Проектирование силового трансформатора ТМ-100/35

Масса отводов ВН: (при плотности меди отводов g = 8900 кг/м3)

Gотв.2 = lотв.´Потв.2´ g = 3,75´0,5´10-6´8900 = 0,017 Вт

Потери в отводах НН: (при k = 2,4´10-12)

Ротв.2 = k´J22´Gотв.2 = 2,4´10-12´3,42´1012´0,017 = 0,47 » 0.5 Вт

Потери в стенках бака и других элементах конструкции до выяснения размеров бака определяем приближённо, по (7,25) и табл. 7,1 (Л-1):

Рб = 10kS = 10´0,017´100 = 17 Вт

Полные потери короткого замыкания:

Рк = Росн.1´kД1 +  Росн.1´kД1 + Ротв.1 + Ротв.2 + Рб =

=696,7´0,92 + 2164 ´1,003 + 42,3 + 0.5 + 17 = 2871,3 Вт

Для номинального напряжения обмотки ВН:

Рк = 2871,3 – 0,05´2170,4 = 2762.7 Вт

 

Напряжение короткого замыкания рассчитывается согласно параграфу 7,2 (Л-1):

Активная составляющая:

uа = = = 2,762 %

Реактивная составляющая:

uр =

   где:  f = 50 Гц  

S`= 33.33 кВА

b = 1,7

ар = 0.042

kp = 0.95

kq = 1.025

        up = ´ 10-1 = 2.87 %

Напряжение короткого замыкания:

uк = = 3.98 %

 

Установившийся ток короткого замыкания на обмотке ВН по (7,38) и табл. 7,2 (Л-1):

Iк.у. = = 40,416 А

 

Мгновенное максимальное значение тока короткого замыкания: стр 137

iк.max = 1,41kmax ´Iк.у. = 3.54´40.416= 143,07 А

при =1.04

по табл. 7,3 (Л-1): kmax´ =1.51

Радиальная сила по (7,43) (Л-1): 

Fp = 0.628 ´ (iк.max ´ w)2 ´ b ´ kp ´ 10-6 = 0.628´(143.07´4129)2´1.3´0.95´ ´10-6 = 270 653 Н

Температура обмотки через tк = 5 сек. после возникновения короткого замыкания по (7,54) (Л-1):

Q = + Qн = + 90 = + 90 =

= 366,4° С

 

Расчёт магнитной системы трансформатора.

 

Определение размеров магнитной системы и массы стали по параграфу 8,1.

Принята конструкция трёхфазной плоской шихтованной магнитной системы, собираемой из пластин холоднокатаной текстурованной стали марки 3404,0,35 мм по рис 4. Стержни магнитной системы скрепляются бандажами из стеклоленты, ярма прессуются ярмовыми балками. Размеры пакетов выбраны по табл. 8.4 (Л-1), для стержня диаметром ,014 м без прессующих пластин. Число ступеней в сечении стержня 6, в сечении ярма 5.

 

Размеры пакетов в сечении стержня и ярма по табл. 8.4

 

№  пакета	Стержень, мм	Ярмо (в половине поперечного сечени), мм
1	135´19	135´19
2	120´17	120´17
3	105´10	105´10
4	85´9	85´9
5	65´7	65´7
6	40´5	-

 

Общая толщина пакетов стержня (ширина ярма): 0,286 м.

По табл. 8.7 (Л-1)

Площадь ступенчатой фигуры сечения стержня: Пф.с = 141,5 см2 = 0,01415 м2;

Площадь ступенчатой фигуры сечения ярма: Пф.я = 144 см2 = 0,0144 м2;

Объём угла магнитной системы: Vу = 1620 см3 = 0,00162 м3

 

Активное сечение стержня:

Пс = kз´Пф.с = 0,97´0,01415 = 0,0137255 м2

 

                                                                                                                                     

Активное сечение ярма:

Пя = kз´Пф.я = 0,97´0,0144 = 0,01397 м2

Объём стали угла магнитной системы:

Vу.ст = kз´ Vу = 0,97´0,0162 = 0,015714 м3

Длина стержня:

lс = 0,54 м

Расстояние между осями стержней:

С = D2`` + a22`´10-3 =0.3206+0.030 = 0.3506 м

Массы стали в стержнях и ярмах  магнитной системы рассчитываем по (8,6), (8,8)–(8,13) (Л-1):

Масса стали угла магнитной системы:

Gу = Vу.ст.´gст ; где  gст = 7650 кг/м3

Gу = 0,00162´7650 = 12.393 кг

Масса стали ярм:

Gя = Gя` + Gя`` = 2Пя ´2Сgст + 2Gу = 2´0,01397´2´0.3506´7650 + 2´123,93  » 397,7 кг

Масса стали стержней:

Gс = Gс` + Gс`` = 170 кг

где Gс` = 3´lс´Пс´gст = 3´0,54´0,0137255 ´7650 = 170,1 кг

      Gс``= 0

Общая масса стали:

Gст = Gя + Gс  = 397,7 + 153,4 = 551,1 кг

 

Расчёт потерь холостого хода.

Расчёт потерь холостого хода производим по параграфу 8.2

Индукция в стержне:

Вс = = =1,631 Тл

Индукция в ярме:

Вя = = =1,631 Тл

Индукция на косом стыке

Вкос. = = = 1,156 Тл

Площади сечения немагнитных зазоров на прямом стыке среднего стержня равны соответственно активным сечениям стержня и ярма.

Площадь сечения стержня на косом стыке:

Пкос. = Пс = 1,41´0,0137255 = 0,0194 м2

Удельные потери для стали стержней, ярм и стыков по табл. 8.10 (Л-1) для стали марки 3404 толщиной 0,35 мм при шихтовке в две пластины:

При Вс = 1,631 Тл, рс = 1,353 Вт/кг; рз = 974 Вт/м2

При Вя = 1,631 Тл, ря = 1,207 Вт/кг; рз = 934 Вт/м2

При Вкос. = 1,156 Тл, ркос = 445 Вт/м2

Для плоской магнитной системы с косыми стыками на крайних стержнях и прямыми стыками на среднем стержне, с многоступенчатым ярмом, без отверстий для шпилек, с отжигом пластин после резки стали и удаления заусенцев для определения потерь применим выражение (8,32) (Л-1).

     На основании параграфа 8,2 и табл. 8,12 принимаем:

kп.р. = 1,05;  k п.з. = 1;. k п.я. =  1; k п.п. =  1,02; k п.ш. = 1,01.

По таблице 8,13 (Л-1) находим коэффициент  k п.у. = 10,18.

Тогда потери холостого хода:

Рх = [kп.р´ k п.з.´(рсGс + ряGя` – 4ряGу + ´ k п.у.´ Gу) + 4´Пкос.´ркос + + 1´Пс´рз + 2´Пя´рз] ´ k п.я ´ k п.п. ´ k п.ш.

    Рх = [1,05´1´( 1,353´170+1,207´397,7-4´1,207´12.393+ ´ 

´10,18´12.393) + 4´0,0194´445+1´0,0137255 ´974+2´0,01397 ´934] ´1´1,02´1,01 =1.05´(789.23+73.996597) ´1.0302 = 933,8 Вт

 

Расчёт тока холостого хода.

Расчёт тока холостого хода производим по параграфу 8.3.

По таблице 8,17 (Л-1) находим удельные намагничивающие мощности:

При Вс = 1,631 Тл, qс = 1,958 ВA/кг; qс.з = 25100 ВA/м2

При Вя = 1,631 Тл, qя = 1,958 ВA/кг; qя.з = 25100 Вт/м2

При Вкос. = 1,156 Тл, qкос = 2000 ВА/м2

Для принятой конструкции магнитной системы и технологии её изготовления используем (8.43), в котором по параграфу 8.3 и таблице 8.12 и 8.21 принимаем коэффициенты:

kт.р. = 1,18;    k т.з. = 1,0;   k т.пл. = 1,18(821);   k т.я. =  1,0;   k т.п. = 1,18; 

k т.ш. = 1,01.

По таблице 8,20 (Л-1) находим коэффициент  k п.у. = 10,18.

Qх = [kт.р´ k т.з.´ (qсGс + qяGя` – 4qяGу + ´ k т.у.´k т.пл.´Gу)+4.´qкос´ ´Пз.кос + 1´Пс´qс.з + 2´Пя´qя.з] ´ k т.я ´ k т.п. ´ k т.ш.

   Qх = [1,18´1´(1,958´170+1,958´397,7-4´1,958´12,393+ ´ ´10,18´1,18´12,393) + 4´2000´0,194+1´0,0137255 ´974+2´0,01397 ´934]´ ´1´1,18´1,01 =1.18´(332.86+778.6966-97+291.49)+1552+13.3686+26.09» 3132,9 ВА

Ток холостого хода

i0 = Qx/10S = 3132.9/10´100 = 3,1329 %

 

Активная составляющая тока холостого хода:

i0а = = 0,9338 %

Реактивная составляющая тока холостого хода:

i0р = = 2,98 %    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

В результате проделанной работы были найдены следующие величины:

 

Расчёт основных электрических величин и изоляционных материалов.

 

Номинальные линейные токи:

I2= 1,649 А;

I1= 144,3 А;

Фазные токи обмоток:

Iф2 =1.649А;

Iф1 =143,3 А;

Фазные напряжения обмоток:

Uф2 =20207 В;

Uф1 =230 В;

Для обмотки ВН, Uисп.2 =85 кВ

Изоляционные расстояния:

a12` = 27 мм;      

a22` = 30 мм;

Высота обмотки (осевой размер):

l02` = 75 мм;     

Для обмотки НН, Uисп.1 = 5 кВ;

                               a01` = 4 мм;

 

Определение исходных данных расчёта.

 

Мощность обмоток одного стержня:

S`= 33.33 кВА;

Ширина приведённого канала рассеивания:

ар =0.042 м;

Активная составляющая напряжения короткого замыкания:

Uа =1.97%;

Реактивная составляющая:

Uр=6.2% ;

Индукция в стержне, индукция в зазоре на прямом стыке; индукция в зазоре на косом стыке:

Вс=1.6 Тл; В з”= 1.6 Тл; В з’= 1.132 Тл;

Коэффициент заполнения круга:

kкр=0.92;

Нагревостойкое изоляционное  покрытие:

kз=0.97;

Пост. Коэффициент для медных обмоток:

а=1.4; в=0.69;  kр=0.95;

Коэффициент заполнения сталью:

kс=0.8633

Коэффициент усиления ярма:

kя=1.025;

Индукция в ярме:

Вя=1.561 Тл;

Удельные потери в стали:

Pc=1. 295 Bт/кг;

Pя=1.242 Вт/кг;

Удельная намагничивающая мощность:

qc=1.775 BA/кг; qя=1.575 BA/кг;

Для зазора на прямых стыках; на косых стыках:

q”з=23500 BA/м2; q’з=3000 BA/м2;

    Диапазон изменения b от 1.2 до3.6.

    Диаметр стержня d=0.14 м.

 

Определение основных размеров.

 

Активное сечение стержня:

Пс=0.014 м2;

Средний диметр обмоток:

d12=0.2м;

Высота обмоток:

l=0.5 м;

Высота стержня:

lc=0.54 м;

Расстояние между осями стержня:

С=0.35м;

ЭДС одного витка:

Uв=4,97 В;

 

Расчет обмоток НН.

Число витков обмоток НН:

w1 = 47

Напряжение одного витка

Uв = 4.9 В

Средняя плотность тока в обмотках :

Jср = 3.54 МА/м2

Сечение витка ориентировочно:

П1 =40,88 мм2;

Ориентировочный осевой размер витка:

hв1 = 6 мм;

Радиальный размер обмотки: 

а1 =4.48 м;

Внутренний диаметр обмотки:

D`1 = 0.17 м;

Внешний диаметр обмотки:

D``1 = 0.19 м;

Плотность теплового потока на поверхности обмотки:

q =257 Вт/м2;

Масса метала обмотки:

G01 =22.4 кг;

Масса провода:

G пр1 =23.5 кг;

 

Расчёт обмотки ВН.

 

Число витков в обмотке ВН при номинальном напряжении:

wH =4129 витков

Число витков на одной ступени регулирования:

wр = 102 витков

Ориентировочная плотность тока

J2 »3.4 МА/м2

Ориентировочное сечение витка

П`2 » 0.5 мм2

Плотность тока в обмотке:

J2 = 3.4МА/м2.

Число катушек на стержне ориентировочно:

Nкат.2 » 96 катушек.

Число витков в катушке ориентировочно:

wкат » 45

Плотность теплового потока на поверхности обмотки:

q =257 Вт/м2;

Масса метала обмотки ВН:

G02 =78 кг;

Масса провода в обмотке ВН с изоляцией:

Gпр 2 = 80,3 кг

Масса металла (меди) обмоток НН и ВН:

Gо = 100.4 кг

Масса провода двух обмоток:

Gпр = 103,8 кг

 

Расчёт токов короткого замыкания.

 

Обмотка НН:

Росн.1 =969,7 Вт

Обмотка ВН:

Росн.2 = 2164 Вт

Длина отводов

lотв =3.75 м

Масса отводов НН

Gотв.1 = 1,36 Вт

Потери в отводах НН

Ротв.1 = 42,3 Вт

Масса отводов ВН:

Gотв.2 = 0,017 Вт

Потери в отводах НН

Ротв.2 = 0,5 Вт

Потери в стенках бака

Рб = 17 Вт

Для номинального напряжения обмотки ВН:

Рк = 2871,3 Вт

Активная составляющая напряжения к.з.:

uа = 2,76%

Реактивная составляющая напряжения к.з.:

up =2,87 %

Напряжение короткого замыкания:

uк =3,98%

Установившийся ток короткого замыкания на обмотке ВН

Iк.у. = 40.416 А

Мгновенное максимальное значение тока короткого замыкания:

iк.max = 143.07 А

Радиальная сила

Fp =270653 Н

Температура обмотки через tк = 5 сек. после возникновения короткого замыкания

Q =366,4° С

 

Расчёт магнитной системы трансформатора.

 

Активное сечение стержня:

Пс =0,01397 м2

Активное сечение ярма:

Пя =0,0139 м2

Объём стали угла магнитной системы:

Vу.ст = 0,015714 м3

Высота ярма прямоугольного сечения:

hя = 0,286

Расстояние между осями стержней:

С = 0.3506 м

Масса стали угла магнитной системы:

Gу =12,393 кг

Масса стали ярм:

Gя = 397,7 кг

Масса стали стержней:

Gс =170 кг

Gс` =170,1 кг

Gс``= 0 кг

Общая масса стали:

Gст =551,1 кг

 

 

 

 

Расчёт тока холостого хода.

 

Ток холостого хода

i0 =3.1329 %

Активная составляющая тока холостого хода:

i0а = 0.9338 %

Реактивная составляющая тока холостого хода:

i0р =2.98%

 

 

 

 

 

 

 

 

ЛИТЕРАТУРА.

   (Л-1) – Тихомиров П.М. Расчёт трансформаторов: Учеб. Пособие для вузов- 5е изд. перераб. и доп.- М.: Энергоатом-издат. 1986.- 528 с.: ил.

   Все ссылки (формулы и таблицы), используемые в составлении данной курсовой работы даны на учебник Тихомирова П.М. ''Расчёт трансформаторов'' 1986 г.