На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти образцы готовых работ или получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


Курсовик Расчет трансформатора

Информация:

Тип работы: Курсовик. Добавлен: 27.05.13. Сдан: 2013. Страниц: 53. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


Содержание

Введение 5
1 Анализ изменения параметров трансформатора с изменением ? 7
1.1 Расчет основных электрических величин и изоляционных расстояний 7
2 Расчет обмоток 18
2.1 Расчет обмотки НН 18
2.2 Расчет обмотки ВН 21
3. Расчет параметров короткого замыкания 25
3.1 Расчёт потерь короткого замыкания 25
3.2 Расчет напряжений короткого замыкания 29
3.3 Определение механических сил в обмотках и нагрева обмоток при коротком замыкании 31
4 Расчет магнитной системы 34
4.1 Определение размеров магнитной системы и массы стали 34
4.2 Расчет потерь холостого хода 40
4.3 Расчет тока холостого хода 43
5 Тепловой расчет трансформатора 45
5.1 Тепловой расчет обмоток 45
5.2 Тепловой расчет бака 47
6 Характеристики трансформатора 51
6.1 Внешняя характеристика трансформатора 51
6.2 Коэффициент полезного действия трансформатора 53
Заключение 55
Список использованных источников 56


Введение

В настоящее время электрическая энергия для промышленных целей и электроснабжения городов производится на крупных тепловых или гидроэлектростанциях в виде трехфазной системы переменного тока частотой 50 Гц. Напряжения генераторов, установленных на электростанциях, стандартизованы и могут иметь значения 6600, 11 000, 13 800, 15 750, 18 000 или 20 000 в (ГОСТ 721-62). Для передачи электроэнергии на большие расстояния это напряжение необходимо повышать до 110, 220, 330 или 500 кВ в зависимости от расстояния и передаваемой мощности. Далее, на распределительных подстанциях напряжение требуется понижать до 6 или 10 кВ (в городах и промышленных объектах) или до 35 кВ (в сельских местностях и при большой протяженности распределительных сетей). Наконец, для ввода в заводские цеха и жилые квартиры напряжение сетей должно быть понижено до 380, 220 или 127 В. В некоторых случаях, например, для освещения котельных или механических цехов и сырых помещений, напряжение должно быть понижено до безопасной для жизни величины – 12, 24 или 36 В.
Повышение и понижение напряжения переменного тока и выполняют силовые трансформаторы. Трансформаторы сами электрическую энергию не производят, а только ее трансформируют, т. е. изменяют величину электрического напряжения. При этом трансформаторы могут быть повышающими, если они предназначены для повышения напряжения, и понижающими, если они предназначены для понижения напряжения. Но принципиально каждый трансформатор может быть использован либо как повышающий, либо как понижающий в зависимости от его назначения, т. е. он является обратимым аппаратом. Силовые трансформаторы обладают весьма высоким коэффициентом полезного действия (к. п. д.), значение которого составляет от 95 до 99.5%, в зависимости от мощности. Трансформатор большей мощности имеет соответственно и более высокий к. п. д.
Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования одной (первичной) системы переменного тока в другую (вторичную), имеющую другие характеристики. Принцип действия трансформатора основан на законе электромагнитной индукции, открытом английским физиком Фарадеем в 1831 г. Явление электромагнитной индукции состоит в том, что если внутри замкнутого проводникового контура изменяется во времени магнитный поток, то в самом контуре наводится (индуктируется) электродвижущая сила (э. д. с.) и возникает индукционный ток. Чтобы уменьшить сопротивление по пути прохождения магнитного потока и тем самым усилить магнитную связь между первичной и вторичной катушками или, как их более принято называть, обмотками, последние должны быть расположены на замкнутом железном (стальном) сердечнике (магнитопроводе). Применение замкнутого стального магнитопровода значительно снижает относительную величину потока рассеяния, так как проницаемость применяемой для магнитопроводов стали в 800–1000 раз выше, чем у воздуха (или вообще у диамагнитных материалов).
Трансформатор состоит из магнитопровода и насаженных на него обмоток. Кроме того, трансформатор состоит из целого ряда чисто конструкционных узлов и элементов, представляющих собой конструктивную его часть. Элементы конструкции служат главным образом для удобства применения и эксплуатации трансформатора. К ним относятся изоляционные конструкции, предназначенные для обеспечения изоляции токоведущих частей, отводы и вводы – для присоединения обмоток к линии электропередачи, переключатели – для регулирования напряжения трансформатора, баки - для заполнения их трансформаторным маслом, трубы и радиаторы - для охлаждения трансформатора и др.
Магнитопровод и обмотки вместе с крепежными деталями образуют активную часть силового трансформатора.
Трансформатор во время своей работы вследствие возникающих в нем потерь нагревается. Чтобы температура нагрева трансформатора (в основном его изоляции) не превышала допустимого значения, необходимо обеспечить достаточное охлаждение обмоток и магнитопровода. Для этого в большинстве случаев трансформатор (активную часть) помещают в бак, заполненный трансформаторным маслом. При нагревании масло начинает циркулировать и отдает тепло стенкам бака, а от последних тепло рассеивается в окружающем воздухе.


1 Анализ изменения параметров трансформатора с изменением ?

1.1 Расчет основных электрических величин и изоляционных расстояний

Расчет проводим для трехфазного трансформатора стержневого типа с концентрическими обмотками.
Мощность одной фазы и одного стержня, Sф [1] кВ?А:

S_ф=S^=S/3, (1.1)

S’ – мощность одного стержня, кВ?А,

S_ф=S^=100/3=33,3 кВ•А.

Номинальные (линейные) токи на сторонах, А:

I_2=(S•?10?^3)/(v3•U_2 ), (1.2)

I2 – ток в обмотке высокого напряжения, А,

I_2=(100•?10?^3)/(v3•690)=83,674 А.

I_1=(S•?10?^3)/(v3•U_1 ), (1.3)
I1 – ток в обмотке низкого напряжения, А,

I_1=(100•?10?^3)/(v3•35000)=1,65А.

Фазные токи обмоток высокого напряжения (ВН) и низкого напряжения (НН) (схема соединения – звезда-треугольник) равны:

I_ф2=I_2/v3,



I_ф1=83.674/v3=48,309
А.


I_ф2=I_1

I_ф2=1,65 A.

Фазные напряжения обмоток ВН и НН равны:
U_ф2=U_2/v3, (1.4)

где Uф2 –фазное напряжение обмотки ВН, В,

U_ф2=35000/v3=20210 В.

U_ф1=U_1/v3, (1.5)

где Uф1 –фазное напряжение обмотки НН, В,

U_ф1=690 В.

Испытательные напряжения обмоток:
для обмотки ВН UИСП = 85 кВ;
для обмотки НН UИСП = 5 кВ.
Выбираем тип обмоток. Обмотка НН при напряжении 690 В, и токе 83,674 А цилиндрическая двухслойная из прямоугольного медного провода. Обмотка ВН при напряжении 20210 В и токе 1,65 А цилиндрическая многослойная из круглого медного провода.
Для испытательного напряжения обмотки ВН UИСП = 85 кВ находим изоляционные расстояния: a’12 = 0,027 м – промежуток между обмотками НН и ВН; l02 = 0,075 м – расстояние от обмотки ВН до верхнего и нижнего ярм; a’22 =0,02 м – расстояние между обмотками ВН соседних стержней; для UИСП = 5 кВ находим a’01 = 4 мм – расстояние между стержнем и обмоткой НН.

((a_1+a_2 ))/3=k•?(S^ )•?10?^(-2), (1.6)

где a1 – радиальный размер обмотки НН, м,
a2 – радиальный размер обмотки ВН, м,
k = 0.61

k•?(S^ )•?10?^(-2)=0,61• ?33,3•?10?^(-2)=0,015 м.

Приведенный канал рассеяния, a_р м:

a_р=a_12+((a_1+a_2 ))/3, (1.7)

a_р=0,027+0,015=0,042 м.

Активная составляющая напряжения короткого замыкания, uа %:

u_a=P_к/(10•S), (1.8)


u_a=1970/(10•100)=1,97 %.

Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания uр, %:

u_р=v(u_к^2-u_a^2 ), (1.9)


u_р=v(?6,5?^2-?1,97?^2 )=6,194 %.

Согласно указаниям выбираем трехфазную стержневую плоскую шихтованную магнитную систему с косыми стыками на крайних стержнях и прямыми стыками на среднем стержне. Соединение верхних и нижних ярмовых балок – вертикальные шпильки. Прессовка стержней путем забивания деревянных стержней и палок между стержнем и обмоткой.
Материал магнитной системы – холоднокатаная анизотропная рулонная сталь марки 3404 толщиной 0,35 мм.
Индукция в стержне Вс = 1,55 Тл;
Число ступеней 6 в сечении стержня.
Коэффициент заполнения круга: kкр = 0,92.
Изоляция пластин – нагревостойкое изоляционное покрытие;
Коэффициент заполнения с изоляцией: kз = 0,97.
Коэффициент заполнения сталью, kс :
k_с=k_кр•k_з, (1.10)

k_с=0,92•0,97=0,892.

Ярмо многоступенчатое, число ступеней 5.
Коэффициент усиления ярма: kя = 1,025.
Индукция в ярме, Bя Тл:

B_я=B_с/k_я , (1.11)

B_я=1,55/1,025=1,51 Тл.

Число зазоров в магнитной системе на косом стыке 4 на прямом 3.
Индукция в зазоре: на прямом стыке В’’з = 1,55 Тл.;
на косом B’з Тл:
?B^?_з=B_c/v2, (1.12)

?B^?_з=1.55/v2=1.1 Тл.

Удельные потери в стали рс = 1,188 Вт/кг, ря = 1,117 Вт/кг.
Удельная намагничивающая мощность qc = 1,531 В•А/кг, qя = 1,369 В•А/кг.
Для зазоров на прямых стыках q’’з = 20010 В•А/м2
Для зазоров на косых стыках q’з = 2500 В•А/м2
Коэффициент, учитывающий отношение потерь в обмотках к потерям к.з. (короткого замыкания): kд = 0,97.
Постоянные коэффициенты для медных обмоток: a = 1,40 b = 0,31
Коэффициент Роговского: kр = 0,95
Диапазон изменения ? от 1,8 до 2,4.
Расчет основных коэффициентов
A=0.507•?((S^( )•a_р•k_р)/(f?•u?_р ?•B?_c^2•k_c^2 ),) (1.13)

A=0.507•?((33,3•0,042•0,95)/(50•6,194•?1,55?^2•?0,892?^2 ))=0,11.

A_1=5,663•?10?^4•k_c•A^3•a, (1.14)

A_1=5,663•?10?^4•0,892•?0,11?^3•1,4=94,497 кг.

A_2=3,605•?10?^4•k_c•A^2•l_02 (1.15)

A_2=3,605•?10?^4•0,892•?0,11?^2•0,075=29,263 кг.

B_1=2,4•?10?^4•k_c•k_я•A^3•(a+b+e), (1.16)

где e = 0,41 – коэффициент,

B_1=2,4•?10?^4•0,892•1,025•?0,11?^3•(1,40+0,31+0,41)=62,161 кг,

B_2=2,4•?10?^4•k_c•k_я•A^2•(a_12+a_22 ), (1.17)

B_2=2,4•?10?^4•0,892•1,025•?0,11?^2•(0,027+0,020)=12,514кг.

С_1=K_0•(S•a^2)/(k_c^2•k_д•B_c^2•u_a•A^2 ), (1.18)

где K0 = 2,46?10-2 – коэффициент,

С_1=2,46•?10?^(-2)•(100•?1,4?^2)/(?0,892?^2•0,97•?1,55?^2•1,97•?0,11?^2 )=108,738 кг.


k_кз=1,41•100/u_к •(1+e^(-(?•u_а)/u_р ) ), (1.19)

k_кз=1,41•100/6,5•(1+e^(-(3,14•1,97)/6,194) )=29,679.

M=0,244•?10?^(-6)•k_кз^2•k_д•k_р•P_к/(a•A), (1.20)

M=0,244•?10?^(-6)•?29,679?^2•0,97•0,95•1970/(1,40•0,11)=2,531 МПа,

Масса одного угла магнитной, Gу, кг:

G_y=0,492•?10?^4•k_с•k_я•A^2•x^3, (1.21)

G_y=0,492•?10?^4•0,892•1,025•?0,11?^2•x^3=6,011•x^3 .

Активное сечение стержня, Пс ,м2:

П_с=0,785•k_с•A^2•x^2, (1.22)

П_с=0,785•0,892•?0,11?^2•x^2=0,0084•x^2.

Площадь зазора на прямом стыке: П’’з = Пс =0,0084?x2;
Площадь зазора на косом стыке: П’з = Пс?v2 = 0,012?x2.
Потери холостого хода, Pх , Вт
P_х=k_пд•p_с•(G_c+0,5•k_пу•G_y )+k_пд•p_я•(-(G_я-6•G_y@+0,5•k_пу•G_y )), (1.23)

kпд = 1,12 – коэффициент добавочных потерь,
kпу = 10,18 – коэффициент,

P_х=1,12•1,188•(G_c+0,5•10,18•G_y )+1,12•1,117?
?(G_я-6•G_y+0,5•10,18•G_y )=1,331•G_c+5,636•G_y+1,251•G_я.

Намагничивающая мощность, Qх, В?А:
Q_x=?k^?_тд•?k^?_тд•q_c•(G_c+0,5•k_ту•k_(т.пл)•G_y )+?k^?_тд•?k^?_тд•q_я?
?(G_я-6•G_y+0,5•k_ту•k_(т.пл)•G_y )+?k^?_тд•?q^?_з•4•?П^?_з+
+?k^?_тд•?q^?_з•3•?П^?_з (1.24)
где k’тд = 1,2 – коэффициент,
k’’тд = 1,06– коэффициент,
kту = 47,1 – коэффициент,
kт.пл = 1,35 – коэффициент, учитывающий намагничивающей мощности углах магнитной системы,

Q_x=1,2•1,06•1,531•(G_c+0,5•47,1•1,35•G_y )+1,2•1,06•1,369?
?(G_я-6•G_y+0,5•47,1•1,35•G_y )+1,06?
?2500•4•0,012•x^2+1.06•20010•3•0.0084•x^2=
=1.947•G_c+106.803•G_y+1.741•G_я+808.076•x^2

Далее определяются основные размеры трансформатора.
Диаметр стержня, м:

d=A•x, (1.25)

где d – диаметр стержня, м.
Средний диаметр канала между обмотками, d_12 ,м:

d_12=a•A•x, (1.26)

Высота обмоток, l ,м:

l=(?•d_12)/?, (1.27)

где
? – конструкционный коэффициент.
Расстояние между осями стержней, C, м:

C=d_12+a_12+b•d+a_22. (1.28)

Дальнейший расчёт проводим в форме таблицы и заносим результаты вычислений в таблицу 1.
Данные таблицы рассчитаны на основе вышеупомянутых и следующих формул:

G_с=A_1/x+A_2•x^2, (1.29)
где Gс – масса стержней, кг,

G_я=B_1•x^3+B_2•x^2, (1.30)

где Gя – масса ярм, кг,

G_ст=G_с+G_я, (1.31)

где Gст – общая масса стали магнитной системы, кг,

J=v((k_д•P_к)/(2,4•G_0 )), (1.32)

где J – плотность тока, А/м2,

?_р=M•x^3, (1.33)

где ?р – механическое напряжение в обмотках, МПа,

i_0=Q_x/(10•S), (1.34)

где i0 – ток холостого хода (х.х.), %,

G_0=C_1/x^2 , (1.35)

где G0 – масса металла обмоток, кг,

G_пр=1.03•G_0, (1.36)

где Gпр – масса провода, кг,

C_ач=k_ос•G_пр+G_ст, (1.37)
где Gач – масса ярм, кг,
kос = 1.84


Таблица 1 – Предварительный расчёт трансформатора ТМ-100/35-0.69 с
плоской шихтованной магнитной системой и медными обмотками


b 1,8 2,0 2,2 2,4
?? 1,158 1,189 1,218 1,245
?(?^2 ) 1,342 1,414 1,483 1,549
?(?^3 ) 1,554 1,682 1,806 1,928
A1/x 81,583 79,462 77,591 75,922
A2?x2 39,26 41,384 43,404 45,334
Gc 120,844 120,846 120,995 121,256
B1?x3 96,598 104,541 112,288 119,86
B2?x2 16,789 17,697 18,561 19,386
Gя 113,387 122,238 130,849 139,246
Gст 234,231 243,085 251,844 260,502
Gy 9,19 9,946 10,683 11,404
1,331Gc 160,843 160,846 161,045 161,091
1,341Gя 152,052 163,922 175,468 186,729
5,636Gy 46,72 50,65 54,51 58,55
Px 359,615 375,424 391,008 406,37
Пc 0,011 0,011 0,012 0,012
1,947Gc 235,282 235,288 235,588 236,085
1,741Gя 197,407 212,817 227,807 242,427
106,803Gy 997,635 1080 1160 1238
808,076x2 1084 1143 1199 1252
Qx 2505,52 2660,96 2811,37 2957,36
I0, % 2,506 2,661 2,811 2,957
G0 81,048 76,889 76,311 70,19
1,03?G0 83,479 79,196 75,51 72,296
Gпр 85,984 81,572 77,776 74,465
kос?Gпр 158,211 150,092 143,107 137,015
Cач 392,442 393,177 394,951 397,516
J 3,134 3,218 3,296 3,368
?p 3,933 4,256 4,571 4,88
d 0,128 0,131 0,134 0,137
d12 0,179 0,183 0,188 0,192
l 0,312 0,288 0,268 0,251
C 0,265 0,271 0,276 0,281


С учётом критериев выбираем значение b =1,8, соответствующее ему значение d по шкале нормализованных диаметров составляет 0,125 м.
В этом случае стоимость активной части трансформатора минимальна, потери холостого хода и ток холостого хода меньше заданных значений.
Для выбранных значений d и ? рассчитываем данные трансформатора.
Диаметр стержня: d = 0,125 м.
Средний диаметр канала между обмотками, d_12 м:

? d?_12=a•А•x, (1.36)

d_12=1,40•0,11•1,158=0,179м.

Высота обмоток, l ,м:

l=(?•d_12)/?, (1.37)

l=(3,14•0,179)/1,8=0,312 м.

Высота стержня, lс м:

l_c=l+2•l_02, (1.38)


l_c=0,312+2•0,075=0,462м.

Активное сечение стержня, П_с, м2:

П_с=П_фс•k_з•?10?^(-4), (1.39)

где Пфс = 112,3 см2 – площадь сечение стержня,
П_с=112,3•0,97•?10?^(-4)=0,011 м^2.

Расстояние между осями стержней, C ,м:

C=d_12+a_12+b•d+a_22

C=0,179+0,027+0,31•0,125+0,02=0,265 м.

Электродвижущая сила одного витка, u_в В:

u_в=4,44•f•П_с•B_c, (1.40)


u_в=4,44•50•0,011•1,55=3,748 В.

Плотность тока: J = 3,134?106 A/м2.
Потери и ток холостого хода: Px = 359,615 Вт, i0 = 2,506 %.


2 Расчет обмоток

2.1 Расчет обмотки НН

Число витков на одну фазу обмотки НН, ?1:

?_1=U_ф1/(4,44•f•B_c•П_с ), (2.1)


?_1=690/(4,44•50•1,55•0,011)=184

принимаем ?1 = 184.


Уточненное напряжение одного витка, u_в, В:

u_в=U_ф1/?_1 , (2.2)

u_в=690/184=3,75 В.

Действительная индукция в стержне, B_c,Тл:

B_c=u_в/(4,44•f•П_с ),

B_c=3,75/(4,44•50•0,011)=1,55 Тл.

Средняя плотность тока в обмотках ,Jср ,А/м2:

J_ср=0,746•k_д•(P_к•u_в)/(S•d_12 ), (2.3)


J_ср=0,746•0,97•(1970•3,75)/(100•0,179)•?10?^4=2,978•?10?^6 А/м^2 .

Сечение витка ориентировочно, мм2:

?П^?_в=I_1/J_ср , (2.4)

где П’в – ориентировочное сечение стержня, мм2,

?П^?_в=48,309/(2,98•?10?^6 )=16,3•?10?^(-5).
При мощности 100 кВ•A, току на один стержень 48,309 A, номинальному напряжению обмотки 690 В и сечению витка 16,3 мм2 выбираем конструкцию цилиндрической двухслойной обмотки из прямоугольного провода. Размер радиального канала предварительно а11 = 4 мм.Число реек по окружности обмотки 6.
Число витков в одном слое обмотки НН, ?сл1:

?_сл1=?_1/2, (2.5)

?_сл1=184/2=92.

Ориентировочный размер витка, h_в1м:

h_в1=l_1/(?_сл1+1), (2.6)


h_в1=0,312/(92+1)=0,00335 м.

По полученным ориентировочным значениям ПВ и hВ1,подбираем сечение витка из 1 параллельного провода.
По сечению витка выбираем провод ПБ сечением 16,3 мм2.
ПБ ?(6?2,8)/(6,5?3,3)
,изоляция мм на две стороны.
Полное сечение витка П1 16,3•?10?^(-6)
Полученная плотность тока, J1 ,А/м2:

J_1=I_1/П_1 , (2.7)

J_1=48,309/16,3=2,96 А/м^2 .

Осевой размер витка:h_(в )=1•3,3•?10?^(-3)
Осевой размер обмотки, l_1, м:

l_1=h_в•(?_сл1+1)+0.005, (2.8)

где hв – осевой размер витка, м,

l_1=0,0033•(92+1)+0,005=0,312 м.

Радиальный размер обмотки, a_1, м:

a_1=(2•b^+a_11 )•?10?^(-3), (2.9)

a_1=(2•6,5+4)•?10?^(-3)=0,017 м.

Внутренний диаметр обмотки НН, D’1, м:

?D^?_1=d+2•a_01, (2.10)

?D^?_1=0,125+2•0,004=0,133 м.

Наружный диаметр обмотки НН, D’’1, м:

?D^?_1=?D^?_1+2•a_1, (2.11)

?D^?_1=0.133+2•0.017=0.167 м.

Двухслойная обмотка с каналом между слоями, шириной 5 мм, имеет четыре охлаждаемые поверхности:

П_01=2•с•k_з•?•(?D^?_1+?D^?_1 )•l_1, (2.12)

где П01 – полная поверхность охлаждения обмотки НН, м2,
c – число активных стержней,
kз = 0,75 – коэффициент учитывающий закрытые части поверхности обмотки рейками и другими изоляционными деталями,

П_01=2•3•0,75•3,14•(0,133+0,169)•0,312=1,133 м^2.

2.2 Расчет обмотки ВН

Выбираем схему регулирования напряжения с выводом концов от всех трёх фаз обмотки к одному трёхфазному переключателю.
Контакты переключателя рассчитываются на рабочий ток 6 А.
Число витков при номинальном напряжении обмотки ВН, ?н2:

?_н2=?_1•U_ф2/U_ф1 , (2.13)

?_н2=184•2021/690=5389,

принимаем ?н2 = 5389.
Напряжении на одной ступени регулирования обмотки ВН, ?U, В,

?U=0,025•U_1, (2.14)

?U=0,025•35000=875 В.

Число витков на одной ступени регулирования напряжения при соединении обмоток ВН в звезду, ?р :

?_р=?U/(u_в•v3), (2.15)

?_р=875/(3,75•v3)=134,715?135.

Ступени регулирования напряжения:
?2 = 5389 + 2?135 = 5659
?2=5389+135=5524
?2=5389-135=5254
?2=5389-2?135=5119

Высота обмотки: l2 = l1 = 0,312 м.
Плотность тока в обмотке ВН, ориентировочно, J’2 А/м2:

?J^?_2=2•J_ср-J_1•?10?^6, (2.16)

?J^?_2=2?2,98•?10?^6-2,96•?10?^6=3•?10?^6 А/м^2 .

Ориентировочное сечение витка обмотки ВН, П’2, м2:

?П^?_2=I_2/J_2 ,


?П^?_2=1,65/(3•?10?^6 )=0,55•?10?^(-6) м^2.

Выбираем многослойную цилиндрическую обмотку из медного круглого провода (S = 100 кВ•А; I = 1,65 А; U = 2021,5 В; П’2 = 0,55 м2). По сортаменту медного обмоточного провода выбираем провод марки ПБ диаметром 1,18 мм сечением 1,094 мм2, с толщиной изоляции на две стороны 2d = 0,4 мм.
Число параллельных ветвей: nв = 1

ПБ 1?1,18/1,58

Сечение витка: П2 = 1,094 мм2.
Полученная плотность тока, J2 , А/м2:

J_2=I_2/П_2 ,
J_2=1,65/1,094=1,508 А/м^2 .
Число витков в слое, ?_сл2 :

?_сл2=(l_2•?10?^3)/(n_в•?d^?_2 )-1, (2.17)

где nв =1 – число параллельных ветвей,
l2 – высота обмотки ВН, м,
d’2 – диаметр провода с изоляцией,

?_сл2=(0,312•?10?^3)/(1•1,58)-1=196


Число слоев в обмотке ВН, nсл2:

n_сл2=?_2/?_сл2 , (2.18)


n_сл2=5659/196=29

Обмотка ВН наматывается в 29 слоёв, Рабочее напряжение двух слоёв, Uмсл В:

U_мсл=2•?_сл2•u_в, (2.19)

U_мсл=2•196•3,75=1470В.

Междуслойная изоляция – кабельная бумага марки К-120 по ГОСТ 23436–83Е, 3 слоя толщиной по 0.12 мм (?мсл = 0.36 мм). Выступ изоляции 10 мм с каждого конца обмотки. Ширина масляного канала меду катушками: а’22 = 5 мм.
Радиальный размер обмотки, a_2,м :

a_2=[?d^?_2•n_сл2+?_мсл•(n_сл2-1)+?a^?_22 ]•?10?^(-3), (2.20)

a_2=[1,58•29+0,36•(29-1)•5]•?10?^(-3)=0,06 м.

Внутренний диаметр обмотки ВН, D’2, м :

?D^?_2=?D^?_1+2•a_12, (2.21)

?D^?_2=0,167+2•0,027=0,221 м.

Наружный диаметр обмотки ВН, D’’2, м:

?D^?_2=?D^?_2+2•a_2, (2.22)


?D^?_2=0,211+2•0,06=0,341 м.

Поверхность охлаждения, П_02,м^2 :

П_02=c•n•k•?•(?D^?_2+?D^?_2 )•l_2, (2.23)

где n = 2,
k = 0,8 – коэффициент учитывающий закрытые части поверхности обмотки изоляционными деталями и число внутренних и наружных поверхностей,

П_02=3•2•0,8•3,14•(0,341+0,221)•0,312=2,64 м^2.


3. Расчет параметров короткого замыкания

3.1 Расчёт потерь короткого замыкания

Потери короткого замыкания определяются. Основные потери.
Средний диаметр обмотки НН, Dср1, м:

D_ср1=(?D^?_1+?D^?_1)/2, (3.1)

D_ср1=(0,133+0,167)/2=0,15 м.

Масса металла обмотки НН, Gм1 кг:

G_м1=28•?10?^3•c•D_ср1•?_1•П_1, (3.2)

G_м1=28•?10?^3•3•0,15•184•16,3•?10?^(-6)=37,8 кг,

Основные потери обмотки НН, Pосн1, Вт :

P_осн1=2,4•?10?^(-12)•J_1^2•G_м1, (3.3)


P_осн1=2,4•?10?^(-12)•?2,96?^2•37,8•?10?^12=794,8 Вт,

Средний диаметр обмотки ВН, Dср2, м:

D_ср2=(?D^?_2+?D^?_2)/2, (3.4)

D_ср2=(0,341+0,221)/2=0,281 м.

Масса металла обмотки ВН, Gм2 кг:
G_м2=28•?10?^3•c•D_ср2•?_2•П_2, (3.5)


G_м2=28•?10?^3•3•0,281•5659•1,094•?10?^(-6)=146,131 кг,

Основные потери обмотки ВН, P_(осн2,) Вт:

P_осн2=2,4•?10?^(-12)•J_2^2•G_м2, (3.6)


P_осн2=2,4•?10?^(-12)•?1,508?^2•146,131•?10?^12=797,5 Вт,

Коэффициент ?1, для провода прямоугольного сечения обмотки НН:

?_1^2=((a•?10?^(-3)•m•k_р)/l_1 )^2, (3.7)

где a – размер проводника в направлении, перпендикулярном линиям магнитной индукции поля рассеяния, м,
m = 196 – число проводников обмотки в направлении, параллельном направлению линий магнитной индукции поля рассеяния,
?1 – коэффициент,

?_1^2=((2,8•?10?^(-3)•92•0,95)/0,312)^2=0,616.

Добавочные потери в обмотке НН, kд1:

k_д1=1+0,044•?10?^8•?_1^2•b^4•n^2, (3.8)

где b – размер проводника в направлении, параллельном линиям магнитной индукции поля рассеяния, м,
n = 2 – число проводников обмотки в направлении, перпендикулярном направлению линий магнитной индукции поля рассеяния,

k_д1=1+0,044•?10?^8•0,616•6^4•4^2•?10?^(-12)=1,03.

Коэффициент ?2, для провода круглого сечения обмотки ВН:

?_2^2=((d•?10?^(-3)•m•k_р)/l_2 )^2, (3.9)

где m = 196,
d – диаметр круглого провода, м,
?2 – коэффициент,

?_2^2=((1,5•?10?^(-3)•196•0,95)/0,312)^2=0,495.

Добавочные потери в обмотке ВН, kд2:

k_д2=1+0,044•?10?^8•?_2^2•d^4•n^2, (3.10)

где kд2 – средний коэффициент добавочных потерь для обмотки из круглого провода,
n = 29,

k_д2=1+0,044•?10?^8•0,495•?1,18?^4•29•?10?^(-12)=1,004,

Плотность теплового потока на поверхности обмотки НН, q1,Вт/м2:

q_1=(P_осн1•k_д1)/П_01 , (3.11)


q_1=(774.25•1.04)/1.109=726 Вт/м^2 .

Плотность теплового потока на поверхности обмотки ВН, q2 ,Вт/м2:

q_2=(P_осн2•k_д2)/П_02 , (3.12)


q_2=(1265,25•1,0018)/1,703=744 Вт/м^2 .
Длина отводов обмоток ВН определяется приближенно, lотв, м:

l_отв=7,5•l_1, (3.13)

l_отв=7,5•0,312=2,34 м.


Длина отводов обмоток НН определяется приближенно по, lотв, м:


l_отв=14•l_1,

l_отв=14•0,312=4,37 м.


Масса отводов НН, G_отв1, кг:

G_отв1=l_отв•П_отв1•?, (3.14)

где Потв1 = П1 – площадь сечения отвода НН, м2,
? = 8900 кг / м3 – плотность металла отводов.

G_отв1=2,34•16,3•8900•?10?^(-6)=0,633 кг.

Потери отводов НН, Pотв1 ,Вт:

P_отв1=2,4•?10?^(-12)•J_1•G_отв1, (3.15)

P_отв1=2,4•?10?^(-12)•(?2,96)?^2•0,633•?10?^12=13,32 Вт.

Масса отводов ВН, G_отв2, кг:

G_отв2=l_отв•П_отв2•?, (3.16)

где Потв2 = П2 – площадь сечения отвода ВН, м2,

G_отв2=4,37•1,094•8900•?10?^(-6)=0,043 кг.

Потери отводов ВН, Pотв2 ,Вт:

P_отв2=2,4•?10?^(-12)•J_2•G_отв2, (3.17)

P_отв2=2,4•?10?^(-12)•?(1,508)?^2•0,043•?10?^12=0,232Вт.

Потери в стенках бака и других элементах конструкции до выяснения размеров бака определяем приближенно, P_б Вт:

P_б?10•k•S, (3.18)

где k = 0.015 – коэффициент,

P_б=10•0,017•100=17 Вт,

Полные потери короткого замыкания, P_к, Вт:

P_к=P_осн1•k_д1+P_осн2•k_д2+P_отв1+P_отв2+P_б, (3.19)

P_к=794,8•1,03+797,5•1,004+13,32+0,232+17=1649,8 Вт.

Полные потери короткого замыкания для номинального напряжения обмотки ВН, P_к ,Вт:
P_к=P_к-0,05•P_осн2•k_д2, (3.20)

P_к=1649,8-0,05•797,5•1,004=1609,85 Вт.


3.2 Расчёт напряжений короткого замыкания
Активная составляющая напряжения короткого замыкания, u_a%:

u_a=P_к/(10•S) , (3.21)

u_a=1609,85/(10•100)=1,62 %.

Уточнение конструкционного коэффициента ?:

?=(?•d_12)/l_1 ,

?=(3,14•0,194)/0,312=1,95.

Средний диаметр канала между обмотками, d_12 м:

d_12=(?D^?_1+?D^?_2)/2, (3.22)

d_12=(0,167+0,221)/2=0,194 м.

Ширина приведенного канала рассеяния, a_р ,м:

a_р=a_12+(a_1+a_2)/3,

a_р=0.027+(0.017+0.06)/3=0.053 м.

Находим коэффициент ?:

?=(a_12+a_1+a_2)/(?•l_1 ), (3.23)

?=(0,027+0,017+0,06)/(3,14•0,312)=0,106.

Находим коэффициент kр, учитывающий отклонение реального поля рассеяния от идеального параллельного поля (коэффициент Роговского):

k_р=1-?•(1-e^(-1/?) ), (3,24)

k_р=1-0,106•(1-e^(-1/0,106) )=0,894.

Коэффициент kq = 1.
Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания, u_р , %:

u_р=(7.9•f•S^•?•a_р•k_р•k_q)/(u_в^2 )•?10?^(-1), (3.25)

u_р=(7,9•50•33,3•1,95•0,894•0,053•1)/?3,75?^2 •?10?^(-1)=8,6 %,

Напряжение короткого замыкания, u_к , %:

u_к=v(u_р^2+u_а^2 )=v(?8,6?^2+?1,62?^2 )=8,7 %


3.3 Определение механических сил в обмотках и нагрева обмоток при коротком замыкании

Установившийся ток короткого замыкания в обмотке ВН, Iку, А:

I_ку=(100•I_н)/(u_к•(1+(100•S)/(u_к•S_к )) ), (3.26)

где Sк = 2500 МВ?А – мощность короткого замыкания электрической сети,
Iн = I1 –номинальное напряжение в обмотке ВН, А:

I_ку=(100•1,65)/(8,7•(1+(100•100)/(8,7•2500•?10?^3 )) )=18,95 А.

Мгновенное максимальное значение тока короткого замыкания, ikmax А:

i_(k_max )=v2•k_max•I_ку, (3.27)

где при uр / ua = 0,2 , kmax?v2 = 1,554,

i_(k_max )=1,554•18,95=29,4 А,

Радиальная сила, F_р, Н:

F_р=0,628•(i_(k_max )•?_1 )^2•?•k_р•?10?^(-6), (3.28)

F_р=0,628•(29,4•5659)^2•1,78•0,894•?10?^(-6)=27660 Н,

Среднее сжимающее напряжение в проводе обмотки НН, ?сж.р МПа:

?_(сж.р)=F_р/(2•?•?_1•П_1 ), (3.29)


?_(сж.р)=27660/(2•3,14•184•16,3•?10?^(-6),)=1,469МПа.

Среднее растягивающее напряжение в проводах обмотки ВН, ?р МПа:

?_р=F_р/(2•?•?_2•П_2 ), (3.30)

?_р=27660/(2•3,14•5659•1,094•?10?^(-6) )=0,711 МПа.

Осевые силы, F’ос Н:

?F^?_ос=F_р•a_р/(2•l_1 ), (3.31)

?F^?_ос=27660•0,053/(2•0,312)=2349 Н.

Осевые силы действуют на обе обмотки по рис. 1.


Рис. 1 – Распределение сжимающих осевых сил

Максимальные сжимающие силы в обмотках: Fсж1 = F’ос = 2349 Н.
Наибольшая сжимающая сила наблюдается в середине обмотки НН, где Fсж = 2349 Н.
Напряжение сжатия на междувитковых прокладках, ?_(сж ),МПа:

?_сж=F_сж/(n•a_1•b)•?10?^(-6), (3.32)

где n – число прокладок по окружности обмоток,
b = 0,04 м – ширина прокладки,

?_сж=1469/(4•0,017•0,04)•?10?^(-6)=1,08МПа,
Температура обмотки, через четыре секунды, после возникновения короткого замыкания, ? °, С:

?=(670•t_к)/(12,5•(u_к/J_2 )^2-t_к )+?_н, (3.33)

где tк = 4с – наибольшая продолжительность короткого замыкания на выводах масляного трансформатора,
?н = 90° С – начальная температура обмотки,

?=(670•4)/(12,5•(8,7/1,508)^2-4)+90=90 ° С,

что ниже допустимой 250°С.


4 Расчет магнитной системы

4.1 Определение размеров магнитной системы и массы стали
Принята конструкция трехфазной плоской шихтованной магнитной системы, собираемой из пластин холоднокатаной анизотропной рулонной стали марки 3404 0,35 мм по рисунку 2. Сечение стержня представлено на рисунке 3 и сечение ярма на рисунке 4.





Рис. 2 – Основные размеры магнитопровода. Масштаб 1:10




Рис. 3 – Сечение стержня. Масштаб 1:1





Рис. 4 – Сечение ярма. Масштаб 1:1

Принимаем конструкцию плоской трёхфазной шихтованной магнитной системы с четырьмя косыми и двумя прямыми стыками на среднем стержне. Прессовка стержня – путём забивания деревянных стержней и палок между стержнем и обмоткой НН. Прессовка ярма – прессующими балками и шпильками.
Диаметр стержня d = 0,125 м. В сечении стержня 6 ступеней без прессующей пластины. В сечении ярма 5 ступени. Ширина крайнего наружного пакета 65 мм. Размеры пакетов в сечения стержня и ярма заносим в таблицу 3.

Таблица 2. Размеры пакетов в сечении стержня и ярма:
№ пакета Стержень, мм Ярмо, мм
1 120?18 120?18
2 105?18 105?16
3 95?6 95?6
4 86?6 85?6

Продолжение таблицы 2


№ пакета Стержень, мм Ярмо, мм
5 65?7 65?7
6 40?6 –


Общая толщина пакетов стержня (ширина ярма) 0,124 м. Площадь ступенчатой фигуры сечения стержня:
Площадь сечения стержня: Пфс = 112,3 см2 = 0,01123 м2.
Площадь сечения ярма: Пфя = 115,3 см2 = 0,01249 м2.
Объем магнитной системы: Vу = 1299 см3 = 0,001194 м3.
Активное сечение стержня, П_с м2:

П_с=k_з•П_фс,

П_с=0,96•0,01219=0,01089 м^2.

Активное сечение ярма, П_я м2:

П_я=k_з•П_фя, (4.1)

П_я=0,97•0,01249=0,01118 м^2.

Объем стали угла магнитной системы, V_(у.ст) м3:

V_(у.ст)=k_з•V_у, (4.2)

V_(у.ст)=0,96•0,001194=0,000116 м^3.

Длина стержня, l_c м:

l_c=l_1+2•l_02,

l_c=0,312+2•0,075=0,462 м.

Расстояние между осями стержней, C м:

C=?D^?_2+a_22,

C=0,02+0,341=0,361 м.

Массы стали в стержнях и ярмах магнитной системы.
Масса стали угла магнитной системы, G_у кг:

G_у=V_(у.ст)•?_ст, (4.3)

где ?ст = 7650 кг / м3,

G_у=0,000116•7650=8,87 кг,

Массы стали частей ярм, заключенных между осями крайних стержней, ?G^?_я кг:

?G^?_я=2•П_я•2•С•?_ст, (4.4)

?G^?_я=2•0,361•2•0,0118•7650=123,5 кг.

Массы стали в частях ярм,G’’я ,кг:

?G^?_я=2•G_у, (4.5)
,

?G^?_я=2•8,87=17,74 кг.

Полная масса двух ярм, Gя кг:

G_я=?G^?_я+?G^?_я, (4.6)

G_я=123,5+17,74=141,24 кг.

Массы стали стержней в пределах окна магнитной системы, G’с кг:

?G^?_с=3•l_с•П_с•?_ст, (4.7)

?G^?_с=3•0,01089•0,462•7650=115,465 кг.

Масса стали в местах стыка пакетов стержня и ярма, G’’с кг:

?G^?_с=3•(П_с•a_1я•?_ст-G_у ), (4.8)
a1я = 0.125 м – ширина стыкуемых пакетов стержня и ярма,

?G^?_с=3•(0,01089•0,120•7650-8,87)=3,38 кг.

Масса стали стержней, Gс кг:

G_с=?G^?_с+?G^?_с, (4.9)

G_с=115,465+3,38=118,845 кг.

Общая масса стали, Gст, кг:

G_ст=G_я+G_с, (4.10)

G_ст=118,845+141,24=260,08 кг.


4.2 Расчет потерь холостого хода

Индукция в стержне, B_с Тл:

B_с=u_в/(4,44•f•П_с ),

B_с=3,75/(4,44•50•0,01089)=1,55 Тл.

Индукция в ярме, B_я Тл:

B_я=u_в/(4,44•f•П_я ),

B_я=3.75/(4,44•50•0,01118)=1,51 Тл.

Индукция на косом стыке, Тл:

B_кос=B_с/v2,

B_кос=1,55/v2=1,1 Тл.

Площади сечения немагнитных зазоров на прямом стыке среднего стержня равны соответственно активным сечениям стержня и ярма.
Площадь сечения стержня на косом стыке, Пкос м2:

П_кос=v2•П_с,

П_кос=v2•0,01089=0,015 м^2.

Удельные потери для стали стержней, ярм и стыков для стали марки 3404 толщиной 0,35 мм:
при Bс = 1,55 Тл pс = 1,207 Вт / кг pз.с = 615 Вт / м2;
при Bя = 1,51 Тл pя = 1,134 Вт / кг pз.с = 585 Вт / м2;
при Bкос = 1,1 Тл pкос = 375 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).
Принимаем:
kпр = 1,05 – коэффициент, учитывающий способ резки полосы рулона на пластины;;
kпз = 1 – коэффициент, учитывающий срезание заусенцев;
kпя = 1 – коэффициент увеличения потерь, зависящий от формы сечения ярма;
kпп = 1,03 – коэффициент, влияния прессовки на потери х.х.;
kпш = 1,05 – коэффициент перешихтовки верхнего ярма;
kпу = 10,18 – коэффициент увеличения потерь в углах магнитной системы.
Тогда потери холостого хода составят, P_х , Вт:

P_х=[-(k_пр•k_пз•(-(p_с•G_с+p_я•?G^?_я-@-4•p_я•G_у+(p_с+p_я)/2•k_пу•G_у ))+@+?p_з•П_з•p_з )]•k_пя•k_пп•k_пш,

P_х=[1,05•1•(-(1,207•118,845+1,134•141,24-4•1,134•8,87+@+(1,207+1,134)/2•10,18•8,87))+4??0,015•375+1•0,01089•615+2•0,01118•585]?
?1•1,03•1,05=447,12 Вт,


4.3 Расчет тока холостого хода

Находим удельные намагничивающие мощности:
при Bс = 1,55 Тл qс =1,575 В?А/кг qсз =20700 В?А/м2;
при Bя = 1,51 Тл qя =1,408 В?А/кг qся =17960 В?А/м2;
при Bкос = 1,1 Тл qкос = 4000 В?А/м2.
Для принятой конструкции магнитной системы и технологии ее изготовления используем коэффициенты:
kтр = 1,18 – коэффициент, учитывающий влияние резки полосы рулона на пластины;
kтз = 1 – коэффициент, учитывающий срезание заусенцев;
kт.пл = 1,25– коэффициент учитывающий ширину пластин в углах магнитной системы;
kтя = 1 – коэффициент, учитывающий форму сечения ярма;
kтп = 1,05 – коэффициент, учитывающий прессовку магнитной системы;
kтш = 1,05 – коэффициент, учитывающий перешихтовку верхнего ярма.
kту = 42,45 – коэффициент увеличения потерь в углах магнитной системы.
Тогда намагничивающая мощность холостого хода составит, Q_x ,В?А:

Q_x=[-(k_тр•k_тр•(-(q_с•G_с+q_я•?G^?_я-4•q_я•G_у+@+(q_с+q_я)/2•k_ту•k_(т.пл)•G_у ))+@+4•q_кос•П_кос+?1•q?_сз•П_с+2•q_ся•П_я )]•k_тя•k_тп•k_тш, (4.11)

Q_x=[-(1.18•1•(-(1,575•118,845+1,408•100,14-4•1,408•8,87+@+(1,575+1,408)/2•42,45•1,25•8,87))+@+4•4000•0,015+4•20700•0,01089+@2•17960•0,01118)]?
?1,05•1,05=2802,04 В•А.

Ток холостого хода, i_0 , %:

i_0=Q_х/(10•S),

i_0=2802,04/(10•100)=2,8 %,

Активная составляющая тока холостого хода, i_0a, %:

i_0a=P_х/(10•S),

i_0a=447,12/(10•100)=0,45%.

Реактивная составляющая тока холостого хода, i_0р, %:

i_0р=v(i_0^2-i_0a^2 ),

i_0р=v(?2,8?^2+?0,45?^2 )=2,7 %.


5 Тепловой расчет трансформатора

5.1 Тепловой расчет обмоток
Внутренний перепад температуры обмотки НН, ?_01, °С:

?_01=(q_1•?)/?_из , (5.1)

Где ? = 0,25 • 10-3 м – толщина изоляции провода на одну сторону,
?из = 0,17 Вт/(м ? °С) – теплопроводность бумажной пропитанной маслом изоляции провода,

?_01=(794,8•0,25•?10?^(-3))/0,17=0,905 ?.

Внутренний перепад температуры обмотки ВН, ?02, °С:

?_02=(q_2•?)/?_из , (5.2)

?_02=(303,3•0,25•?10?^(-3))/0,17=0,357 ?.

Перепад температуры на поверхности обмотки НН, ?_0м1°С:

?_0м1=k•q_1^0.6, (5.4)

где k = 0,285 – постоянный коэффициент,

?_0м1=0,285•?615,1?^0.6=13,4?.

Перепад температуры на поверхности обмотки ВН, ?0м2, °С:

?_0м2=k•q_2^0.6, (5.5)

?_0м2=0,285•?303,3?^0.6=8,8 ?.


Полный перепад температур от обмотки к маслу, обмотка НН, ?_мср1,?:

?_мср1=?_0м1+?_01

?_мср1=13,4+0,905=14,3 ?.

Полный перепад температур от обмотки к маслу, обмотка ВН, ?_мср1,?:

?_мср2=?_0м2+?_02

?_мср2=8,8+0,357=9,2 ?.





5.2 Тепловой расчет бака

В соответстии с мощностью трансформатора выбираем конструкцию гладкого бака.
Минимальная ширина бака, м:

B=?D?_2+(s_1+s_2+d_1+s_3+s_4+d_2 )•?10?^(-3). (5.6)

где s1 = 40 мм – изоляционное расстояние от изолированного отвода обмотки ВН до собственной обмотки,
s2 = 42 мм – изоляционное расстояние от изолированного отвода обмотки ВН до стенки бака,
s3 = 25 мм – расстояние от неизолированного отвода обмотки НН до обмотки ВН,
s4 = 90 мм – изоляционное расстояние от отвода обмотки НН до стенки бака,
d1 = 10 мм – диаметр изолированного отвода обмотки ВН,
d2 = 20 мм – диаметр неизолированного отвода обмотки НН,

B=0,341+(40+42+20+25+90+10)•?10?^(-3)=0,568 м.

Длина бака, A ,м:
A=2•C+B, (5.7)

A=2•0,361+0,568=1,3 м.

Высота активной части, Hа.ч м:

H_(а.ч)=l_с+2•h_я+n•?10?^(-3), (5.8)

где n = 30 мм – толщина прокладки под нижнее ярмо,

H_(а.ч)=0,462+2•0,12+30•?10?^(-3)=0,732 м.

Принимаем расстояние от верхнего ярма до крышки бака при горизонтальном расположении над ярмом переключателя ответвлений обмотки ВН, Hб, м: Hа.к = 400 мм = 0,4 м.
Глубина бака, м:

H_б=H_(а.ч)+H_(а.к), (5.9)


H_б=0,732+0,4=1,132 м.

Превышение средней температуры трансформаторного масла над температурой окружающего воздуха нагретой обмоткой НН, Q_(мср1 ),?:


? Q?_(мв )=65-Q_(мср .) (5.10)
Q_мв=65-14,3=50,7 ?


Превышение температуры масла в верхних слоях, Q_(мвв ,)?

Q_(мвв )=1,2•Q_(мв1 )

Q_(мвв )=1,2•50,7=60,84?<65?.

Дальнейший расчет проведем для гладкого бака прямоугольной формы.

Поверхность крышки бака, П_кр м2:

П_кр=А•В,
П_кр=1,3•0,568=0,74


Поверхность теплоотдачи прямоугольного бака, П_и, м2:
Для гладкого бака поверхность излучения П_и, равна поверхности конвекции Пк:

П_и=(2•(A+B)•H+П_кр•0,5, (5.11)


? П?_и= 2•(1,3+0,568)•1,132+0,74•0,5=4,7 (5.12)


Следовательно полная поверхность конвекции бака, П_к м2:

П_к=П_и=4,7 (5.13)

Определение превышений температуры масла и обмоток над температурой охлаждающего воздуха.
Среднее превышение температуры наружной поверхности стенки бака над температурой воздуха по ?бв, °С:

?_бв=[(k•(P_х+P_к ))/(2,8•П_и+2,5•П_к )]^0,8, (5.14)

k = 1,05 – коэффициент,

?_бв=[(1,05•(1649,8+447,12))/(2,8•4,7+2,5•4,7)]^0.8=36.06?,

Среднее превышение температуры масла вблизи стенки над температурой внутренней поверхности стенки бака ?мб,?:

?_мб=k_1•0,165•[(k•(P_х+P_к ))/(?-П_к )]^0.6, (5.15)

где k1 = 1, при естественном масляном охлаждении,

?_мб=1•0,165•[(1,05•(1649,8+447,12))/4,7]^0.6=6,5?.

Превышение температуры масла в верхних слоях над температурой окружающего воздуха, ?мвв °С:

?_мвв=?•(?_бв+?_мб ), (5.16)

где ? = 1,2 – коэффициент,

?_мвв=1,2•(36,06+6,5)=51,07?<65?.

Превышение средней температуры обмотки НН над температурой воздуха:

?_(о.в1)=?_01+?_0м1+?_бв+?_мб, (5.17)

где ?о.в1 – превышение средней температуры обмотки НН над температурой воздуха,

?_(о.в1)=0,905+13,4+36,6+6,5=56,8?<60?.

Превышение средней температуры обмотки ВН над температурой воздуха, ?о.в2, ?:

?_(о.в2)=?_02+?_0м2+?_бв+?_мб, (5.18)

?_(о.в2)=0.357+8.8+36,6+6.5=51.07?<65?.

Превышения температуры масла в верхних слоях ?мвв меньше 60°C и обмоток ?ов меньше 65°C, лежат в пределах допустимого нагрева по ГОСТ 11677-85.


6 Характеристики трансформатора

6.1 Внешняя характеристика трансформатора

U_2=f(?) U_ном=690 В u_ka=1,62% u_kp=8,6% kнг=0; 0,25; 0,5; 0,75; 1; 1.25;

U_2=U_ном•[1-k_нг/?10?^2 (U_ka•cos?+U_kp•sin?)-
-?k_нг?^2/(2?•10?^4 ) (U_ka•cos?+U_kp•sin?)^2], (6.1)

где kнг – коэффициент нагрузки.

Индуктивная нагрузка, при cos?=0,8 sin?=0,6,
Емкостная нагрузка, при cos?=0,8 sin?=-0,6,
Активная нагрузка, при cos?=1 sin?=0,

U_2=690•[1-0/?10?^2 (1,62•0.8+8,6•0.6)-
-0^2/(2?•10?^4 ) (1,62•0,8+8,6•0,6)^2]=690 В.

Расчет выходного напряжения при индуктивной, ёмкостной, активной нагрузках при коэффициенте нагрузки от 0 до 1,25, заносим в таблицу 4.

Таблица 4

kнг 0 0.25 0.5 0.75 1 1.25
Uинд 690 678,774 667,367 655,781 644,016 632,07
Uёмк 690 696,633 703,202 709,706 716,146 722,522
Uакт 690 687,2 684,388 681,566 678,731 675,886


Внешняя характеристика представлена на рисунке 5.





Рис. 5 – Внешняя характеристика


6.2 Коэффициент полезного действия трансформатора

Pк = 1649,8. Вт – потери к.з.
Pх = 447,12 Вт – потери х.х.
Sном = 100 кВ?А – номинальная мощность.
kнг = 0; 0,25; 0,5; 0,75; 1; 1,25.

Индуктивная нагрузка, при cos?=0,8 sin?=0,6,
Активная нагрузка, при cos?=1 sin?=0,

?=(1-(k_нг^2•P_к+P_х)/(k_нг•S_ном•cos???+k_нг^2•P_к+P_х ? ))•100%, (7.1)

где ? – коэффициент полезного действия, %,

?=(1-(0^2•1649,8+447,12)/(0•10000•0,8??+0^2•1649,2+447,12? ))•100%=0%,

Расчет коэффициента полезного действия при активной и индуктивной нагрузках при коэффициенте нагрузке от 0 до 1,25, заносим в таблицу 5.

Таблица 5
kнг 0 0,25 0,5 0,75 1 1,25
?инд 0 97,3 97,9 97,8 97,4 97,1
?акт 0 97,8 98,3 98,2 97,9 97,6

Характеристика коэффициента полезного действия представлена на рисунке 6.


Рисунок 6 – Коэффициент полезного действия


Заключение

В данном курсовом проекте был спроектирован трехфазный масляный трансформатор с плоской магнитной системой и медными обмотками.
В процессе расчета несколько значений отклонились от заданных на недопустимую по ГОСТу величину.
Показание напряжения короткого замыкания превысило заданное на 5.5%, что не соответствует ГОСТу 11677-85, для уменьшения данного значения следует уменьшить реактивную составляющую напряжения. Её изменение достигается путем уменьшения осевого витка или радиальных размеров обмоток. Либо для более резкого снижения U_к следует увеличить диаметра стержня магнитной системы, или индукцию.
Ток холостого хода превысил заданное значение на 7%, что не соотвествует ГОСТу 11677-85. Для уменьшения значения тока холостого хода необходим отжиг пластин, покрытие их лаком, прессовка магнитной системы при сборке и перешихтовка верхнего ярма при установке обмоток.
Потери холостого хода превысили заданное значение на 6 %, что не соответствует ГОСТу 11677-85. Для уменьшения P_(х.х.), можно увеличить индукцию магнитной системы выбрав сталь с более мягкой петлей гистерезиса.

- uк = 8,7 %;
- Pк = 1649,8Вт;
- i0 = 2,8 %;
- P0 = 447,12 Вт.


Список использованных источников

1 Тихомиров, П. М. Расчет трансформаторов [Текст] : учеб. пособие для вузов / П. М. Тихомиров.- 5-е изд., перераб. и доп. - М. : Энергоатомиздат, 1986. - 528 с. : Предм. указ.: с. 519-524.
2 Брускин, Д. Э. Электрические машины [Текст] : учеб. для вузов / Д. Э. Брускин, А. Е. Зорохович, В. С. Хвостов . - М. : Высш. шк., 1979.
Ч. 1 : . - , 1979. - 288 с.
3 Сапожников, А. В. Конструирование трансформаторов [Текст] / А. В. Сапожников.- 2-е изд., перераб. - М. ; Л. : Госэнергоиздат, 1959. - 358 с.
4 Дымков, А. М. Расчет и конструирование трансформаторов [Текст] : учеб. для техникумов / А. М. Дымков. - М. : Высш. шк., 1971. - 264 с.





Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.