446

Расчет трансформатора

Курсовая

Энергетика

Расчет цилиндрической обмотки 1 из провода прямоугольного сечения. Расчет многослойной цилиндрической обмотки 2 из провода круглого сечения. Параметры и относительное изменение напряжения трансформатора. Механические силы в обмотках при коротком замыкании.

Русский

2013-01-06

331 KB

148 чел.

мИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
      Федеральное государственное образовательное учреждение

ВПО «Башкирский государственный аграрный университет»

                                                Факультет: Энергетический

                                                Кафедра: Электрических машин и

               электрооборудования                                                                                                   

                                                Специальность: Энергообеспечение п\п

                                 Форма обучения: очная   

                                                    Курс, группа: 3,1

 

Федоров Виктор Сергеевич
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
 

Расчет трансформатора

(название работы)

                                                                                       

                                                                       

                                                                             «К защите допускаю»:

                                                 Руководитель:                                                        

            д.т.н. профессор Аипов Р.С.

                                                                                   (уч.степень, звание, Ф.И.О)

                                                                                 _____________________

                                                                  «____» __________ 2009 г.

Оценка при защите:

____________________

____________________

                   (подпись)

«____» __________ 2009 г.

Уфа – 2009

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

РЕФЕРАТ

ЗАДАНИЕ

1 Основные электрические величины

2 Определение основных размеров трансформатора

3 Расчет обмоток трансформатора

4 Расчет цилиндрической обмотки 1 из провода прямоугольного сечения

5 Расчет многослойной цилиндрической обмотки 2 из провода круглого сечения

6 Параметры и относительное изменение напряжения трансформатора

7 Механические силы в обмотках при коротком замыкании

8 Расчет магнитной системы трансформатора

9 Коэффициент полезного действия

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ВВЕДЕНИЕ

Трансформаторы–это наиболее распространённые устройства в современной электротехнике. Трансформаторы большой мощности составляют основу систем передачи электроэнергии от электростанций в линии электропередачи. Они повышают напряжение переменного тока, что необходимо для экономной передачи электроэнергии на значительные расстояния. В местах распределения энергии между потребителями применяют трансформаторы, понижающие напряжение до требуемых для потребителей значений. Наряду с этим, трансформаторы являются элементами электроустановок, где они осуществляют преобразование напряжения питающей сети до значений необходимых для работы последних.

      Трансформатором называется статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более обмоток связанных индуктивно, и предназначенные для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока  в одну или несколько других систем переменного тока. Обмотку, присоединённую к питающей сети, называют первичной, а обмотку, к которой подсоединяется нагрузка–вторичной. Обычно все величины, относящиеся к первичной обмотке трансформатора  помечают индексом 1, а относящиеся к вторичной–индексом 2.

 Первичную обмотку трансформатора подсоединяют к питающей сети переменного тока. Ток первичной обмотки I1 имеет активную и индуктивную составляющие. При разомкнутой вторичной обмотке (холостой ход), вследствие действия индуктивной составляющей тока IОм, возникает магнитный поток, который намагничивает сердечник. Активная составляющая тока I определяется потерями, возникающими, в местах стали, при перемагничивании сердечника. Наибольшая часть потока Ф1 сцеплённого с первичной обмоткой, сцеплена также со всеми обмотками фазы и является потоком взаимоиндукции между обмотками, или главным рабочим потоком Ф. Другая часть полного потока Ф1 сцеплена не со всеми витками первичной и вторичной обмоток. Её называют потоком рассеивания.

     ЭДС обмотки пропорциональна числу её витков. Отношение ЭДС первичной и вторичной обмоток называется коэффициентом трансформации, который пропорционален отношению чисел витков первичной и вторичной обмоток.

1  Устройство силовых трансформаторов.

Трансформаторы имеют магнитопроводящие сердечники и токопроводящие обмотки. Для лучшего охлаждения сердечники и обмотки мощных трансформаторов погружаются в бак, наполненный маслом. Сердечники трансформаторов состоят из стержней, на которых размещаются обмотки, и ярм, которые служат для проведения потока между стержнями. Различают два вида сердечников: стержневой и броневой.

     

Броневой сердечник имеет разветвлённую магнитную систему, вследствие этого поток в ярме составляет половину от потока стержня, на котором расположены обмотки.

     Трёхфазные трансформаторы выполняются обычно стержневыми. Их сердечники состоят из расположенных в одной плоскости трёх стержней, соединённых ярмами. Магнитная система таких трансформаторов несколько несимметрична, так как магнитная проводимость потока крайних стержней и среднего – является неодинаковой.

Вследствие изменения потока, в контурах стали сердечника индуктируется ЭДС, вызывающая вихревые токи, которые стремятся замкнуться по контуру стали, расположенному в поперечном сечении стержня. Для уменьшения вихревых токов, сердечники трансформатора набираются (шихтуются) из изолированных прямоугольных пластин электротехнической стали толщиной 0.5мм или 0.35мм. Для уменьшения зазоров в местах стыков, слои сердечника, набранные различными способами, чередуются через один. После сборки, листы верхнего ярма вынимаются и на стержнях устанавливаются обмотки, после чего ярмо вновь зашихтовывается. Листы сердечника изолируются лаком или бумагой, имеющей толщину 0.03мм, и стягиваются при помощи изолированных шпилек.

      В большинстве случаев в трансформаторах электропередач применяются так называемые концентрические обмотки, имеющие вид размещённых концентрически (одна в другой) полых цилиндров. Обычно ближе к сердечнику размещается обмотка низшего напряжения, требующая меньшей толщины изоляции сердечника.

      По способу охлаждения трансформаторы разделяются на масляные, обмотки которых погружены в масло  и сухие, охлаждаемые воздухом. Мощные силовые трансформаторы имеют масляное охлаждение. Трансформатор в большинстве случаев не является полностью твёрдым телом, а содержит большое количество жидкого масла, которое оказывает значительное влияние на теплопередачу.

       В большинстве случаев в трансформаторах электропередач применяются так называемые концентрические обмотки, которые имеют вид размещённых концентрически полых цилиндров (одна в другой). Обычно ближе к сердечнику размещается обмотка низшего напряжения, требующая меньшей толщины изоляции сердечника.

      В трансформаторах мощностью до 560 кВА концентрическая обмотка  выполняется по типу цилиндрической обмотки, в большинстве случаев имеющей два слоя. Слои обмотки выполняются из провода круглого или прямоугольного сечения. Провод наматывается впритык по винтовой линии вдоль образующей цилиндра.

      В трансформаторах больших мощностей концентрическая обмотка низшего напряжения выполняется по типу винтовой, в которой между двумя соседними по высоте витками оставляется канал.

     

РЕФЕРАТ

Расчетно-пояснительная записка отражает все разделы курсовой работы и содержит 26 листов формата А4, включает 3 рисунка, 4 наименования источников использованной литературы.

РАСЧЕТ ТРЕХФАЗНОГО ДВУХОБМОТОЧНОГО ТРАНСФОРМАТОРА      160 кВА, 14; 0,5 кВ, 50 ГЦ С ЕСТЕСТВЕННЫМ МАСЛЯНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ

Курсовая работа по дисциплине «Электрические машины и аппараты» выполняется с целью закрепления и углубления знаний и выработки умения применять теоретической материал для решения конкретных практических задач.

   Графическая часть включает общий вид трансформатора в двух проекциях, конструкции обмоток (разрез одной фазы), схемы обмоток выводов, экспликация  деталей и узлов начерченных на  листе  формата А1.

ЗАДАНИЕ

Номинальная мощность трансформатора  . . . . . . . . . . . .

S = 160 кВА

Число фаз  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

m =3

Частота сети  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

f=50 Гц

Режим работы трансформатора  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

продолжительный

Номинальное высшее линейное напряжение  . . . . . . . . .

UВН = 14000 В

Номинальное низшее линейное напряжение . . . . . . . . . .

UНН = 500 В

Схема и группа соединения обмоток . . . . . . . . . . . . . . . .

Y/ Δ – 12

Способ охлаждения трансформатора . . . . . . . . . . . . . . . .

естественное масляное

Напряжение короткого замыкания . . . . . . . . . . . . . . . . . .

uк = 5%

Потери короткого замыкания  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Рк = 5800 Вт

Потери холостого хода  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Ро = 1700 Вт

Ток холостого хода  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

io = 6%

1 Основные электрические величины

Номинальные фазные напряжения:  

   В;

                                       В;

Номинальные линейные токи:

А;

А;

Номинальные фазные токи

А;

А.

Расчет трансформатора ведется для обмотки с медными проводами;

2 Определение основных размеров трансформатора

Металл провода обмоток - Медь;

Марка стали сердечника – 1514;

Толщина листов стали – 0,5 мм;

Удельные потери в стали --р10= 1,15 Вт/кг;

Магнитная индукция в стержнях

Вс=1,55 Тл;

Средняя плотность тока в обмотках  

j = 4 А/мм2;

Отношение веса стали к весу металла обмоток

.

ЭДС на один виток

В/виток.

Число витков в обмотке 1

витков;

Число витков в обмотке 2

витков;

Уточненное значение ЭДС на виток

В/виток;

Площадь поперечного сечения стали стержня сердечника

см2;

Рисунок 1 Ступенчатая форма поперечного сечения стержня трансформатора

Число ступеней стержня сердечника

n=6;

Число каналов в сердечнике – сердечник без каналов;

Коэффициент заполнения площади описанного круга площадью ступенчатой фигуры

kкр=0,875;

Изоляция стали – бумага;

Коэффициент заполнения ступенчатой фигуры сталью

fс=0,92;

Диаметр круга, описанного вокруг стержня сердечника

см.

Номинальная мощность обмотки 1 на стержень сердечника

кВА;

Номинальное напряжение обмотки 1 на стержень сердечника

В;

Номинальный ток обмотки 1 на стержень сердечника

А;

Число витков обмотки 1 на стержень сердечника

витков;

Предварительная площадь поперечного сечения провода обмотки 1

мм2;

Тип обмотки 1 – цилиндрическая двухслойная из провода прямоугольного сечения;

Номинальная мощность обмотки 2 на стержень сердечника

кВА;

Номинальное напряжение обмотки 2 на стержень

В;

Номинальный ток обмотки 2

А;

Число витков обмотки 2 на стержень

витков;

Предварительная площадь поперечного сечения провода обмотки 2

мм2;

Тип обмотки 2 – многослойная цилиндрическая  из провода круглого сечения.

Испытательное напряжение обмотки 1

кВ;

Испытательное напряжение обмотки 2

кВ;

Изоляционный цилиндр между обмоткой 1 и сердечником δцо не предусматривается;

Полное расстояние между обмоткой 1 и стержнем сердечника

δо=0,6 см;

Расстояние между обмоткой и ярмом

lо=3 см;

Толщина изоляционного цилиндра в промежутке между обмотками 1 и 2

δц12=0,3 см;

Полное расстояние между обмотками 1 и 2

δ12=1,2 см;

Предварительная радиальная толщина обмотки 1

δ1=2,7 см;

Предварительная радиальная толщина обмотки 2

δ2=4 см;

Предварительное приведенное расстояние между обмотками

см.

Средний диаметр обмотки 1

см;

Средний диаметр обмотки 2

см;

Средняя длина витка обмоток

см.

Активная составляющая напряжения короткого замыкания

;

Индуктивная составляющая напряжения короткого замыкания

;

Высота обмоток по оси стержня сердечника

см;

где kр – коэффициент учитывающий переход от средней длины магнитных линии к действительной высоте обмотки по оси стержня.

Предварительный эскиз расположения обмоток в окне трансформатора представлен на рисунке 3.

Рисунок 2 Предварительный эскиз расположения обмоток в окне трансформатора

D0

δ0

δ12

δ1

δ2

l0

l1=l2

lc

Вариант с медными обмотками

18,7

0,6

1,2

2,7

4

3

30

 36

Высота окна сердечника

см.

Отношение высоты окна сердечника к диаметру стержня сердечника

.

Для обмоток из медного провода должно выполняться условие :

3 Расчет обмоток трансформатора

Уточнение средней плотности тока в обмотках

А/мм2.

kм – коэффициент учитывающий дополнительные потери в трансформаторе от потока рассеяния и в отводах трансформатора, при S до 110 кВА  

kм=1,01-1,03.

Предварительная удельная тепловая загрузка поверхности обмотки

q1=1300 Вт/м2;

Предварительная удельная тепловая загрузка поверхности обмотки 2

q2=1000 Вт/м2.

4 Расчет цилиндрической обмотки 1 из провода прямоугольного сечения

Предварительная плотность тока в обмотке 1

А/мм2;

Площадь поперечного сечения провода обмотки 1

мм2.

Число слоев nв1=2;

Число витков в слое

витка;

Предварительная высота витка вдоль стержня сердечника

см;

Число цилиндрических поверхностей охлаждения обмотки

принимаем .

Окончательно по Приложению 1 принимаются следующие размеры провода

мм   

намотка на «ребро»;

Число параллельных проводов

;

Площадь поперечного сечения провода

мм2;

Плотность тока в обмотке 1

А/мм2;

Толщина витка вдоль стержня сердечника

см;

Удельная тепловая загрузка поверхности обмотки 1

Вт/м2;

kп – коэффициент частичного закрепления поверхности обмотки рейками образующими вертикальные каналы.

Радиальная толщина витка

см.

Высота обмотки 1 вдоль стержня сердечника

см;

Радиальная толщина вертикального канала между двумя слоями обмотки 1

ак=0,5 см;

Радиальная толщина обмотки 1

см.

Средний диаметр обмотки 1

см;

Средняя длина витка обмотки 1

см;

Вес металла обмотки 1

кг,

                                                                                                         где  - удельный вес обмоточного провода.

Потери в обмотке 1 без учета добавочных потерь

Вт;

Сумма толщин всех проводов без изоляции обмотки 1 вдоль стержня

см;

Полное число проводов обмотки 1 вдоль радиуса

;

Коэффициент увеличения потерь в обмотке 1 от поверхностного эффекта

 

;

Потери в обмотке 1 с учетом добавочных потерь

Вт.

5 Расчет многослойной цилиндрической обмотки 2 из провода круглого сечения

Плотность тока в обмотке 2

А/мм2;

Площадь поперечного сечения провода обмотки 2

мм2.

Если Sм2>9,79 мм2 наматывается из двух параллельных проводов.

 

Число параллельных проводов в обмотке 2

;

     Диаметр голого и изолированного провода (Приложение 2)

мм;

Марка изоляции провода – ПБ;

   Площадь поперечного сечения провода обмотки 2

мм2;

Плотность тока в обмотке 2

А/мм2;

Расчетный диаметр изолированного провода обмотки 2

см;

Толщина витка вдоль стержня сердечника

см;

Число витков в одном слое обмотки

Число слоев обмотки 2

,

что нежелательно; принимаем ;

Окончательное число витков в слое

,

т.е. 7 слоев по 128 витков и 1 слой из 124 витков, т.е. всего   витков;

Рабочее напряжение между двумя слоями

В;

Толщина междуслойной изоляции

δмсл=0,036 см;

Выступ междуслойной изоляции на торцах обмотки 2 равен 1,6 см;

Число цилиндрических поверхностей охлаждения обмотки 2 на стержень сердечника

принимаем ;

Удельная тепловая загрузка поверхности обмотки 2

Вт/м2.

Число слоев и витков в слое во внутренней катушке – 4 слоя по 128 витков в слое;

Число слоев и витков в слое в наружной катушке – 3 слоя по  128 витков и 1 слой из 124 витков;

Радиальная ширина вертикального канала между двумя концентрическими катушками обмотки 2

ак2=0,5 см;

Радиальная толщина обмотки 2

см;

Высота обмотки 2

см.

Примечание: Обмотку 2 разогнать до высоты  см.

Уточнение приведенного расстояния

см,     

где  – приведенное расстояние между обмотками из позиции 8, см;

– высота обмоток из позиции 9, см.

Уточнение действительного расстояния между обмотками 1 и 2

см;

Средний диаметр обмотки 2

см;

Средняя длина витка обмотки 2

см;

Вес металла обмотки 2

кг.

Потери в обмотке 2 без учета добавочных потерь

Вт;

Коэффициент увеличения потерь в обмотке 2 от поверхностного эффекта

 

;

Потери в обмотке 2 с учетом добавочных потерь

Вт.

 6 Параметры и относительное изменение напряжения трансформатора

Потери короткого замыкания

Вт,

т.е. на 46 % меньше заданного.

Активная составляющая напряжения короткого замыкания

%;

Приведенное расстояние между обмотками

см;

Коэффициент, учитывающий переход от средней линии магнитных силовых линий потоков рассеяния к высоте обмоток

;

Средняя длина витка обмоток 1 и 2

см;

Индуктивная составляющая напряжения короткого замыкания

%;

Напряжение короткого замыкания

%

т.е. отличается от заданного на 22.,4%.

Активное сопротивление обмотки 1

Ом;

Активное сопротивление обмотки 2

Ом;

Активная составляющая сопротивления короткого замыкания, приведенная к числу витков обмотки 1

Ом;

Индуктивная составляющая сопротивления короткого замыкания, приведенная к числу витков обмотки 1

Ом;

Процентное изменение напряжения при номинальной нагрузке (β= 1) и cos φ = 0,8

%.

7 Механические силы в обмотках при коротком замыкании

Установившийся ток к. з. в обмотках

А;

А;

Максимальное значение тока к. з. в обмотке 2

А;

Суммарная радиальная сила при к.з.

кг;

Разрывающее напряжение в проводе обмотки 2

кг/см2,

что допустимо, так как σ<500-600 кг/см3.

8 Расчет магнитной системы трансформатора

Принимаем: запрессовка стержней сердечника выполнена клиньями между сердечником и обмоткой 1; сердечник без каналов;

Ширина пакетов стержней сердечника:

см;

см;

см;

см;

см;

см;

Толщина пакетов стержня сердечника (в сердечнике нет каналов):

см;

см;

см;

см;

см;

см;

Площадь поперечного сечения ступенчатой фигуры стержня сердечника

см2;

Площадь поперечного сечения стали стержня сердечника

см2;

Магнитная индукция в стали стержня сердечника

Тл.

Коэффициент увеличения площади поперечного сечения стали ярма

kя=1,05;

Поперечное сечение стали ярма

см2;

Магнитная индукция в стали ярма

Тл;

Высота ярма сердечника

см;

Толщина ярма перпендикулярно листам стали

см.

Наружный диаметр обмотки 2

см;

Расстояние между осями стержней сердечника

см;

Рисунок 3 Эскиз магнитной системы трансформатора

Длина ярма сердечника

см;

Длина стержней сердечника

см.

Вес стали стержней сердечника

кг;

Вес стали ярем сердечника

кг;

Полный вес стали сердечника

кг.

Вес металла обмоток

кг;

Отношение веса стали к весу металла обмоток

.

Потери в стали стержней сердечника

Вт;

Потери в стали ярем сердечника

Вт;

Полные потери в стали сердечника (потери холостого хода)

Вт,

т.е. на 22% меньше заданного

Сборка сердечника – в переплет;

Число зазоров в сердечнике крайней фазы с магнитной индукцией Вс

;

Число зазоров в сердечнике крайней фазы с магнитной индукцией Вя

;

Амплитуда намагничивающего тока крайней фазы обмотки 1

А;

Число зазоров в сердечнике средней фазы с магнитной индукцией Вс

;

Число зазоров в сердечнике средней фазы с магнитной индукцией Вя

;

Амплитуда намагничивающего тока средней фазы обмотки 1

А;

Среднее значение амплитуды намагничивающего тока для трех фаз

А.

Реактивная составляющая фазного тока холостого хода обмотки 1

А.

Реактивная составляющая фазного тока холостого хода по упрощенному методу расчета

А;

Реактивная составляющая линейного тока холостого хода по упрощенному методу расчета

А.

Активная составляющая фазного тока холостого кода обмотки 1

А;

Фазный ток холостого хода

А;

Линейный ток холостого хода обмотки 1

А;

Линейный ток холостого хода в процентах от номинального тока

%,

т.е. на 21 % больше заданной величины

 9 Коэффициент полезного действия

Коэффициент полезного действия при номинальной нагрузке и         cos φ2 = 0,8

%;

Кратность тока нагрузки, при которой коэффициент полезного действия максимальный

;

Максимальное значение КПД при cos φ2 = 0,8

%.


БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

  1.  Тихомиров П.М. Расчет трансформаторов. – М.: Энергия ,

    1968. – 455 с.

  1.  Дружинин В.В. Магнитные свойства электротехнической стали. – М.: ТЭИ, 1962. – 320 с.

  1.  Сергеев П.С., Виноградов Н.В., Горяинов Ф.А. Проектирование электрических машин. – М.: Энергия , 1969. – 632 с.

  1.  Ермолин Н.П., Швец Г.Г. Расчет силовых трансформаторов. Пособие по курсовому проектированию. – Ленинград.: ЛЭТИ, 1964.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

60181. Традиції святкування Масляної в Україні 497 KB
  Зима’’ Чайковського Ведуча: Масляна - час ігор і розваг. З’являється Цариця Зима з наказом ЦЗ: Я - цариця Зима. Цариця Зима. Ведуча: Так ось воно що отже зима не хоче поступатися своїм місцем Весні.
60182. Японія – далека і близька. Інтегрований позакласний захід 98.5 KB
  Давня назва Японії Ніппон що означає джерело Сонця. Звязок Японії з іншими країнами світу здійснюється морським шляхом. Державний герб Японії і особиста емблема імператора жовта хризантема...
60186. Стройові прийоми і рух без зброї 131 KB
  Строї та їх елементи стройове положення повороти на місці рух стройовим і похідним кроком вихід зі строю підхід до начальника повернення до строю. вихід зі строю підхід до начальника повернення до строю.
60187. Постороение выкроек головных уборов 29.5 KB
  Форма козырька его длина будут зависеть только от Вашей фантазии И наконец построение круглой шляпки но состоящей не из клиньев а как бы из двух полукруглых бочков и средней части имеющей прямоугольную форму.