Вход

Расчет двухобмоточного силового трансформатора

Рекомендуемая категория для самостоятельной подготовки:
Курсовая работа*
Код 361985
Дата создания 08 апреля 2013
Страниц 49
Мы сможем обработать ваш заказ (!) 29 марта в 18:00 [мск]
Файлы будут доступны для скачивания только после обработки заказа.
1 310руб.
КУПИТЬ

Содержание

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


Введение

Расчет двухобмоточного силового трансформатора

Фрагмент работы для ознакомления

Высоту обмоток трансформатора l будем определять по формуле (10)3 Расчет обмоток трансформатора3.1 Выбор типа обмоток ВН и ННВыбор типа обмоток трансформатора производится с учетом эксплуатационных и производственных требований, предъявляемых к трансформаторам. Предварительно следует определить следующие величины. ЭДС витка:UВ = 4,44 f BC ПС (11)гдеf – промышленная частота, f = 50 Гц;ПС – площадь активного сечения стержня, м2.ПС, в случае масляных трансформаторов, определяется по следующей формуле (12)гдеkЗ – коэффициент заполнения, kЗ = 0,95;Пфс – площадь сечения фигуры стержня, принимаем равной Исходя из номинального диаметра dн выбираем площадь фигуры ярма .Итак,Средняя плотность тока в обмотках определяется из условия получения заданных потерь короткого замыкания для меди, А/м2, (13)гдеРк – мощность короткого замыкания, Вт;Sн – номинальная мощность, ВА;kд – коэффициент, определяющий долю электрических потерь в обмотке от потерь короткого замыкания. Выбирается исходя из мощности трансформатора kд = 0,91.Итак,Далее определяем площади сечения витков обмоток НН и ВН, м2.Площадь сечения витков обмотки ННПлощадь сечения витков обмотки ВН Исходя из выше представленных расчетов, выбираем тип. Для обмотки НН выбираем винтовую из прямоугольного провода. Для ВН непрерывную катушечную обмотку.3.2 Расчет обмотки ННЭту обмотку применяют как обмотку НН в трансформаторах мощностью 100 кВА и выше при больших токах (600…800 А и выше). Провода располагаются плашмя в радиальном направлении. Радиальный размер провода не должен превышать 3,8 мм, иначе резко возрастают добавочные потери в проводе.Рисунок 3 – Винтовая обмоткаЧисло витков в обмотке НН: (14)Итак, ,примем W1 = 227 витка.Уточним ЭДС одного витка:Выбор числа ходов обмотки зависит от осевого размера (высоты) одного витка.Вначале принимают одноходовую обмотку с тремя транспозициями и находят высоту витка:hb1=l1W1+4-hk1,гдеl1 – высота обмотки, м;hk1 – осевой размер масляного охлаждающего канала между витками, принимаем hk1 = 0,006 м;Рассчитаемhb1=0,918-0,00642+1=0,00436.Размер hb1 не превышает 0,0185 м, поэтому применяют двухходовую обмотку с числом ходов nход1=1Далее уточняем площадь сечения витка , (16)где П1 – площадь сечения одного витка, м2;,В одноходовой обмотке высота провода с изоляциейb1`=hb1=0,00436 м.Примем число параллельных проводов nnp1=12. Найдём сечение одного провода:П1`=П1nnp1; (17)П1`=7,679∙10-512=6,4∙10-6 м.Зная П1и высоту провода b1=b1`-0,5∙10-3=0,00386 м, по приложению I получаем: b1=3,8∙10-3м, П1`=6,67∙10-6м, aНН=1,81∙10-3мДалее определяем осевой размер обмотки l1 с каналами между всеми катушками. Для одноходовой обмотки без разгона катушек:l1=b1`∙W1+4+ky∙hk1∙W1+3 (17)Где ky – коэффициент, учитывающий усадку междукатушечных прокладок, ky=0,96;Рассчитаем: l1=0,0038∙227+4+0,96∙0,006227+3=2,332 м.Длину обмотки принимаем l1=0,918 м. Определяем радиальный размер обмотки а1a1=aНН`∙nnp1nhod1; (18)гдеa` – размер провода с изоляцией,aНН` = aНН + 0,0005 = 1,81·10-3 + 0,0005 = 2,31·10-3 м;a1=2,31·10-3∙121=0,028 м.Уточняем площадь сечения витка:П1=П1`∙nnp1=6,67∙10-6 ∙12=8,004∙10-5 м;∆1=If1П1=230,948,004∙10-5=2,885∙106 м.Определяем плотность теплового потока для обмотки из алюминиевого провода по формуле: , (19)гдеWкат – число витков в одной основной катушке;k – коэффициент, принимаем k = 0,75;kд1 – коэффициент увеличения основных электромагнитных потерь обмотки;kД1=1+3,7∙106∙n12∙aНН2∙β12, гдеn – число проводников обмотки в радиальном направлении,n=nnp1nhod=12;а – радиальный размер одного провода. – коэффициент, характеризующий заполнение обмотки проводни-ковым материалом; Итак: kд1 = 1 + 3,7·106 · 122 · (1,81·10-3)4 · 0,9072 = 1,005Внутренний диаметр обмотки Наружный диаметр обмотки Средний диаметр витка обмотки 3.3 Расчет обмотки ВН Расчет начнём с определения высоты провода b2`=1,3∙10-2 м, примем q = 1200 Вт/м2Далее находим предварительное полное число катушек nкат2 для случая, когда каналы выполнены между всеми катушками, (20)гдеl2 – высота обмотки, l2 = l1=0,918, м;hk2 – высота горизонтальных каналов, принимаем hk2 = 0,004 м;РассчитаемПримем nКАТ2 = 55.Далее рассчитываем число витков Wн2, соответствующее номинальному напряжению Uф2 (21),примем WH2 = 72 витков.Определяем число регулировочных витков Wp на одну ступень регулирования напряженияWР = 0,025WН2 = 0,02572 = 1,8.примем WР = 2 витков.Выбираем число регулировочных катушек так, чтобы регулировочные витки одной ступени регулирования располагались в четном числе катушек nрег = 8.Находим число основных катушек по формулеnОСН2 = nКАТ2 – nРЕГ = 55 – 8 = 47 катушки.Определяем количество витков в основных катушкахWОСН2 = WН2 – 2WР = 72 – 22 = 68 витка.Определяем число витков в одной катушке принимаем Wкат2 = 2.Производим распределение витков по катушкам.Получаем следующее распределение витков по катушкам:15 катушек основных по 2 витков = 30;38 катушек основных по 1 витку =382 катушек регулировочных по 2 витков = 4.Всего 55 катушки. W2 = 72 витков.Далее находим площадь одного витка , (22)где П2 – площадь сечения 1 витка, м2; - плотность тока, А/м2; где - плотность тока, А/м2 , (А/м2).Итак,2 = 23,007106 – 2,885106 = 3,129106 (А/м2);Далее подбираем размеры провода в зависимости от площади сечения витка и по осевому размеру провода согласно сортаменту обмоточного провода. В соответствии с этим получаем , и . В данном случае, размер провода а меньше 3,8·10-3 , значит, принимаем количество параллельных проводов nпр2 = 1. Далее определяем высоту обмотки с каналами между всеми катушками:l2=b1`∙nkat2+ky∙hk2∙nkat2-2+hkp, (23)гдеnкат – полное количество катушек после распределения (55 катушек);hkp – высота канала в месте разрыва обмотки, принимаем hkр = 0,011 – коэффициент, учитывающий усадку прокладок ()Рассчитаем:l2=0,013∙55+0,96∙0,004∙55-2+0,0011=0,929,Длину обмотки принимаем l2=0,929 м.Определяем радиальный размер обмотки а2:, (24)гдеaВН` – размер провода с изоляцией,aВН` = aВН + 0,0005 = 2,44·10-3 + 0,0005 = 2,51·10-3 м;WKAT2 – наибольшее число витков в основных катушках, WKAT2 = 2.Итак,a2=2,94∙10-3∙2∙20=0,1 м.Определяем плотность теплового потока для обмотки из алюминиевого провода: , (25)гдеWкат – число витков в одной основной катушке;k – коэффициент, принимаем k = 0,75;kд2 – коэффициент увеличения основных электромагнитных потерь обмотки;kД2=1+2,133∙106∙n22∙aВН2∙β22, гдеn – число проводников обмотки в радиальном направлении, который равен n = Wкат2 nпр = 2·20 = 20 авн – радиальный размер одного провода – коэффициент, характеризующий заполнение обмотки проводни-ковым материалом; Итак kд2 = 1 + 9,5 · 106 · 22 · (2,44 · 10-3)4 · 0,8262 = 1,169Внутренний диаметр обмотки Наружный диаметр обмотки Средний диаметр витка обмотки 3.4 Регулирование напряжения обмотки ВНСогласно ГОСТ 16110-70 регулирование напряжения силового трансформатора осуществляется путем переключения ответвлений обмоток без возбуждения (ПБВ) после отключения всех обмоток трансформатора от сети и без перерыва нагрузки (РПН). В масляных трансформаторах мощностью Sн=1000 кВА, Предусматривают выполнение в обмотках ВН (и СН) четырех ответвлений на +5; +2,5; -2,5; -5% (±2 х 2,5) от номинального напряжения помимо основного зажима с номинальным напряжением. Переключение ответвлений обмоток должно производиться специальными переключателями, встроенными в трансформатор, с рукоятками управления, выведенными из бака.4 Расчет параметров короткого замыкания4.1 Определение потерь мощности короткого замыканияПотерями короткого замыкания (к.з.) Рк трансформатора называются потери, имеющие место в трансформаторе при установлении в одной из обмоток тока, соответствующего номинальной мощности и замкнутой накоротко другой обмотке. Эти потери могут быть разделены на следующие составляющие:1) Основные электрические потери в обмотках НН и ВН – Росн1 и Росн2;2) Добавочные потери в обмотках, вызванные неравномерным распределе-нием тока по сечению проводов Рд1 и Рд2;3) Потери в отводах Ротв1 и Ротв2;4) Потери в стенках бака и других металлических элементах конструкции трансформатора – Р, вызванные полем рассеяния обмоток. Определяем вышеупомянутые параметры мощности к.з. Основные электрические потери в обмотке НН (26)гдеt – удельное сопротивление провода обмотки;для медного провода принимаем t = Cu = 0,0213310-6 (Ом/м) Росн1 = 3 230.942 0,02133 10-6 227 0,383 / (80.0410-6) = 11.64103 (Вт).Основные электрические потери в обмотке ВН , (27)где Wн2 – число витков, соответствующее средней ступени регулирования, Wн2 = 359.Росн2 = 3 733.1432 0,0213310-6 72 0,456 / (3.4910-5) = 16.61103 (Вт).Определение добавочных потерь, сводится к нахождению коэффициента увеличения основных электрических потерь обмотки. Для обмотки ВН и НН коэффициенты kд2 и kд1 уже определили, kд1 = 1,005, kд2 =1,001Потери в отводах Ротв1 и Ротв2 определяются приближенно для каждой обмотки в зависимости от схемы соединения обмотки.При соединении обмотки НН в «Звезду»: (28)При соединении обмотки ВН в «Звезду»:Далее определяем потери в стенке бака, по формуле:,(29)гдеk – коэффициент, принимаем k = 3; Итак,Исходя из выше представленных расчетов, определяем полные потери к.з. Рк: (30)Расчетное значение Вт не должно отличаться от заданного более чем на ± 5%.Проверка: Так как 2.38 % ≤ 5%, то расчёт проведён верно.4.2 Определение напряжения короткого замыканияНапряжением короткого замыкания двухобмоточного трансформатора называется напряжение UKH , которое следует подвести к зажимам одной из обмоток при короткозамкнутой другой обмотке, чтобы в обеих обмотках установился номинальные токи. Напряжение к.з. определяет падение напряжения в обмотках трансформатора, его внешнюю характеристику и токи короткого замыкания, ударный и установившийся.Напряжение к.з. Uk, %, согласно [1], определяют через его составляющие: , (32)гдеuкa – активная составляющая напряжения к.з., %;uкr – реактивная составляющая напряжения к.з., Определяем величину uкa по формуле (33)Определяем величину uкr по формуле (34)гдеар – ширина приведенного канала рассеяния, м; Определяем уточненные значения коэффициента соотношения габаритов трансформатора и коэффициент привидения идеального поля рассеяния к реальному полю kр:, (35)гдеl – высота обмоток ВН и НН, найденная после расчетов обмоток, м;d12 – средний диаметр канала между обмотками, м; Итак,.Определяем коэффициент kр по формуле. (36)Определяем коэффициент kq, увеличивающий индуктивное сопротивление обмотки, по формуле, (37)гдеlx – высота регулировочных катушек, м; Итак,.Далее определяем значение uкrИсходя из полученных данных определяем uкРасчетное значение uk=7.458%, не должно отличаться от заданного uk=7,5% более чем на ± 5%.Проверка:.Так как 0.56 % ≤ 5 %, то расчёт проведён верно.Определим массу трансформатора, для этого определим массу обмоток и отводов по следующим формулам:Определяем массу металла обмоток НН– плотность металла отводов, для меди mоб.пр1 = 3Dср1W1П11 = 3∙∙0,383∙227∙800.4∙10-6∙8900 = 583.278 (кг) Определяем массу металла обмотки ВН mоб.пр2 = 3Dср2W2П22 = 3∙∙0,551∙72∙25.8∙10-6∙8900 = 858.299 (кг).Масса металла обмоток ВН и НН составляетmоб.пр = mоб.пр1 + mоб.пр2 = 583.278 + 558.299 = 1442 (кг).Определяем массу металла проводов отводов. При соединении обмотки в звезду: При соединении обмотки в звезду: таким образом: 4.3 Определение механических сил в обмотках при внезапном коротком замыканииВ начальный момент времени внезапного к.з. в обмотках трансформатора возникают значительные механические силы, которые могут разрушить обмотки. Эти силы проявляются в результате взаимодействия тока в обмотке с магнитным потоком рассеяния обмоток. Наличие радиальной составляющей поля рассеяния вызывает появление сил Fp. Радиальные силы, определяются по формулеFp = 0,628∙ (iкm1W1)2kp∙10-6, (38)гдеiкm1 – ударный ток к.з. для обмотки НН, А; Определяем ударный токИтак, определяем Fр по формуле (38):Fp = 0,652∙ (7453.1∙227)2 ∙ 1.474∙0,948∙10-6 = 2.633∙106 (Н)Определяем напряжение на разрыв в обмотке НН от радиальных силОпределяем напряжение на разрыв в обмотке ВННаходим напряжение сжатия на опорных поверхностях , (39)гдеFсж – сила сжатия межкатушечных прокладок, Н;n - число прокладок по окружности обмотки, соответствует числу реек (8...10), n=8;а – радиальный размер обмотки,bпр – ширина прокладки, для обеих обмоток bпр = 0,03 м Для обмотки НН:Fсж1 = F`ос + F``ос, (40)гдеF`oc – осевая сила, обусловленная поперечной составляющей магнитного поля рассеяния, Н;F``ос – осевая сила, обусловленная поперечной составляющей поля рассеяния, Н; гдеl`x – высота всех регулировочных катушек, м;l`` – расстояние от поверхности стержня до стенки бака, Тогда :Так как F"о.с.> F'о.с., то:Напряжения сжатия: (Па)1536678363855Изобразим продольное и поперечное поля рассеяния в концентрических обмотках (Рисунок 5).Рисунок 5 – Продольное и поперечное поля рассеяния в концентрических обмотках5. Определение потерь и тока холостого хода трансформатора5.1 Определение размеров магнитной системыПосле проверки и корректировки потерь и напряжения к.з. определяется окончательные размеры пакетов стержней и ярма, их активного сечения, высоты стержня, размеры ярм и масса стали стержней и ярм. Сечение стержня изображено на рисунке 6.Основные размеры и масса активной стали плоской магнитной системы определяются в следующем порядке Длина стержня lc , мlc = l + l`02 + l``02 (42)гдеl02 = l`02 – расстояние от обмотки до нижнего ярма, м;– расстояние от обмотки до верхнего ярма, м.Итак,lc = 0,918+ 0,05 + 0,095 = 1,063 (м).Определяем массу стали стержней mc , кгmc = mc`+ mc``, (43)гдеmc` – масса стали стержней в пределах окна магнитной системы, кг;mc`` – масса стали в местах стыка стержня и ярма, кг;mc` = 3Пфсkзlcc ,гдеc – плотность электротехнической стали, c = 7650 (кг/м3).mc`= 1698 (кг)mc`` = 3(Пфсkза1яc – mу),гдеа1я – ширина наибольшего пакета ярма, а1я = 0,195 м,my – масса стали одного угла, my = 35 (кг).mc`` = 3( 0.0730,95 0,1957650 – 35) =206.506(кг).Масса стали стержнейmc = 1692 + 206.5 = 1904 (кг)Масса стали ярм mяmя = mя`+ mя``, (44)гдеm`я – масса стали частей ярм, заключённых между осями крайних стержней, кг;m``я – масса стали в частях ярм, которые находятся за пределами 2См.о, кг;m`я = 2(m – 1)См.оПф.яkзc, где - расстояние между осями соседних стержней: m`я = 543.567 (кг) m``я = 2mу = 235= 70 (кг).Полная масса стали ярм:mя = 543.567 + 70= 613.567 (кг).Определяем полную массу плоской магнитной системыmCT = mC + mЯ = 1904 + 613.567 = 2517.66 (кг).5.

Список литературы

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Тихомиров, П.М. Расчет трансформаторов / П.М.Тихомиров - 5-е изд.-Москва: Энергоатомиздат, 1986.

Очень похожие работы
Пожалуйста, внимательно изучайте содержание и фрагменты работы. Деньги за приобретённые готовые работы по причине несоответствия данной работы вашим требованиям или её уникальности не возвращаются.
* Категория работы носит оценочный характер в соответствии с качественными и количественными параметрами предоставляемого материала. Данный материал ни целиком, ни любая из его частей не является готовым научным трудом, выпускной квалификационной работой, научным докладом или иной работой, предусмотренной государственной системой научной аттестации или необходимой для прохождения промежуточной или итоговой аттестации. Данный материал представляет собой субъективный результат обработки, структурирования и форматирования собранной его автором информации и предназначен, прежде всего, для использования в качестве источника для самостоятельной подготовки работы указанной тематики.
bmt: 0.00506
© Рефератбанк, 2002 - 2024