Расчёт силового масляного трансформатора

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего  профессионального образования

«Тюменский государственный  нефтегазовый университет»

 

 

Институт нефти и  газа

Кафедра «Электроэнергетики»

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

 

По дисциплине: «Электромеханика»

 

на тему:

«Расчёт силового масляного трансформатора» 

 

 

 

Выполнил: ст. гр. ЭЭ 

 

Проверил: руководитель

Шаталова Н.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тюмень 2010

 

В курсовой работе изложен расчёт силового трансформатора ТМ– 63/10 с  плоской магнитной системой из текстурированной холоднокатанной электротехнической стали и обмотками из  алюминиевого провода с масляным охлаждением.

Курсовая включает в себе пояснительную  записку и чертеж трансформатора на листе формата А1. Пояснительная  записка содержит: описание расчета силового трансформатора, список использованной литературы и дополнительные приложения в виде рисунков и графиков. На чертеже изображены: три вида рассчитываемого трансформатора с вырезом  на главном виде.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

Введение  ………………………………………………………………………………..4                                                                                                                 

1. Задачи на расчет трансформатора  …………………………………………………5                                                                     

2. Определение основных  электрических величин ………………………………….6                                            

3. Расчет основных  размеров трансформатора ………………………………………7

3.1 Выбор исходных данных  ……………………………………………………7                                                                       

3.2 Расчёт основных коэффициентов  …………………………………………..9                                                         

3.3 Определение основных  размеров.………………………….....…………...13                                                          

4. Расчет обмоток НН  и ВН ……………………………………………….....………14                                                                                   

4.1 Расчет обмотки НН  …………………………………….…..……………....14

4.2 Расчет обмотки ВН …………………………………………………..…….16                                                                                  

5. Определение параметров  короткого замыкания …………….…..……………....19

5.1 Расчет потерь короткого  замыкания  ……………………...…….……..…19

5.2 Расчет напряжения короткого замыкания и механических сил в               

               обмотках …………………………………………………...…………..……21

6. Окончательный расчет  магнитной системы. Определение  параметров холостого хода …………………………….………………………………………………...……24

6.1 Определение размеров магнитной системы и массы стали ……….……24

6.2 Расчет потерь холостого  хода ……………………………………....……..26

6.3 Расчет тока холостого  тока  ………………………………….……………27

7. Тепловой расчет  и расчет системы охлаждения  ………………………..…….….28

7.1 Тепловой расчет  обмоток ...……………………………………….……….28

7.2 Тепловой расчет бака ………………………………………………………30

Заключение……………………………………………..……………………….33

 

Список использованной литературы ……..………………………………………..34

Приложение 1 …………………………………….…………………………………...35

Приложение 2  …………………………………………………… ……...……...……36

Приложение 3  …………………………………….…………………………………..37

Приложение 4  …………………………………….…..………………………………38

Приложение 5  ………………………………………..……………………………….39

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Силовой трансформатор  является одним из важнейших элементом  современной электрической сети, и дальнейшее развитие трансформаторостроения определяется в первую очередь развитием электрических сетей, а следовательно, энергетики страны. В народном хозяйстве используются трансформаторы различного назначения в диапазоне мощностей от долей вольт-ампер до 1 млн. кВА и более. Принято различать трансформаторы малой мощности с выходной мощностью 4 кВА и ниже для однофазных сетей и 5 кВА и ниже для трехфазных сетей и трансформаторы силовые мощностью от 6,3 кВА и более для трехфазных и от 5 кВА и более для однофазных сетей.

Проектирование трансформатора является трудоемким и ответственным  процессом. Его особо важными  задачами являются повышение качества трансформаторов, использование прогрессивной  технологии их производства, экономия материалов при их изготовлении и возможно низких потерях энергии при их работе в сети. Экономия материалов и снижение потерь особенно важны в распределительных трансформаторах, в которых расходуется значительная часть материалов и возникает существенная часть потерь энергии всего трансформаторного парка. Знания полученные при проектировании  трансформатора могут быть использованы инженерами и техниками, работающими в области производства, эксплуатации и ремонта трансформаторов.

Целью данной курсовой работы является проектирование  силового понижающего трансформатора ТМ 63/10 соответствующего ГОСТ 12022-76.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Задачи на расчет  трансформатора

Рассчитать трехфазный  понижающий трансформатор со следующими характеристиками

Номинальная мощность                                  S = 63 кBA

Напряжение  обмотки ВН                                U₂=10000 B

Напряжение обмотки НН                                U₁ = 400 B

Число фаз                                                          m = 3

Схема и группа соединения обмоток             Y/ Y -0

Напряжение короткого  замыкания                 U_к = 4,5%

Ток холостого хода                                           I_o = 2,8 %

Потери короткого замыкания                          P_к = 1280 Вт

Потери холостого хода                                     P_x = 220 Вт

 

 

2.Определение основных  электрических величин

 

Мощность одной фазы:

          , где S - мощность трансформатора, m - число фаз

         

Мощность обмоток одного стержня:

  , где с - число активных (несущих обмоток) стержней трансформатора

Номинальные (линейные) токи:

обмотки ВН      , где U₂ - напряжение обмотки ВН

 обмотки НН      , где U₁ - напряжение обмотки НН

Фазные токи при соединении схемы Y/ Y -0

Фазные напряжения:

обмотки ВН    

обмотки НН    

Испытательные напряжения обмоток:

обмотки ВН 

обмотки НН       

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Расчет основных  размеров трансформатора

3.1 Выбор исходных данных

 

Мощность обмотки одного стержня:

 

Изоляционное расстояние для 

 

Для испытательного напряжения

Ширина приведённого канала рассеивания

Активная составляющая напряжения короткого замыкания

Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания:

Выберем трёхфазную стержневую магнитную  систему с косыми стыками в  четырёх узлах и с прямыми в двух узлах.

Прессовка стержней осуществляется путём расклинивания с жёстким

цилиндром обмотки НН.

Прессовка ярм балками, стянутыми  шпильками, расположенными вне ярма.

Материал магнитной системы  – холоднокатаная электротехническая рулонная сталь марки 3404, толщиной 0,35 мм.

Изоляция пластин – нагревостойкое изоляционное покрытие

В_с = 1,55 Тл - индукция в стержне.

k_кр = 0,91 - коэффициент заполнения круга

- коэффициент изоляционного  покрытия 

- коэффициент заполнения стали  

-  коэффициент усиления ярма 

-  индукция в ярме

 Удельные потери в стали:

- стержня 

- ярма

Удельная намагничивающая мощность:

- стержня 

- ярма

- для зазоров при прямых  стыках

- для зазоров при косых  стыках

По табл. 3.6 /1/ находим  коэффициент, учитывающий отношение  основных потерь в обмотках к потерям короткого замыкания, k_д=0,93 и по табл. 3.4 и 3.5 /1/ – постоянные коэффициенты для алюминиевых обмоток

 и 

Принимаем коэффициент  Роговского k_р=0,95.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.2 Расчёт основных коэффициентов

 

 

Минимальная стоимость  активной части трансформатора имеет  место при условиях описанных  уравнением:   

Решение этого уравнения даёт значение b = 1,48 , соответствующее минимальной стоимости активной части.

Находим предельные значения b по допустимым значениями плотности тока и растягивающим механическим напряжениям:

Оба полученных значения b лежат за пределами обычно применяемых.

Масса одного угла магнитной  системы 

Активное сечение стержня 

Площадь зазора на прямом стыке Пз     , площадь зазора на косом стыке

Для магнитной системы потери холостого хода с учётом табл.8.10, 8.12, 8.14 /1/

где ;

Намагничивающая мощность

где            

Далее определяются основные размера трансформатора:

Весь дальнейший расчёт, начиная с определения массы  стали магнитной сиситемы, для 6 различных  значений b (от 1 до 3) проводится в форме табл.1

 

Таблица 1.    Предварительный  расчёт трансформатора с плоской  шихтованной  

                                  магнитной системой и алюминиевыми  обмотками.

                         Табл.1

b	1	1.4	1.8	2.2	2.6	3
	1	1,088	1,158	1,218	1,27	1,316
	1	1,183	1,342	1,483	1,612	1,732
	1	1,287	1,554	1,806	2,048	2,28
	46	42,3	39,7	37,7	36,2	34,9
	4,72	5,58	6,33	7	7,6	8,17
	50,7	47,8	46	44,8	43,8	43,1
	35,3	45,4	54,8	63,8	72,3	80,4
	2,75	3,26	3,69	4,08	4,44	4,76
	37,9	48,7	58,5	67,9	76,7	84,2
	89,6	97,5	105,5	115,7	121,5	127,3
	2,82	3,63	4,4	5,1	5,8	6,45
	68,1	64,2	61,8	60,1	58,8	57,9
	49,2	63	75,6	87,7	99,2	110,1
	16	20,5	24,8	28,8	32,7	36,4
	134,3	144,7	161,2	177,6	191,7	204,4
	0,0051	0,0061	0,0069	0,0076	0,0083	0,0089
	99,1	93,5	89,9	87,4	85,6	84,2
	64,3	82,4	98,9	114,7	129,8	144,7
	162,6	209,5	252,7	293,9	333,1	370,6
	274,3	324,7	367,8	406,9	442,4	475
	660,2	846,7	1027	1207	1383	1555
	1,65	2,18	2,57	3,01	3,46	3,89
	34,82	29,4	26	23,5	21,6	20,1
	35,9	30,3	26,75	24,2	22,25	20,7
	37	31,2	27,6	24,9	22,9	21,3
	70	59,1	52,2	47,2	43,4	40,4
	123,6	126	130,5	136,1	142,1	148,4
	1,364	1,484	1,58	1,66	1,73	1,795
	1,32	1,7	2,05	2,39	2,71	3,01
	0,086	0,094	0,1	0,105	0,109	0,113
	0,39	0,31	0,25	0,22	0,19	0,17
	0,347	0,269	0,223	0,192	0,169	0,152
	0,2	0,216	0,229	0,24	0,25	0,258

 

Предельные значения b для заданных потерь холостого хода P_x = 150 Bт, b<1,65

Предельные значения b для заданных тока холостого хода I_о = 3%, b<2,2. Ранее были установлены предельные значения , ограниченные плотность тока b<1,98.

С учетом заданных критериев выбираем значение b = 1,5 ; соответствующее ему значение d по шкале нормализированных диаметров составляет 0,095 м. В этом случае потери и ток холостого хода оказывается ниже заданного значения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.3 Определение основных размеров

 

Диаметр стержня:

Средний диметр обмотки  ВН и НН

Ориентировочная высота обмотка обмоток

Активное сечение стержня

Напряжение одного витка  предварительно

Число витков в обмотке  НН

Уточняем напряжение одного витка

Средняя плотность тока в обмотках

 

 

 

 

 

 

 

4. Расчет обмоток НН и ВН

4.1Расчет обмотки НН

 

Согласно табл. 5.8 /1/ по мощности трансформатора S=63 кBA , току обмотки I_ф=57,7А, и ее напряжению выбираем конструкцию однослойной цилиндрической обмотки из прямоугольного провода.

Сечение витка ориентировочно

Число витков в слое

Ориентировочный размер витка

По полученным значениям  П_в и h_в по таблице 5.2 /1/ подбираем сечение витка из 2  проводов AПБ c сечением П₁ = 19,8 мм²    

Полное сечение витка

Плотность тока

Общий суммарный радиальный допустимый размер проводов для алюминиевого провода

Высота обмотки

Радиальный размер обмотки

Обмотка наматывается на бумажно-бакелитовом цилиндре , на котором на 6 рейках наматывается обмотка .

 

Внутренний диаметр  обмотки 

Внешний диаметр обмотки

Плотность теплового потока на поверхности обмотки

Масса металла обмотки

Масса провода по таблице 5.5 /1/

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.2 Расчет обмотки ВН

 

Выбираем схему регулирования  с выводом концов всех трех фаз обмотки к одному трехфазному переключателю. Контакта переключателя рассчитываются на рабочий ток 1,433А. Наибольшее напряжение между контактами переключателя в одной фазе : рабочее 5774 B, испытательное 20207 В.