99641

Расчет трансформатора ТМ-1600-35

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Рассчитать трансформатор со следующими данными: полная мощностьSн=1600 кВА; число фазm=3; частота f =50 Гц; напряжение обмоток: ВНU2=35000 В; напряжение ННU1= 690 В; схемы и группа соединенийY-Y-0.

Русский

2016-10-04

451 KB

2 чел.

КУРСОВОЙ  ПРОЕКТ

по дисциплине: «Электромечаника»

на тему: «Расчет трансформатора ТМ-1600/35»

Введение.

Расчет   трехфазного трансформатора типаТМ-1600/35

Задание на проект трансформатора:

Рассчитать трансформатор со следующими данными:  полная мощностьSн=1600 кВА; число фазm=3; частота f =50 Гц; напряжение обмоток: ВНU2=35000 В; напряжение ННU1= 690 В; схемы и группа соединенийY/Y-0.

Трансформатор силовой масляный общего назначения двух обмоточный.

Способ охлаждения - естественное масляное, характер нагрузки - длительная.

        Установка - наружная. Трансформатор должен соответствовать требованиям ГОСТ 11677-65 и ГОСТ 11920-66.

Напряжение и потери короткого замыканияuк= 6,5%; Рк=18000 Вт. Ток и потери холостого ходаiхх = 1,4%; Рх = 3,65 Вт.

Трансформатор должен быть рассчитан с обмотками из медного провода с изоляцией класса нагревостойкости.

1. Расчет основных электрических величин.

Мощность одной фазы:

Номинальные токи: ВН

                                  НН

Испытательные напряжения обмоток:

обмотки ВНUисп2 = 85 кВ;

обмотки ННUисп1 =25 кВ.

Определение исходных данных расчета.

Дляиспытательного напряжения обмотки ВН (Uисп2 = 85 кВ ) по таблице находим изоляционные расстояния: а12=2,7 см;l0=7,5 см; а22=3 см;дляUисп1=25кВ находима01=1,5 см.

Медные обмоткиk=0,52:

Составляющие напряжения короткого замыкания:

активная:

реактивная:.

Материалом сердечника служит холоднокатаная текстурованная рулонная сталь марки Э330А толщиной 0,35 мм. Индукция в стержне .Форма сечения ярма повторяет сечение стержня, коэффициент усиления ярма  индукция в ярме:

Удельные потери в стали:

Удельная намагничивающая мощность

В сечении стержня 7 ступеней, стержень без каналов, прессовка бандажами из стеклоленты; коэффициент заполнения кругаккр= 0,9. Междулистовая изоляция - жаростойкое покрытие с однократной ланировкой;кз=0,93;

Коэффициент учитывающий добавочные потери при коротком замыканиикд=0,91;по таблице находим постоянные коэффициенты для медных обмоток:ам=1,4и вм=0,28.Принимаемкр=0,95;диапазон изменения величиныβ = 1,2÷3,6

Расчет основных коэффициентов.

Минимальная стоимость активных материалов (активной части) для транформатора с медными обмотками имеет место при условиях, определяемых уравнением.

β

1,2

1,8

2,4

3,0

3,6

1,048

1,16

1,245

1,32

1,38

1,096

1,344

1,55

1,734

1,90

1,48

1,56

1,93

2,29

2,62

А1

797,9

720,9

671,7

633,5

606,0

А2∙х2

134,2

164,5

189,7

212,3

232,6

932,1

885,4

861,4

845,8

838,6

В1∙х3

603,5

820,0

1014,5

1204,0

1377,0

В2∙х2

68,7

84,2

97,1

108,6

119,0

Gя= В1∙х3+ В2∙х2

672,2

904,2

1111,6

1312,6

1496,0

Gст=Gс+Gя

1604,3

1789,6

1973,0

2158,4

2334,6

Рс = 1,25∙рс Gс

1608

1527

1486

1459

1447

Ря = 1,25∙ря Gя

1109

1492

1834

2166

2468

Рх =  Рс+ Ря

2717

3019

3320

3625

3915

G' = 48∙х3

55,1

74,8

92,6

109,8

125,7

Пс = 356∙х2

390,1

478,4

551,7

617,2

676,3

кд''∙qc Gс

3402

3232

3144

3087

3061

кд''∙qя Gя

2252

3029

3724

4397

5012

кд''∙40∙qcG'

8177

11110

13750

16310

18660

кд''∙3,2∙q3∙Пс

3708

4546

5243

5866

6427

Q =  кд''∙(Qобщ +Qдоб +Qз)

17539

21917

25861

29660

33160

iop = Q/10S

1,1

1,37

1,62

1,355

2,07

G0 = C1/х2

690,3

563,0

488,1

436,3

398,2

1,03∙G0

711,0

579,9

502,7

449,4

410,2

Gпр = 1,03∙1,03∙ G0

731,7

596,8

517,8

462,5

422,2

С0 =  косGпр

2232,0

1820,0

1478,0

1411,0

1288,0

Сакт = Сст + С0

3836,3

3609,6

3551,0

3569,4

3622,6

         0,91∙Pк

∆ =√————

          2,4∙G0

3,144

3,482

3,739

3,955

4,14

σр = М∙х3

160,3

217,8

269,5

319,8

365.9

                             (по таблице)

Вес одного «угла» сердечника

Активное сечение стержня:

Изменение веса стали сердечника и металла обмоток с изменением β.

Изменение растягивающих механических напряжений σр и плотности тока ∆

2 Расчет обмоток.

2.1Расчет обмоток НН:

Число витков: ; принимаемω1=22 витка,ЭДС одного витка

Cредняя плотность тока:

Сечение витка предварительно:

Вибираем конструкцию винтовой обмотки из п/у провода. Размер радиального канала предварительно выбираемhк=0,5 см.Вибираем число реек по окружности обмотки, равное12,ширину междувитковых прокладокbпр=4 см.

Ориентировочный осевой размер витка:

Ввиду того чтоhв1>1,5 сми при максимальном размере медного проводаb=1,45cмиq1>1800 вт/м2,выбираем двухходовую винтовую обмотку с каналами в витках и между витками, с равномерно распределенной транспозицией.

По полученным ориентировочным значениямП1иhв1подбираем сечение витка из 12 параллельных проводов:   сечением по31,7 мм2, разделенных на две группы полное сечение виткаП1=12∙31,7=380,4 мм2плотность тока:  Для∆=3,51 А/мм2 иb=0,74 см находимq1≈1000 вт/м2, что вполне допустимо для обмоток. Принимаем радиальные каналы между витками и в витках по0,5 см.В середине высоты обмотки пять каналов по0,75 см.

Полная высота обмотки (с учетом опрессовки прокладок после сушкик=0,95)

1=2∙b'∙(ω1+1)+к∙∑hк=2∙0,79∙(22+1)+0,95∙(0,5∙40+0,75∙5)=59 см.

Радиальный размер обмотки:

Находима01=1,5 см.Обмотка наматывается на рейках на бумажно – бакелитовом цилиндре с размерами 29/29,8×70

Внутренний диаметр обмотки:

D'1=d+2∙а01=28+2∙1,5=31 см.

Наружный диаметр обмотки:

D"1=D'1+2∙а1=31,0+2∙3,0=37,0 см.

Плотность теплового потока на поверхности обмотки:

Вес металла обмотки:

G1=28∙cDсрω∙П1∙10-5=28∙3∙34∙22∙380,4∙10-5=239,0 кг.

Вес провода:Gпр1=1,02∙239=243,8 кг.

2.2 Расчет обмоток ВН.

Наибольшее напряжение между контактами переключателя в одной фазе:

рабочее –  отU2=2020 В.

испытательное -  отU2=4040 В.

Схема регулирования напряжения обмотки ВН.

Для получения на стороне ВН различных напряжений необходимо соединить:

Напряжение,В

Обмотка

36750

А2А3

В2В3

С2С3

35875

А3А4

В3В4

С3С4

35000

А4А5

В4В5

С4С5

34125

А5А6

В5В6

С5С6

33250

А6А7

В6В7

С6С7

Число витков обмотки ВН при номинальном напряжении:

Число витков на одной ступени регулирования:

Ориентировочная плотность тока:

∆'2≈2∙∆ср-∆1=2∙3,54-3,51=3,57 А/мм2.

Ориентировочное сечение витка:

Число витков на ответвлениях:

Напряжение,В

Ступень  36750

ω2=1114+2∙28=1170 витков

Ступень  35875

ω2=1114+28=1142 витков

Ступень  35000

ωн2=1114

Ступень  34125

ωн2=1114-28=1086

Ступень  33250

ωн2=1114-2∙28=1058

Выбираем непрерывную спиральную катушечную обмотку (S'=533,3 кВА;Iф=26,4 А;Uн=35000 В; П'2=7,4 мм2;). По сортаменту обмоточного привода выбираем медный прямоугольный провод марки ПБ.

сечением П2=7,22 мм2.

В двух нижних и двух верхних катушках каждой фазы применяется провод того же размера сусиленной изоляцией1,35 мм на две стороны. Плотность тока:

Число катушек на одном стержне ориентировочно:

Принимаемήкат2=60.

Число витков в катушке ориентировочно:

Общее распределение витков между катушками.

8 регулируемых катушек В по 14 витков……………………………….112

46 основных катущек Г по 21 витку…………………………………….966

2 основные катушки Д по 20 витков……………………………………..40

4 катушки с усиленной изоляцией Е по 13 витков……………………...52

                                                                     Всего 60 катушек…………1170

Осевой размер обмотки:

2=∑hкат+к∙∑hк=0,65∙4+0,9∙56+0,95∙(0,75∙4+1,25+0,2∙28+0,5∙26)=58,3≈59 см.

ПоUисп=85 кВ. иS=1600 кВА. находим.

Канал между обмотками ВН и НН……………………………….а12=2,7 см

Толщина цилиндра………………………………………………...в12=0,5 см

Выступ цилиндра за высоту обмотки……………………………..ц=5,5 см

Между обмотками ВН двух стержней……………………………..а22=3 см

Толщина междуфазной перегородки…………………………….в22=0,3 см

Расстояние обмотки ВН до ярма……………………. …………..02=7,5 см

Принимаем размеры бумажно-бакелитового цилиндраd=39,40 ×70  см

Плотность теплового потока на поверхности обмотки прикд=1,05(для катушек Д):

Вес меди обмотки:G02=327,9 кг.

Вес провода обмотки:Gпр2=340,6 кг.

Полный вес меди двух обмоток:

без изоляцииG0=239+327,9=566,9 кг.

с изоляциейGпр=243,8+340,6=584,4 кг.

3. Расчет характеристик короткого замыкания.

Электрические потери короткого замыкания:

Обмотка НН:

Обмотка ВН:

Добавочные потери в обмотке НН:

Добавочные потери в обмотке ВН:

Электрические потери в отводах:

Отводы НН:

Отводы ВН:

Определяем потери в стенках бака и других элементах конструкции до выяснения размеров бака:

Полные потери короткого замыкания:

        или   от заданной величины.

Подсчет напряжения короткого замыкания.

Активная составляющая:

Реактивная составляющая:

или  от заданной величины.

Установившейся ток короткого замыкания:

Мгновенное максимальное значение тока короткого замыкания:

   для    и

Радиальная сила:

Растягивающее напряжение в проводе обмотки ВН:

( 38% от допустимого ).

Осевые силы:

x=8,85;m=4; После установления размеров бакаℓ≈25 см;

Максимальные сжимающие силы в обмотках:

Наибольшая сжимающая сила наблюдается в середине высоты обмотки НН, гдеFсж=16150 кГ. Напряжение сжатия в междувитковых прокладках по;

что ниже допустимого σсж.доп=180 ÷ 120кГ/см2 .

Температура обмотки черезtk=5секпосле возникновения короткого замыкания:

4. Расчет магнитной системы трансформатора

Определение размеров и веса сердечника. Выбираем конструкцию трехфазного стержневого сердечника, собираемого в переплет (шихтованного), из пластин холоднокатаной текстурованной стали марки Э330А-0,35мм,с косыми стыками. Стержень сердечника прессуется бандажами из стеклоленты, размеры пакетов выбраны по таблице, сердечник выполняется без внутренних охлаждающих каналов.

Размеры пакетов при восьми ступенях в одной половине стержня приd=28см:

№ пакета

Ширина пакета,см

Толщина пакета,см

Площадь сечения,см2

1

27,0

3,6

97,2

2

25,0

2,7

67,5

3

23,0

1,7

39,1

4

21,5

1,0

21,5

5

19,5

1,1

21,45

6

17,5

0,9

15,75

7

15,5

0,7

10,85

8

13,5

0,6

8,10

вн=12,3 см

281,45см2

Полное сечение стержняПф.с.=2∙281,45=562,9 см2.Активное сечениеПс=0,93∙562,9=523,5 см2(изоляция – жаростойкое покрытие с однократной лакировкой,δст=0,35 мм,кз=0,93).

Размеры пакетов стержня и ярма определяют по таблице. В сечении ярма - семь ступеней.

Размеры пакетов ярма:

№ пакета

Ширина пакета,см

Толщина пакета,см

Площадь сечения,см2

1

27,0

3,6

97,2

2

25,0

2,7

67,5

3

23,0

1,7

39,1

4

21,5

1,0

21,5

5

19,5

1,1

21,45

6

17,5

0,9

15,75

7

15,5

1,3

20,15

вн=12,3 см

282,65см2

Полное сечение ярма:Пф.я.=2∙282,65=565,3 см2.

Активное сечение:Пя=0,93∙565,3=525,7 см2.

Ширина ярма:вя=∑вп∙2=12,3∙2=24,6 см.

Длина стержня:с=ℓ+2∙ℓо=59+2∙7,5=74 см.

Расстояние между осями соседних стержней:

С=D2"+а22=50,2+3,0=53,2≈53,0 см.

Вес стали в стержнях:

       Вес стали в ярмах:

       Полный вес стали трансформатора:

4.1 Расчет потерь холостого хода.

Индукция в стержне:

Индукция в ярме:

Индукция в косом стыке:

Находим удельные потери в стали:

приВс=15650 гс;  рс=1,23 вт/кг;  рзс=0,060 вт/см2;

приВя=15600 гс;  ря=1,22 вт/кг;  рзя=0,059 вт/см2;

приВст=11050 гс;  рзст=0,012 вт/см2.

Для конструкции магнитной системы с косыми стыками на крайних стержнях и прямыми на среднем стержне, с многоступенчатым ярмом, без отверствий для шпилек, с отжигом пластин после резки и завальцовки заусенцев применим  следующие коэффициенты:

кп.я.=1,00;  кп.ш.=1,02;  кп.п.=1,03;  кп.з.∙кп.р.=1,00;  к'п.у.=2,6.

       Потери холостого хода на   ниже заданной величины.

4.2 Расчет тока холостого хода.

Находим удельные намагничивающие мощности:

приВс=15650 гс;qс=2,29 ва/кг;qзс=2,32 ва/см2;

приВя=15600 гс;qя=2,24 ва/кг;qзя=2,27 ва/см2;

приВст=11050 гс;qзст=0,225 ва/см2.

Для принятой конструкции и технологии производства магнитной системы применим формулу, в которой примем коэффициенты:

Кт.я.=1,00;  кт.ш.=1,02;  кт.п.=1,06;  кт.з.=1,1;  к'т.у.=2,5;  кт.р.=1; к"т.у.=13.

       Реактивная составляющая тока холостого хода:

Активная составляющая:

Ток холостого хода:

что на ниже заданной величины.

Коэффициент полезного действия трансформатора:

5 Тепловой расчет трансформатора.

5.1 Тепловой расчет обмоток.

Внутренний перепад температуры.

Обмотка НН:

где δ - толщина изоляции провода на одну сторону - 0,025см;

λиз – теплопроводность бумажной пропитанной лаком изоляции провода в масле.

λиз=0,0017 вт/см ∙оС.

Обмотка ВН:

Перепад температуры на поверхности обмоток.

Обмотка НН:

гдек1=1 – для естественного масляного охлаждения;

к2=1,1 –для внутренней обмотки НН;

к3=0,85

Обмотка ВН:

гдек2=1 –для наружной обмотки ВН;

к3=0,9

Полный средний перепад температуры от обмотки к маслу.

Обмотка НН:

Обмотка ВН:

5.2 Тепловой расчет бака.

Минимальная ширина бака:

Изоляционные расстояния:

s1=4,0 см (для отводаUисп=85 кв, покрытие0,4 см. );

s2=4,2 см(для отводаUисп=85 кв, покрытие0,4 см. );

s3=2,5 см(для отводаUисп=5 кв,без покрытия. );

s2=9,0 см(для отводаUиспдо 35 кв, для обмоткиUисп=85 кв,отвод без покрытия);

Ширина бака.

Вмин=50,2+4,0+4,2+2,0+2,5+9,0+1,0=72,9 см.

Принимаем В=76смпри центральном положении трансформатора в баке.

Длина бака.

А=2∙С+D"2+s5=2∙53+50,2+2∙9=174,2≈175 см.

Глубина бака:Нба.ч.я.к.=133+85=218≈220 см.

Высота активной части:На.ч=133 см.

Принимаем:Ня.к.=85 см.

Допустимое превышение средней температуры масла над окружающим воздухом.

Найденное среднее превышение может быть допущено, так как превышение температуры масла в верхних слоях в этом случае будет:

Принимая предварительно перепад на внутренней поверхности стенки бакаθм.б.=50С,и запас в20С, находим среднее превышение температуры стенки бака над воздухом.

Для выбранных размеров бака рассчитываем поверхность конвекции гладкой части бака.

Пк.гл=[2∙(А-В)+π∙В]∙Нб∙10-4=[2∙(175-76)+π∙76]∙220∙10-4=9,61 м2.

Ориентировочная поверхность излучения бака трансформатора.

Пик.гл.∙к=9,61∙1,3=12,5 м2.

Ориентировочная необходимая поверхность конвекции для заданного значения θб.в.=33,80С.

Выбираем бак с двумя рядами овальных труб. Шаг между рядамиtр=10 см; размеры трубы7,5×2.0 см; радиус закругления трубыR=18,8 см; прямой участок трубы внутреннего рядаа1=10 см, второго рядаа21+tр=10+10=20 см; расстояние между осями труб для наружного рядав2б-с-е=220-10-11=199 см; смин=9,0+1=10 см; емин=10+1=11 см.

Размеры трубчатой стенки.

Для внутреннего ряда труб:

в12-2∙tр=199-2∙10=179 см.

Длина трубы внутреннего ряда:

1=(в1-2∙R)+π∙R+2∙а1=179-2∙18,8+π∙18,8+2∙10=220,4 см.

Длина трубы наружного ряда:

2= ℓ1+4∙tр=220,4+4∙10=260,4 см.

Длина двух труб:

1+ ℓ2=220,4+260,4=480,8 см.

Необходимая поверхность конвекции труб:

Пк.тр.=П'к..к.гл.=97-9,6=87,4 м2.

Необходимая фактическая поверхность труб:

гдекф=1,344 для двух рядов труб.

При поверхности1 м трубы0,16 м2 необходимо общую длину труб:

Число труб в раду для обеспечения этой общей длины должно быть:

Принимаемттр=84; шаг труб в ряду:

       Поверхность излучения бака по внешнему периметру бака по трубам:        Поверхность крышки:

                 Поверхность конвекции бака:

Поверхность труб (фактическая)Птр=84∙4,808∙0,16=64,7 м2.

Определение превышений температуры обмоток и масла над окружающим воздухом.

Среднее превышение температуры стенки бака (трубы):

Среднее превышение температуры масла вблизи стенки бака над над температурой стенки (трубы):

Превышение средней температуры масла над температурой окружающего воздуха:

θм.в.= θм.б.+ θб.в.=5,0+32,8=37,80С.

Превышение температуры масла в верхних слоях:

θм.в.в= σ∙θм.в.=1,2∙37,8=45,30С<550С.

Превышение температуры обмоток над воздухом:

ВН:θо.в.2= θо.м.ср.+ θм.в.=24,2+37,8=62,00С<650С.

НН:θо.в.1= θо.м.ср.+ θм.в.=21,1+37,8=58,90С<690С.

Превышение температуры масла в верхних слояхθм.в.в<550Си обмотокθо.в<650Слежат в пределах допустимого нагрева по ГОСТ 11677-65.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

4671. Информационное обеспечение систем управления. Построение запросов при работе с базой данных 710.5 KB
  Тестовая база данных Перед изучением языка SQL необходимо рассмотреть тестовую базу данных на которой будут отрабатываться все запросы. Наша тестовая база данных полностью соответствует рассмотренной в учебном пособии по нормализации данных и создан...
4672. Организационно-технологические модели строительного производства 983 KB
  Организационно-технологические модели строительного производства Задача курсовой работы Задачей курсовой работы является закрепление студентом знаний полученных при прохождении теоретического курса Организационно-технологические модели строительного...
4673. Логика как наука о мышлении. Ее место в сфере научных знаний 645.5 KB
  Логика, как наука о мышлении является необходимым элементом образования для подготовки полноценных специалистов во всех сферах профессиональной деятельности. Логика способствует формированию логической культуры любого человека. Логически об...
4674. Тяговый расчёт автомобиля с механической трансмиссией на примере ВАЗ-2105 258.38 KB
  Исходные данные. Марка автомобиля: ВАЗ-2105. Двигатель: ВАЗ-2105, 1,3 л. Полная масса: 1395 кг Собственная масса автомобиля: 995 кг Максимальная скорость: 152 км/ч Максимальная мощность двигателя: 47кВт/63,3 л.с. Ча...
4675. Сети следующего поколения. Конспект лекций 8.99 MB
  Сети следующего поколения Введение Переход к пакетным технологиям при модернизации и построении новых сетей связи общего пользования (ССОП) стал настоятельно необходим. Традиционные операторы связи приступили к перестройке своих сетей с ориентацией...
4676. Использование анекдотов в процессе преподавания логики 229 KB
  Использование анекдотов в процессе преподавания логики Предисловие Наше Отечество переживает трудный, но объективно необходимый этап качественного социального, политического, экономического и духовного обновления. Сейчас уже понятно, что мы строим ц...
4677. Исследование явления дифракции электромагнитных волн 118 KB
  Цель работы Исследовать явление дифракции электромагнитных волн. С помощью дифракционной решетки проходящего света измерить длины электромагнитных волн видимого диапазона. Основные теоретические сведения Дифракцией называется совокупность явлений,...
4678. Повышение долговечности ходовой системы гусеничной лесозаготовительной машины 485.5 KB
  Повышение долговечности ходовой системы гусеничной лесозаготовительной машины Общая характеристика работы Актуальность темы. В России 720 миллионов гектаров территорий, покрытых лесом, из них 47% занимают труднопроходимые леса Сибири, Дальнего Восто...
4679. Элегазовый генераторный выключатель 10кВ, 63кА, 8000А 3.16 MB
  Элегазовый генераторный выключатель 10кВ, 63кА,8000А Введение В связи с необходимостью повышения номинальных параметров и надежности высоковольтного коммутационного оборудования для атомных электростанций необходима разработка современных генераторн...