Расчёт силового трансформатора

 

Расчет магнитопровода

Предварительный выбор диаметра D стержня магнитопровода производится по кривым (рис. 2.3)[1]. Активное сечение  Р_ст стержня, т. е. сечение активной стали, будет зависеть от выбранной формы сечения, числа ступеней и коэффициента заполнения.

Число ступеней в принципе должно быть возможно большим, потому что чем  больше ступеней, тем большим будет  коэффициент К_з.кр заполнения площади круга геометрической фигурой сечения стержня. Но по технологическим соображениям число ступеней часто предпочитают ограничивать с тем, чтобы не усложнять производство чрезмерно большим количеством размеров пластин. Поэтому число ступеней выбирается в зависимости от выбранного диаметра D.

Выбранное число ступеней определяет число пакетов пластин, из которых складывается сечение стержня. Наибольшее сечение стержня (ступенчатой фигуры) получается лишь при определенных соотношениях ширины с_п пакетов к диаметру D. Эти соотношения различны для разных чисел ступеней (рис. 14.1)[1]. Ширина каждого пакета c_п получается путем умножения соответствующего коэффициента на диаметр D.

Сечение ярма, поскольку магнитный  поток в ярме такой же величины, как и в стержне, теоретически (по крайней мере в геометрическом смысле) должно было бы повторять сечение стержня. Однако ярмо не несет обмоток и поэтому его форма не обусловлена в этом отношении особыми требованиями. С другой стороны, желание упростить в какой-то мере конструкцию магнитопровода приводит к уменьшению числа ступеней сечения ярма по сравнению со стержнем. У трансформаторов малой мощности (габарита I) ярмо вообще делают прямоугольного сечения. Для трансформаторов габарита II наиболее распространенным является двухступенчатое (Т-образное) ярмо. И лишь у более крупных трансформаторов габарита III и выше ярмо делают многоступенчатым с числом ступеней, близким или равным числу ступеней стержня.

В случае применения прямоугольного или двухступенчатого ярма необходимо увеличивать его сечение, т. е. делать так называемое усиление ярма. Усиление ярма делается из следующих соображений. Так как пакеты ярма в этих случаях не равны соответствующим пакетам стержня, то при равных общих сечениях магнитные индукции в пакетах будут разными. Например, в прямоугольном ярме сечение среднего пакета, очевидно, будет меньше сечения среднего (большего) пакета стержня, следовательно, индукция в среднем пакете ярма будет больше средней индукции. Кроме того, индукция будет стремиться выравниваться по общему сечению, а это значит, что часть магнитного потока будет переходить из одного пакета в другой, вызывая добавочные потери от

 

 

 

 

 

 

 вихревых токов в пластинах  стали. Это явление главным  образом будет происходить в  углах магнитопровода.

Чтобы уменьшить добавочные потери и отчасти несколько уменьшить  перераспределение магнитного потока по пакетам, делают усиление ярма. Величина усиления обычно составляет 10—15% при прямоугольном ярме и около 5% при двухступенчатом ярме. При этом только в среднем (большем) пакете ярма индукция будет примерно на 10% больше средней индукции стержня.

Так как пакеты стержня и ярма собираются из тонких изолированных  пластин электротехнической стали, то из-за наличия изоляционных прослоек и  неплотностей между пластинами  активное сечение стержня и ярма на несколько процентов меньше площади  ступенчатой фигуры.

Активное сечение определяется умножением площади сечения  ступенчатой  фигуры на коэффициент заполнения сталью этой площади. Для обычно применяемого двустороннего изоляционного покрытия пластин лаковой пленкой коэффициент  заполнения имеет значение 0,93.

Основные размеры магнитопровода Н и МО определяются после расчета  обмоток, при котором производится раскладка витков в окне магнитопровода и тем самым определяются размеры  окна магнитопровода.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Задание на курсовой проект.

Исходные данные для расчёта:

Тип трансформатора ……………………………………………………….. ТДНС

Мощность трансформатора…………………………………………… 10000 кВА

Номинальные линейные напряжения обмоток:

Высокого напряжения ВН  ……………………………………………….. 36750 В

Низкого напряжения НН …………………………………………………… 6300 В

Напряжение короткого  замыкания , u_к ………………………………………10,0 %

Ток холстого хода, i₀ ……………………………………………………………0,8 %

Потери мощности короткого  замыкания…………………………………… 85000 W

Потери мощности холстого хода …………………………………………….12300 W

Материал обмоток……………………………………………………………….. медь

Вид переключения……………………………………………………… звезда /звезда

Схема и группа соединения обмоток………………………………………………. 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Дано :

 

 

 

 

 

 

4.1. Расчёт основных  электрических величин.

Расчёт производиться  для трёхфазного трансфотматора.

Найдём мощность одной  фазы и одного стержня, кВА:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Получили мощность фазы и стержня 3333 кW.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Найдём фазные токи и  напряжения:

Для обмоток ВН

Найдём ток I_ф (T);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для обмоток НН

Найдём ток I_ф (T); НН

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. 2. Выбор главной  изоляции.

Главная изоляция обмоток  определяется, в основном, электрической  прочностью при частоте 50Гц и соответствующими испытательными напряжениями, которые зависят от напряжения обмоток и выбераются по таблице 1. Примем для ВН U_исп = 85 кВт, Для НН U_исп = 25 кВт.

    Изоляцию между  обмотками ВН и НН осуществляют  жёсткими бумажно- бакелитовыми  цилиндрами или мягкими цилиндрами  из электротехнического картона,  намотоными при сборке трансформатора. Размеры выступа цилиндра за высоту обмоток обеспечивает отсутствие разряда по поветхности цилиндра между обмотками и на стержень. Изоляцию обмоток от ярма усиливают шайбами и прокладками из электротехнического картона. Между обмотками соседних стержней устанавливают репегородку из электротехнического картона. Минимальные изоляционные расстояния выберем по таблице 4.5 и примем равными l₀₂ = 80 мм = 8 см, а₁₂= а₂₂= 30 мм = 3 см.

 

 

4. 3. Выбор конструкции  магнито провода, марки стали  и индукции.

     Для трёхфазных силовых трансформаторов мощностью до 100000 кВА наибольшее распространение получила плоская шихтованная стержневая магнитная система со сборкой впереплёт с 4 косыми и 2 прямыми стыками.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для современных трансформаторов применяют холоднокатаную рулонную сталь марок 3404, 3405 и толщиной листа 0, 35 и 0,3 мм. Для проекта выберем сталь 3405 толщиной 0,3 мм. Индукция в стержне Вс= 1,56 Тл. Для трансформаторов мощностью10000 кВА ореентировочнный диаметр стержня 0,40- 0,42 м. Поперечное сечение стержня имеет вид ступенчатой фигуры, вписанной в окружность.

 

        Найдём коеффициент заполнеия  круга сталью:

 

 

 

 

 

 

 

 

Число зазоров магнитной  системы на косом стыка 4, на прямом 3. Найдём индукцию в зазоре прямого  стыка.

В_з= В_с= 1,56 Тл

Индукция в зазоре косого стыка

 

 

 

4. 4.Определение  основных размеров трансформатора.

По таблице 3. 4. выберем  значение коеффициента «а» для медных обмоток и найдём средний диаметр  обмоток ВН и НН.

 

 

 

 

 

 

Найдём ореентировочную  высоту обмотки:

 

 

 

 

 

 

Активная по стали площадь  сечения стержня, см²

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Напряжение  одного витка обмотки ( предварительно)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Число витков обмотки НН (предварительно)

 

 

 

 

 

 

 

Уточнённое напряжение одного витка

 

 

 

 

 

 

 

 

Уточнённое значение индукции

 

 

 

 

 

 

 

 

Средняя плотность  тока А/мм²

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.5. Выбор конструкции  обмоток .

   

         Общие требования предъявляемые к обмоткам трансформатора, можно подразделить на эксплуатационные и производственные.

         Основными эксплуатационными требованиями  являются надёжность электрическая  и механическая, нагревостойкость  обмоток и других частей трансформатора. Нагрев обмоток и других частей  трансформатора при номинальной  работе, а так же при допустимых нагрузках и токах короткого замыкания, ограниченной длительности, не должен приводить изоляцию обмоток и других частей трансформатора, а также масло к тепловому износу.

         Основные производственные требования  к обмоткам, как и ко всему трансформатору, заключаются, прежде всего, в технологичности конструкции, позволяющие изготовить их с минимальными затратами. Эта задача решается при выборе конструкции обмотки.

      Для  данного проекта выберем катушечную  обмотку из прямоугольного провода.

 

 

 

 

 

4.6. Расчёт обмотки  низшего напряжения НН.

Используем катушечную обмотку, из провода прямоугольного сечения. Найдём предварительное сечение витка обмотки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Виток обмотки НН выполним из 4 параллельных проводов марки ПБ сечением 12.5 мм на 4.75 мм . Общее сечение витка 262,4 мм².

 

Марка провода:  

 

 

 

Найдём фактическую  плотность  тока  в обмотке  НН, А/мм²

 

 

 

 

 

 

 

 

Используем двухслойную  обмотку с укладкой провода плашмя и осевыми масляными каналами 10 мм, радиальными 5 мм . Найдём высоту обмотки НН.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определим число катушек  на одном стержне

 

 

 

 

 

 

 

Полученное значение округлим до 37 катушек, найдём ореентировочное  число витков в катушке.

 

 

 

 

 

 

 

Полученное значение округлим до 3 витков в катушке. Найдём внутренний диаметр обмотки НН , значение а₀₁ выберем по таблице 4. 4.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определим радиальный размер катушек:

 

 

 

 

 

 

 

Определим коеффициент  добавочных потерь для обмотки НН.