(5 оценок, среднее: 4,80 из 5)
Загрузка...
Учебная работа. Проектирование преобразовательного трансформатора типа ТМПЖ–10000/35
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
ЗАДАНИЕ 5
1. Подготовительный расчёт магнитопровода
1.1 Выпрямленное напряжение холостого хода
1.2 Средняя мощность выпрямленного тока
1.3 Номинальная мощность первичной обмотки
1.4 Номинальное фазное напряжение обмотки высочайшего напряжения
1.5 Номинальное фазное напряжение обмотки низкого напряжения
1.6 Номинальный фазный ток обмотки высочайшего напряжения
1.7 Номинальный фазный ток обмотки низкого напряжения
1.8 Предварительное число витков обмотки низкого напряжения
1.9 Предварительное число витков обмотки высочайшего напряжения
1.10 Намагничивающие силы обмоток
1.11 Расчёт высоты стержня
1.12 Расчёт поперечника стержня
2. КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЁТ ОБМОТОК
2.1 Расчёт обмотки высочайшего напряжения
2.1.1 Высота обмотки
2.1.2 Сечение витка обмотки высочайшего напряжения
2.1.3 Предварительное число катушек обмотки высочайшего напряжения
2. КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЁТ ОБМОТОК
2.1 Расчёт обмотки высочайшего напряжения
2.1.1 Высота обмотки
2.1.2 Сечение витка обмотки высочайшего напряжения
2.1.3 Предварительное число катушек обмотки высочайшего напряжения
2.1.4 Число витков в катушке высочайшего напряжения
2.1.5 Распределение витков и катушек обмотки высочайшего напряжения
2.1.6 Внутренний поперечник обмотки высочайшего напряжения
2.1.7 Наружный поперечник обмотки высочайшего напряжения
2.1.8 Средний поперечник обмотки высочайшего напряжения
2.1.9 Масса обмотки высочайшего напряжения
2.1.10 Удельная термическая перегрузка обмотки высочайшего напряжения
2.2 Расчет обмотки низкого напряжения
2.2.1 Сечение витка обмотки НН
2.2.1 Сечение витка обмотки низкого напряжения
2.2.2 Число катушек в обмотке низкого напряжения
2.2.3 Число катушек в одной параллельной группе
2.2.4 Число витков в катушке
2.2.5 Внутренний поперечник обмотки низкого напряжения
2.2.6 Внешний поперечник обмотки низкого напряжения
2.2.7 Средний поперечник обмотки низкого напряжения
2.2.8 Высота обмотки низкого напряжения
2.2.9 Масса меди обмотки низкого напряжения
2.2.10 Удельная термическая перегрузка обмотки низкого напряжения, Вт/ м2:
2.3 Строение трансформатора
3. РАСЧЕТ НАПРЯЖЕНИЙ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
3.1 электронные утраты в обмотках
3.2 Полные утраты с учетом утрат в отводах, от вихревых токов и потоков рассеяния
3.3 Активная составляющая напряжения недлинного замыкания
3.4 Реактивная составляющая напряжения недлинного замыкания
3.5 Полное напряжение недлинного замыкания
4. ОКОНЧАТЕЛЬНЫЙ РАСЧЕТ МАГНИТОПРОВОДА
4.1 Активное сечение стержня
4.2 Активное сечение ярма
4.3 Строение стержня
4.4 Масса стержней
4.5 Масса ярма
4.6 Масса магнитопровода с учетом углов и остальных частей
4.7 Удельный расход стали
4.8 Окончательное
4.9 Удельные утраты в стали
4.10 Утраты холостого хода (утраты в стали)
4.11 Активная составляющая тока холостого хода
4.12 Удельная намагничивающая мощность
4.13 Намагничивающая мощность
4.14 Реактивная составляющая тока холостого хода
4.15 Ток холостого хода
5. РАСЧЕТ МЕХАНИЧЕСКИХ сил
5.1 Действующее значение установившегося тока недлинного замыкания
5.2 Ударный ток недлинного замыкания
5.3 Круговые силы
5.4 Напряжение на разрыв в проводе обмотки, мПа
5.5 Осевые силы
5.6 Напряжение на сжатие
6. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ
6.1 Полные утраты в трансформаторе
6.2 Нужная поверхность остывания бака и радиаторов трансформатора при термический перегрузке бака 600 Вт/м2
6.3 Ширина бака
6.4.Боковая поверхность бака
6.5 Поверхность крышки бака
6.6 Полная поверхность бака
6.7 Полная длина бака
6.8 Нужная поверхность радиаторов, их количество и тип
6.9 Температура нагрева обмоток
6.10 Перегрев обмоток над окружающей средой
6.11 Перегрев масла над воздухом
6.12 Превышение температуры масла в верхних слоях
6.13 Температура обмотки в конце процесса недлинного замыкания, когда его отключает защита (tк = 4с),
6.14 Время, в течение которого температура обмотки достигнет 250С. 39
7. КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ
8. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
9. СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Введение
магнитопровод трансформатор обмотка ток
Выпрямление переменного тока на тяговых подстанциях электрифицированных на неизменном токе стальных дорог осуществляется преобразовательным агрегатами, содержащими особый трансформатор, полупроводниковый выпрямитель и вспомогательную аппаратуру. Питание выпрямительного агрегата осуществляется от сети трехфазного переменного тока напряжением U1=110; 35; 10; 6 кВ частотой f1 =50 Гц (единица частоты периодических процессов в Международной системе единиц СИ).
Выпрямитель производит выпрямление переменного тока. Выпрямитель собран на полупроводниковых устройствах. Выпрямленное напряжение Ud зависимо от области внедрения (жд либо промышленный транспорт, метро и городской транспорт) может составлять: 3700; 3300; 1650; 825. 600; 275 В.
Используемый в таковой схеме силовой трансформатор именуется преобразовательным трансформатором. Он служит для согласования напряжения питающей сети и напряжения контактной сети, также для разделения цепи перегрузки от питающей сети.
К вспомогательной аппаратуре относятся сглаживающий фильтр, созданный для уменьшения пульсаций выпрямленного тока в перегрузке (тяговые движки ЭПС), систему автоматического управления агрегатом, также блок сигнализации и защиты.
Преобразовательные трансформаторы по сопоставлению с силовыми трансформаторами общего предназначения владеют отличительных особенностей.
одной из принципиальных особенностей будет то, что вследствие вентильного деяния выпрямителя любой анод его работает лишь в течение части Периода переменного тока, потому условия работы первичной и вторичной обмоток преобразовательного трансформатора неодинаковы. Преобразовательный трансформатор питается с первичной стороны синусоидальным напряжением, а любая фаза вторичной обмотки находится под током лишь часть периода, потому токи в первичной обмотке будут несинусоидальными.
иной индивидуальностью будет то, что недлинные замыкания тяговой сети и перегрузке у преобразовательных трансформаторов происходят существенно почаще, чем у обыденных трансформаторов. Потому преобразовательные трансформаторы должны рассчитываться на завышенную механическую крепкость обмоток и поездов, которые могли бы не один раз выдерживать без остаточных деформаций огромные механические усилия, вызванные токами аварийного недлинного замыкания.
Эти индивидуальности должны учитываться в процессе проектирования трансформатора. Проектирование содержит в себе широкий круг технических вопросцев. Разработка делается на базе выполнения электромагнитного, термического и механического расчетов, обеспечивающих данные главные электронные и эксплуатационные характеристики.
задачка расчета трансформатора не имеет четкого конкретного решения, потому что не представляется вероятным составить систему независящих уравнений первой степени, число которых приравнивалось бы числу определяемых неведомых. Решение таковой задачки обычно достигается методом расчета, нескольких вариантов с учетом ряда допущений и ввода в процессе расчета доп величин, приобретенных на основании скопленного опыта в трансформаторостроении. Все подобные многовариантные расчеты проводятся с внедрением современных ЭВМ (Электронная вычислительная машина — комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач). Из этих вариантов выбирается тот, который владеет лучшими технико-экономическими показателями при наименьшем расходе материалов.
ЗАДАНИЕ
Номинальное выпрямленное напряжение
Ud = 3400 В
Номинальный выпрямленный ток
Id = 1700 A
Номинальное первичное напряжение
U1 = 35 кВ
Схема соединения обмоток трансформатора
Д / Х
Напряжение недлинного замыкания
uk = 8,5 %
1. Подготовительный расчёт магнитопровода
1.1 Выпрямленное напряжение холостого хода
Выпрямленное напряжение холостого хода рассчитывается по формуле:
, (1)
где Ud — номинальное выпрямленное напряжение
uk -напряжение недлинного замыкания
=3650,3 В.
1.2 Средняя мощность выпрямленного тока
Средняя мощность выпрямленного тока рассчитывается по формуле:
где Id -номинальный выпрямленный ток
3650,3·1700·10-3 = 6205,5 кВт.
1.3 Номинальная мощность первичной обмотки
Номинальная мощность первичной обмотки определяется по последующей формуле:
(2)
где kP -коэффициент, зависящий от схемы выпрямленного агрегата; (kP =1,05)
6205,5·1,05 = 6515,8 кВА.
1.4 Номинальное фазное напряжение обмотки высочайшего напряжения
Номинальное фазное напряжение обмотки высочайшего напряжения (сетевой) для схемы Д определяется из соотношения U1ф = U1, как следует U1ф =35 кВ.
1.5 Номинальное фазное напряжение обмотки низкого напряжения
Номинальное фазное напряжение обмотки низкого напряжения (вентильной) определяется по формуле:
(3)
где kU -коэффициент, зависящий от схемы выпрямительного агрегата и схемы соединения обмотки низкого напряжения трансформатора; при мостовой схеме выпрямления и схеме соединения фаз обмотки звездой kU = 2,34.
1560 В.
1.6 Номинальный фазный ток обмотки высочайшего напряжения
Номинальный фазный ток обмотки высочайшего напряжения рассчитывается по формуле:
(4)
62 А.
1.7 Номинальный фазный ток обмотки низкого напряжения
Номинальный фазный ток обмотки низкого напряжения определяется по формуле:
(5)
где коэффициент, зависящий от схемы выпрямительного агрегата и схемы соединения обмотки низкого напряжения; при мостовой схеме выпрямления и соединении обмоток низкого напряжения звездой 0,816.
1387,2 А.
1.8 Предварительное число витков обмотки низкого напряжения
Предварительное число витков обмотки низкого напряжения определяется исходя из значений фазного напряжения обмотки и напряжения, приходящегося на один виток uв/в. Выбор значения uв/в производим по кривой (см. стр.9 [1]) зависимо от номинальной мощности трансформатора. При всем этом предварительное число витков обмотки низкого напряжения составит;
.
Вторичная обмотка низкого напряжения в преобразовательных трансформаторах производится с параллельными ветвями, потому нужно, чтоб число витков было чётным и делилось без остатка на число катушек в одной параллельной группе, которое также обязано быть чётным.
При S1 = 6515,8 кВА получаем uв/в = 45 В/вит;
34,67.
Принимаем w2 =35 витков
При окончательном расчёте обмотки низкого напряжения может быть будет нужно корректировка витков w2, а потом и витков w1 с соответственной корректировкой предшествующего расчёта.
44,6 В/вит.
1.9 Предварительное число витков обмотки высочайшего напряжения
Предварительное число витков обмотки высочайшего напряжения определяется по формуле:
785,2.
Принимаем 785 витков.
1.10 Намагничивающие силы обмоток
Первой определяем намагничивающую силу обмотки высочайшего напряжения, по формуле:
48670 А.
Дальше рассчитываем намагничивающую силу для обмотки низкого напряжения.
48237 А.
В итоге результирующая сила выходит:
96907 А.
1.11 Расчёт высоты стержня
Высоту стержня определяем по формуле:
(6)
где Ас -линейная перегрузка стержня; определяется по графику, зависимо от номинальной мощности (см. стр. 10 [1]) трансформатора и напряжения первичной обмотки.
При S1 = 6515,8 кВА получаем Ас = 780 А/см
124,2 см.
1.12 Расчёт поперечника стержня
Расчёт поперечника стержня делается по формуле:
(7)
Вс — магнитная индукция в стержне; выбирается зависимо от марки стали и мощности трансформатора; для трансформаторов данного класса Вс = 1,55 — 1,65 Тл;
kс — коэффициент наполнения стали; выбирается зависимо от толщины листов и марки стали kс =0,93 — 0,97;
kкр — коэффициент наполнения круга; зависит от поперечника стержня и мощности трансформатора kкр = 0,85 — 0,92.
Для уменьшения расхода стали поперечник стержня принимают обычным (по нормам СЭВ).
43,6 см.
Принимаем dс = 45 см.
Понятно, что E1 = 4,44f1 ·w1·Ф либо E1 = 4,44f1 ·w1·Вс· Qc. Если f1 и E1 неизменные величины, а Вс выбирается при расчёте, то w1 и Qc могут поменяются в широком спектре. Так, к примеру повышение w1 приводит к уменьшению Qc и напротив.
Сталь на порядок дешевле материала обмоток, потому в силовых трансформаторах данные габаритов масс стали обычно больше массы меди в 2 — 4 раза. При всем этом в нормально спроектированных трансформаторах имеется последующее соотношение высоты и поперечника стержня:
В нашем случае 2,76 что удовлетворяет требованиям.
2. КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЁТ ОБМОТОК
Главными требованиями, предъявляемыми к обмоткам силовых трансформаторов, является электронная и механическая крепкость, нагревостойкость.
изоляция обмоток и остальных частей трансформатора обязана выдерживать без повреждений коммутационные и атмосферные перенапряжения.
Для преобразовательных трансформаторов данной группы обычно проводом прямоугольного сечения, который размещается огромным размером к стержню — «плашмя». Чтоб сделать лучше остывание обмоток они производятся с аксиальными и круговыми масляными каналами. Аксиальные масляные каналы образуются рейками, устанавливаемыми на бекелитовый изолирующий цилиндр с таковым расчётом, чтоб средняя длина по окружности меж рейками lmax не превосходила 15 см. Ширина рейки принимается впр = 2 ч 4 см, а величина масляного канала (толщина рейки) ац = 0,6ч 3 см.
Круговые каналы создаются за счёт меж катушечных прокладок, закреплённых на рейках. Ширина прокладок 2 ч 6 см, высота масляных каналов (толщина прокладок) hк = 5 ч 8 мм. Рейки и прокладки производятся из электрокартона.
Обычно для преобразовательных трансформаторов используют катушечную обмотку.
2.1 Расчёт обмотки высочайшего напряжения
В преобразовательных силовых трансформаторах на стержне располагают обмотку низкого напряжения. На рисунке 1 схематично показано размещение обмоток и главной изоляции трансформатора и изоляционные расстояния обмоток высочайшего и низкого напряжения с учётом норм электронной прочности и особенностей конструкци преобразовательных трансформаторов.
2.1.1 Высота обмотки
Высота обмотки трансформатора определяется по формуле:
мм. (8)
2.1.2 Сечение витка обмотки высочайшего напряжения
мм2. (9)
где 1 — плотность тока в обмотке, 1 = 2,8 А/мм2;
По технологическим суждениям сечение витка не обязано быть наиболее 35 мм2, потому при требуемых огромных сечениях обмотку делают из 2-ух либо время от времени 3-х параллельных проводников. При значениях тока I1ф наиболее 300 А обмотка ВН производится с параллельными ветвями, потому что выполнить обмотку 4-мя и наиболее проводниками параллельно на техническом уровне весьма трудно.
При прямоугольных проводах высочайшая сторона провода В не обязана превосходить размера
где k — коэффициент, учитывающий вытеснение тока; при частоте f1= 50 Гц (единица частоты периодических процессов в Международной системе единиц СИ) принимается k = 1;
q — термическая перегрузка обмотки; для трансформаторов данного класса принимается
q = 1000- 1200 Вт/ м2.
Исходя из опыта проектирования и принимаемых нагрузок получаем
Исходя из перечисленного избираем проводник для обмотки ВН; принимаем один проводник
мм2,
тогда фактическая плотность тока в обмотке ВН составит
А/мм2.
2.1.3 Предварительное число катушек обмотки высочайшего напряжения
Предварительное число катушек обмотки высочайшего напряжения определяется по формуле:
(10)
где hk1 — высота масляного канала; принимаем hk = 6 мм;
— высота провода с изоляцией;
Принимаем 44 катушки
2.1.4 Число витков в катушке ВН
витков (16)
Принимаем WK1 = 11витков, тогда число катушек обмотки ВН составит
Принимаем nK1 = 46 катушек.
2.1.5 Распределение витков и катушек обмотки ВН
Для увеличения надёжности трансформатора при атмосферных и коммутационных перенапряжениях 1-ые к ярму катушки производятся с усиленной изоляцией, а чтоб круговые размеры этих катушек не лупили бы больше главных, число витков в этих катушках миниатюризируется.
При U1 = 35 кВ принимаем 4 катушки с усиленной изоляцией (по две катушки с обеих сторон обмотки).
размеры главный катушки:
осевой = 11,6 мм;
круговой а1= 1,05Wk1m1, (17)
где m1 — число параллельных проводников;
— ширина провода с изоляцией;
мм
Размер катушки с усиленной изоляцией не должен превосходить размер главный катушки, потому число витков в катушке с усиленной изоляцией обязано быть:
(18)
Принимаем Wkу = 10, при всем этом круговой размер катушки с усиленной изоляцией составит:
мм (19)
На рис.1 представлен эскиз главный катушки обмотки ВН
а1 =38,115
Рис. 1
Распределение витков и катушек обмотки ВН:
катушки с усиленной изоляцией nку = 4, Wку = 10, Wу = 40
катушки главные , 11, 462
катушки доп nд = 1, Wкд = 1, Wд = 1
Итого число катушек47, число витков 503
Осевой размер обмотки ВН
высота меди мм;
усиленные каналы мм;
обычные каналы мм
Итого мм;
Усадка изоляции составляет 3-5% от величины изоляции прокладок мм
Итого высота обмотки ВН мм.
2.1.6 Внутренний поперечник обмотки ВН
мм. (20)
2.1.7 Наружный поперечник обмотки ВН
мм. (21)
2.1.8 Средний поперечник обмотки ВН
мм. (22)
2.1.9 Масса обмотки ВН
кг (23)
где П1 — сечение провода обмотки, см2
Д1ср — средний поперечник обмотки, см
— плотность меди; = 8,9 г/см3
C учетом изоляции и отводов масса обмотки ВН составит
кг.
2.1.10 Удельная термическая перегрузка обмотки ВН
, (24)
где К3К1- коэффициент закрытия катушки обмотки ВН;
(25)
где впр- ширина рейки; принимаем впр = 3 см;
ппр- число прокладок;
(26)
Принимаем ппр = 10
где Кq- коэффициент, учитывающий дополнительные утраты; для трансформаторов данного класса Кq= 1,03 — 1,1, принимаем Кq = 1,1
Р1- периметр катушки обмотки ВН
мм (27)
Вт/м2.
Допустимая перегрузка преобразовательных трансформаторов данного класса находится в границах q= 1000- 1200 Вт/м2.
Приобретенное
2.2 Расчет обмотки НН
Обмотка НН производится с огромным числом параллельных групп, потому что номинальный ток обмотки НН существенно больше по отношению к току обмотки ВН.
2.2.1 Сечение витка обмотки НН
мм (28)
Ранее отмечалось, что наибольшее
. (29)
Принимаем N = 6 за ранее, потому что нужно, чтоб число катушек в параллельной группе было четным. Этого можно добиться, если разглядывать несколько вариантов за счет конфигурации размеров провода в и а и числа N.
При наших критериях имеем:
мм2 (30)
Принимаем два параллельных проводника
мм2
Фактическая плотность тока в обмотке НН
А/мм2. (31)
2.2.2 Число катушек в обмотке НН
. (32)
2.2.3 Число катушек в одной параллельной группе
. (33)
Принимаем
Уточняем число катушек обмотки НН
.(34)
2.2.4 Число витков в катушке
. (35)
Принимаем 5.
Уточняем число витков обмотки НН
(36)
Уточняем
В/вит.
В нашем случае корректировка числа витков обмотки ВН не требуется, потому что предварительное и окончательное значения числа витков обмотки НН совпадают.
размеры катушки НН:
осевой мм;
круговой мм (37)
2.2.5 Внутренний поперечник обмотки НН
, (38)
где а12- расстояние меж обмоткой ВН и обмоткой НН одной фазы;
мм; (39)
мм.
2.2.6 Внешний поперечник обмотки НН:
мм. (40)
2.2.7 Средний поперечник обмотки НН
мм. (41)
а2 =48,51
Рис. 3
2.2.8 Высота обмотки НН
высота меди мм; (42)
масляные каналы мм; (43)
Итого мм;
Усадка 5% толщины изоляции мм
Итого высота обмотки НН мм.
2.2.9 Масса меди обмотки НН
кг. (44)
С учетом изоляции и отводов масса меди обмотки НН составит:
кг.
Удельный расход меди:
кг/кВА. (45)
В серийно выпускаемых трансформаторах удельный расход меди составляет
0,25 — 0,5 кг/кВА.
2.2.10 Удельная термическая перегрузка обмотки НН, Вт/ м2:
, (46)
где КЗК2 — коэффициент закрытия катушки НН
(47)
где — число прокладок для обмотки НН;
(48)
Принимаем 13
где — периметр катушки обмотки НН
мм
Вт/м2.
2.3 Строение трансформатора
Поперечник стержня dc = 42см
Цилиндр ВН:
Внутренний поперечник цилиндра 43 см
Толщина цилиндра 0,6 см
Внешний поперечник цилиндра 44,2 см
Масляный канал меж обмоткой ВН 2 см
Обмотка ВН:
Внутренний поперечник 42,6 см
Круговой размер катушки 38,1 см
Внешний поперечник 50,3 см
Масляный канал 2 см
Цилиндр НН:
Внутренний поперечник 82,4 см
Толщина цилиндра 0,6 см
Внешний поперечник 83,6 см
Масляный канал 0,6 см
Обмотка НН
Внутренний поперечник 56,6 см
Круговой размер катушки 36,75 см
Внешний поперечник 64 см
Высота обмотки ВН 812 мм
Высота обмотки НН 742,2 мм
Высота стержня
по обмотке ВН мм;
по обмотке НН мм
Окончательную высоту стержня принимаем по наибольшему значению, 1070мм
Отношение
Расстояние меж осями стержней
см
3. РАСЧЕТ НАПРЯЖЕНИЙ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
3.1 электронные утраты в обмотках
Электронные утраты в обмотках определяются последующим образом:
Вт;
Вт.
3.2 Полные утраты с учетом утрат в отводах, от вихревых токов и потоков рассеяния
Полные утраты с учетом утрат в отводах, от вихревых токов и потоков рассеяния определяется последующим образом:
Вт.
3.3 Активная составляющая напряжения недлинного замыкания
Активная составляющая напряжения недлинного замыкания определяется по формуле:
%.
3.4 Реактивная составляющая напряжения недлинного замыкания
, (18)
где ширина приведенного канала рассеяния;
см; (19)
где средний поперечник меж обмотками ВН и НН
см;
%.
3.5 Полное напряжение недлинного замыкания
%
4. ОКОНЧАТЕЛЬНЫЙ РАСЧЕТ МАГНИТОПРОВОДА
Окончательный расчет магнитопровода проводим по облегченной методике с помощью таблиц, из которых при поперечнике стержня определяем сечение стержня, ярма и строение стержня.
При dc= 45 см имеем см2, см2.
4.1 Активное сечение стержня
Активное сечение стержня определяется по формуле:
см2.
4.2 Активное сечение ярма
Активное сечение ярма рассчитывается по последующей формуле:
см2.
4.3 Строение стержня
Стержень состоит из 10 пакетов и формируется последующими пластинами (ширина толщину) 41038, 39517, 38515, 36817 31016, 29512, 2707, 23012, 2156, 1759 см.
По приобретенным данным нужно выстроить эскиз сечения стержня (рис. 4) и строения магнитопровода (рис. 5).
Ниже представлены формулы, по которым рассчитываются высота и ширина магнитопровода.
Высота магнитопровода см;
Ширина магнитопровода cм.
4.4 Масса стержней
Масса стержней определяется по последующей формуле:
, (20)
где плотность стали: принимаем 7650 кг/м3;
кг.
4.5 Масса ярма
Масса ярма определяется по формуле, представленной ниже:
(21)
где число стержней;
кг.
4.6 Масса магнитопровода с учетом углов и остальных частей
Масса магнитопровода с учётом углов и остальных частей определяется по формуле:
кг.
4.7 Удельный расход стали
Удельный расход стали для трансформатора определяется последующим образом:
кг/кВА,
В серийно выпускаемых трансформаторах этот показатель составляет 0,8 — 1,5 кг/кВА.
4.8 Окончательное
Окончательное
Тл;
Тл.
4.9 Удельные утраты в стали
Удельные утраты в стали определяются по табл.4 (1) исходя из значения индукции в стержне.
При 1,48 Тл получаем = 2,41 Вт/кг
4.10 Утраты холостого хода (утраты в стали)
Утраты холостого хода (утраты в стали) определяются по формуле:
Вт.
4.11 Активная составляющая тока холостого хода
Активная составляющая тока холостого хода рассчитывается по формуле:
А;
В процентах:
%.
4.12 Удельная намагничивающая мощность
Удельная намагничивающая мощность определяется по табл. 4 исходя из значения индукции в стержне.
При 1,48 Тл получаем = 3,45 Вт/кг.
4.13 Намагничивающая мощность
Намагничивающая мощность определяются по формуле:
Вт.
4.14 Реактивная составляющая тока холостого хода
Реактивная составляющая тока холостого хода рассчитывается по формуле:
А;
В процентах:
4.15 ток холостого хода
Ток холостого хода определяется по формуле:
А;
В процентах:
%.
ток холостого хода в серийно выпускаемых трансформаторах данного класса составляет 0,3 — 3,5 % от номинального тока Iн.
5. РАСЧЕТ МЕХАНИЧЕСКИХ СИЛ
Определение механических сил в обмотках трансформатора делается раздельно в осевом и круговом направлениях.
процесс недлинного замыкания, являющийся аварийным режимом, сопровождается неоднократным повышением тока в обмотках трансформатора по сопоставлению с номинальными токами, завышенным нагревом обмоток и ударными механическими силами, действующими на обмотки и их части.
Согласно ГОСТ 11677-85 большая длительность недлинного замыкания принимается продолжительностью до 4 с.
5.1 Действующее
А;
Для уменьшения величины тока недлинного замыкания в силовых трансформаторах напряжение недлинного замыкания лучше иметь несколько больше, но при всем этом растут утраты, то ость миниатюризируется коэффициент полезного деяния. Окончательный выбор делается на основании технико-экономического обоснования.
5.2 Ударный ток недлинного замыкания
Ударный ток недлинного замыкания определяется по формуле:
А; (22)
где КМ — коэффициент, учитывающий апериодическую составляющую тока недлинного замыкания;
;
5.3 Круговые силы
Круговые силы Fp стремятся оттолкнуть одну обмотку от иной. Внутренняя обмотка под действием данной силы сжимается, а внешняя — растягивается.
, Н (23)
где средняя длина витка обмотки, см;
см; (24)
где высота обмотки, см; см;
коэффициент Роговского;
Н.
5.4 Напряжение на разрыв в проводе обмотки, мПа
мПа.
Для данного класса трансформаторов очень допустимое напряжение не обязано превосходить 150 мПа.
5.5 Осевые силы
Осевые сжимающие силы действуют на межкатушечную изоляцию (прокладки):
Н;
где величина, определяющая разность высот обмоток, см;
см;
где m — величина, зависящая от расположения обмоток; в нашем случае m = 1;
см;
Н;
Результирующая сжимающая сила:
Н.
5.6 Напряжение на сжатие
,
где ширина прокладки, мм;
Допустимое
мПа.
Расчетное
=38,2 мПа
6. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ
Термический проверочный расчет трансформатора делается для установившегося режима работы, также в конце процесса недлинного замыкания. Расчетные значения перегревов не должны превосходить допустимые по ГОСТу.
6.1 Полные утраты в трансформаторе
Вт.
6.2 Нужная поверхность остывания бака и радиаторов трансформатора при термический перегрузке бака 600 Вт/м2
м2.
поверхность бака обычно составляет лишь маленькую часть данной поверхности, но определим её.
6.3 Ширина бака
;
где расстояния от обмотки НН до стены бака; зависит от напряжения обмотки и конструкции отводов.
Принимается в спектре 2 -20 см.
см.
6.4 Боковая поверхность бака
,
где коэффициент, учитывающий закрытие бака; ;
высота бака;
м;
где Н — высота магнитопровода;
hБ — зависит от величины напряжения, конструкции выводов и остальных частей; принимается hБ = 50-100 см;
А — ровная часть бака;
см;
м2.
6.5 Поверхность крышки бака
где коэффициент закрытия крышки бака; 0,4-0,5;
м2.
6.6 Полная поверхность бака
м2.
6.7 Полная длина бака
м.
6.8 Нужная поверхность радиаторов, их количество и тип
м2.
С учетом длины и ширины бака, также его высоты избираем нужное количество радиаторов и их тип.
В согласовании с табл.5 избираем двойные радиаторы шириной 598 мм. При длине бака 2,25 м может быть расположить по два радиатора с каждой стороны бака, при всем этом нужная поверхность остывания всякого из их будет составлять
м2.
По табл. 5 избираем радиатор площадью S = 16,5 м2 с расстоянием меж осями патрубков 1500 мм.
Исходя из избранного радиатора имеем:
м2;
м2.
Действительная термическая перегрузка бака составит
Вт/м2.
6.9 температура нагрева обмоток
Пользуясь графиками, представленными на рис.13 и 14 (1). По значению термический перегрузки бака Вт/м2 имеем :
Для обмотки ВН при 747,8 Вт/м2
Для обмотки НН при 770,4 Вт/м2
6.10 Перегрев обмоток над окружающей средой
для обмотки ВН:
С;
для обмотки НН:
Для используемой изоляции класса «А» наибольший перегрев обмоток, согласно ГОСТ, допускается 110С.
6.11 Перегрев масла над воздухом
В согласовании с графиком рис.13 (1) по термический перегрузке бака Вт/т имеем:
6.12 Превышение температуры масла в верхних слоях
где коэффициент, зависящий от конструкции; для трубчатых баков и баков с радиаторами ;
С.
По ГОСТ превышение температуры масла не обязано превосходить значения 60С.
6.13 температура обмотки в конце процесса недлинного замыкания, когда его отключает защита (tк = 4с)
,
где исходная температура обмотки; принимается 90С.
Допустимая температура при маленьком замыкании для трансформаторов с масляным остыванием при медных обмотках и классе изоляции «А» составляет 250С.
С
В нашем случае < 250, что допустимо.
6.14 Время, в течение которого температура обмотки достигнет 250С.
c.
7. КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ
.
8. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Преобразовательный трансформатор типа ТМПЖ-10000/35 двухобмоточный. Обмотки выполнены прямоугольным проводом с масляными каналами в круговом и аксиальном направлениях.
Первичная обмотка ВН имеет одну ветвь с одним проводником. Вторичная обмотка НН имеет 6 параллельных веток с 8 катушками в каждой параллельной группе.
Магнитопровод выполнен из листов электротехнической стали шириной 0,35 мм.
Главные размеры магнитопровода:
dC =42 см
HC =106,2 см
H = 191 см
HC/ dC = 2,55
РХ = 13923,29 Вт
GCT = 5777,3 кг
Бак гладкий с шестью одинарными навесными радиаторами и расширителем. Общие габариты бака:
Длина 2,25 м
Высота 2,6 м
Ширина В = 0,84 м
Напряжение недлинного замыкания Uk = 5,08 %
ток холостого хода IO= 0,62 А, либо iO = 0,49 %
Температура перегрева обмоток:
ВН 1= 103С НН 2= 100С
Наибольший КПД = 98,8%
Главные удельные характеристики:
0,32кг/кВА
кг
1,17 кг/КВА
Таковым образом, спроектированный трансформатор удовлетворяет требованиям ГОСТа и соответствует заданию на проектирование.
9. СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Г.Л. Болдырев, М.Б. Матвеев «Проектирование преобразовательных трансформаторов». Методические указания. СПб.- ЛИИЖТ 1992г. (Л.1)
]]>