ID: 76052

Название работы: Расчет трансформатора ТМ–25/10

Категория: Курсовая

Предметная область: Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Описание: С целью минимального расхода электротехнической стали и достижения максимального уровня заполнения пространства внутри обмоток, выбираем плоскую шихтованную магнитную систему стержневого типа с вертикальным расположением стержней, и сечением стержней в форме ступенчатой фигуры вписанной...

Язык: Русский

Дата добавления: 2015-01-28

Размер файла: 167.97 KB

Работу скачали: 25 чел.

Липецкий государственный технический университет

Кафедра Электрооборудования

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по Электрическим машинам

Расчет трансформатора ТМ–25/10

Вариант 1

Студент   Боровских  А. Д.

Группы ЭО111

Руководитель

Доцент               Костина И. И.

Липецк 2013 г.

Оглавление

Задание на курсовую работу	3
1 Расчёт классическим методом	6
1.1 Расчет первого этапа классическим методом	6
1.2 Расчет второго этапа классическим методом	10
1.3 Построение графика зависимости	13
2 Расчёт операторным методом	14
2.1 Сравнение результатов расчёта и оценка погрешности	15
3 Исследование переходного тока через обмотку электромагнита, включаемого на синусоидальное напряжение	17
4. Расчет цепи четырехполюсника	22
Заключение	25
Список источников	26

Задание на курсовую работу

Для расчета возьмем трансформатор ТМ–25/10. Исходные данные для расчета трансформатора:

1.  Полная мощность трансформатора S=25 кВА.
2.  Число фаз m=3.
3.  Номинальные линейные напряжения обмоток высшего и низшего напряжения U1=10 кВ и  U2=6 кВ.
4.  Частота f=50 Гц.
5.  Напряжение короткого замыкания UK=4,5 %.
6.  Потери короткого замыкания PКЗ=0,6 кВт.
7.  Ток холостого хода i0=3,2 %.
8.  Потери холостого хода PXX=0,13 кВт.
9.  Схема и группа соединения обмоток Y/Y0-0.
10.  Способ охлаждения трансформатора естественное масляное.
11.  Режим нагрузки длительный.
12.  Характер установки трансформатора внешний.
13.  Масса, полная 0,38 т., масла 0,13 т., высота 1225 т.
14.  Габариты ширина/толщина – 1120/460 мм.

1 Расчет основных электрических величин, линейных и фазных токов и напряжений обмоток ВН и НН.

Обмотка высшего напряжения трансформатора соединена в «звезду» с изолированной нейтралью.

Номинальный линейный ток обмотки ВН равен:

Фазный ток обмотки ВН трансформатора равен линейному току:

IФ = I = 1,44 А.

Фазное напряжение обмотки ВН трансформатора равно:

.

Обмотка низшего напряжения трансформатора соединена в «звезду» с выведенной нейтралью.

Номинальный линейный ток обмотки НН равен:

.

Фазный ток обмотки НН трансформатора равен линейному току:

IФ = I = 2,41 А.

Фазное напряжение обмотки НН трансформатора равно:

.

2 Определение основных размеров трансформатора.

С целью минимального расхода электротехнической стали и достижения максимального уровня заполнения пространства внутри обмоток, выбираем плоскую шихтованную магнитную систему стержневого типа с вертикальным расположением стержней, и сечением стержней в форме ступенчатой фигуры вписанной в окружность диаметром равным внутреннему диаметру катушек обмоток.

Для данного трансформатора выбираем электротехническую холоднокатаную анизотропную тонколистовую сталь марки 3404 (ГОСТ 21427.1-83)  толщиной 0,3 мм с термостойким  электроизоляционным покрытием листов. Индукцию в магнитопроводе трансформатора примем равной  1,6 Тл.

Для трансформатора данной мощности и класса напряжения рекомендуемым проводниковым материалом обмоток является алюминий. Выберем конструкцию обмотки высшего напряжения.

Среднюю плотность принимают, на основании материала обмоток  и мощности трансформатора, равной 1,6 А/мм2.

Ориентировочное сечение витка равно:

мм2.

Из таблицы пределов применения типов обмоток, по току обмотки, номинальному напряжению, мощности трансформатора и сечению витка выбираем тип обмотки ВН — непрерывная катушечная из прямоугольного провода.

Выберем конструкцию обмотки низшего напряжения.

Средняя плотность также равна 1,6 А/мм2.

мм2.

Выбираем тип обмотки НН — непрерывная катушечная из прямоугольного провода.

2.1 Выбор конструкции и размеров основных изоляционных промежутков главной изоляции обмоток.

Согласно классу напряжения обмоток трансформатора по ГОСТ 1516.1-76 и ГОСТ 2069.0-75 выбираем конструкцию и размеры основных изоляционных промежутков главной изоляции обмоток:

От НН до ярма  – 50 мм;

От НН до стержня – 15 мм;

От ВН до ярма – 50 мм;

Между ВН и НН – 20 мм;

Междуфазное расстояние – 18 мм.

Для предотвращения пробоя изоляции при воздействии на обмотку импульсных перенапряжений между обмотками ставят изолирующие цилиндры толщиной:

Между НН и стержнем – 4 мм;

Между ВН и НН – 4 мм.

Причем расстояние от НН до цилиндра, расположенного между нею и стержнем должно быть не менее 6 мм.

Выступы цилиндров по высоте с каждой стороны обмотки

Между НН и стержнем на 18 мм;

Между ВН и НН на 20 мм.

Изолирующий цилиндр в междуфазном промежутке, а также изоляционные шайбы и прокладки между обмотками и ярмом у данного трансформатора могут не применяться.

Достаточной между катушечной изоляцией являются масляные каналы высотой принятой для охлаждающих каналов.

Определение диаметра стержня, высоты обмотки и активного сечения стержня. Диаметр стержня определяется по формуле:

, (6.139)

Мощность на один стержень:

кВА.

Ширина приведенного канала рассеяния определяется по формуле:

. (6.140)

Размер определяют по формуле:

 (6.141)

Значение коэффициентов канала рассеяния для обмоток из алюминиевых проводов берется из таблицы 3.7.

см.

Коэффициент соотношения размеров β приближенно равно 1,4. Коэффициент Роговского равен kp = 0,95.Частота f = 50, Гц. Активная составляющая напряжения короткого замыкания равна:

,%.

Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания равна:

%.

Индукция в стержне В = 1,6 Тл. Коэффициент заполнения сталью kc = 0,9. Подставляем значения в формулу диаметра стержня:

мм.

Полученный диаметр округляем до ближайшего по нормализованной шкале СЭВ, получаем диаметр D0=1 см.

Средний диаметр осевого канала  D12 равен:

D12 = aср·D0=1,45·1=1,45 см.

Высоту обмотки трансформатора определяем по формуле:

м.

Примем H0=3,25 м.

Определим активное сечение стержня

м2.

2.2 Выбор окончательной конструкции обмоток и их расчет

Учитывая предварительные расчеты и данные параметры трансформатора, выбираем тип обмотки:

ВН – непрерывная катушечная из провода прямоугольного сечения марки АПБ с толщиной изоляции на две стороны с учетом допусков 0,5 мм;

НН – непрерывная катушечная из провода прямоугольного сечения марки АПБ с толщиной изоляции на две стороны с учетом допусков 0,5 мм.

Рассчитаем напряжение одного витка:

 

В.

Предварительная плотность тока в проводе обмоток  j равна:

 A/м2.

Рассчитаем обмотку низшего напряжения. Определим сначала число витков, приходящихся на одну фазу обмотки НН трансформатора:

.

Полученное значение должно быть целым, поэтому его следует округлить до ближайшего целого значения – 14.

Определим площадь сечения провода:

мм2.

По сортаменту провода (таблица 3.11) Выбираем провод АПБ–73,4 мм2 со сторонами а=5,5 мм и b=13,5 мм, толщиной изоляции 0,45 мм на две стороны, с допусками толщина изоляции 0,5 мм.

Получаем размеры провода:  a'= 6 мм, b'= 14 мм.

Действительная плотность тока равна:

А/мм2.

Проверим провод по плотности теплового потока на охлаждающей поверхности. В масляных трансформаторах с естественной циркуляцией масла он не должен превышать 1200–1400 Вт/м2.

 

см,

где 172 – коэффициент для алюминиевого провода.

Для непрерывной катушечной обмотки охлаждающие промежутки.

Число катушек определяем по формуле:

.

где hкан – достаточная электроизолирующая ширина канала.

Число катушек должно быть целым четным числом, поэтому принимаем nкат=130 катушки.

Число витков в катушках будет равно:

.

 

Число витков также следует принять целым, т.е. 128 катушки по 2 витков и 2 катушки по 1 витка с заполнение недостающего витка прокладкой из электроизоляционного картона.

Определим действительную высоту обмотки:

мм.

где  k – коэффициент усадки изоляции равный 0,95.

В данном расчете имеем 65 изоляционно-охлаждаыщих канала шириной 1 мм, и 64 – по 2 мм. Большие каналы расположены в центре обмотки, а меньшие по краям обмотки.

Проверяем конструкцию на действительную плотность теплового потока:

,

где j – плотность тока в А/мм2;

 b' – высота изолированного провода в см;

арад – длина канала в см;

 kохл – коэффициент охлаждения поверхности обмотки 0,5–0,75;

 kд – коэффициент добавочных потерь, для данного провода:

.

где β – коэффициент соотношения размеров обмотки, без каналов;

 n – количество проводов в катушке в радиальном направлении;

а – ширина провода в см.

Вт/м2.

Величина не превышает допустимого значения.

Внутренний диаметр обмотки равен:

м.

Ширина обмотки равна:

м.

Внутренний диаметр обмотки равен:

м.

Средний диаметр обмотки, равен:

м.

Для расчета активной массы обмотки используем формулу:

кг.  

Масса изоляции провода составляет порядка 1,5 % от массы провода.

Рассчитаем обмотку высшего напряжения. Определим число витков, приходящихся на одну фазу обмотки ВН:

.  

Полученное значение следует округлить до ближайшего целого значения – 346.

Определим площадь сечения провода:

мм2.    

Выбираем провод АПБ–46,4 мм2 со сторонами а=5,5 мм и b=8,6 мм, с учетом толщины изоляции получаем:  a'= 6 мм, b'= 9,1 мм.

Действительная плотность тока равна:

А/мм2.  

Проверим провод по плотности теплового потока

;  (6.144)

 см;    

  см.

Следовательно, выбираем обмотку со сдвоенными катушками с прокладкой между ними из электроизоляционного картона, 2 шайбы толщиной по 0,5 мм каждая, и каналами охлаждения через две катушки.

Определим число катушек обмотки:

.  

Берем число катушек равным 64 с целью возможного увеличения средних каналов, возможности регулировки реактивного сопротивления трансформатора, а значит регулирования реактивной составляющей напряжения короткого замыкания.

Для регулирования напряжения в обмотке ВН делаются отводы на -5%, -2,5%, 0%, +2,5%, +5%  от номинального напряжения.

Напряжения ступеней будут равны:

–5%:   кВ;

–2,5%: кВ;

0%:   кВ;

+2,5%: кВ;

+5%:   кВ.

Число витков на средней ступени регулирования:

.  

Действительное напряжение одного витка равно:

В.    

Число витков одной ступени регулирования равно:

.  

Число витков одной ступени регулирования округлим до величины равной 9 витков.

Витки в катушках распределим следующим образом:

52 катушки по 6 витков;

8 регулировочных катушек по 4,5 витков;

4 катушки с усиленной изоляцией по 4 витка.

Количество витков по ступеням регулирования:

–5%:  ;

–2,5%: ;

0%:  ;

+2,5%: ;

+5%:  .

Для соответствующей ступени регулирования в обмотку ВН будут включены: при –5%:    — 0 катушек регулирования;

 при –2,5%:  — 2 катушки регулирования;

 при 0%:    — 4 катушки регулирования;

 при +2,5%:  — 6 катушек регулирования;

 при +5%:    — 8 катушек регулирования.

Регулировочные катушки и катушки с усиленной изоляцией (по 1 мм на 2 стороны) необходимо дополнить прокладками из электроизоляционного картона до размера 6 витков обычной катушки.

Действительная длина обмотки будет равна:

 

см.  

Обмотка имеет 2 канала по 8,5 мм; 2 канала по 7 мм; 2 канала по 17,5 мм; 1 канал 30 мм; 24 канала по 4 мм; 30 спаренных катушек и 2 спаренные катушки с усиленной изоляцией; 32 междукатушечные шайбы 2х0,5 мм. Обыкновенные и регулировочные катушки не отличаются между собой по толщине.

Действительную плотность теплового потока при арад=а2=0,036 м и двойных катушках:

, (6.145)

где kохл – коэффициент охлаждения поверхности обмотки 0,75; kд – коэффициент добавочных потерь, для данного провода:

 ;   

  Вт/м2.        

Что не превышает допустимого значения.

Внутренний диаметр обмотки равен:

м.  

Ширина обмотки равна:

м.    

Внутренний диаметр обмотки равен:

м.  

Средний диаметр обмотки, равен:

  м.  

Для расчета активной массы обмотки используем формулу:

 

кг.  

Для проверки изолирующего междукатушечого пространства воспользуемся следующим соотношением:

, (6.146)    

где n – максимальное число витков в одной катушке n=6.

мм.  

Список источников

1.  Методические указания к курсовой работе  №2 по теоретическим основам электротехники «Исследование переходных процессов в линейных электрических цепях с сосредоточенными параметрами. Анализ линейных пассивных четырехполюсников» (для студентов направления 140400). Сост.: Бойчевский В. И., Шпиганович А. Н., Довженко С. В.. Липецк: ЛГТУ 2013. - 16 с.
2.  Бессонов Л. Н. Теоретические основы электротехники. – М.: Высшая школа, 1973. – 750 с.
3.  Выгодский М. Я. Справочник по высшей математике. М. : АСТ: Астрель, 2008. 991 с.
4.  СТО-13-2011 Студенческие работы. Общие требования к оформлению. Липецк : ЛГТУ, 2011, 32 с.