Расчет трансформатора ТСЗ

Курсовая работа
Содержание скрыть

1. Описание конструкции и принципа действия трансформатора

1.1 Устройство трансформатора

трансформатор обмотка магнитный цепь

До сравнительно недавнего времени силовые трансформаторы изготовлялись только масляными. Однако в последние два десятилетия появились установки, для которых отсутствие масла является большим преимуществом, а иногда и решающим условием применения трансформатора. Это внутрицеховые трансформаторные подстанции, подстанции внутри жилых и общественных зданий, в метро, шахтные подстанции и т.д. Для этих установок изготавливают сухие силовые трансформаторы напряжением до 20 кВ и мощностью до нескольких тысяч кВА.

Сухие трансформаторы до мощности 200 — 2500 кВА изготовляют обычно с естественным воздушным охлаждением, а большей мощности с дутьём. Магнитопровод может быть плоско шихтованным, изготовлен из электротехнической холоднокатаной стали, а также может быть стыковым.

Особенности воздушного охлаждения заключаются в более широких каналах в стержнях и ярмах магнитопровода (число каналов зависит от размеров магнитопровода и допущенного перегрева).

Отсутствие канала между ярмом и ярмовой балкой, в повышенной нагревостойкости изоляционных деталей.

Рис. 1. Разрез сухого трансформатор 1-ввод ВН; 2-ввод НН; 3-ярмовая балка; 4 — доска зажимов ВН; 5-вентиляция; 6 — обмотки ВН и НН

Обмотки отечественных трансформаторов типа ТСЗ выполняются из алюминиевого провода, а серии ТСЗС — из медного провода с изоляцией класса В по нагревостойкости. Основное отличие обмоток сухих-трансформаторов (применяются обмотки тех же видов что и в масляных, это цилиндрические из прямоугольного провода, и из круглого, а также винтовые обмотки и т.д.) заключается в увеличенных по условию охлаждения каналах. Изоляционные детали обмоток из электрокартона, пропитанного влагостойкими лаками, гетинакса, стеклотекстолита, фарфора. Применение того или иного материала зависит от устройства детали и температуры в месте её установки. Наибольшая нагревостойкость требуется от изоляционных деталей, непосредственно соприкасающихся с проводниками обмоток. В трансформаторах мощностью до 160 кВА осевую стяжку обмоток осуществляют без стального кольца. Осевое давление ярмовые балки передают обмоткам через пропитанные влагостойким лаком деревянные, гетинаксовые, стеклотекстолитовые и фарфоровые прокладки.

Для отводов сухих трансформаторов применяют медные или алюминиевые круглые провода или прямоугольные шины. Регулировочные ответвления обмоток ВН у трансформаторов общего назначения чаще всего выводят на доску зажимов; у специальных трансформаторов они иногда просто зажимаются в планках отводов. Основные отводы BII у трансформаторов общего назначения обычно закрепляются на опорных изоляторах; отводы НН — между фарфоровыми прокладками. У сухих трансформаторах отсутствует бак, расширитель и другие, связанные с ним части. Для механической защиты сухие трансформаторы часто помещают в кожух с естественной вентиляцией. Конструкция кожуха и вводов-зажимов для присоединения трансформатора зависят от его выполнения: как отдельного устройства или как составной части комплектной трансформаторной подстанции.

40 стр., 19552 слов

Тяговая подстанция

... нагрузки. В соответствии с исходными данными был выбран трансформатор ТДТНЖ - 40000/220. 1.2 Разработка однолинейной схемы тяговой подстанции На основании составленной структурной схемы производится разработка однолинейной ... системе "два провода - рельс" (ДПР) и подключения трансформаторов собственных нужд (ТСН - 1 и ТСН - 2). От третьей обмотки главного понижающего трансформатора запитывается РУ - ...

1.2 Принцип действия трансформатора

Принцип действия трансформатора (аналогично электрическим машинам) основан на явлении электромагнитной индукции.

Принцип действия трансформатора рассмотрим на примере простейшего однофазного двухобмоточного трансформатора, электромагнитная система которого приведена на рис. 2.

Такой трансформатор состоит из замкнутого магнитопровода и двух обмоток с числом витков W 1 , W2 .

Магнитопровод трансформатора служит для усиления магнитной связи между обмотками. , Рис. 2. Электромагнитная система однофазного трансформатора:

1, 2 — первичная и вторичная обмотки;

3 — магнитопровод.

Обмотки трансформатора служат для создания магнитного поля, посредством которого осуществляется передача электрической энергии, а также обеспечивают наведение ЭДС, требуемых по условиям эксплуатации трансформатора. Обмотку к которой подводится электрическая энергия, называют первичной, а обмотку, от которой энергия отводится, — вторичной.

При подключении первичной обмотки к источнику переменного тока в витках этой обмотки протекает переменный ток i 1 , который создает в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф. Замыкаясь в магнитопроводе, этот поток сцепляется с обеими обмотками и индуцирует в них ЭДС.

U 1 > I1 > I1 W1 > Ф

В первичной обмотке ЭДС самоиндукции

Во вторичной обмотке ЭДС взаимоиндукции

Ф=Ф m •sinщt.

Т.к. cosщt= — sin (щt-р/2), то

Если sinщt=1, то получим максимальное значение

, щ=2рf,

где в соответствии с обозначениями на рис. 2. f — частота сети; W 1 , W2 — число витков соответствующих обмоток; Ф — максимальное значение синусоидального магнитного потока.

Обмотки W 1 , W2 не имеют электрической связи и поэтому мощность из одной обмотки в другую передается электромагнитным путем.

Делением индуцированных ЭДС получают коэффициент трансформации.

При нагрузке ЭДС вторичной цепи Е 2 вызывает ток I2 . Ток определяется значением полного сопротивления нагрузки, а фазу определяет характер полного сопротивления (активного, индуктивного и емкостного).

Во вторичной обмотке возникает МДС I2 W2 , которая действует против МДС I1 W1 . Однако в результате этого уменьшается также ЭДС E1 , вследствие чего возрастает ток в первичной обмотке.

22 стр., 10735 слов

Расчет масляного трансформатора

... обмоток и эффективных охладителях. В связи с повышением общих требований, предъявляемых энергетикой к силовым трансформаторам, расширением шкалы мощностей и напряжений в последние годы продолжалась работа по стандартизации силовых трансформаторов. ... там, где установка масляных трансформаторов вследствие их взрыво- и пожароопасности ... пластин в углах системы, стяжкой стержней и ярм кольцевыми бандажами вместо ...

Трансформатор — это аппарат переменного тока. Если же его первичную обмотку подключить к источнику постоянного тока, то магнитный поток в магнитопроводе трансформатора также будет постоянным как по величине, так и по направлению, поэтому в обмотках трансформатора не будет наводиться ЭДС, а следовательно, электроэнергия из первичной цепи не будет передаваться во вторичную.

2. Предварительный расчёт трансформатора обобщённым методом

2.1 Определение основных электрических величин

Номинальный (линейный) ток обмотки В.Н.

А.

Номинальный (линейный) ток обмотки Н.Н.

А.

Фазный ток обмотки В.Н. (действующее значение)

А.

Фазный ток обмотки Н.Н. (действующее значение)

А.

Фазное напряжение обмотки В.Н. (действующее значение)

кВ.

Фазное напряжение обмотки Н.Н. (действующее значение)

кВ.

Выбор испытательного напряжения:

испытательное напряжение обмотки В.Н. U исп.в =37 кВ;

  • испытательное напряжение обмотки Н.Н. U исп.н =16 кВ.

Рис. 3. Главная изоляция обмоток сухих трансформаторов

2.2 Определение основных размеров трансформатора

Рассчитываем плоскую стержневую конструкцию с концентрическими обмотками из алюминиевого провода со стержнями, имеющими поперечное сечение в форме ступенчатой фигуры.

По [1] выбираем основные изоляционные расстояния.

Для обмотки В.Н.:

Расстояние от обмотки В.Н. до ярма l 02 =80 мм;

  • Расстояние между обмотками В.Н. и Н.Н. а 12 =40 мм;

Расстояние до соседней обмотки В.Н. а 22 =45 мм.

Для обмотки Н.Н.:

Расстояние от обмотки Н.Н. до ярма l 01 =55 мм;

Расстояние от обмотки Н.Н. до стержня а 01 =27 мм.

Расчет размеров трансформатора , Мощность одной фазы и одного стержня трансформатора

кВА,

Активная составляющая напряжения КЗ

;

Реактивная составляющая напряжения КЗ

;

Определение исходных данных расчета

м,

k =0,6 [1; т. 3.3, прим. 3; с. 121];

  • Согласно указаниям § 2.3 [1] выбираем трехфазную стержневую шихтованную магнитную систему по рис. 2.5, д [1] с косыми стыками на крайних стержнях и прямыми стыками на среднем стержне по рис. 2.17, б [1].

Материал магнитной системы-холоднокатаная текстурованная рулонная сталь марки 3404 толщиной 0,35 мм.

Индукция в стержне В с =1,44 Тл [1; т. 2.4; с. 78]. В сечении стержня восемь ступеней, коэффициент заполнения круга к КР =0,93 [1; т. 2.5; с. 83]; изоляция пластин — нагревостойкое изоляционное покрытие, к З =0,97 [1; т. 2.2; с. 77]. Коэффициент заполнения сталью

Ярмо многоступенчатое, число ступеней шесть, коэффициент усиления ярма к я =1,02 (табл. 8.7).

Индукция в ярме Вя =1,44/1,02=1,41 Тл. , Диаметр стержня:

м.

Выбираем нормализованный диаметр стержня

d Н =0,24 м.

Активное сечение стержня П С Ф,С . К З =0,04193•0,97=0,04067 м2 .

Средний диаметр осевого канала между обмотками:

м.

Высота обмоток:

м.

Расчет размеров трансформатора по Тихомирову

Мощность одной фазы трансформатора:

где m=3 — число фаз.

Ширина приведенного канала:

где ;

  • приведенная ширина двух обмоток;

Коэффициент k в соответствии с табл. 3.3. [1] равен 0,48.

м,

Активная составляющая напряжения короткого замыкания:

;

Реактивная составляющая напряжения КЗ

;

— Согласно указаниям параграфа 2.3. [1] выбираем трехфазную стрежневую шихтованную магнитную систему с косыми стыками на крайних стержнях и прямыми стыками на среднем стержне.

Материал магнитной системы — холоднокатаная текстурованная рулонная сталь марки 3404 толщиной 0,35 мм.

Принимаем индукцию в стержне В с =1,44 Тл (по табл. 2.4. [1]).

В сечении стержня 7 ступеней, коэффициент заполнения круга k кр =0,91 (табл. 2.6. [1]); изоляция пластин — нагревостойкое изоляционное покрытие, kз =0,97

Коэффициент заполнения сталью:

Ярмо многоступенчатое, число ступеней девять, коэффициент усиления ярма k я =1,2 (табл. 2.8. [1]).

Индукция в ярме , Число зазоров в магнитной системе на косом стыке четыре, на прямом три.

Удельные потери в стали с =1,295 Вт/кг; я =1,251 Вт/кг.

Удельная намагничивающая мощность q c =1,775 ВА/м2 ; qя =1,575 ВА/м2 ; для зазоров на прямых стыках qз »=23500 ВА/м2 ; для зазоров на косых стыках qз ‘=100 ВА/м2 (см. табл. 8.10, 8.17 [1]).

В соответствии с табл. 3.6. [1] находим коэффициент, учитывающий отношение основных потерь в обмотках к потерям короткого замыкания, k д =0,82 и по табл. 3.4. и 3.5. — постоянные коэффициенты для алюминиевых обмоток а=1,4 и b=0,26.

Принимаем коэффициент Роговского k р =0,95.

Диапазон изменения от 1,2 до 3,0 в соответствии с табл. 12.1. [1].

Расчет основных коэффициентов:

В соответствии с (3.30), (3.36), (3,43), (3,44), (3.52) и (3,65) [1] находим коэффициенты:

кг

где k кз =1,41•100/Uk •(1+e (- р * ua / up ) )=1.41•100/8*•(1+e (- р * 1,2 /7, 91 ) )=32,58

Минимальная стоимость активной части трансформатора имеет место при условиях, определяемых (3.55) [1].

Для рассчитываемого трансформатора:

k о,с =1.81 (см. табл. 3.7. [1]);

k и,р =1,06;

х 5 -0,318*х4 -0,44*х — 0,42=0

Решение этого уравнения дает =1,05, соответствующее минимальному С а.ч. ‘.

В соответствии с (3.61) и (3.66) [1] находим предельные значения по допустимым значениям плотности тока и растягивающим механическим напряжениям:

j =xj 4 =0,754 =0,32;

=x 4 =44,34 =3,84*106 .

Оба полученных значения лежат за пределами обычно применяемых.

Масса одного угла магнитной системы по (3.45а) [1]: , Активное сечение стержня по (3.59) [1]:

П С = П Ф,С . К З =0,09292•0,97=0,09013 м2 .

Площадь зазора на прямом стыке П з »=Пс =0,09013х2 ; на косом стыке Пз ‘=Пс 2=0,127х2 .

Для выбранной магнитной системы по (8.33) потери холостого хода с учетом табл. 8.10, 8.13 и 8.14 [1]:

Намагничивающая мощность по (8.44) с учетом табл. 8.17 и 8.20 [1]: , Далее определяем основные размеры трансформатора: , Предварительный расчет трансформатора типа ТСЗ-1000/15 с плоской шихтованной магнитной системой и алюминиевыми обмотками

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

0,795

0,880

0,946

1,000

1,047

1,088

1,125

1,158

0,632

0,775

0,894

1,000

1,095

1,183

1,265

1,342

0,503

0,682

0,846

1,000

1,147

1,287

1,423

1,554

864,360

781,037

726,837

687,400

656,771

631,942

611,195

593,460

111,976

137,142

158,358

177,050

193,949

209,488

223,953

237,538

976,336

918,180

885,195

864,450

850,720

841,431

835,147

830,997

261,546

354,500

439,866

520,000

596,196

669,267

739,764

808,086

44,727

54,779

63,254

70,720

77,470

83,677

89,455

94,881

306,273

409,280

503,120

590,720

673,666

752,944

829,219

902,967

1282,609

1327,459

1388,316

1455,170

1524,386

1594,375

1664,366

1733,965

71,422

96,806

120,117

142,000

162,807

182,761

202,013

220,670

1038,236

976,392

941,317

919,256

904,656

894,778

888,095

883,683

325,875

435,474

535,320

628,526

716,781

801,132

882,289

960,757

Р х

298,795

404,987

502,511

594,057

681,105

764,582

845,119

923,172

1662,905

1816,853

1979,148

2141,839

2302,541

2460,492

2615,504

2767,611

0,075

0,092

0,106

0,119

0,130

0,141

0,151

0,160

2009,104

1889,430

1821,555

1778,865

1750,611

1731,496

1718,566

1710,027

613,588

819,951

1007,951

1183,448

1349,623

1508,448

1661,257

1809,004

6433,285

8719,694

10819,452

12790,508

14664,718

16462,046

18196,078

19876,603

Q х

645,921

791,088

913,470

1021,290

1118,767

1208,407

1291,841

1370,204

9701,898

12220,163

14562,428

16774,112

18883,720

20910,397

18660

24765,839

0,006

0,008

0,009

0,010

0,012

0,013

0,014

0,015

1287,600

1051,321

910,471

814,350

743,396

688,251

643,800

606,981

1326,228

1082,861

937,785

838,781

765,698

708,899

663,114

625,190

1366,015

1115,347

965,919

863,944

788,669

730,166

683,008

643,946

3483,339

2844,134

2463,093

2203,057

2011,107

1861,923

1741,669

1642,062

4765,948

4171,594

3851,408

3658,227

3535,493

3456,298

3406,035

3376,026

6115,068

6015,6

5142,139

4863,135

4646,447

4470,790

5002,46

4198,539

0,169

0,187

0,201

0,213

0,223

0,232

0,240

0,247

0,237

0,262

0,282

0,298

0,312

0,324

0,335

0,345

1,862

1,373

1,107

0,936

0,817

0,728

0,799

0,603

0,387

0,412

0,432

0,448

0,462

0,474

0,485

0,495

Результаты расчетов табл. 2.1. приведены на нижеследующих графиках рис. 2.2. — 2.5.

Рис. 2.2. Изменение массы стали стержней G c , ярм Gя , магнитной системы Gст и металла обмоток Gо с изменением . , Рис. 2.3. Изменение относительной стоимости активной части с изменением

а)

б)

Рис. 2.4. Изменение потерь и тока холостого хода с изменением

а)

б)

Рис. 2.5. Изменение механических напряжений и плотности тока с изменением

На основе анализа результатов расчета основных размеров трансформатора устанавливается целесообразное значение коэффициента в=1,6.

Условное значение коэффициента принято так, как ему соответствуют:

  • минимум стоимости активной части трансформатора, составляющий 2671 усл. ед.;
  • значение потерь холостого хода 2346,116 Вт (отклонение от заданной величины в пределах нормы);
  • значение тока холостого хода 1,866% (отклонение от заданной величины в пределах нормы);
  • приемлемое значение плотности тока в обмотках 1,866 А/мм 2 ;
  • допустимое механическое растягивающее напряжение в проводе 5,002 МПа.

Поэтому принимаем к расчету значения

в=1,6

Выбираем нормализованный диаметр стержня

d Н =0,24 м.

Активное сечение стержня П С Ф,С . К З =0,04193•0,97=0,04067 м2 .

Высота обмотки

l=0,799 м,

Расстояние между осями стержней

С=0,547 м.

Рис. 5. Основные размеры трансформатора

3. Расчёт обмоток

3.1 Предварительный расчет

ЭДС одного витка

U В = 4,44

  • f•ВС •ПС =4,44•50•1,44•0,04067=13 В

Число витков обмотки Н.Н.

витков.

Число витков обмотки В.Н.

витка.

Коэффициент трансформации

;

;

Отклонение не превышает допустимого по ГОСТу.

Плотность тока в обмотках, обеспечивающую получение заданных потерь КЗ, берем из расчета на ЭВМ.

J =1,596 А/мм2 .

Ориентировочное сечение витка обмотки В.Н.

мм 2 .

Ориентировочное сечение витка обмотки Н.Н.

мм 2 .

Выбор типа обмоток

Обмотки выбираются [1; табл. 5.8]

Принимаем:

обмотка ВН — цилиндрическая многослойная из прямоугольного провода,

обмотка НН — непрерываня обмотка.

В качестве витковой изоляции используется собственная изоляция обмоточного провода. Для учебного проектирования рекомендуется провод марки АПБ, изолированный лентами кабельной бумаги как для сухих так и для масляных трансформаторов класса изоляции А.

3.2 Расчёт обмотки низкого напряжения

Выбираем нормированное сечение провода

П ННГОСТ •nэл =58,1•1=58,1 мм2 ,

Уточняем плотность тока:

А/мм 2 ,

Принимаем конструкцию обмотки с радиальными каналами по 4 мм.

Находим число катушек:

принимаем 49 катушек.

Число витков в катушке:

принимаем 6 витков.

Радиальный размер катушки [формула 6.68, 1]:

мм.

Высота обмотки

l HH = (b’ +h К ) n кат =(12,3+4)·49=799 мм.

Внутренний диаметр обмотки

D’ 1 =d Н +2a 0 1 =0,24+2•0,027=0,294 м.

Внешний диаметр обмотки

1 =D’ 1 +2a 1 =0,294+2•0,033=0,36 м.

Поверхность охлаждения обмотки

П ОХЛ =3•К •(b ‘+a 1 )•3.14•(D’ 1 +D» 1 )•n кат =

=3•0.75•(0,0123+0,033)•3,14•(0,294+0,36)•49=10,3 м 2 .

Масса металла обмотки

кг.

Рис. 6. Непрерывная обмотка.

3.3 Расчет обмотки высокого напряжения

Число витков на одной ступени регулирования.

принимаем 29 витков.

Пересчет напряжения на зажимах обмотки ВН

В.

Ступень напряжения

1,05U ФВН

1,025U ФВН

U ФВН

0,975U ФВН

0,95U ФВН

Число витков

1212

1183

1154

1125

1096

Напряжение ступени, В

15756

15379

15002

14625

14248

Напряжение ступени по ГОСТу, В

15750

15377

15000

14625

14250

Разность напряжений, В

-6

-2

-2

0

2

Схема регулирования напряжения ПБВ с регулировочной зоной в середине высоты обмотки изображена на рис. 7. В этом случае регулировочная обмотка выполняется той же конструкции, что и обмотка ВН.

Выбираем нормированное сечение провода [1, табл. 5.2.]:

П ВНГОСТ •nэл =13,8•1=13,8 мм2 ,

А/мм 2 ,

Число витков в слое

принимаем 117 витков,

Число слоев в обмотке

Разделяем обмотку ВН на три концентрические катушки — внутреннюю в четыре слоя, среднюю в четыре слоя и внешнюю в три слоя с осевым каналом b К =10 мм.

Рис. 7. Схема регулирования ПБВ с регулировочной зоной в середине высоты обмотки

Рис. 8. Сечение обмотки ВН. , Рабочее напряжение двух слоев обмотки:

В.

По [1, табл. 4.7] находим: межслойная изоляция — кабельная бумага 5 слоевЧ0,12 =0,6 мм.

Радиальный размер обмотки ВН:

м.

Высота обмотки

мм.

Внутренний диаметр обмотки

D’ 2 =D» 1 +2a 12 =0,36+2•0,04=0,44 м

Наружный диаметр обмотки

2 =D’ 1 + 2a 2 =0,44+2•0,055=0,55 м.

Поверхность охлаждения

П ОХЛ =3•(nК +1)•К •3.14•(D’ 2 +D» 2 )•l 2 =3•(2+1)•0,8•3,14•(0,44+0,55)•0,802=18 м2 .

Масса металла обмотки.

кг

Выводы

Сравнение данных предварительного и полного расчета трансформатора ТСЗ-1000

Показатели

Задано

алюминиевые обмотки

Предвар. расчет на ЭВМ

Полный расчет

Потери КЗ, Вт

12000

11319

Потери ХХ, Вт

3200

2346,116

2262

Uкз, %

8

8,07

Iхх, %

2

1,866

1,6

Вс , Тл

1,44

1,44

Плотность тока

1,596

1,577

?

1,6

1,6

d , м

0,24

0,24

Высота обмоток

0,799

0,802

Расст. м/у осями

0,547

0,595

Список литературы

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/kursovaya/transformator-kva/

1. Тихомиров П.М. Расчет трансформаторов. — М.: Энергоатомиздат, 1986.

2. Сыровешкин А.М. Электромеханика. Расчет трансформаторов. Методические указания к курсовому проектированию. — Братск, 2003.

Подобные документы

  • Расчет основных электрических величин и размеров трансформатора. Определение параметров короткого замыкания и магнитной системы исследуемого устройства. Тепловой расчет трансформатора: обмоток, бака, а также превышений температуры обмоток и масла.

    курсовая работа [228,8 K], добавлен 21.10.2013

  • Устройство силовых трансформаторов. Расчет исходных данных, коэффициентов и основных размеров. Расчёт обмоток, параметров короткого замыкания, магнитной системы трансформатора, потерь и тока холостого хода. Общее описание конструкции трансформатора.

    курсовая работа [156,5 K], добавлен 13.06.2010

  • Тепловой расчет силового трехфазного трансформатора с плоской шихтованной магнитной системой и основных размеров электрических величин. Определение изоляционных расстояний. Расчет параметров и напряжения короткого замыкания, потерь и тока холостого хода.

    курсовая работа [389,9 K], добавлен 26.03.2015

  • Основные электрические величины. Определение основных размеров трансформатора, разновидности обмоток и порядок расчета их параметров. Механические силы в обмотках при коротком замыкании. Коэффициент полезного действия трансформатора, пути его повышения.

    курсовая работа [541,8 K], добавлен 28.03.2011

  • Определение параметров и основных характеристик трансформатора. Методы расчета тока холостого хода, а также напряжения короткого замыкания. Параметры приведенного трансформатора. Способы приведения асинхронного двигателя к эквивалентному трансформатору.

    контрольная работа [2,2 M], добавлен 13.02.2015