150641 (Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора)

Содержание

Задание на курсовое проектирование

Введение

1. Расчет основных электрических величин

2. Выбор изоляционных расстояний и расчет основных размеров трансформатора

   1. Выбор изоляционных расстояний

3. Расчет обмоток трансформатора

   1. Расчет обмоток низкого напряжения

   2. Расчет обмоток высшего напряжения

4. Определение параметров короткого замыкания

5. Расчет магнитной системы

   1. Определение размеров и массы магнитопровода

   2. Расчет потерь холостого хода

   3. Расчет тока холостого хода

6. Тепловой расчет трансформатора

7. Расчет массы трансформатора

Список используемой литературы

Задание на курсовое проектирование

Согласно заданию необходимо спроектировать трехфазный масляный двухобмоточный трансформатор, имеем следующие данные:

- номинальная полная мощность S_н = 750 кВА;

- число фаз m = 3;

- номинальные линейные напряжения обмоток высшего и низшего напряжения = 3 / 0,69 кВ;

- частота напряжения f = 50 Гц;

- номинальные потери холостого хода Р_о = 2500 Вт;

- номинальные потери короткого замыкания Р_к = 9500 Вт;

- номинальное напряжение короткого замыкания U = 5,5%;

- номинальный ток холостого хода i_о = 5,1%

Введение

Развитие электротехники первоначально происходило по линии применения постоянного тока. Между тем бурно развивающаяся в XIX в. промышленность требовала все более мощные источники электрической энергии и передачи ее от мест получения до потребителя. Однако постоянный ток, несмотря на многие его положительные качества, не удовлетворяет этим требованиям, так как не может получаться в генераторах большой мощности и передаваться на большие расстояния. Передаче энергии по линиям большой протяженности препятствовала невозможность повышения напряжения генератора сверх определенного предела. Такое повышение является необходимым во избежание больших потерь энергии в линии. Кроме того, непосредственное использование электрического тока при высоком напряжении в ряде случаев, например для освещения, оказалось бы невозможным по условиям безопасности.

В связи с этим применение переменного тока стало все больше привлекать внимание ученых-электротехников, в чем большую роль сыграли русские электротехники того времени, впервые открывшие метод трансформирования переменного тока и показавшие возможность его практического использования.

Первый шаг в получении трансформации сделал в 1877 г. русский ученый П.Н. Яблочков, который построил установку с последовательно соединенными индукционными катушками, вторичные обмотки которых питали им же изобретенные «свечи Яблочкова». Таким образом, индукционные катушки представляли по существу трансформаторы.

Вслед за этим трансформатор был усовершенствован русским изобретателем Н. Ф. Усагиным (1882 г.) и немецким инженером Дери (1885 г.).

Следующим этапом развития применения переменного тока было изобретение русским электротехником М.О. Доливо-Добровольским трехфазной системы переменного тока (1889 г.) и трехфазного трансформатора (1891 г.).

С этого времени благодаря найденным практическим решениям проблем — трехфазного электродвигателя и трансформирования переменного тока — начинается бурный рост использования электрической энергии в промышленности. Одновременно с этим стало увеличиваться значение мощности изготовляемых трансформаторов и росло напряжение, получаемое с их помощью.

Трансформаторы сами электрическую энергию не производят, а только ее трансформируют, т. е. изменяют величину электрического напряжения. При этом трансформаторы могут быть повышающими, если они предназначены для повышения напряжения, и понижающими, если они предназначены для понижения напряжения. Но принципиально каждый трансформатор может быть использован либо как повышающий, либо как понижающий в зависимости от его назначения, т. е. он является обратимым аппаратом.

Силовые трансформаторы обладают весьма высоким коэффициентом полезного действия (к. п. д.), значение которого составляет от 95 до 99,5%, в зависимости от мощности. Трансформатор большей мощности имеет соответственно и более высокий к. п. д.

1.Расчет основных электрических величин

1. Мощность одной фазы и одного стержня, кВА

S =

Где S –мощность трехфазного трансформатора, кВА; m – число фаз

= 250 кВА;

1. Номинальная линейные токи на сторонах ВН и НН, А

I = ,

Где U – номинальные линейное напряжение, В;

I_ном. вн = = 144,5 А

I_{ном НН} = _{= 630,25 А}

1. Фазные токи на сторонах ВН и НН, А

При схеме соединения «звезда» фазные токи равны линейным токам

I _{ф ВН = 144.5 А}

I_{ф НН = 630,25 А}

1. Фазные напряжения обмоток ВН и НН при схеме соединения «звезда» равны, В

U_{ф.ВН =} = 1734,1 В

U_{ф НН} = = 398.84 В

2. Выбор изоляционных расстояний

1. Выбор изоляционных расстояний

Выбираем испытательные напряжение по табл.5.1 «1» для обмотки: ВН U_{исп. ВН} =18 кВ; для обмотки НН U_исп.НН = 5 кВ.

По таблице 4.1 «1» выбираем тип обмоток. Обмотка ВН при напряжении 3кВ и токе 144,5 А – многослойная – многослойная цилиндрическая из медного прямоугольного провода; обмотка НН при напряжении 0.69 кВ и токе 630.25 А – однослойная цилиндрическая из медного прямоугольного провода.

Для испытательного напряжения обмотки ВН U_{исп. ВН} =18 кВ по таблице 5.3 «1» находим изоляционные расстояния а₁₂ = 0.9 см., h_о =2 см,

а₂₂ = 0,8; для обмоток НН U_исп.НН = 5 кВ по таблице 5.8 «1» находим

а₀₁ = 1.5 см .

1. Расчет основных размеров трансформаторов

1. Определяем диаметр стержня, см;

Д_{o = ,}

Где а_р – ширина приведенного канала расстояния трансформатора,

а_{р =} а₁₂ + (а₁ +а₂)/3

(а₁ + а₂)/ 3 ^. К_р ^. ,

К_кр – коэффициент канала расстояния, принимаем 0,8 табл. 6.3 «1».

(а₁ + а₂) / 3 = 0.8 =0,8 ^. 3,98 = 3,18 см

А_р = 0,9 + 3,18 = 4,08 см

U_р – реактивная составляющая короткого замыкания, %,

U_р =

U_a = P_k /10 ^. S = =0,33%

U_P = =5,35 %

- отношения основных размеров, принимаем = 1,2, табл. 6,1(1);

К_р – коэффициент приведения идеального поля расстояния к реальному полю, принимаем К_р = 0,95

К_З – коэффициент заполнения сталью, принимаем К_з = 0,9;

В_с – магнитная индукция в стержне, принимаем В_с =1,65 Тл.

Д_о = 16 =18,9 см

Принимаем нормализованный диаметр Д_о = 20 см, где П_ф.с = 278 см²

П_с по таблице 3.2(1) выбираем сталь марки 3405 толщиной: 0,3 мм с жаростойким покрытием с отжигом и коэффициентом заполнения сечения стержня (ярма) К_з = 0,96.

1. Определяем ЭДС витка, В

U_в = 4,44 ^. f ^. В_с ^. П_с ^. 10^-4,

Где П_с - активное сечение стержня, см,

П_с = П_ф.с ^. К_з = 278 ^. 0,96 = 266,9 см²

U_в = 4,44 ^. 50 ^. 1,65 ^. 266,9 ^. 10^-4 =9,78 В.

1. Определим высоту обмотки, см,

Н_о = Д₁₂ / ,

Где Д₁₂ –средний диаметр между обмотками,

Д₁₂ = а_ср. ^. Д_о

а_ср. – для медных проводов а_ср. = 1,35 1,4 принимаем 1,4

Д₁₂ = 1,4 ^. 20 = 28 см

Н_о = = 73,27 см.

3. Расчет обмоток

3.1 Расчет обмоток НН

3.1.1 Число витков на одну фазу обмотки НН,

_нн = U_ф.нн / U_{в. =} 398,84 / 9,78 = 40,78, принимаем 41.

3.1.2 Уточняем ЭДС одного витка, В

U_в. = U_ф.нн / _нн = 2398,84 / 41 =398,84 В

3.1.3 Действительная индукция в стержне, Тл,

В_с = U_в ^. 10⁴ / 4,44 ^. f ^. П_с = 9,78 ^. 10⁴ / 4,44 ^. 50 ^. 266,9 = 1,65 Тл

3.14 Рассчитаем ориентировочное сечение витка, мм

П_в.нн = I_ф.нн /

Рис.1 Основные размеры трансформатора.

Где -средняя плотность тока,принимаем =2,8 А/мм² по табл.7.1(1)

П_нн = 630,25 / 2,8 = 225,09 мм²

3.1.5 Определим число витков в одном слое,

_сл. = _нн = 41

3.1.6 Ориентировочный осевой размер витка, см

h_в = Н_о / ( _сл. +1) = 73,27 / (41 + 1) =1,74 см

Рис.2 Определение осевого размера витка и радиального размера для витковой обмотки: а – одноходовой; б –двухходовой.

Выбираем по табл.7.2(1) провод для многослойной цилиндрической обмотки прямоугольного сечения:

ПБ 3 = 3 ^. 75,64 мм² = 226,92 мм², т.е. три провода в витке

П_в.нн = 226,92 мм²

3.1.7 Уточняем плотность тока, А/мм²

Рис.3 Определение радиальных размеров обмотки.

_нн = I _ф.нн /П_в.нн 630,25 / 226,92 А/мм².

3.1.8 Уточняем высоту обмотки, см

Н_о = h_в ( _сл. + 1) +1 1,74(41 + 1) + 1 =74,08 см.

3.1.9 Определяем радиальный размер обмотки, см,

а₁ = а^/ = 4,25 см.

3.1.10 Внутренний диаметр обмотки, см,

Д^/₁ = Д_о + 2а₁ =18,9 + 2 ^. 4,25 = 27,4 см.

3.1.11 Наружный диаметр, см,

Д^//₁ = Д^/₁ + 2а₁ = 27,4 + 2 ^. 4,25 = 35,9 см.

3.2 Расчет обмотки ВН

3.2.1 Число витков на одну фазу обмотки ВН на основном ответвлении,

_вн = _нн ^. U_ф.вн / U_ф.нн = 41 ^. 1734,1 / 398,84 = 178,26 = 178.

3.2.2 Число витков на одной ступени регулирования,

_р = 2,5 _вн / 100 = 2,5 ^. 178 / 100 = 4,45 =5.

3.2.3 Число витков на ответвлениях,

+ 5% _вн = _н.вн + 2 _р = 178 + 2 ^. 5 = 188

+ 2,5% _вн = _н.вн + _р = 178 + 5 = 183,

Номинальное напряжение

_н.вн = 178

- 2,5% _вн = _н.вн - _р = 178 – 5 = 173

-5% _вн = _н.вн - 2 _р = 178 – 2 ^. 5 =168.

3.2.4 Ориентировочная плотность тока А/мм²,

_вн = 2 - I_нн = 2 ^. 2,8 – 2,8 = 2,8 А/мм²

3.2.5 Ориентировочное сечение витка, мм²,

П_в.вн = I_ф.вн / _вн = 144,5 / 2,8 = 51,6 мм²,

Выбираем многослойную цилиндрическую обмотку из прямоугольного провода по табл.5.2(2)

ПБ а в = 14,0 5,6.