Расчет трёхфазного трансформатора

Саратовский государственный  технический

университет.

 

 

 

 

 

Кафедра ЭПП.

 

 

 

 

Курсовой  проект

 

“ Расчет трёхфазного трансформатора “.

 

 

 

                                                                                                         Выполнил:

Проверил:

Угаров Г.Г.

 

 

 

 

Саратов 2012

 

Содержание.

 

 

Введение………………………………………………………………стр.3

 

1.Исходные данные………………………………………………….стр.4

 

2.Определение основных  электрических параметров…………….стр.5

 

3.Определение основных  параметров трансформатора…………..стр.7

 

4.Расчет обмоток…………………………………………………….стр.13

 

5.Определение параметров  короткого замыкания………………...стр.17

 

6.Окончательный расчет  магнитной системы……………………..стр.19

 

Список используемой литературы………………………………..стр.23           

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Расчет силового трехфазного  двухобмоточного трансформатора  ограничиваем электромагнитным расчетом. Содержание электромагнитного расчета:

– определение основных электрических параметров (линейных и фазных токов и напряжений, испытательных напряжений, активной и реактивной составляющих напряжения короткого замыкания);

– определение основных параметров трансформатора (выбор магнитной  системы, выбор марки и толщины стали, выбор индукции в магнитной системе, предварительный расчет трансформатора и выбор соотношений основных параметров, определение диаметра стержня и высоты обмотки, определение активного сечения стержня, предварительный выбор конструкции обмоток, выбор конструкции и размеров главной изоляции обмоток);

– расчет обмоток;

– определение параметров короткого замыкания (потерь и напряжения короткого замыкания);

– окончательный расчет магнитной системы (определение размеров и активных сечений сердечника, определение массы стали, определение потерь и тока холостого хода).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Исходные  данные:

Вариант №28

– полная мощность трансформатора: S = 4000 кВА;

– число фаз: m = 3;

– частота тока в сети: f = 50 Гц;

– номинальное линейное напряжение обмотки высшего напряжения (ВН): U_1н= 35 кВ;

– номинальное линейное напряжение обмотки низшего напряжения (НН): U_2н= 3 кВ;

– ток холостого хода: i_хх = 1,0%;

– потери холостого хода: P_х = 6,55 кВт;

– напряжение короткого замыкания: U_к = 7,5 %;

– потери короткого замыкания: P_к = 33,500 кВт;

– способ регулирования напряжения, число ступеней и пределы регулирования – ПБВ 4 2,5 % (переключением без возбуждения на стороне ВН, т.е. ручным переключением, 4ступени каждая по 2,5 %);

– схема и группа соединения обмоток: Y / Δ – 11;

– материал сердечника (магнитопровода) и обмоток: холоднокатаная анизотропная легированная сталь 3411, медь;

– режим работы и охлаждения: длительный, естественный масляный;

– характер установки: внутренняя (внутри помещения).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.Определение основных электрических параметров:

– Определим номинальные (линейные) токи:

 

 

где: S – полная мощность тр-ра, кВА;

U – номинальное линейное напряжение, кВ:

 

ВН:

НН:

 

– Определим фазные токи при схеме соединения Y / Δ –11:

 

 

– Определим фазные напряжения:

 

НН:

                                       ВН:

 

– Определим мощность одной фазы и обмоток одного стержня:

 

 

– Определим испытательные  напряжения обмоток, [1, таб.4.1, с.171]

 

ВН: U_исп =35 кВ;

НН: U_исп = 18 кВ.

 

– Определим активную и реактивную составляющие напряжения короткого замыкания:                      

                                          

 

где: P_к – потери короткого замыкания, Вт:

 

                                                     ;

 

где: u_к – напряжение короткого замыкания, %:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.Определение  основных параметров трансформатора:

3.1 Выбор схемы и конструкции магнитной системы

Подавляющее большинство  силовых трансформаторов выполняется  с плоской магнитной системой (магнитопроводом) стержневого типа, с вертикально расположенными стержнями, имеющими поперечное сечение в виде круговых цилиндров.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

– Определим число  ступеней в сечении стержня и  коэффициент заполнения площади  круга: [1, таб.2.1, с.71]

 

К_кр = 0,929, число ступеней – 9.

Число ступеней определяется количеством углов стержня в  одной четверти круга (рис.1).

Поперечное сечение ярма – многоступенчатое с числом ступеней на 1-2 меньше числа ступеней стержней.

При мощностях от1000 кВА и выше прессовка набора пластин осуществляется путем стяжке стержня бандажами из стеклоленты, расположенными по высоте стержня на расстояниях 12-15 см. один от другого.

 

3.2 Выбор марки и  толщины листов стали и вида  изоляции пластин. Выбор индукции в магнитной системе

Сердечник трансформатора собирается из пакетов пластин тонколистовой  электротехнической стали толщиной 0,35 мм. Ширина пластин, определяющая ширину и толщину пакетов, образующих сечение стержня, выбирается по нормализованной шкале (размеры ширины пластин – 40, 55, 65, 75, 85, 95, 105, 120, 135, 155, 175, 195, 215, 230, 250, 270, 290, 310, 325, 350, 368, 385, 410 мм).

Материалом сердечника является электротехническая холоднопрокатанная анизотропная легированная сталь (ГОСТ 21427.1-75) марок 3411, 3412, 3413, 3404, 3405.

Выбираем магнитную индукцию в стержне В_с = 1,6 Тл; окончательно выбираем сталь 3411.

 

3.3 Предварительный расчет  трансформатора и выбор соотношения основных параметров

Основными размерами  трансформатора являются:

– диаметр стержня  магнитной системы d;

– высота обмотки L;

– диаметр осевого  канала между обмотками d₁₂, приближенно равный среднему диаметру витка двух обмоток (рис.1).

– Определим диаметр  стержня:

 

 

где:   – соотношение основных размеров, [2, таб.3, с.10];

 – средняя длина витка двух обмоток;

S^’ – мощность одного стержня, кВт;

, [2, таб.8, с.15];

, но не менее 0,012м, K = 0,46 [2, таб.4, с.11];

К_р = 0,95 – коэффициент приведения идеального поля рассеяния к реальному;

– частота тока в сети, ;

– реактивная составляющая напряжения короткого замыкания, ;                                  

                            ,

где: К_з – коэффициент заполнения сечения пакета сечением стали, [2, таб.5, с.11];

К_кр – коэффициент заполнения площади круга:

;

 

 

3.4 Определение диаметра  стержня и высоты обмотки

3.4.1 Определение активного сечения  стержня

По предварительно найденному диаметру стержня выбираем ближайшее значение из нормализованного ряда диаметров стержня: 0,08; 0,09; 0,10; 0,11; 0,125; 0,14; 0,16; 0,18; 0,20; 0,22; 0,24; 0,26; 0,28; 0,30; 0,32; 0,34; 0,36; 0,38; 0,40; 0,42; 0,45; 0,48; 0,50; 0,53; 0,56; 0,60; 0,63; 0,67; 0,71; 0,75.

После выбора нормализованного диаметра уточним 

 

– Определим активное сечение стержня:

– Определим электродвижущую  силу одного витка:

 

 

– Определим средний  диаметр осевого канала:

 

,

 

где: [2, таб.8, с.15];

,

где: –  для трансформаторов мощностью 1000 кВА:

– Определим высоту обмотки:

3.5 Предварительный выбор  конструкций обмоток

Основным элементов  всех обмоток трансформаторов является виток. В зависимости от величины тока нагрузки виток может быть выполнен одним проводом круглого или прямоугольного сечения, а при достаточно больших токах – группой параллельных проводов прямоугольного сечения (реже круглого).

Выбор конструкции обмотки производим по таблице с учетом мощность трансформатора , отнесенной к одному стержню выбранного металла обмотки – меди, тока , обмотки одного стержня, поперечного сечения витка и номинального напряжения обмотки .

– Определим среднюю  плотность тока в обмотках ВН и  НН для медного провода (предварительно):

где: К_Δ = 0,9 [2, таб.7, с.14];

Окончательно

– Определим ориентировочное  сечение витка каждой обмотки:

где: I_с – ток соответствующей обмотки одного стержня (фазный ток):

Выбираем тип обмоток:

ВН – цилиндрическая многослойная из провода прямоугольного сечения;

НН –  такого же типа.

 

3.6 Выбор конструкции  и размеров основных изоляционных  промежутков главной изоляции  обмоток:

1. Главной изоляцией обмоток называется изоляция каждой из обмоток от частей остова и от других обмоток (в отличие от продольной изоляции, т.е. изоляции между витками, слоями и катушками).

Рис. 2. Главная изоляция обмоток для U_исп = 5-85 кВ

 

2. Продольная изоляция  между витками обмоток обычно  обеспечивает собственной изоляцией обмоточного провода.

Междуслойная изоляция в обмотках из круглого провода применяется  только в цилиндрических обмотках.

 

 

 

 

 

 

4.Расчет  обмоток:

4.1 Расчет обмоток низшего  напряжения (НН)

– Определим число  витков:

Принимаем .

– Уточняем ЭДС одного витка и среднюю плотность  тока:

Для мощности номинального тока и напряжения обмотки 3,0кВ выбираем цилиндрическая многослойная из провода прямоугольного сечения [2, таб.6, с.14];

– Определим ориентировочное  сечение витка:

 

Выбираем конструкцию трехслойной цилиндрической обмотки из прямоугольного медного провода. Число витков в слое

– Определим ориентировочную  высоту витка:

− Выбираем три прямоугольных медных провода размерами:

 

,  [1, таб.5,2, с.212];

Изоляция из стекловолокна  толщиной 0,9мм. Намотка провода на ребро.

− Определим сечение витка:

 

− Определим плотность  тока:

.Окончательно 

 

− Определим осевой размер обмотки НН – высота обмотки:

 

− Определим радиальный размер обмотки:

 

− Определим внутренний диаметр:

 

− Определим наружный диаметр: