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

0 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

67756. Исследование последовательного колебательного контура (резонанс напряжений) 374.5 KB
  В процессе выполнения работы исследуются и изучаются следующие вопросы: Явление резонанса возникающее в неразветвленной цепи содержащей катушку индуктивности и конденсатор последовательный колебательный контур; Условие возникновения резонанса в цепи и его проверка в лабораторных условиях...
67757. Исследование параллельного колебательного контура (резонанс токов) 542.5 KB
  Ответить на следующие вопросы: а что понимают под явлением резонанса б изменением каких параметров можно достичь резонанса в параллельном контуре в почему явление резонанса в параллельном контуре называют резонансом токов г какие энергетические процессы происходят в контуре при резонансе д как определить...
67758. Исследование магнитной связи и связанных колебательных контуров 442.5 KB
  В процессе выполнения работы исследуются и изучаются следующие вопросы: 1 Магнитная связь между катушками входящими в разные колебательные контура; 2 Явление резонанса в двух одинаковых связанных колебательных контурах: полная настройка в резонанс связанных колебательных контуров...
67759. Исследование пассивного четырехполюсника переменного тока 501 KB
  Цель работы: Исследование пассивного четырехполюсника переменного тока определение параметров четырехполюсника проверка основных соотношений. б Какие основные формы записи уравнений пассивного четырехполюсника Основной формой записи уравнений для пассивного четырехполюсник является система типа...
67761. Исследование модели шинной ЛВС со случайным доступом 1.32 MB
  Исследование особенностей построения и функционирования шинной ЛВС со случайным методом доступа и определение основных характеристик сети. Определить основные характеристики ЛВС шинной топологии со случайным методом доступа на основе исследования аналитической модели сети. Исследовать следующие зависимости...
67764. Начало работы в Access 3.55 MB
  Если вы работаете с одним из программных продуктов Microsoft Office, эту тему можно пропустить, поскольку интерфейс всех входящих в него программ одинаков.