76052

Расчет трансформатора ТМ–25/10

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

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...

Русский

2015-01-28

167.97 KB

21 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:

 A2.

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 арад2=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.

 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

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.
60191. Свято «Прощавай, початкова школа!» 53.5 KB
  Звучить святкова музика. Лунають фанфари. 1учень. Слухайте! 2 учень. Слухайте! 1учень. І не кажіть, що ви не чули! 2учень. І не кажіть, що ви не бачили! 1 учень. Сьогодні в нашому шкільному королівстві – свято!
60192. Сценарій тематичного вечора Дня Матері на тему «Рідна мати моя» 73 KB
  Спливли роки мов човник по воді І ведмежа стареньке десь поділось Та очі мами сині та сумні Моїм дитинством вранці подивились Анастасія Клєцова Руда Дитинство Ведуча 2 Кожна мама дає дитині свій наказ свою любов.