоев:

 

6                                            9

Число витков в слое:

6                                   122

Всего витков:

 

33                                   1.066· 103

Число витков при номинальном напряжении:

 

829

Размеры провода без изоляции:

радиальный размер:

 

5мм                               5мм

 

Осевой размер:

 

15мм                               15мм

 

Число параллельных проводов:

 

6                                     1  

  

 Сечение витка:

 

444.6мм2                          19.635мм2

 

Плотность тока:

 

1.882А/мм2                       1.698А/мм2 

 

Радиальный размер обмотки:

 

39.9мм                            69.48мм

 

Высота обмотки:

 

659 мм

 

Основные диаметры:

внутренний:

 

250мм                         369.8мм

 

средний:

 

289.9мм                        439.28мм

 

наружный:

 

329.8мм                       508.76мм

 

 

5 РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

 

5.1 Определение потерь короткого замыкания

Потерями короткого замыкания двухобмоточного трансформатора сог-

ласно ГОСТ16110-82 называются потери, возникающие в трансформаторе при номинальной частоте и установлении в одной из обмоток тока, соответствуеще-го её номинальной мощности, при замкнутой накоротко второй обмотке.  

5.1.1 Масса металла обмотки низшего напряжения (НН)

Удельная плотность для аллюминия γ = 2700 кг/м3

 

= 108.235 кг

 

5.1.2 Масса металла обмотки высшего напряжения (ВН)

 

=191.172 кг 

       

5.1.3 Электрические потери в обмотке низшего напряжения (НН)

Удельное электрическое сопротивление при t = 75 0С для аллюминия:         

ρ = 0.034 мкОм · м

= 4.884 · 103 Вт

 

5.1.4 Электрические потери в обмотке высшего напряжения (ВН)

 

= 7.02 · 103 Вт

 

5.1.5 Коэффициент КД1, учитывающий добавочные потери в обмотке НН

Коэффициент приведения поля рассеяния:

 

= 0.938 

В формулу для коэффициента добавочных потерь входит величина β, которая подсчитывается по формуле:

для прямоугольного провода:

 

  = 0.768  

Коэффициент увеличения основных потерь:

- для обмотки из прямоугольного провода:

 

 

1.048

5.1.6 Коэффициент КД2, учитывающий добавочные потери в обмотке ВН.

Определение коэффициента β:

для круглого провода:

 

= 0.868

  Коэффициент увеличения основных потерь:

 

- для обмотки из круглого провода:

 

= 1.065

5.1.7 Масса металла проводов отводов обмотки НН

Расчёт основных потерь в отводах сводится к определению длины про-

водников и массы металла в отводах. Принимая сечение отвода равным сече-

нию витка обмотки, а общую длину проводов в метрах, можно определять по формулам:

- для соединения в звезду:

 

=4.942 мм

 

- сечение отвода:

 

=4.446 · 10-4 м2

 

- масса металла проводов отводов обмотки НН:

 

= 5.933 кг

 

5.1.8 Электрические потери в отводах обмотки НН

 

= 267.742 Вт

     

5.1.9 Масса металла проводов отводов обмотки ВН

Общая длина отводов обмотки ВН:

- для соединения в треугольник:

 

9.226 мм

 

- сечение отвода:

 

        = 1.963 · 10-4 м2

- масса металла проводов отводов обмотки ВН:

 

= 0.489 кг

      

5.1.10 Электрические потери в отводах обмотки ВН

 

= 17.96 Вт

 

5.1.11 Потери в стенках бака и других элементах конструкции

На этапе расчёта обмоток, когда размеры бака ещё не известны, для трансформаторов мощностью от 100 до 63000 кВА можно с достаточным приб-

лижением определить потери в баке и деталях конструкции по формуле:

 

= 200 Вт

 

Коэффициент Кб определяется по таблице 6.1:

 

k б = 0.02

5.1.12 Полные потери короткого замыкания

 

       = 1.308 · 104 Вт

 

При расчёте следует допускать отклонение расчётных потерь короткого замыкания от гарантийного значения не более чем на 10 %:

 

= 7.22 %

 

Если это условие не выполняется, следует уменьшить плотность тока в обмотках при небольших отклонениях рекомендуется пересчитать только одну обмотку на меньшую плотность тока, обычно обмотку ВН.

5.2 Расчёт напряжения короткого замыкания

Напряжением короткого замыкания двухобмоточного трансформатора называется приведенное к расчётной температуре напряжение, которое следует подвести при номинальной частоте к зажимам одной из обмоток при замкнутой накоротко другой обмотке, чтобы в обоих обмотках установились номинальные токи. При этом переключатель должен находится в положении, соответствую-

Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...