Расчет трансформатора

Записываем число витков на всех ступенях напряжения:

411- 391 -371/ 9 витков.

 

Так как число витков НН округлялось  до целого числа, то уточняем индукцию в стержне и ярме:

B_ст = (U_{ф НН} · 10⁴) / (√3 · w_НН · 222 · F_ст) = (230 · 10⁴) / (√3 · 9 · 222 · 402,2) = 1,683Тл;

B_я = B_ст · (F_ст / F_я) = 1,615 · (402,2 / 416,7) = 1,558 Тл.

Расчет фазных токов в обмотках

 

При схеме "звезда" для обмотки  НН I_ф = I_л:

I_{ф НН} = I_{л НН} = (S · 10³) / (√3 · U_{л НН}) = (1000 · 10³) / (√3 · 230) = 2557,5 А;

При схеме "треугольник" для обмотки ВН I_ф = I_л:

I_{ф ВН} = I_{л ВН} /√3 = (S · 10³) / (3· U_{л ВН}) = (1000 · 10³) / (3 · 10000) = 33,33 А;

Расчет обмотки низкого напряжения (осевое строение)

 

Для обмоток НН при напряжениях  до 690 В, токах до 2000 А и мощности до 1600 кВА применяются цилиндрические двухслойные обмотки. При больших токах целесообразно применять винтовые одно- или двухходовые обмотки.

Непрерывные обмотки применяются  для обмоток низкого напряжения при напряжениях свыше 3000 В и для обмоток высокого напряжения.

Размеры (сечения) обмоточных проводов выбираются исходя из допустимых значений плотности δ тока в проводах.

 Плотность тока зависит от  выбранного типа обмотки, условий  ее охлаждения и значения нагрузочных  потерь (потерь в обмотках). Для  цилиндрической слоевой обмотки  предварительно может быть принято  δ = 4 - 4,5 А/мм², а для непрерывной и винтовой обмоток δ = 3,5-4 А/мм².

Для масляных трансформаторов применяются  медные или алюминиевые обмоточные провода прямоугольного сечения  марок ПББО, АПББО, ПБ-М, АПБ-М, ПБД.

Для расчета выбрана двухслойная  цилиндрическая обмотка. Плотность  тока выбирается в пределах 4 - 4,5 А/мм².

Слоевая цилиндрическая обмотка наматывается как из круглого, так и из прямоугольного провода в один, два или несколько  слоев, в соответствии с чем она будет называться одно-, двух- или многослойной обмоткой. Обмотка из прямоугольного провода может наматываться в один или несколько параллельных проводов с укладкой их плашмя или на ребро. Слоевые обмотки из прямоугольного провода чаще изготовляются двухслойными, что конструктивно является более удобным, так как это позволяет более просто закреплять ее выводные концы. В зависимости от условий охлаждения между слоями прокладывается изоляция из электрокартона или устраивается канал Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

10

Курсовая работа

для циркуляции масла (для трансформаторов  с масляным охлаждением). Канал образуется при помощи реек.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

11

Курсовая работа

Необходимое сечение провода:

s_п = I_{ф НН} / δ_НН = 1004 / 4,5 = 223,1 мм².

Выбираем медный провод марки ПББО 9,3x5,1 мм сечением 46,5 мм² т берем 5 параллнльных проводов ,общее сечение которых s_п =5·46,5=232,5 мм²

Уточняем плотность тока:

δ_НН = 1004 / 232,5 = 4,32 А/мм².

Определяем осевой размер обмотки  НН:

H_{o НН} = (b + 0,55) · n · (w_НН / 2 + 1) · 1,03 = (9,3 + 0,55) · 5 · (17 / 2 + 1) · 1,03 = 481,91 мм,

где b = 9,3 - осевой размер провода, мм;

n = 5 - число параллельных проводов;

1,03 - коэффициент, учитывающий неплотность укладки проводов.

Радиальный размер обмотки НН:

a₁ = (a + 0,55 + 1) · 2 + a_к =  (5,1+0,55+1)·2+5=18,3мм принимаем19,

где a = 5,1 - радиальный размер провода, мм;

1. Толщина бандажа из киперной ленты,мм;

а_к=5 – палмпльный размер масляного канала ,мм ;

 

Расчет  обмотки высокого напряжения (осевое строение)

Для расчета выбрана непрерывная  обмотка. Плотность тока выбирается в пределах 3,5 - 4 А/мм².

Дисковая обмотка состоит из дисковых катушек, соединенных между  собой последовательно или параллельно. Дисковые катушки наматываются прямоугольным  проводом и большей частью группируются в двойные катушки исходя из удобства соединения внутренних концов. Обычно двойные дисковые катушки наматываются из одного целого отрезка провода. Для  этого намотку каждой катушки  начинают от середины (т. е. от места  соединения катушек) и таким образом  получается двойная катушка. Дисковая обмотка применяется главным  образом для крупных трансформаторов. Между катушками обычно устраиваются охлаждающие Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

12

Курсовая работа

каналы. Дисковые обмотки (как и  сходные с ними по конструкции непрерывные и винтовые обмотки выгодно отличаются от слоевых и катушечных обмоток большей механической прочностью в осевом направлении. Однако вместе с тем стоимость и трудоемкость дисковых обмоток выше, чем у слоевых обмоток. Если обмотка состоит из ряда последовательно соединенных дисковых катушек, то она может быть намотана непрерывно, т. е. без обрыва провода между отдельными катушками. Таким образом, получается так называемая непрерывная дисковая обмотка, или короче непрерывная  обмотка. Непрерывная обмотка наматывается  на рейки, на бакелитовые или временные железные цилиндры. Между катушками ставятся прокладки шириной 40 или 50 мм из электрокартона, создающие каналы для охлаждения обмотки. Эти прокладки укрепляются на рейках посредством выреза в виде "ласточкина хвоста".

Необходимое сечение провода:

s_п = I_{ф ВН} / δ_ВН = 13,3 / 4 = 3,325 мм².

Принимает число катушек равным 43 штукам.

         При 42 катушках  на 1 катушку с каналом приходится

Н₁=Н₀/42=481,91/42=11,47принимаем11,5мм ;

         Определяем  ширину провода из следующего  соотношения Н₁-h_н

Где h_н=от 6,5 до 7,5

        Выбираем соответствующий  провод 5,1 x 2,44 сечением 11,9мм²

        По полученным значения уточняем плотность тока:

Δ_ВН = 13,3 / 11,9= 1,12 А/мм².

Распределение витков по катушкам происходит следующим образом.

Из общего числа катушек 43: 4 катушек  будут регулировочными (10%), остальные 38 – основными.

38 катушек x 19 витков = 722 витка;

4 катушка x 10 витков = 40 витков;

1 катушка x 15 витков = 15 витков;

Всего 43 катушки      777витков

Расчет осевого строения:

С учетом изоляции 0,5

5,1+0,5=5,6

2,44+0,5=2,94

Таким образом получим ,что 43 катушки по ширине 43∙5,6=240,8 далее количество каналов38 ,38∙h_н=38∙6,5=247

И один канал является увелличинным12

Всего 240,8+247+12=499,8

Прессовка = -17,89 мм;

Высота обмотки H_o = 481,91 мм.

Прессовка изоляционных прокладок  составляет:

(17,89/499,8)·100 = 3,57%, что находится в допустимых пределах(<6%).

Определяем радиальный размер обмотки  ВН:

а₂ = w_к · (a + 0,5) · 1 · 1,03 = 19 · (1,40 + 0,5) · 1 · 1,03 = 57,53 мм,

где a = 2,44 - радиальный размер провода, мм;

w_к = 19 - число витков в самой большой катушке;

1 - количество параллельных проводов  в витке;

1,03 - коэффициент, учитывающий неплотность укладки проводов.

Принимаем a₂ = 58 мм.

Радиальное  строение обмоток

 

Радиальное строение обмоток, мм:

180 диаметр стержня

6 канал

180+2·6=192

5 цилиндр

192+2·5=202

5 канал

200+2·5=212

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

13

Курсовая работа

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

14

Курсовая работа

          4 цилиндр

212+2·4=220

4 канал

220+2·4=228

3 цилиндр

228+2·3=234

3 канал

234+2·3=240

2 цилиндр

240+2·2=244

 2 канал

244+2·19=282

1 цилиндр

282+2·1=284

1 канал

2884+2·58=400

10 расстояние между обмотками  соседних фаз.

Расстояние между осями стержней:

MO = 400 + 10 = 410 мм.

Высота H окна магнитопровода равна высоте(длине) H₀ обмотки плюс изоляционные расстояния до ярма, которые для данной мощности и напряжения равны 50 мм:

H = 481,91 + 2 · 50 = 581,91 мм.

Таким образом получены все основные размеры магнитопровода и обмоток ВН и НН.

 

 

 

 

Определение весов активных материалов

Вес магнитопровода.

Вес стержня:

G_ст = γ · m · F_ст · H · 10^-3 = 7,65 · 3 · 217,9 · 58,2 · 10^-3 = 291 кг,

где γ = 7,65 · 10^-3 · кг / см³ - удельный вес электротехнической стали;

m - число стержней магнитопровода;

F_ст, см² - сечение стержня;

Н, см - высота окна магнитопровода.

Вес прямой части ярма:

G_я.п = γ · 4 · F_я · MO · 10^-3 = 7,65 · 4 · 227,7 · 41,0 · 10^-3 = 285,67 кг,

где F_я., см² - сечение прямой части ярма;

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

15

Курсовая работа

МО, см - расстояние между осями  стержней.

Вес угловой части ярма:

G_я.у = γ · 2 · [F_ст · h₂ + F'_ст · (h₁ - h₂)] · 10^-3 = 7,65 · 2 · [227,7 · 12,5 + 140,9 · (15,6 - 12,5)] · 10^-3 = 50,23 кг.

где F'_ст, см² - сечение двух средних пакетов стержня;

h₁, h₂, см, - ширина пластин среднего и крайнего пакета ярма соответственно.

Вес ярм:

G_я = G_я.п + G_я.у = 285,6 + 50,2 = 335,8 кг.

Общий вес электротехнической стали:

G_с = G_ст + G_я = 291 + 335,8 = 626,8 кг.

Вес обмоточного материала.

Обмотка НН:

Для обмотки выбран медный провод марки ПББО.

G_НН = m · γ · π · s_п · D_НН · w_НН · 10^-6 = 84 · 232,5 · 197,8 · 17 · 10^-6 = 65,67 кг,

 где m · π · γ · 10^-6, кг/мм³ - удельный вес материала обмоток с учетом их числа m = 3;

D_НН=180+17,89=197,89

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

16

Курсовая работа

Обмотка ВН:

Для обмотки выбран медный провод марки ПБ.

G_ВН = m · γ · π · s_п · D_ВН · w_ВН · 10^-6 = 84 · 11,9 · 297,8 · 777 · 10^-6 = 231,3 кг.

          D_ВН=180+100+17,89=297,89

Обмотка ВН для расчета потерь короткого  замыкания:

G'_ВН = 84 · 11,9 · 297,8 · 742 · 10^-6 = 221 кг.(для  расчета потерь короткого замыкания)

Общий вес обмоточной меди:

G_м = G_НН + G_ВН = 65,67 + 231,3 = 297 кг.

Расчет основных характеристик

Расчет потерь и тока холостого  хода.

Потери холостого хода P_х трансформатора состоят главным образом из потерь в активной стали магнитопровода. Электрические потери в первичной обмотке, вызванные током холостого хода, относительно малы и ими пренебрегают.

Потери в конструкционных стальных деталях остова трансформатора и  диэлектрические потери в изоляции, имеющие место при холостом ходе, не поддаются точному расчету, и  они обычно учитываются коэффициентом  добавочных потерь, определяемым опытным  путем. Потери в стали состоят  из потерь от перемагничивания (гистерезиса) и потерь от вихревых токов. Процентное соотношение этих потерь (бывает различно и зависит от марки применяемой электротехнической стали.

При расчете потерь в стали, а  также при их измерении во время  испытания трансформатора определяют общие потери в стали, не разделяя их по отдельным составляющим, так  как в этом нет необходимости .

Потери в стали зависят от ее марки, толщины, частоты тока, индукции и веса. Значения удельных потерь, т.е. потерь на единицу веса, выражаемых в Вт/кг, нормированы ГОСТ 802—58. Однако в готовом трансформаторе на величину потерь в стали влияет еще целый ряд факторов, как-то: род Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

17

Курсовая работа

изоляции пластин, применение отжига пластин после их обработки, качество сборки, конструкция магнитопровода и др. Точный учет влияния этих факторов не всегда возможен, поэтому при расчете пользуются кривыми или таблицами, составленными на основании испытания реальных конструкций магнитопроводов. К данным таблиц, взятым за основные, вносятся корректирующие поправки в виде коэффициентов, учитывающих конкретные особенности конструкций магнитопровода, а также и технологию его изготовления.

Значения удельных потерь и намагничивающей  мощности стали взяты из табл. 4.1. Так как значение индукции в стержнях и ярмах обычно различаются между  собой, то потери в стали определяются отдельно для стержней и ярм, и  затем результаты складываются.

К полученному значению потерь в  стали вносятся поправочный коэффициент  добавочных потерь К_д, учитывающий неравномерное распределение индукции по сечению стержня и ярма, который может быть взят из табл. 4.2 [1]. При расчете потерь в магнитопроводе, собранном из пластин холоднокатаной стали обычной конструкции - с прямыми стыками, потери в углах магнитопровода увеличиваются. Это увеличение  потерь происходит вследствие несовпадения направления магнитных линий и направления прокатки стали, и может быть учтено коэффициентом К_у = 1,5 для стали. На этот коэффициент умножается   вес стали углов магнитопровода.

При холостом ходе трансформатора по его первичной обмотке течет  ток холостого хода I_o. У идеального трансформатора (не имеющего потерь) это будет чисто намагничивающий ток, т.е. ток, создающий намагничивающую силу (ампер-витки), необходимую для образования в магнитопроводе главного магнитного потока Ф, сцепленного с обеими обмотками трансформатора. У реального трансформатора ток холостого хода состоит из реактивной (намагничивающий ток) и активной (компенсирующей потери холостого  хода)  составляющих.

Изм.

Лист

№ докум.