123889 (Проектирование силового трансформатора мощностью 630 кВА), страница 4

Сечение полукольца можно рассматривать состоящим из 4 пакетов. На самом деле магнитопровод навивается из ленты стали переменной ширины. Чтобы отходов стали было как можно меньше, ленту сваривают из 4 отрезков точечной сваркой. В данном случае имеем:

Рис.8. Сечение стержня.

1 отрезок ленты: ширина от 26,8мм до 78,2мм; 165 слоев;

2 отрезок ленты: ширина от 78,2мм до 94,7мм; 87 слоев;

3 отрезок ленты: ширина от 94,7мм до 109,4мм; 176 слоев;

2 отрезок ленты: ширина от 109,4мм до 94,9мм; 128 слоев.

Между полукольцами укладывается изоляция из электрокартона в 1 слой – 0,5мм. Полукольца подвергаются отжигу. Скрепление двух полуколец осуществляется стеклолентой шириной 20мм.

7. Расчет потерь холостого хода и тока холостого хода.

7.1. Расчет потерь холостого хода:

В рассматриваемой пространственной системе следует учитывать, что при расчетной индукции в стержне Вс, первая гармоническая составляющая индукции, в отдельных частях магнитопровода, может достигать значения в 1,15 раза больше. При этом возникает гармоническая составляющая потока, которая уменьшает значение индукции в 1,14 раз. Соответственно максимальным значение индукции в системе можно считать принятое Вс. Понятие угла в данной системе не имеет места, однородность каждого кольца позволяет не разделять его на стержни и ярма.

Активные потери в стали:

P_х=k_пт·k_пи·p_с·G_ст ,

где k_пт= 1,06 – коэффициент, учитывающий технологические факторы;

k_пи=1,33 – коэффициент, учитывающий искажение формы кривой магнитного потока и индукции;

p_c=1.080 Вт/кг – удельные потери в стали 3406 при индукции 1,6 Тл;

P_х=k_пт·k_пи·p_с·G_ст = 1,06·1,33·1,080·555,8=846,2 Вт, что составляет примерно 65% от заданного значения (846,2·100/1300 = 65,1%).

7.2. Расчет тока холостого хода:

Полная намагничивающая мощность:

Q_x=k_тт·k_ти·q_c·G_cт ,

где k_тт=1,15 –коэффициент, учитывающий несовершенство технологии и отжига;

k_ти=1,50 – коэффициент, учитывающий искажение формы кривой магнитной индукции;

q_c=1.560 ВА/кг – полная удельная намагничивающая мощность в стали 3406 при индукции 1,6 Тл;

Q_x=k_тт·k_ти·q_c·G_cт=1,15·1,50·1,560·555,8=1496 ВА;

Относительное значение тока холостого хода:

i₀= 0,237%, что составляет примерно 15,8% от заданного значения (0,237·100/1,5 = 15,827%);

i_0a= 0,134% - активная составляющая тока холостого хода.

8. Тепловой расчет трансформатора.

8.1. Обмотка низкого напряжения:

Потери, выделяющиеся в 1 м³ общего объема обмотки:

p_a= 69730 Вт, где а – толщина ленты;

δ_из – толщина изоляции;

0,439 Вт/м·⁰С – средняя теплопроводность обмотки;

Внутренний перепад температуры:

Θ_0НН= 3,89 ^оС;

Средний перепад температуры:

Θ_0ННср=2·Θ_0НН/3=2·3,89/3=5,187 ^оС;

Перепад на поверхности обмотки:

Θ_омНН=0,285·q_НН^0,6=0,285·663,16^0,6=14,055 ⁰С;

Среднее превышение температуры над средней температурой масла:

Θ_{ом.срНН}=Θ_0ННср+Θ_омНН=5,187+14,055=19,241 ^оС.

8.2. Обмотка высокого напряжения:

Внутренний перепад температуры:

Θ_0ВН= 0,583 ^оС;

Средний перепад температуры:

Θ_0ВНср=2·Θ_0ВН/3=2·0,583/3=0,388 ^оС;

Перепад на поверхности обмотки:

Θ_омВН=k₁k₂k₃·q_ВН^0,6=1,0·1,0·1,05·0,35·392,14^0,6=13,3 ⁰С , где (коэффициенты взяты в пункте 9.5 [1]):

k₁ – учитывает скорость движения масла внутри обмотки;

k₂ – учитывает затруднение конвекции масла в каналах;

k₃ – учитывает влияние на конвекцию масла горизонтальных каналов;

Среднее превышение температуры над средней температурой масла:

Θ_{ом.срВН}=Θ_0ВНср+Θ_омВН=0,583+13,3=13,692 ^оС.

9. Расчет основных геометрических размеров бака трансформатора

Расстояние от обмотки ВН до стенки бака:

Отвод НН изготавливаем из алюминиевой шины сечением 32х10мм; шина приваривается точечной сваркой к концу обмотки НН; шина не изолируется. Отвод ВН делаем из того же провода, из которого сделана обмотка.

По табл.4.11 [1] определяем расстояние от обмотки до стенки бака:

S₃=25мм – расстояние от обмотки до отвода;

S₄=25мм – расстояние от отвода до стенки бака;

Толщина отвода – 10мм;

Расстояние от обмотки до стенки бака – 60мм.

Подкладку под ярмо изготавливаем из буковых досок толщиной 50мм.

Расстояние от ярма до крышки принимаем 140мм (меньше приведенного в табл.9.5 [1], так как ярмо пространственной системы имеет совершенно иную конструкцию, чем ярмо плоского магнитопровода).

Итак, высота стенки бака Н_бак=1280мм.

10. Тепловой расчет бака. Окончательный расчет превышений температуры обмоток и масла

10.1. Тепловой расчет бака.

Рис.9. Эскиз стенки бака, вид сверху.

Системой охлаждения трансформатора является его волнистые стенки (см рис.9). Параметры системы охлаждения:

Число волн, m: 74;

Глубина волны: 130мм;

Ширина волны: 12мм (снаружи);

Расстояние волн: 25мм;

Толщина стенки: 1мм;

Высота волн, Н_в: 1170мм.

Поверхность излучения стенки (по эскизу):

П_ив=П·Н_бак=3549·1170·10^-6=4,152 м² ,

где П – периметр волнистой стенки;

Поверхность верхней рамы:

П_р=0,1·t·n=0,1·0,037·74=0,274 м² , где t – шаг волн;

Площадь крышки по эскизу:

П_кр=0,555м²;

Полная поверхность излучения:

П_и=П_ив+П_р+0,5·П_кр=4,152+0,274+0,5·0,555=4,7 м²;

Поверхность конвекции стенки:

П_кв=m·l_в·k_в·H_в=74·(268,85+25)·0,973·1170·10^-6=24,755 м²,

где l_в – периметр одной волны;

Полная поверхность конвекции:

П_к=П_кв+П_р+П_кр·0,5=24,755+0,247+0,5·0,555=25,3 м².

10.2. Окончательный расчет превышений температуры обмоток и масла.

Среднее превышение температуры стенки бака над температурой окружающего воздуха:

Θ_бв= 43,8 ^оС;

Среднее превышение температуры масла вблизи стенки над температурой стенки бака:

Θ_мб=1,0·0,165 5,4 ^оС;

Превышение температуры масла в верхних слоях над температурой окружающего воздуха:

Θ_мвв=1,2(Θ_мб+Θ_бв)=1,2·(43,8+5,4)=59 ^oC, что меньше нормы – 60^оС.

Превышение температуры обмоток над температурой окружающего воздуха для обмотки НН:

Θ_овНН=Θ_0ННср+Θ_ом+Θ_мб+Θ_бв=5,187+14,055+5,4+43,8=68,4 ^оС;

Превышение температуры обмоток над температурой окружающего воздуха для обмотки ВН:

Θ_овВН=Θ_0ВНср+Θ_ом+Θ_мб+Θ_бв=0,388+13,3+5,4+43,8=62,8 ^оС.

11. Определение массы масла и конструктивных материалов.

11.1. Масса конструктивных материалов.

Волнистая часть бака изготовлена из стали толщиной 1мм. По эскизу определили периметр волнистой стенки: 21,9м; примем плотность конструкционной стали 7850 кг/м³, тогда масса волнистой стенки:

21,9·7850·0,001·Н_в=201 кг.

Сверху (50мм) и снизу (60мм) гладкие участки стенки бака изготовлены из стали толщиной 4мм, аналогично получим массу этой части стенки бака: 9,5кг.

Днище изготавливаем из стали толщиной 6мм, масса днища: 26,2кг.

Крышку изготавливаем из стали толщиной 8мм, масса крышки: 34,8кг.

Таким образом, приблизительная масса стального бака:

G_бак=201+9,5+26,2+34,8=271,5кг.

Площадь одной волны: 0,0013м²;

Объем бака: V_бак= 0,555·1,280+0,0013·74·1,17=822 л.

11.2. Масса масла.

Масса активной части:

1,2·(G_ст+G_пр)=954кг;

Объем активной части (среднюю плотность активной части принимаем 5500кг/м³):

V_act=954/5500=173л;

Плотность масла: 900кг/м³;

Масса масла:

G_м= 900·(V_бак-V_act)=582кг.

Приблизительная масса трансформатора:

582+954+271,5=1808 кг, с учетом наличия различных устройств, например, вводов, термодатчиков и тп, швеллеров и катков, можно принять приблизительную массу трансформатора 1900кг.

12. Расчет КПД трансформатора

η= 98,714%

Полученный КПД является достаточно высоким для трансформатора такой мощности, что свидетельствует о правильности расчета.

Стоимость стали 3406 в настоящее время приблизительно 100р/кг, стоимость провода АПБ примем 80р/кг, масла – 35р/кг, стоимость конструкционной стали - 30р/кг. Тогда можно рассчитать приблизительную стоимость этих материалов, используемых в трансформаторе:

G_ст·100=555,8·100=55580 руб – приблизительная стоимость стали 3406;

G_пр·80=239·80=19140 руб – приблизительная стоимость провода АПБ;

G_М·35=582·35=20370 руб – приблизительная стоимость масла;

G_бак·30=271,5·30=8145 руб – приблизительная стоимость тонколистовой стали.

Итого: 103600 руб.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном курсовом проекте был рассчитан трехфазный трансформатор с пространственной навитой магнитной системой, герметичного исполнения ТМВГ-630/6,3. В процессе расчета были выявлены преимущества данной магнитной системы над плоской:

• Меньший расход электротехнической стали;

• Меньше потери холостого хода;

• Меньше ток холостого хода;

• Меньше масса трансформатора;

• Больше КПД;

• Меньше стоимость.

В подтверждение – сравнение задания на расчет и его результаты:

Трансформаторы данной серии незаслуженно вышли из производства. При внедрении необходимых технологических особенностей в производство трансформаторов, есть возможность создавать трансформаторы этой серии, в основном малой и средней мощности.

Список литературы

1. Тихомиров П.М. Расчет трансформаторов. – М.: Энергоатомиздат, 1996. – 528 с.: ил.

2. Антонов М.В. Технология производства электрических машин. – М.: Энергоиздат, 2002. – 592 с.: ил.

3. Гончарук А.И. расчет и конструирование трансформаторов. – М.: Энергоатомиздат, 1999. – 256 с.: ил.

4. Сапожников А.В. Конструирование трансформаторов. – М.: Госэнергоиздат, 1999. – 360 с.: ил.

5. ГОСТ 11677 – 85. Трансформаторы силовые. Общие технические условия.

6. ГОСТ 16110 – 85. Трансформаторы силовые. Термины и определения.

55