Учебная работа. Проектирование трансформатора

Учебная работа. Проектирование трансформатора

СОДЕРЖАНИЕ

• ВВЕДЕНИЕ
• 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
• 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ ТРАНСФОРМАТОРА
• 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕСА АКТИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ
• 4. РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК
• 5. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Электронная энергия имеет ряд преимуществ перед иными формами энергии. Она просто преобразуется в механическую, световую, хим и остальные формы энергии, экономно передается на огромные расстояния, распределяется меж хоть каким числом приемников энергии различной мощности. Потому электронная энергия получила обширное применение во всех областях народного хозяйства — в индустрии, на транспорте, в сельском хозяйстве и др.

В индустрии на базе электрификации все обширнее внедряется всеохватывающая механизация и автоматизация производственных действий. Активно развивается электротехнология — электротермические и электролитические методы получения и обработки металлов. С каждым годом вступают в строй все новейшие и новейшие автоматические полосы машин, цехи и заводы-автоматы. При помощи электроэнергии осуществляется электросварка, закалка стали токами высочайшей частоты и др.

процесс производства и передачи электроэнергии является настолько оживленным и повсевременно подверженным случайным возмущающим действиям, что без автоматического управления его функционирование нереально. Такие его индивидуальности, как равенство в любой момент времени генерируемой и случаем изменяющейся, требуемой перегрузкой, мощностей, время от времени возникающие недлинные замыкания, высочайшая быстротечность электромагнитных и электромеханических переходных действий, определили развитие технических средств автоматического управления еще в исходный период становления электроэнергетики. Под автоматическим понимается управление действием производств, передачи и употребления электроэнергии в целом без конкретного роли человека.

Обычно переменный ток, проходя путь от генератора к пользователю, трансформируется 8-9 раз. Как следует, суммарная мощность силовых трансформаторов в несколько раз превосходит мощности всех генераторов, установленных на электростанциях.

Кроме передачи и распределения электронной энергии меж пользователями силовые трансформаторы находят обширное распространение для особых нагрузок: в разных выпрямительных, преобразовательных, защитных и остальных устройствах. Потому трансформаторы являются более всераспространенными электротехническими устройствами.

Трансформатор — это статический электромагнитный аппарат, служащий для преобразования переменного тока 1-го напряжения в переменный ток другого при постоянной частоте.

Принцип работы трансформатора основан на законе электромагнитной индукции. Конструктивно трансформатор состоит их 2-ух либо нескольких обмоток, связанных электромагнитно. Для усиления магнитной связи меж обмотками трансформатора их располагают на железном сердечнике.

Проектирование новейшего трансформатора состоит из нескольких шагов: разработка эскизного проекта; технического проекта; рабочего проекта и конструкторско-технологической подготовки производства.

В отличие от настоящего проектирования в конструкторских бюро, учебное проектирование имеет свои индивидуальности. Они состоят в том, чтоб учащийся получил способности правильного выбора главных размеров и конструктивных частей отдельных частей трансформатора, удовлетворяющих требованиям задания на проектирование; освоил способы расчета всех технических данных трансформатора.

Для учебного проектирования нередко употребляется не теоретические решения, а полуэмпирические формулы, которые сходу дают возможность отыскать такие главные размеры трансформатора, при которых более возможно удовлетворились бы требования задания на проектирование.

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

1.1 Мощность одной фазы и 1-го стержня , кВА

В согласовании с заданием имеем трехфазный трансформатор стержневого типа с концентрическими обмотками.

кВА, (1.1)

кВА.

1.2 Фазные напряжения и токи:

В. (1.2)

В. (1.2 a)

А. (1.2 б)

А.

А. (1.2 в)

А.

1.3 Активная и реактивные составляющие напряжения КЗ

(1.3)

(1.3 а)

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ ТРАНСФОРМАТОРА

2.1 Выбор плотности тока в обмотках

Потому что материалом обмоток является медь, то для нее плотность тока следует выбирать в границах 2-3,5 А/мм2.

Пусть Д = 3.0 А/мм2.

2.2 Определение поперечника стержня

,

мм (2.2)

Принимаем d = 0,42 м.

Задаем величину магнитной индукции в стержне

= 1,35 Тл.

2.3 Расчет числа витков обмотки НН

(2.3)

.

Где см2;

— определяем по эскизу ступенчатого стержня.

K32=0.95 — коэффициент наполнения.

Набросок 1 — Эскиз ступенчатого стержня

2.4 Расчет числа витков обмотки ВН

(2.4)

2.5 Определение коэффициента трансформации и уточнение числа витков обмотки ВН

(2.5)

Проверим коэффициент трансформации по отношению фазных напряжений

, (2.5a)

Величины вышли так близкие, что пересчитывать число витков нет необходимости.

Определение регулировочных витков обмотки ВН

В согласовании с заданием, обмотка ВН обязана позволять ступенчато регулировать витки выше номинального значения и ниже его. Создать подобающую отпайку для регулирования витков вниз от номинала можно постоянно, а для того, чтоб прирастить количество витков, их необходимо добавочно зарезервировать (предугадать) в обмотке ВН. Надлежащие расчеты сведем в таблице 1.

Таблица 1 — Расчет регулировочных витков обмотки ВН

Регулир.

-5 %

-2.5 %

Номинал

+2.5 %

+5 %

WВН

1700

1744

1789

1834

1878

2.6 Площадь поперечного сечения 1-го витка обмотки ВН

(2.6)

мм2.

Дальше нужно избрать обычное площади поперечного сечения провода обмотки ВН мм2.

Площадь поперечного сечения витка обмотки НН

(2.6a)

мм2.

Принимаем обычное

Набросок 2 — Коэффициент наполнения окна трансформатора обмоточной медью

Коэффициент наполнения окна трансформатора обмоточной медью (без изоляции):

По графику, показанному на рисунке 2 определяем = 0,29; = 0,36.

2.7 Площадь поперечного сечения обмотки НН

(2.7)

см2.

2.8 Площадь поперечного сечения обмотки ВН (с учетом + 5 % регулировочных витков):

(2.8)

см2.

2.9 Расчет размеров главной изоляции окна трансформатора (в согласовании с рисунком 3)

Выпишем главные изоляционные промежутки для нашего варианта: , см (с учетом емкостных и прессующих колец); , см; , см; , см; , см.

Для расчетов целенаправлено принимать последующие соотношение основных изоляционных промежутков

Примем за ранее отношение высоты обмотки НН к ее ширине равным В этом случае .

Набросок 3 — Эскиз окна

Опосля чего же находим:

(2.9)

см.

см.

(2.9 a)

см.

2.10 Высота стержня равна:

(2.10)

см.

2.11 Расстояние меж примыкающими стержнями (ширина окна трансформатора)

(2.11)

см.

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕСА АКТИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ

3.1 Средняя длина витка обмотки НН

(3.1)

см.

3.2 Средняя длина витка обмотки ВН

(3.2)

см.

3.3 Масса обмотки НН

(3.3)

где г = 8,9, кг/дм3 — удельный вес меди.

3.4 Масса обмотки ВН

(3.4)

кг.

3.5 Общий вес обмоточной меди

(3.5)

кг.

3.6 Вес стержней магнитопровода

(3.6)

кг,

где гс = 7,65, кг/дм3 — удельный вес электротехнической стали.

3.7 Вес верхнего и нижнего ярма

(3.7)

кг,

где длина ярма , а площадь поперечного сечения ярма в данном случае принята равной площади поперечного сечения стержня.

3.8 Вес участков сопряжения стержней и ярм магнитопровода

(3.8)

кг.

3.9 Общий вес стали магнитопровода

(3.9)

кг.

4. РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК

трансформатор электронный магнитопровод обмотка

4.1 Расчет утрат холостого хода, Вт

(4.1)

Вт.

Данная величина вышла на 2,7 % больше, чем в задании. Эту величину следует признать удовлетворительной, потому что погрешность не превосходит допустимой.

4.2 Расчет реактивной составляющей тока холостого хода

(4.2)

4.3 Расчет активной составляющей тока холостого хода:

(4.3)

%.

4.4 Расчет тока холостого хода

, %.

Данная величина вышла больше, чем в задании на 14 %, что полностью допустимо, потому что погрешность не превосходит допустимой.

4.5 Расчет утрат КЗ в обмотках:

(4.5)

Вт.

4.6 Расчет утрат в отводах:

(4.6)

Вт.

4.7 Расчет утрат в стенах бака можно провести по (31) либо так

(4.7)

, Вт.

4.8 Расчет утрат КЗ

(4.8)

= 79810 + 86 + 4500 = 84400, Вт.

4.9 Расчет активной составляющей напряжения КЗ

(4.9)

%.

4.10 Расчет реактивной составляющей напряжения КЗ

(4.10)

(4.10 а)

(4.10 б)

см.

см.

тогда:

4.11 Расчет напряжения КЗ

, (4.11)

,%.

Данная величина вышла больше той, что обсуждена заданием, но погрешность равна 1,6 %, что меньше допустимой погрешности 5 % в данном случае.

4.12 Расчет данных к построению наружной свойства.

Так как наружная черта является, на самом деле, прямой линией, то для ее построения довольно найти две точки. Расчет следует вести для 2-ух значений коэффициента мощности 0,8 и 1,0. Исходная точка наружной свойства (холостой ход) будет общей для обеих черт: при холостом ходу величина напряжения равна 100 %.

Рассчитаем изменение напряжения под перегрузкой при по известной формуле

, (4.12)

%.

Если ,

,%.

Для большей наглядности эти две линейные зависимости следует выстроить на общем графике.

Набросок 4 — Наружная черта трансформатора.

4.13 Расчет кривой КПД зависимо от перегрузки

(4.13)

Результаты расчетов кривых КПД зависимо от коэффициента перегрузки приведем в таблице 2 для 2-ух значений коэффициента мощности 1,0 и 0,8.

Таблица 2 — Результаты расчетов кривых КПД

з

98,169

99,105

99,14

99,13

99,08

99,02

98,95

98,87

98,78

98,7

kН

0,1

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

1,1

з

98,53

99,28

99,31

99,3

99,26

99,21

99,16

99,09

99,03

98,95

Рассчитанные зависимости КПД следует представить на графике. Беря во внимание то событие, что форма этих черт и их вид подобны, приведем лишь зависимость с коэффициентом мощности, равным 0,8, как более соответствующей величиной для практики эксплуатации трансформаторов. Таковая черта приведена на рисунке 5.

Набросок 5 — Зависимость КПД рассчитываемого трансформатора от величины перегрузки при коэффициенте мощности 0,8 (индуктивный)

5. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА

Определение геометрических размеров бака

5.1 Общая высота магнитопровода трансформатора

(5.1)

м.

5.2 Наружный поперечник обмотки ВН

(5.2)

42 + 2(2 + 6,798 + 2+8,856) = 81,30 см.

5.3 Общая длина магнитопровода трансформатора с обмотками

+ 2(2 + 6,798 + 2 + 8,856) = 247,527 см. (5.3)

5.4 Габаритные размеры активной части трансформатора

(5.4)

=115,6•247,5•81,3 см.

5.5 В согласовании с таблицей 10 высота бака равна

(5.5)

115,6 + 95 =210,6 см.

5.6 Расстояние от обмотки ВН до стены бака с широкой стороны в согласовании с советами

15 см 115/35 = 49 см.

5.7 Расстояние от обмотки ВН до округлой части бака

49/2 = 24,5 см.

5.8 Длина бака = 247,5 + 49 = 296,5 см.

5.9 Ширина бака = 81,3 + 49 2 = 179,3 см.

5.10 Площадь боковой поверхности бака

(периметр бака) (5.10)

3,472(0,5832 + р 1,79) = 23,563 м2.

5.11 Площадь поверхности верхней крышки

м2. (5.11)

При определении площади остывания радиаторов (таблица 12) подступает размер А = 2000 мм (потому что высота бака 210,6 мм). На нашем баке можно расположить до 10 радиаторов, что было испытано на подготовительном эскизе системы остывания. Избираем количество радиаторов (), равное 7.

5.12 Общая площадь поверхности остывания в этом случае равна:

(5.12)

7•18,9 + 23,563 + 0,75•3,56 = 158,533 м2.

5.13 Удельные утраты в трансформаторе

, (5.13)

Вт/м2.

5.14 Средний перегрев масла

, ?С. (5.14)

5.15 Отношение центров высот для определения поправки по таблице из литературы

Центр утрат = 115,6/2=57,8 см.

Центр бака 247,5/2 = 123,75 см.

Отношение 57,8/123,75 = 0,47. Для данной для нас величины поправка примерно равна 2,8 ?С.

5.16 Наибольшая температура верхних слоев масла:

(5.16)

?С.

Приобретенная величина меньше допустимой 60?С, потому расчет считаем оконченным.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В крайние годы российскее трансформаторостроение продолжало наращивать выпуск силовых трансформаторов, с одновременным расширением шкал мощностей и напряжений. Мощность трехфазного трансформатора в одной единице достигнуло 1000 МВА, высшее напряжение трансформатора 1150 кВ. Проектируются и выпускаются заводами серии трансформаторов с новенькими конструкциями магнитных систем, обмоток и систем остывания. Совершенствуется разработка производства трансформаторов. Развиваются работы по исследованию полей рассеяния, дополнительных утрат в трансформаторах, механических сил при маленьких замыканиях, систем остывания и др. Разрабатываются новейшие способы расчета разных характеристик трансформаторов с широким внедрением находящихся в распоряжении научных учреждений и заводов средств вычислительной техники, новейших программных товаров.

В крайние время ведутся работы по исследованию магнитного поля рассеяния и электронного поля трансформатора. В итоге этих исследовательских работ разрабатываются способы расчета дополнительных утрат в обмотках и конструктивных сталях трансформатора и способы расчета механических сил на базе расчета поля рассеяния, также расчета изоляции трансформатора на базе расчета электронного поля. Расчетные методики для этих явлений различаются большенный сложностью, обычно, требуют внедрения средств вычислительной техники и новейших программных товаров, позволяющих проводить расчеты численными способами, а именно, способом конечных частей.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 Проектирование электронных машин: Учеб. пособие для вузов/ И. П. Копылов, Ф. А. Горяинов, Б. К. Клоков и др.; под ред. И. П. Копылова. — М.: Энергия, 1980. — 496 с., ил.

2 Расчет трансформаторов: Учеб. пособие для вузов/ Тихомиров П. М. — 5-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1986. — 528 с.: ил.

3 Проектирование силовых трансформаторов для автоматических систем электроснабжения: учеб. пособие / А. В. Кононенко, Д. А. Тонн. Воронеж: ГОУВП «Воронежский муниципальный технический институт», 2007. — 126 с.

]]>