Расчет двухобмоточного силового трансформатора

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1.ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ТРАНСФОРМАТОРА
2.1 Линейные и фазные токи и напряжения обмоток ВН и НН
2.2 Испытательные напряжения обмоток
2.3 Активная и реактивная составляющие напряжения короткого замыкания
2.4 Выбор схемы и конструкции магнитопровода
2.5 Выбор и определение индукций в стержне и ярме магнитопровода
2.6 Выбор конструкции и определение размеров основных изоляционных промежутков главной изоляции обмоток
2.7 Выбор коэффициента и определение главных размеров трансформатора
3 РАСЧЕТ ОБМОТОК ТРАНСФОРМАТОРА
3.1 Выбор типа обмоток ВН и НН
3.2 Расчет обмотки НН
3.3 Расчет обмотки ВН
3.4 Регулирование напряжения обмотки ВН
4 РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
4.1 Определение потерь мощности короткого замыкания
4.2 Определение напряжения короткого замыкания
4.3 Определение механических сил в обмотках при внезапном коротком замыкании
5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТЕРЬ И ТОКА ХОЛОСТОГО ХОДА
ТРАНСФОРМАТОРА
5.1 Определение размеров магнитной системы
5.2 Расчет потерь холостого хода трансформатора
5.3 Определение тока холостого хода трансформатора
6. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА.
6.1 Поверочный тепловой расчет обмоток.
6.2 Расчет бака и радиаторов
6.2.1 Геометрические размеры бака и радиаторов, масса трансформатора
6.2.2 Тепловой расчет бака трансформатора, выбор радиаторов
7. РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК ТРАНСФОРМАТОРА
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Определяем активную составляющую тока холостого хода по формуле%, (46)Определяем реактивную составляющую тока холостого хода по формуле% (47)гдеQ0 – полная намагничивающая мощность трансформатора, ВА.Намагничивающая мощность для плоской трехстержневой магнитной системы трансформатора современной конструкции, изготовленной из холоднокатаной стали, рассчитывают по формулеQ0 = kтяkтшkтп{kтзkтр[qcmc + qя(m`я – 4mу) + 0,5(qc + qя)mуkут] + +nкосПкосqз.кос + nпрПпрqз.пр}(48)гдеkтя – коэффициент учитывающий форму ярма, kтя = 1kтш – коэффициент учитывающий расшихтовку и зашихтовку верхнего ярма при сборке, kтш = 1,02kтп – коэффициент учитывающий прессовку стержней и ярм при сборке остова, kтп = 1,06;kтз – коэффициент учитывающий срезку заусенцев, при отжигеkтз=1,1;kуп – коэффициент учитывающий увеличение намагничивающей мощности в узлах магнитной системы, выбирается исходя из числа косых nкос = 4 и числа прямых nпр = 3 стыков, kуп = 34,5kтр – коэффициент учитывающий резку пластин, без отжига kтр=1;qс и qя – удельные намагничивающие мощности для стали стержней и ярм находятся в зависимости от индукции в стержне Вс=1,65 и в ярме Вя= 1,641. Принимаем qс = 3,72(ВА/кг), qя = 3,72(ВА/кг);qз.кос – удельная намагничивающая мощность для зазора в косом стыке, зависит от индукции в этом стыке Взкос. Соответственно принимаем qз.кос=2500 (ВА/м2).qз.пр – удельная намагничивающая мощность для зазора в прямом стыке qзпр = 31500 (ВА/м2).Определяем площадь сечения зазора косого стыка ПкосОпределяем площадь сечения зазора прямого стыкаДалее определяем значение Q0Определяем реактивную составляющую тока холостого хода Определяем ток холостого ходаРасчетное значение i0 = 0.613%, не должно превышать заданное значение i0= 0.9% более чем на 15%. Проверка:.Так как -31.9 ≤ +15%, то расчёт проведён верно.6. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА.6.1 Поверочный тепловой расчет обмоток.Тепловой расчет обмоток сводится к нахождению среднего превышения температуры обмоток НН и ВН относительно средней температуры масла , которое определяется как сумма внутреннего перепада температуры по толщине обмотки и перепада температуры на поверхности обмотки , оС:(52)Внутренний перепад температуры обмоток ВН и НН определяется по формуле:(53)где q – плотность теплового потока обмотки, Вт/м2 δ – толщина изоляции провода на одну сторону (м) – теплопроводность изоляции провода, для лакированной бумаги (Вт/м∙оС),.Для непрерывной катушечной обмотки НН с горизонтальными каналами перепад температуры на поверхности обмоток масляного трансформатора определяется по формуле:(54)где – коэффициент, учитывающий скорость движения масла внутри обмотки, – коэффициент, учитывающий затруднение конвекции масла в каналах внутренних обмоток, – коэффициент, учитывающий влияние на конвекцию масла относительной ширины горизонтальных масляных каналов, зависит от отношения ; – осевой размер масляного охлаждающего канала между витками, м; – радиальный размер обмотки, м.Принимаем:– для трансформаторов с естественным масляным охлаждением,– для внутренних обмоток НН, т.к; Тогда.Для непрерывной катушечной обмотки ВН перепад температуры на поверхности определяется по формулеПринимаем:– для трансформаторов с естественным масляным охлаждением,– для внутренних обмоток ВН,,т.к. Тогда, [2,стр. 56],По среднему превышению температуры нагретой обмотки, у которой выше, вычисляется превышение средней температуры масла над температурой окружающего воздуха .Превышение температуры обмотки над температурой окружающей среды не должно быть больше 65 оС.(55)6.2 Расчет бака и радиаторов6.2.1 Геометрические размеры бака и радиаторов, масса трансформатораБак трехфазного масляного трансформатора с плоской магнитной систе-мой представляет собой стальной резервуар овальной формы. Размеры бака зависят от размеров активной части трансформатора, класса напряжения и места размещения переключателя.Минимальные внутренние размеры бака:ширина:(56)длина:(57)высота:(58)где – длина стержня, – внешний диаметр обмотки ВН, – расстояние между осями стержней магнитопровода, ,м – высота ярма, равная ширине наибольшего пакета стержня в средней части, ,м – толщина прокладки под нижнее ярмо, примем (м)В трансформаторах III...IV габаритов переключатель расположен на уровне обмоток. Принимаем согласно с напряжением обмотки ВН по Тогда получим:Основными конструктивными элементами бака являются дно и вертикальная стенка, приваренная к дну. К верхнему торцу стенки приваривается рама, которая охватывает весь бак по периметру, и к ней болтами крепится крышка бака.Рисунок 7-Размеры бакаОриентировочные размеры элементов бака [2, стр. 30, таблица 2.6] – толщина стенки бака, – толщина дна бака, – толщина крышки бака, Выступ дна бака за стенку принимается равным толщина верхней рамы бака принимается равной , ширина верхней рамы бака принимается равной Толщина стенок бака дана при условии, что стенки бака дополнительно усиливаются вертикальными или горизонтальными балками жесткости, представляющими собой швеллеры, приваренные полками к стенке на определенном расстоянии друг от друга. В трансформаторах III...IV габаритов применяют также усиление крепления верхней рамы за счет косынок, которые привариваются к раме и к стенке бака.Рисунок 8-Бак трансформатораК дну бака для его усиления привариваются швеллеры, в которых устанавливаются катки, если масса трансформатора больше 800 кг. Швеллеры с катками образуют тележку.Для подъема трансформатора к стенке бака приваривают четыре подъемных крюка.Масса трансформатора без учета массы радиаторов и масла в них:где – масса обмоточного провода с изоляцией,(59) – коэффициент, учитывающий увеличение массы провода за счет изоляции, – масса металла обмоток, (кг) – полная масса электротехнической стали магнитопровода, ,кг – масса масла в баке,(60) – внутренний объем гладкого бака овальной формы, м3,(61) – объем, занимаемый активной частью, м3, (62)Тогда(кг) – масса бака,(63)Тогда масса трансформатора без учета массы радиаторов и масла в них:(кг)В трансформаторах I...III габаритов применяется система охлаждения М (естественная циркуляция масла). В системе охлаждения М, как наиболее простой и надежной, теплоотдача от обмоток к окружающей среде осуществляется путем естественной конвекции масла и воздуха.В трансформаторах новых серий применяются баки с приостренными прямотрубными радиаторами съемной конструкции.Основным элементом прямотрубных радиаторов являются трубчатые сек-ции, изготовленные из круглых прямых труб диаметром и толщиной стенки , которые ввариваются в коллекторы каплевидной формы, обеспечивающие хороший доступ воздушному потоку. Расположение труб в радиаторе коридорное. Шаг труб в секции и между секциями . Трубы укладываются в 6 рядов по 10 труб в ряду, в радиаторах 60 труб. 6.2.2 Тепловой расчет бака трансформатора, выбор радиаторовТепловой расчет бака сводится к определению поверхности охлаждения, необходимой для обеспечения заданного превышения средней температуры масла над температурой воздуха . Теплоотдача в окружающую среду осуществляется путем излучения и конвекции как с поверхности бака, так и с поверхности радиаторов.Выбирается тип радиатора. Для этого рассчитывается возможное наибольшее междуосное расстояние патрубков, м,(64)Радиатор выбирается из условия:Примем параметры радиаторов форма труб: круглая диаметром ,число труб: 6 х 10=60 (6 рядов по 10 труб в ряду),габаритные размеры (L x M): 0,63 х 0,71 м,– теплорассеивающая поверхность радиатора, м2 – геометрическая поверхность радиатора, м2,Коэффициент , учитывающий несовпадение центра выделения потерь в трансформаторе и центра рассеивания потерь в радиаторах:(65)Для значения с учетом коэффициента , определяют по превышение температуры верхних слоев масла над температурой воздуха : .Так как , то тепловой расчет проводится по маслу. Принимаем.По соответствующим кривым определяем Тепловой поток бака:(66)где – поверхность охлаждения бака, м2,(67)Определяем – удельный тепловой поток поверхности бака по, Тепловой поток радиаторов:(68)Необходимое число радиаторов:(69)где находится для значения с учетом и для системы масляного охлаждения М по: ,Принимаем ближайшее большее число .Действительная удельная тепловая нагрузка радиатора:(70)Для значения с учетом и определяем значение по. Для действительного значения с учетом h и Δh определяем действительное значение по.Температура средних слоев масла:(71)Средние температуры обмоток НН и ВН:(72)(73)7. Расчет характеристик трансформатораДля расчета зависимости воспользуемся упрощенным выражением:График этой зависимости показан на рисунке9. Угол отложен в радианах, Изменение напряжения - в процентах Зависимость выходного напряжения трансформатора от коэффициента нагрузки можно записать:Рисунок 9При график этой зависимости будет таким (рисунок 10):Рисунок 10Зависимость КПД трансформатора от нагрузки выражается формулой:При график этой зависимости показан на рисунке 11Рисунок 11. Зависимость КПДДля определения среднесуточного КПД, по формуле (1) определим его в заданные промежутки времени:часыη0-2600.9912-4600.9914-6600.9916-81000.9888-101000.98810-121000.98812-14500.99214-161000.98816-181000.98818-201000.98820-221000.98822-24600.991Т.о. среднесуточный КПД будет таким:η = 0,989ЗАКЛЮЧЕНИЕНа основе заданных параметров произведён электромагнитный расчёт трансформатора, определены механические силы в обмотках, масса. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК1. Тихомиров, П.М. Расчет трансформаторов / П.М.Тихомиров - 5-е изд.-Москва: Энергоатомиздат, 1986.