Силовой трансформатор

Министерство  транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Федеральное государственное бюджетное образовательное  учреждение

высшего профессионального  образования

«Дальневосточный  государственный университет путей  сообщения»

 

 

 

 

 

Кафедра «Электротехника, электроника

и электромеханика»

 

 

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

 

 

по дисциплине «Электромеханика»

на тему

«Силовой трансформатор»

Расчетно-пояснительная  записка

 

 

К.П. ___________________________________

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил

Проверил:

 

 

 

 

 

 

 

Хабаровск

2013

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Федеральное государственное бюджетное  образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Дальневосточный государственный  университет путей сообщения»

 

 

Кафедра «Электротехника, электроника

и электромеханика»

 

 

ЗАДАНИЕ

на курсовой проект по расчету силового трансформатора

студенту    , шифр  -056 

 

Данные для расчета:

Вариант	Тип трансформатора	Мощность S, кВА	Напряжение		Потери мощности		Uк, %	i0, %	Схема и группа соединения обмоток
			UВН, кВ	UНН, кВ	Ркз, кВт	Рх, кВт
84	ТМН-6300/35	6300	20	11	46,5	8	7,5	0,8	Y/D - 11

 

Расчет трансформатора провести в следующем порядке:

1. Определение основных электрических величин
1. Определение линейных и фазных токов и напряжений обмоток высшего напряжения (ВН) и низшего напряжения (НН)
2. Определение испытательных напряжений обмоток
3. Определение активной и реактивной составляющих напряжения короткого замыкания
2. Расчет основных размеров трансформатора
1. Выбор схемы и конструкция сердечника
2. Выбор марки и толщины листов стали и типа межлистовой изоляции. Выбор величины магнитной индукции в сердечнике
3. Выбор материала обмоток
4. Выбор конструкции и определение размеров основных промежутков главной изоляции обмоток
5. Выбор коэффициента соотношения основных размеров трансформатора b
6. Определение диаметра стержня и высоты обмотки. Предварительный расчет сердечника.
3. Расчет обмоток ВН и НН
1. Выбор типа обмоток ВН и НН
2. Расчет обмотки НН
3. Расчет обмотки ВН
4. Определение характеристик короткого замыкания
1. Определение потерь короткого замыкания
2. Определение напряжения короткого замыкания
3. Определение механических сил в обмотках
5. Окончательный расчет магнитной системы
1. Определение размеров пакетов и активных сечений стержня и ярма
2. Определение веса стержня и ярма и веса стали
3. Определение потерь холостого хода
4. Определение тока холостого хода
6. Тепловой расчет и расчет охладительной системы
1. Поверочный тепловой расчет обмоток
2. Расчет охладительной системы (бака и охладителей)
3. Определение повышенной температуры обмоток и масла над воздухом
4. Определение веса масла и основных размеров расширителя

 

Проект оформляется  в виде расчетно-пояснительной записки  и  чертежей. В расчетно-пояснительной  записке приводятся краткие пояснения  хода расчетов с обоснованием выбора параметров и конструкция узлов со ссылкой на страницы, таблицы и формулы методических пособий и учебников. Также в ней приводятся эскизы и схемы рассчитываемых узлов с обозначением тех параметров, которые используются в формулах. Чертежи трансформатора выполняются карандашом на одном-двух листах формата А1. На них должны быть показаны: общий вид трансформатора в двух проекциях с указанием основных размеров, разрез части стержня с обмотками и деталями и их крепления, отдельные важные узлы (по выбору студента), спецификация.

 

Рекомендуемая литература

1. Тихомиров П.М. Расчет трансформаторов. – М.: Госэнергоиздат. – 1968, 1986.
2. Сечин В.И. Проектирование силовых трансформаторов: учебное пособие. – Хабаровск: Изд-во ДВГУПС. – 2005.
3. Сечин В.И. Расчет силовых трансформаторов: учебное пособие. – Хабаровск: Редакционно-издательский отдел ДВГАПС. – 1993.
4. Худяков А.В. Ремонт трансформаторов. – М.: Высшая школа. – 1986.
5. Сапожников А.В. Конструирование трансформаторов. – М.: Госэнаргоиздат. – 1959.
6. Фарбман С.А., Бун А.Ю. Ремонт и модернизация трансформаторов. – М.: Энергия. – 1966.
7. Микнскер Е.Г., Аншин В.Ш. Сборка трансформаторов. – М.: Высшая школа. – 1976.
8. Герасимова Л.С., Дейнега И.А. Технология и оборудование производства трансформаторов. М.: Энергия. – 1972, 1982.
9. Гончарук А.И. Расчет и конструирование трансформаторов. – М.: Энергоиздат. – 1990.

 

Задание выдано __________________

 

Срок сдачи ______________________

 

Руководитель курсового 

проектирования 

Содержание

 

Введение

Трансформатором называется статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанные обмотки и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем.

Силовой трансформатор является одним из важнейших элементов каждой электрической сети. Передача электрической энергии на большие расстояния от места ее производства до места потребления требует в современных сетях не менее чем пяти-шестикратной трансформации в повышающих и понижающих трансформаторах.

Особо важными задачами являются повышение  качества трансформаторов, использование  прогрессивной технологии их производства, экономия материалов при их изготовлении и возможно низкие потери энергии  при их работе в сети. Экономия материалов и снижение потерь особенно важны в распределительных трансформаторах, в которых расходуется значительная часть материалов и возникает существенная часть потерь энергии всего трансформаторного парка.

Целью данного курсового проекта на тему «Силовой трансформатор» является формирование навыков конструкторской работы, освоение и закрепление материала лекционных и лабораторных занятий.

1. Определение основных электрических величин

1. Определение линейных и фазных токов и напряжений обмоток ВН и НН

Расчет проводим для трехфазного трансформатора стержневого типа.

Расчеты трансформатора выполняются по методике, изложенной в [1].

Мощность  одной фазы трансформатора:

 кВА,

где – номинальная мощность трансформатора, кВА;

 – число фаз.

Мощность на одном стержне

 кВА,

где – число активных (несущих обмотки) стержней трансформатора.

Номинальный линейный ток обмотки  ВН трехфазного трансформатора:

 А,

где – номинальное линейное напряжение обмотки ВН, В.

Номинальный линейный ток обмотки  НН:

 А,

где – номинальное линейное напряжение обмотки ВН, В.

В соответствии с заданием, выбираем схемы и группу соединения обмоток . Выбранные схемы предусмотрены Государственным стандартом и предназначены для трехфазных двухобмоточных трансформаторов. Фазный ток обмотки ВН при соединении ее в звезду равен линейному:

 А,

где – фазный ток обмотки ВН, А.

Фазный ток обмотки НН при  ее соединении в треугольник

 А,

где – фазный ток обмотки НН, А.

Фазное напряжение обмотки ВН при соединении ее в звезду:

 В;

Фазное напряжение обмотки НН при  соединении ее в треугольник:

 В.

2. Определение испытательных напряжений обмоток

Выбираем испытательные напряжения обмоток по табл. 4.1 [1]: для обмотки ВН кВ; для обмотки НН кВ.

3. Определение активной и реактивной составляющих напряжения короткого замыкания

Активная составляющая напряжения короткого замыкания:

.

Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания:

.

2. Расчет основных размеров трансформатора

1. Выбор схемы и конструкция сердечника

Согласно указаниям §2.3 [1] выбираем трехфазную стержневую шихтованную магнитную систему с косыми стыками на крайних стержнях и прямыми стыками на среднем стержне. План шихтовки представлен на рис. 2. Ярмо многоступенчатое, число ступеней шесть, коэффициент усиления ярма , по табл. 8.7 [1].

В сечении стержня восемь ступеней, коэффициент заполнения круга , согласно табл. 2.5 [1]; изоляция пластин – нагревостойкое изоляционное покрытие; коэффициент заполнения сечения стержня электротехнической сталью , по табл. 2.2 [1].

Коэффициент заполнения сталью: .

2. Выбор марки и толщины листов стали и типа межлистовой изоляции. Выбор величины магнитной индукции в сердечнике

Согласно рекомендациям §2.2 [1] выбираем материал магнитной системы – холоднокатаную текстурованную рулонную электротехническую сталь марки 3404 толщиной 0,30 мм.

 

Рис. 2. План шихтовки магнитной системы

 

Индукция в стержне   Тл согласно рекомендациям табл. 2.4 [1].

Индукция  в ярме Тл.

Число зазоров в магнитной системе: на косом стыке четыре, на прямом три. Индукция в зазоре на прямом стыке:  Тл; на косом стыке:  Тл.

По табл. 8.10 [1] определяем удельные потери в электротехнической стали: в стержнях  Вт/кг; в ярмах  Вт/кг.

По табл. 8.17 [1] удельные намагничивающие мощности: в стержнях  ВА/кг; в ярмах  ВА/кг; для немагнитных зазоров в прямых стыках  ВА/м²; для немагнитных зазоров в косых стыках  ВА/м².

3. Выбор материала обмоток

Согласно рекомендациям §1.1 [1], в целях экономии электролитической меди, в виду большей распространенности и доступности алюминия, принимаем материал обмоток – алюминий.

4. Выбор конструкции и определение размеров основных промежутков главной изоляции обмоток

По табл. 5.8 [1] выбираем предварительно тип обмоток:

– обмотка ВН при напряжении 20 кВ и токе 181,9 А – цилиндрическая многослойная из прямоугольного алюминиевого провода;

– обмотка НН при напряжении 11 кВ и токе 190,9 А – цилиндрическая многослойная из прямоугольного алюминиевого провода.

Для испытательного напряжения обмотки  ВН  кВ по табл. 4.5 [1] находим изоляционные расстояния: мм (согласно примечанию 1 к табл. 4.5 [1], т.к. выбрана цилиндрическая обмотка и необходим электростатический экран); мм;  мм; мм; мм;  мм;  мм.

Для испытательного напряжения обмотки  НН  кВ по табл. 4.4 [1] находим изоляционные расстояния:  мм;  мм;  мм; мм;  мм.

На рис. 1 представлен эскиз элементов изоляции, выполненный в масштабе в соответствии с выбранными размерами.

Рисунок 1. Главная изоляция обмоток ВН и НН для испытательных напряжений 55 и 35 кВ

– – – – возможные пути разряда, определяющие выступ цилиндра

 

Ширина приведенного канала рассеяния  :

 м,

где м;

 – по табл. 3.3 [1].

5. Выбор коэффициента соотношения основных размеров трансформатора

По табл. 3.6 [1] находим коэффициент, учитывающий отношение основных потерь в обмотках к потерям короткого замыкания и по табл. 3.4 и 3.5 [1] – постоянные коэффициенты для алюминиевых обмоток: ; . Принимаем коэффициент Роговского (коэффициент приведения идеализированного поля рассеяния к реальному).

По формулам (3.30), (3.36), (3.43), (3.44), (3.52), (3.65) [1] находим коэффициенты:

;

 кг;

 кг,

где м;

где согласно рекомендациям на стр. 126 [1];

 кг;

 

где .

6. Определение диаметра стержня и высоты обмотки. Предварительный расчет сердечника

В современных экономических условиях определяющими факторами оптимизации трансформаторов являются  снижение относительной массы, уменьшение габаритов, затрат материалов и повышение энергетических показателей. Определение основных размеров трансформатора проведем по ускоренному методу.

По табл. 2.5 [1] принимаем рекомендованный диаметр стержня  м.

;

; ;

.

Значение  лежит в рекомендованном табл. 3.12 [1] пределе – 1,2…1,6.

Масса стержней магнитной системы

 кг.

Масса ярм магнитной системы

 кг.

Масса магнитной системы

 кг.

Масса одного угла магнитной системы  по формуле (3.45а) [1]

 кг.

Активное сечение стержня по формуле (3.59) [1]

 м².

Площадь зазора

на прямом стыке:  м²;

на косом стыке:  м².

Для выбранной магнитной системы (рис. 2) потери холостого хода рассчитывают по формуле (8.33) [1]:

,

где – коэффициент, учитывающий добавочные потери, вызванные резкой стали, снятием заусенцев, прессовкой магнитной системы и перешихтовкой верхнего ярма, а также потери в зоне зазора; по табл. 8.14 [1];