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

151 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

42287. КОЛЕБАНИЯ СТРУНЫ 6.2 MB
  Исследование зависимости частоты колебаний струны от силы натяжения длины и линейной плотности материала струны. Оборудование: Установка включающая в себя устройство для натяжения струны с динамометром измерительную линейку с подвижными порожками электрическую лампочку с держателем фотоэлемент низкочастотный усилитель осциллограф и универсальный счетчик; резиновый молоток; набор струн. Колебания струны как пример стоячей волны На практике стоячие волны возникают при отражении волн от преград: падающая на преграду волна и бегущая ей...
42288. Уравнение состояния идеального газа 2.55 MB
  Оборудование: Установка включающая в себя газовый шприц в стеклянном корпусе нагреватель датчик давления датчик температуры блок управления Cobr3 компьютер. Чтобы показать это раскроем физический смысл давления газа и температуры. Существует два определения температуры: одно использует термодинамический подход другое молекулярнокинетический. В термодинамике понятие температуры вводится как характеристика степени нагретости вещества.
42289. МИКРОПРОГРАММИРОВАНИЕ КОМАНД СМ ЭВМ 67 KB
  Цель работы: Знакомство с принципами микропрограммной эмуляции ЭВМ с программным управлением микропрограммирование машинных команд СМ ЭВМ. по условию CH 0 Конец...
42291. Составить программу умножения двух положительных чисел 44.5 KB
  В ходе выполнения работы познакомились с принципами микропрограммной эмуляции ЭВМ с программным управлением, микропрограммированием машинных команд СМ ЭВМ.