 ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ Сила воли ведет к действию, а позитивные действия формируют позитивное отношение Как определить диапазон голоса - ваш вокал Игровые автоматы с быстрым выводом Как самому избавиться от обидчивости Противоречивые взгляды на качества, присущие мужчинам Вкуснейший "Салат из свеклы с чесноком" Натюрморт и его изобразительные возможности Применение, как принимать мумие? Мумие для волос, лица, при переломах, при кровотечении и т.д. Как научиться брать на себя ответственность Зачем нужны границы в отношениях с детьми? Световозвращающие элементы на детской одежде Как победить свой возраст? Восемь уникальных способов, которые помогут достичь долголетия Классификация ожирения по ИМТ (ВОЗ) Глава 3. Завет мужчины с женщиной
Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.
| Общая часть. Пути развития отечественного трансформаторостроения 12
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение Высшего профессионального образования Омский государственный технический университет Нижневартовский филиал Кафедра «ЭТ» КУРСОВОЙ ПРОЕКТ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ» ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА (3.3 вариант) Специальность 140610 «Электрооборудование и электрохозяйство предприятий, организаций и учреждений» Выполнил: студент Группы 9301 Хохлов А.П, Абзгильдин А.О. Проверил: Иванилов Ю.Л. Нижневартовск 2016
СОДЕРЖАНИЕ
Задание на проектирование трехфазного трансформатора
Исходные данные для проектирования трехфазного трансформатора представлены в табл. 1 и табл. 2. Выбор варианта задания производится по последним цифрам шифра, присвоенного студенту. Для всех вариантов принять высшее напряжение (ВН) обмотки U2 = 35 кВ. Для четной последней цифры шифра (варианта) низкое напряжение (НН) обмотки U1 = 6,0 кВ, для нечетной цифры – U1 = 10 кВ. Таблица 1 Исходные данные на проектирование
П р и м е ч а н и я. 1. Напряжение в задании указано линейное. 2. Потери и ток холостого хода (х. х.) приведены для ориентировочной оценки полученных в ходе расчета величин. Таблица 2 Дополнительные требования
П р и м е ч а н и я. 1. В обозначениях группы соединения на первом месте всегда указывается схема соединения обмоток высшего напряжения (ВН), а на втором – низкого напряжения (НН), независимо от нумерации обмоток в ходе расчета. 2. Приняты следующие условные обозначения схем соединения обмоток: Y – звезда, Д – треугольник.
Тема задания:Спроектировать трансформатор ТМ—6300/35– трехфазный двухобмоточный трансформатор с естественным масляным охлаждением, регулирование напряжения при отключенной нагрузке.
Исходные данные для расчета: 1. Номинальная мощность 1600 кВ·А 2. Обмотка ВН 35 ±(2×2,5%) кВ 3. Обмотка НН 10 кВ 4. Схема и группа соединения обмоток У/Д-11 5. Частота 50 Гц 6. Потери КЗ Рк –16500 Вт 7. Потери XX Р0 –2900 Вт 8. Напряжение КЗ – 6,5 % 9. Ток XX – 1,3 %
Курсовая работа выполняется в объеме: 1. Общая часть 1.1. Пути развития отечественного трансформаторостроения. 2. Расчетная часть 2.1. Расчет основных электрических величин трансформатора. 2.2. Выбор изоляционных расстояний и расчет основных размеров. 2.3. Выбор конструкции и расчет обмоток НН и ВН трансформатора. 2.4. Расчет потерь короткого замыкания. 2.5. Расчет магнитной системы и характеристик холостого хода. 2.6. Определение КПД трансформатора. 2.7. Тепловой расчет трансформатора. 2.8. Расчет массы трансформатора. В качестве справочного материала использовать данные приведенные в конце указаний.
Общая часть. Пути развития отечественного трансформаторостроения
Пути развития отечественного трансформаторостроения и характеристику основных узлов проектируемого трансформатора студенты излагают, используя учебную и периодическую литературу объемом две-три страницы.
2. Расчетная часть
2.1. Расчет основных электрических величин трансформатора
Номинальные линейные токи при любой схеме соединения
где Sн – номинальная мощность по заданию, кВ×А; Uн – номинальное линейное напряжение по заданию, кВ; i – номер обмотки (ВН, НН). Тогда номинальные линейные токи
Фазные токи при соединении «звезда» равны линейным Iф вн = Iн вн = 92,378 А при соединении «треугольник»
Фазные напряжения при соединении «звезда»
Активная составляющая напряжения к. з. u a% = где Pк – потери к. з. по заданию, Вт. Реактивная составляющая напряжения к.з. u p%= где u кз– напряжение к. з. по заданию, %.
2.2. Выбор изоляционных расстояний и расчет основных размеров трансформатора
Испытательные напряжения определяем по табл. П1: для обмотки ВН Для испытательного напряжения обмотки ВН = 10 кВ по табл. П2, а для испытательного напряжения обмотки НН = 25 кВ по табл. П3, находим изоляционные расстояния (cм. рис. П1): = 2,7 см – осевой канал между обмотками НН и ВН одной фазы; – расстояние от обмоток до ярма исходя из требований равенства высот обмоток НН и ВН; = 3 см – расстояние между обмотками ВН и ВН соседних фаз; = l,75 см – расстояние от стержня до обмотки HH. Для изготовления сердечников серийных трансформаторов обычно применяют холоднокатаную текстурованную сталь марок 3404 – 3408 толщиной 0,35 – 0,27 мм (табл. П4), обладающей низкими или особо низкими удельными потерями и повышенной магнитной проницаемостью, позволяющей повысить индукцию в сердечнике до = 1,551,65 Тл с жаростойким покрытием с отжигом. Для магнитопровода проектируемого трансформатора выбираем холоднокатаную текстурованную сталь марки 3405 толщиной 0,3 мм (принять для всех вариантов задания). Расчет основных размеров трансформаторов проводим в соответствие Диаметр D0 окружности, в которую вписано ступенчатое сечение стержня, является первым основным размером трансформатора. Вторым основным размером трансформатора является осевой размер H0 - высота его обмоток. Обычно обе обмотки трансформатора имеют одинаковуювысоту . В случае различия в высоте за размер принимают их среднее арифметическое значение. Третьим основным размером трансформатора является средний диаметр витка двух обмоток, или диаметр осевого канала между обмотками D12 , связывающий диаметр стержня с радиальными размерами обмоток a1 и a2 и осевого канала между ними a12.
Определяем диаметр стержня (первый основной размер трансформатора)
где S – мощность одной фазы, которая определяется по формуле
ap – ширина приведенного канала рассеяния трансформатора, определяется по формуле ap=a12+(a1+a2)/3. Размер (a1+a2)/3 предварительно определяют по формуле (a1+a2)/3= β = 1,5 – определяет соотношение между шириной и высотой трансформатора для разных мощностей (табл. П5), при этом меньшим значениям для одинаковых мощностей соответствуют трансформаторы, относительно узкие и высокие, большим – широкие и низкие (рис. П2 б); kp – коэффициент приведения идеального поля рассеяния к реальному полю (коэффициент Роговского) и при определении основных размеров можно принять равным 0,95; up% = 7,46 % – реактивная составляющая напряжения к.з.; Bc = 1,65 Тл – магнитная индукция холоднокатаной текстурованной стали марки 3405 толщиной 0,3 мм для масляных трансформаторов (табл. П6); kc – коэффициент заполнения сталью (предварительно можно принять равным 0,9). Подставив указанные параметры, определяем диаметр стержня
Из нормализованной шкалы (см. ниже) берем ближайшее значение нормализованного диаметра = 32 см. Нормализованная шкала содержит следующие диаметры: 8; 9; 10; 11; 12,5; 14; 16; 18; 20; 22; 24; 26; 28; 30; 32; 34; 36; 38; 40; 42; 45; 48; 50; 53; 56; 60; 63; 67; 71; 75 – для магнитных систем без поперечных каналов; 80; 85; 90; 95; 100; 1003; 106; 109; 112;115; 118; 122; 125; 132; 136; 140; 145; 150 – для магнитных систем, имеющих поперечные каналы. Площадь полного поперечного сечения фигуры стержня определится по формуле Пфс= где kкс – коэффициент, учитывающий наличие охлаждающих каналов в сечении стержня. Для масляных трансформаторов мощностью 1600 кВ·А с прессующей (принять для всех вариантов) пластиной для ориентировочного диаметра = 32 см с числом ступеней в сечении стержня 8 (рис. П3) принимается равным 0,912 (табл. П7). Тогда площадь поперечного сечения ступенчатой фигуры стержня Пфс= Определяем ЭДС витка uв = где Пс– активное сечение стержня, которое определяется по формуле
здесь – коэффициент заполнения для холоднокатаной текстурованной стали марки 3405 толщиной 0,3 мм (для всех вариантов) принимается равным 0,96 (табл. П4). Определяем ориентировочную высоту обмоток (второй основной размер трансформатора)
где D12 – средний диаметр между обмотками (третий основной размер трансформатора), может быть приближенно определен по формуле
где α =1,4÷1,45 для алюминиевого провода, α =1,3÷1,35 для медного провода. Для расчета предлагаются два варианта конструкции плоской магнитной системы: с четырьмя косыми стыками по углам, двумя прямыми в ярме и одним прямым в стержне (рис. П4 а); с шестью косыми стыками и двумя прямыми в ярме (рис. П4 б). Принимаем (для всех вариантов) для дальнейшего рассмотрения вариант с четырьмя косыми стыками по углам, двумя прямыми в ярме и одним прямым в стержне, поскольку в сердечниках, собираемых из холоднокатаной текстурованной стали, такой способ сборки способствует снижению потерь в зонах сопряжения стержней и ярм.
2.3. Выбор конструкции и расчет обмоток
Конструкция (тип) обмотки определяется рядом параметров: током, напряжением, сечением витка, числом витков и т.п. Для заданного ряда мощностей и напряжений ориентировочно тип обмотки можно выбрать по данным табл. П8 и П10. Обмотки одно- или двухслойные и винтовые используются только на стороне НН, многослойные из круглого провода, как правило, – на стороне ВН, катушечные из прямоугольного провода могут быть использованы на любой стороне трансформатора. Многослойная обмотка из круглого провода наиболее проста в изготовлении, однако имеет наихудшие условия охлаждения. Обмотка из прямоугольного провода имеет более лучшие условия охлаждения, проста в изготовлении и в связи с этим широко используется в практике трансформаторостроения. Катушечная обмотка является наиболее универсальной, достаточно простой и хорошо охлаждаемой. Поэтому для дальнейшего рассмотрения выбираем обмотку непрерывную катушечную из прямоугольного провода (принять для всех вариантов). Катушкой называется группа последовательно соединенных витков обмотки, конструктивно объединенная и отделенная от других таких же групп или от других обмоток трансформатора. Следовательно, каждая обмотка может состоять из одной, двух, нескольких или многих катушек. Во всех типах обмоток принять различать осевое и радиальное направления. Осевым считается направление, параллельное оси стержня трансформатора, на который насаживается данная обмотка. Радиальным считается направление любого радиуса окружности обмотки. В этом смысле принято говорить также об осевых и радиальных каналах (рис. П5). Расчет обмоток проводим в следующей последовательности. 1. Расчет обмотки НН. Число витков на одну фазу обмотки НН определяется по формуле , где - фазное напряжение НН; - ЭДС одного витка. Тогда число витков на одну фазу обмотки НН: ωнн = 10000/25,78 = 388 витков (округляем до целого числа). Уточняем ЭДС одного витка
Действительная индукция в стержне уточняется по формуле
Ориентировочное сечение витка НН
где J - средняя плотность тока в обмотках равна 2,8 А/ К этому сечению витка по сортаменту обмоточного провода (табл. П11) подбираются число параллельных прямоугольных проводов обычно равным 2 (не более 4-6) и подходящие сечения прямоугольного провода. По табл. П11 выбираем провод с номинальными размерами по стороне аи стороне b с изоляцией на две стороны 0,5 мм (см. рис. П6). Подобранные размеры провода записываются так: Марка провода Число параллельных проводов ,
где АПБ – марка алюминиевого (круглого и прямоугольного сечения) провода(медные провода имеют марку ПБ); – число проводников в витке, которое подобрано из расчета, что их суммарное сечение должно быть близким к рассчитанному (47,6)т.е. по табл. П11 подбираем два провода в витке НН с сечением каждого провода47,6/2 = 23,8, ближайшее будет 23,45 . Следовательно, реальное сечение витка из двух параллельных проводов НН принимается равным = 2 · 23,45 = 46,9 . Уточняем плотность тока = 133,3/46,9 = 2,84 А/. Число катушек на одном стержне , где — осевой размер (высота) канала (в трансформаторах мощностью от 160 до 6300 кВ·А и рабочим напряжением не более 35 кВ колеблется от 0,4 до 0,6). Принимаем = 0,4 см.
Тогда . Принимаем . Тогда число витков в катушках НН (округляем до целого числа) . Определяем высоту обмотки НН = = =85см, где – коэффициент, учитывающий усадку изоляции после сушки и опрессовки обмотки, принимается равным 0,94÷0,96 (принимаем равным 0,95). Определяем радиальный размер обмотки = 0,35·2·9,2 = 6,44 см. Внутренний диаметр обмотки см. Наружный диаметр обмотки см.
2. Расчет обмотки ВН. Число витков при номинальном напряжении на одну фазу обмотки ВН
Обычно ступени регулирования напряжения делаются равными между собой. В этом случае число витков обмотки на одной ступени регулирования = 2,5 · 784/100 = 19,6, здесь 2,5 – процентная ступень регулирования. Принимаем = 20 витков. Обычно ответвления для регулирования напряжения делают от наружных витков обмотки ВН. Для трансформаторов типа ТМ обычно применяется регулирование напряжения без возбуждения (ПБВ). Число витков на ответвлениях на верхних ступенях: ; . Число витков на номинальное напряжение = 784.
Число витков на ответвлениях на нижних ступенях: ; . Ориентировочная плотность тока: = 2 · 2,8 - 2,84 = 2,76 А/. Ориентировочное сечение витка : = 65,98 / 2,76=23,9 . По полученному сечению витка по табл. П11 подбираем число и реальное сечение провода ВН: АПБ = = 23, 45, где АПБ – марка провода;– число проводников в витке ВН, по табл. П10 принимаем равным 1, т.е. один провод в витке ВН, т.к. самое близкое к расчетному значению 23,9 . Следовательно, реальное сечение витка ВН принимается равным = 23, 45 . Уточняем плотность тока = 65,98/23, 45= 2,81 А/. Таким образом, получили провод унифицированный, т.е. один и тот же в обеих обмотках НН и ВН, поэтому и число катушек ВН в первом приближении примем равным числу катушек НН, т.е. Если в дальнейшем при расчете высоты обмотки ВН окажется, что этот размер сильно отличается от высоты обмотки НН , следует изменить число катушек ВН , но в любом случае число должно быть четным, чтобы была возможность симметричного регулирования напряжения как в сторону повышения напряжения, так и в сторону его снижения. При незначительных расхождениях в высотах обмоток ВН и НН следует принять высоту обмоток, равной среднему из высот ВН и НН. Обычно в обмотке ВН выделяют регулировочную часть (иногда в виде отдельной обмотки) и разделяют на ряд ступеней с необходимым числом витков, концы которых выводят с помощью ответвлений (катушечные обмотки). Тогда из расчета, что число витков на одной ступени регулирования равно 20, предусматриваем на каждую ступень регулирования по 2 катушки с числом витков в каждой по 10. Поэтому регулировочных катушек будет (2 кат. х 4 отв.) = 8 катушек. Следовательно, основных катушек будет 42 – 8 = 34 (рис. П7). Число витков в основных катушках ВН (округляем до целого) = 784 / 34 = 23.
Определяем высоту обмотки ВН = = 1,65·42 + 0,94 [0,4·(42 - 2)+1,5] =85см, где - осевой размер (высота) канала (в трансформаторах мощностью от 160 до 6300 кВ·А и рабочим напряжением не более 35 кВ колеблется от 0,4 до 0,6), принимаем 0,4 см; - высота канала в месте разрыва обмотки и размещения регулировочных витков выбирается по изоляционным соображениям и рекомендуется принять равным 1,5 см; – коэффициент, учитывающий усадку изоляции после сушки и опрессовки обмотки, принимается равным 0,94÷0,96 (принимаем равным 0,94). Как видим, высота обмотки ВН совпадает с высотой обмотки НН: = == 85 см. Следовательно, число катушек ВН не изменяем и принимаем равным Определяем радиальный размер обмотки = 0,35·1·23=8,05см. Внутренний диаметр обмотки см. Наружный диаметр обмотки см.
2.4. Расчет потерь короткого замыкания
Потерями короткого замыкания двухобмоточного трансформатора называются потери, возникающие в трансформаторе при установлении в одной из обмоток тока, соответствующего номинальной мощности, и замкнутой накоротко другой обмотке. Потери короткого замыкания рассчитываем по следующей методике. 1. Расчет основных потерь в обмотках. Основные потери НН: - для медного провода = Вт, где - масса металла обмотки НН, которая для медного провода с расчет проводят по следующей формуле кг.
где с - число активных (несущих обмотки) стержней трансформатора (для трехфазного принимается равным 3; - средний диаметр обмотки, определяется как среднее между внутренним и наружным диаметрами обмоток НН, см; ωНН- число витков обмотки НН;·- сечение витка на НН, мм2. Основные потери обмотки ВН: - для медного провода =2,4·2,762·973,2=17792 Вт, где - масса металла обмотки ВН, которая для медного провода с расчет проводят по следующей формуле
=28·3·61,83·784·23,9·10-5=973,2 кг.
где - число активных (несущих обмотки) стержней трансформатора (для трехфазного принимается равным 3; - средний диаметр обмотки, определяется как среднее между внутренним и наружным диаметрами обмоток ВН, см; - число витков обмотки ВН;·- сечение витка на ВН, мм2.
2. Расчет добавочных потерь в обмотках Добавочные потери в обмотке рассчитываются с учетом материала и формы провода. Для некоторых частных случаев, например при частоте 50 Гц, для медных и алюминиевых проводов можно пользоваться следующими приведенными ниже формулами. Для алюминиевого провода (ρА = 0,344 мкОм·м) при частоте 50 Гц используется формула: - прямоугольного провода при ; - прямоугольного провода при ; - для круглого провода при . Для медного провода (ρА=0,02135 мкОм·м) при частоте - прямоугольного провода при ; - прямоугольного провода при ; - для круглого провода при . В приведенных формулах значения βД и βД1 для изолированного провода всегда меньше единицы, поэтому приближенно можно взять их равными 0,74; а - размер проводника, перпендикулярный направлению линий магнитной индукции осевой составляющей поля рассеяния; n - число проводников обмотки в направлении, перпендикулярном направлению линий магнитной индукции осевой составляющей поля рассеяния, которое для катушечных обмоток определяется по формуле . Тогда , . Добавочные потери для данного варианта медного прямоугольного провода при : - в обмотке НН = =1,143,; - в обмотке ВН = = 1,223.
1. Основные потери в отводах. Длина отводов: - для схемы соединения треугольник (НН) ; - для схемы соединения звезда (ВН) . Масса отводов НН , где - плотность металла отводов, для алюминия = 2700 (для меди = 8900 ). Потери в отводах НН . Масса отводов ВН . Потери в отводах ВН
2. Потери в стенках бака и других элементах конструкции приближенно: , где S - полная мощность трансформатора, кВ·А; - коэффициент, приведенный ниже, принимаем = 0,03:
Полные потери к.з. будут равны сумме найденных выше потерь: = Вт. Полные потери к.з., рассчитанные выше, не должны отличаться от заданных более чем на ±15 %: (38004-33500/33500) 100=13,5%<15% Следовательно, расчеты удовлетворяют требованию.
12 |
А
A
=1,031%
%
,
= 20,4768 см
, здесь kкр – коэффициент канала рассеяния, принимается равным 0,6 (по табл. 6). Тогда . Окончательно ар=а12+ 
=2,7+2,883=5,583 см ;
,
.
,
,
,
см,
= 10000 / 388 = 25,77 В.
= 1,65 Тл.
= 133,3/2,8 = 47,6 
,
=2·23,45= 46,9