КУРСОВОЙ ПРОЕКТ Расчет трехфазного трансформатора типа ТМ1000/35 Актуальность темы Самым распространенным применение трансформаторов является использование их при передаче электроэнергии. Используемые силовые трансформаторы способны повышать напряжение до 500 кВт. В электросетях трансформаторы эффективно выполняют свои функции, например, напряжение они могут регулировать как в автоматическом режиме, так и под нагрузкой. Существует множество видов трансформаторы, которые являются как общими для разных отраслей, так и специальными. Так трансформаторы используются не только в энергетической промышленности. Даже в строительстве, транспорте, специальных видах промышленного производства и т.д. используются трансформаторы как неотъемлемая часть производства. Широко используются измерительные и испытательные трансформаторы. Силовые трансформаторы имеют большую долю в структуре видов используемых трансформаторов. Они занимают больший удельный вес и в самом трансформатороостроении, но также активно производятся различные аппараты, используемые, например, в линиях электропередач. Каждый производимый трансформатор имеет свои особенности. К тому же каждая произведенная единица может иметь вес от нескольких десятков килограмм до нескольких десятков сотен. Вес трансформатора определяется его мощностью, так небольшая мощность соответствует небольшому весу трансформатора. Объект исследования Трансформатор - статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанные обмотки на каком-либо магнитопроводе и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем (напряжений) переменного тока в одну или несколько других систем (напряжений), без изменения частоты. Предмет исследования Параметры трансформатора, его конструктивные части, внешний вид и вид в разрезе. 1 Цель работы – расчет трансформатора марки ТМ 1000/35, выбор его конструктивных частей. Задачи. Рассчитать основные электрические величины и определить конструкцию обмоток, определить изоляционные расстояния, рассчитать основные коэффициенты, составить таблицу β, определить основные размеры, рассчитать обмотки трансформатора, рассчитать ток холостого хода, выполнить чертеж трансформатора ТМ 1000/35. Используемые теоретические и законодательно-нормативные источники. 1. Трансформаторы: Метод. пособ. / Самар. гос. техн. ун-т; Сост. Э.Т. Галян. Самара, 2007. 101 с. [3] http://em.samgtu.ru/sites/em.samgtu.ru/files/pictures/transform.pdf 2. http://zaryad.com/2011/05/10/znachenie-transformatora-v-sovremennoyenergetike/ 3. https://energo-zavod96.ru/oborudovanie/silovye-maslyanyetransformatory/silovye-maslyanye-transformatory-35-kv/transformatory-tmklass-napryazheniya-35kv/transformator-tm-1000-35 2 Оглавление Актуальность темы .............................................................................................. 1 Объект исследования ........................................................................................... 1 Предмет исследования......................................................................................... 1 Цель работы .......................................................................................................... 2 Задачи. ................................................................................................................... 2 Используемые теоретические и законодательно-нормативные источники... 2 Исходные данные для расчета. ........................................................................... 4 Расчет трансформатора. ...................................................................................... 4 ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ. ........................................ 4 2. РАСЧЁТ ОСНОВНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН И ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ ОБМОТОК. ............................................................................ 4 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИЗОЛЯЦИОННЫХ РАССТОЯНИЙ. .............................. 7 4. РАСЧЁТ ОСНОВНЫХ КОЭФФИЦИЕНТОВ. ........................................... 10 Таблица 4.1. .............................................. Ошибка! Закладка не определена. Таблица β. ........................................................................................................... 14 Графики к таблице 4.1. ............................ Ошибка! Закладка не определена. 5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ. ............................................. 17 6. РАСЧЕТ ОБМОТОК ТРАНСФОРМАТОРА. ............................................. 18 6.1. РАСЧЕТ ОБМОТОК НН. ........................................................................... 18 6.2. РАСЧЕТ ОБМОТОК ВН. ........................................................................... 21 6.2.2. РАСЧЕТ МНОГОСЛОЙНОЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ОБМОТКИ ИЗ ПРЯМОУГОЛЬНОГО ПРОВОДА. .................................................................. 22 7. РАСЧЕТ ТОКА ХОЛОСТОГО ХОДА. ....................................................... 24 Заключение. ........................................................................................................ 24 Спецификация к чертежу. ................................................................................. 25 Чертеж. ................................................................................................................ 26 3 Исходные данные для расчета. Данные - Вариант № 2; Модель = ТМ1000/35(масляный); НН(U1) = 0,4кВ; ВН(U2)=20,00кВ; Соединение Y/Yн-0; Регулятор РПН ±4х2,5% или ±6х1,5%; m=c=3(число фаз+стержней); S=1000кВ*А; Рх=2000; Рк=11600; i0=1,4%; uk=6,5%. Расчет трансформатора. ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ. Модель = ТМ1000/35(масляный); НН(U1) = 0,4кВ; ВН(U2)=20кВ; Соединение Y/Yн-0; Регулятор РПН ±4х2,5% или ±6х1,5%; m=c=3(число фаз+стержней); S=1000кВ*A; ; Рх=2000; Рк=11600; i0=1,4%; uk=6,5%. 2. РАСЧЁТ ОСНОВНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН И ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ ОБМОТОК. 2.1. Мощность одной фазы трансформатора Sф=S/m=1000/3 =333 (кВ*А) 2.2. Мощность одного стержня трансформатора S`=S/c=1000/3=333 (кВ*А) 2.3. Номинальные линейные токи трансформатора I1(НН) = S∗103 U1∗√3 = 1000∗103 0,4∗103 ∗√3 =1443,375(А); I2(ВН) = S∗103 U2∗√3 = 1000∗103 =28,867(А) 20∗103 ∗√3 2.4. Фазный ток на стороне ВН(U2) при соединении в Y Iф2=I2=28,867(А) 2.5. Фазный ток на стороне НН(U1) при соединении в Y Iф1 = I1= 1443,375(А) 2.6. Фазное напряжение на стороне ВН(U2) при соединении в Y 4 Uф2 𝑈2 20000 √3 = √3 =11547,010(В) 2.7. Фазное напряжение на стороне НН(U1) при соединении в Y U1 Uф1 √3 = 400 √3 230,94(В) По табл. П1.4 определяем испытательные напряжения для обмоток трансформатора. Для обмотки ВН: Uисп2(кВ)=55(кВ); Для обмотки НН: Uисп1(кВ)=5(кВ) По табл. П1.5 выбираем тип обмоток и схемы ответвлений (рис.2.2) [1]: обмотка ВН при полученных значениях U2 и I2 и обмотка НН при полученных значениях U1 и I1. б) Рис.2.2 5 Для испытательного напряжения обмотки ВН Uисп 2 (кВ) по табл. П1.6 находим изоляционные расстояния ℓ02(м); а12(м); а22(м) (см. рис. 2.1 и 3.3). Все линейные величины необходимо перевести в метры. ℓ02(м)=0,05(м); а12(м)=0,02 (м)(примечание); а22(м)=0,018(м) 6 Для испытательного напряжения обмотки НН Uисп 1 (кВ) по табл. П1.7 находим изоляционное расстояние а01 (м). а01 (м)=0,005(м) 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИЗОЛЯЦИОННЫХ РАССТОЯНИЙ. 3.1. Ширина приведённого канала рассеяния для алюминиевого провода а1 + а2 4 4 = 1,25 ∗ 𝑘 ∗ 10−2 ∗ √𝑆` = 1,25 ∗ 0,65 ∗ 10−2 ∗ √333 = 0,034(м); 3 a1=0,033; a2=0,033 ар = а12 + а1+а2 3 = 0,027 + 0,022=0,054(м) 3.2. Активная и реактивная составляющие напряжения короткого замыкания (Pk=11600Вт; uk=6,5%) 𝑢𝑎 = 𝑃𝑘 10∗𝑆 = 11600 10∗1000 =1,16; 𝑢𝑝 = √𝑢𝑘 2 − 𝑢𝑎2 = √6,52 − 1,22 = 6,395 Согласно указаниям [1, §2, 3] выбираем трёхфазную шихтованную магнитную систему с косыми стыками в крайних стержнях и прямыми стыками на среднем стержне (рис. 3.1, 3.2). 7 Выбор способа прессовки стержней и ярм производим по табл. П1.9. Материал магнитной системы – холоднокатаная текстурованная рулонная сталь марки 3404 толщиной 0,35 мм. Прессовка стержней бандажами из стеклоленты (рис. П1.1, б); прессовка ярмбалками, стянутыми стальными полубандажами и внешними шпильками (рис. П1.2, б); Форма сечения ярма-с числом ступеней на одну- две меньше числа ступеней стержня; коэффициент усиления ярма= 1,015-1,025(1,020) Индукцию Вс в стержне рекомендуется принять по табл. П1.10. Вс=1,6(Тл) По табл. П1.11 принимаем nc – число ступеней стержня, kкр – коэффициент заполнения круга, d – диаметр стержня, kз – коэффициент заполнения чистой сталью. (без прессующей пластины) nc=8; kкр=0,927; d=0,24(м); kз=0,927 Относительные удельные потери, 100%; относительная цена, 100%; относительное число пластин в пакетах равной толщины = 100 8 Коэффициент заполнения сталью kс= ккр∙kз= 0,925∙0,97=0,899 Число ступеней ярма nя принимаем по табл. П1.13. nя=6; ая=135(мм) Коэффициент усиления ярма где Пфя и Пфс – по табл. П1.14. Пфя=425,6(см2); Пфс=419,3(см2); Vy=8428(м3); kя Пфя/Пфс 425,6/419,31,015 Индукция в ярме где число зазоров на прямом стыке – 3, на косом – 4 Bя Bс / kя 1,6 / 1,015=1,576 Индукция в зазоре на прямом стыке B``з=Bc=1,6(Тл) 𝐵𝑐 Индукция в зазоре на косом стыке B`з √2 1,6 1,131(Тл) √2 Удельные потери в стали определяем по табл. П1.15 pc=1,295 (Вт/кг); pя=1,22 (Вт/кг) Удельные намагничивающие мощности находим по табл. П1.16 в соответствии с индукцией на каждом из этих участков qc= 1.775(В∙А/кг); qя= 1,62 (В∙А/кг) Для зазоров на прямом стыке qз = 25100(В∙А/м2 ) Для зазоров на косом стыке qз =3500(В∙А/м2 ) По табл. П1.17 находим коэффициент, учитывающий отношение основных потерь в обмотках к потерям короткого замыкания kД, по табл. П1.18, П1.19 – постоянные коэффициенты а и b (безразмерные величины) для обмоток. kД= 0,93; a= 1,484; a2=0,04; b=0,4 (коэффициент Роговского) kр=0,95 9 диапазон изменения (1,2-3,0) согласно табл. П1.20. 4. РАСЧЁТ ОСНОВНЫХ КОЭФФИЦИЕНТОВ. Согласно (3.30), (3.36), (3.43), (3.44), (3.52) и (3.65) [1] находим коэффициенты. 𝑆`∗𝑎𝑝∗𝑘𝑝 4 4 333∗0,054∗0,95 𝐴 = 0,507 ∗ √ =0,507 ∗ √ =0,203 𝑓∗𝑢𝑝∗𝐵𝑐 2 ∗𝑘𝑐 2 50∗6,395∗1,62 ∗0,8992 A1=5,663*104 ∗ 𝑘𝑐 ∗ 𝐴3 ∗ 𝑎=5,663*104 ∗ 0,899 ∗ 0,2033 ∗ 1,484 =640,916(кг) A2=3,605*104 ∗ 𝑘𝑐 ∗ 𝐴2 ∗ 𝑙02 =3,605*104 ∗ 0,899 ∗ 0,2032 ∗ 0,05 =67,407(кг) B1 = 2,4 ∗ 104 ∗ 𝑘𝑐 ∗ 𝑘я ∗ 𝐴3 ∗ (𝑎 + 𝑏 + 𝑒) = 2,4 ∗ 104 ∗ 0,899 ∗ 1,015 ∗ 0,2033 ∗ (1,484 + 0,4 + 0,41)=426,189(кг) B2 = 2,4 ∗ 104 ∗ 𝑘𝑐 ∗ 𝑘я ∗ 𝐴2 ∗ (𝑎12 + а22) = 2,4 ∗ 104 ∗ 0,899 ∗ 1,015 ∗ 0,2032 ∗ (0,02 + 0,018)=34,618 (кг) Для трансформаторов с алюминиевыми обмотками 𝐶1 = 1,2 ∗ 10−2 ∗ 𝑆∗𝑎2 𝑘Д∗𝑘𝑐 2 ∗𝐵𝑐 2 ∗𝑢𝑎∗𝐴2 1000∗1,4842 0,93∗0,8992 ∗1,62 ∗1,16∗0,2032 = 1,2 ∗ 10−2 ∗ =284,567(кг) М = 0,152 ∗ 10−6 ∗ 𝑘к. з2 ∗ 𝑘Д ∗ 𝑘𝑝 ∗ 𝑃𝑘 𝑎∗𝐴 = 0,152 ∗ 10−6 ∗ 33,812 ∗ 0,93 ∗ 0,95 ∗ 𝑘к. з = 1,41 ∗ 100 𝑢𝑘 ∗ (1 + 𝑒 −𝜋∗𝑢𝑎 𝑢𝑝 100 11600 = 5,884(МПа) 1,484 ∗ 0,203 ) = 1,41 ∗ 6,5 ∗ (1 + 0,41 −3,14∗1,16 6,386 ) =33,81 Минимальная стоимость активной части для рассчитываемого трансформатора Ku.р1,13 – для алюминиевого провода, ko,c.= 2,36 – по табл. П1.21. 2∗(𝐴2+𝐵2) B= 3∗𝐵1 = 2∗(67,407+34,618) 3∗426,189 =0,159 10 C= 𝐴1 = 640,916 3∗𝐵1 3∗426,189 2 𝐶1 3 𝐵1 D= ∗ =0,501 ∗ 𝑘𝑜. 𝑐 ∗ 𝑘𝑢. 𝑝 = 2 3 ∗ 284,567 426,189 ∗ 2,36 ∗ 1,13=1,187 𝑥 5 + 𝐵 ∗ 𝑥 4 − 𝐶 ∗ 𝑥 − 𝐷 = 0; 𝑥 5 + 0,159 ∗ 𝑥 4 − 0,501 ∗ 𝑥 − 1,187 = 0 =x4=1,2174=1,409; X=1,09 Предельные значения по плотности тока J для трансформаторов с алюминиевыми обмотками Xj=2,7*√ 3 Xσ=√ 𝜎𝑝 𝑀 12,75∗𝐶1 𝑘Д∗𝑝𝑘 3 =2,7*√ 12,75∗284,567 0,93∗11600 =1,566; j=xj4=1,5524=6,011 25 =√ =1,62; σ= Xσ 4= 1,62 4=6,881; 5,884 где допустимое механическое растягивающее напряжение для обмоток из алюминия 𝜎𝑝 ≤ 25 МПа Масса угла магнитной системы равна Gy=0,492*104*kc*kя*A3*x3=K1*x3 =0,492*104*0,899*1,015*0,2033*1,0893=49,254 K1=38,08; Активное сечение стержня Пс=0,785*kc*A2*x2=K2*x2=0,785*0,899*0,2032*1,0892=0,034 K2=0,029 Площадь зазора на прямом стыке П``З Пс=0,034 Площадь зазора на косом стыке П`з= Пс*√2= 0,029*√2=0,049 K3=kп,д*pc=1,295*1,1=1,631(без отжига пластины); K4=kп,д*pя=1,26*1,22=1,537; 11 K5= kп.д* Kп.y*pя*(0,5 ∗ 𝑝𝑐 𝑝я − 6 Kп,y + 0,5)= 1,26* 10,18*1,22*(0,5 ∗ 1,295 1,22 − 6 10,18 + 0,5)=6,906; Kп,д= 1,26; Kп,y= 10,18; Gя=B1*x3+B2*x2=426,189*1,0893+34,618*1,0892=592,26; Gc=A1/x+A2*x2=640,916/1,089+67,407*1,089 2=668,279; Для магнитной системы потери холостого хода по рис. 3.2 Px=K3*Gc+K4*Gя+K5*Gy=1,631*668,279+1,537*592,26+6,9*49,254= 2341,028 K6=k`т,д* k``т,д*qc=1,55*1,07*1,775=2,739; k`т,д=1,55(без отжига пластин); kт,д 1,07; K7=k`т,д* k``т,д*qя=1,55*1,07*1,62=2,08 K8= k`т,д* k``т,д*qя*(0,5* kт,y* kт,пл*(1/qя+1)-6)= 1,55* 1,07*1,62*(0,5* 42,45* 1,5*(1/1,62+1)-6)=94,623; kт,y= 42,45; kт,пл=1,5; K9=0,785*kc*A2* kт,д*(qз`*4+qз``*3) =0,785*0,899*0,2032* 1,07*(3500*4+25100*3)=2805,02; q3=23500 ВА/м2; nз=6; Намагничивающая мощность Qx=K6*Gc+K7*Gя+K8*Gy+K9*x2=2,279*668,279+2,08*592,26+94,623*49,254+ 2805,02*1,0892=10745,223 Определяем основные размеры трансформатора d A x 0,203 1,089=0,222 d12 a A x=1,484* 0,203 1,089=0,33 12 l d12 / 3,14 0,33 / 1,408=0,735 2a2 b d 0,32 0,2220,089 C=d12+a12+2a2+a22=0,33+0,02+0,089+0,018=0,457 Таблица 4.1 β X=β^(1/4) X^2=β^(1/2) X^3=β^(3/4) A1/X A2*X^2 1,2 1,04663514 1,09544512 1,14653135 515,90411 68,6701602 Gc=A1/X+A2*(X^2) B1*(X^3) B2*(X^2) 584,57427 575,7785499 570,572842 550,275414 536,342001 526,306866 518,860494 407,333425 437,5166277 457,2567669 552,100949 641,772532 727,434887 809,850875 35,2666642 36,98798943 38,09235096 43,1926661 47,751289 51,9111241 55,7614921 Gя=B1*(X^3)+B2*(X ^2) Gст=Gc+Gя Gy=К1*(Х^3) K3*Gc K4*Gя K5*Gу Px=K3*Gc+K4*Gя+K 5*Gy Пс=К2*(Х^2) K6*Gc K7*Gя K8*Gy K9*(X^2) Qx=K6*Gc+K7*Gя+ K8*Gy+K9*(X^2) i0=(Qx/10)*S(%) G0=C1/(X^2) 1,03*G0 Gпр=1,1*1,03*G0 R o,c*Gпр=2,36*Gпр С а,ч=R o,c*Gпр+Gст J=((kд*Рк)/(K*G0)) ^(1/2)*10^6 σp=M*(X^3) d=A*X d12=a*d l=π*(d12/β) C=d12+a12+2a2+a22 1,32 1,071873374 1,148912529 1,231488749 503,7566783 72,0218716 1,4 1,087757306 1,183215957 1,287051801 496,4005917 74,1722503 1,8 1,15829219 1,34164079 1,55401204 466,171988 84,1034265 2,2 1,21788329 1,4832397 1,80641284 443,362165 92,9798364 2,6 1,26982343 1,61245155 2,04752876 425,227127 101,079739 3 1,31607401 1,73205081 2,27950706 410,283438 108,577057 442,600089 1027,17436 39,2034517 739,486452 559,889113 207,296092 474,5046171 1050,283167 42,10840783 728,3598656 600,2483407 222,6566281 495,3491179 1065,92196 44,00828038 721,7746451 626,6166341 232,7025842 595,293615 1145,56903 53,1364763 696,098399 753,046423 280,969746 689,523821 1225,86582 61,7668399 678,472632 872,247633 326,604519 779,346011 1305,65288 70,0113389 665,778186 985,872704 370,198957 865,612367 1384,47286 77,943394 656,358525 1094,99964 412,141285 1506,67166 0,02990628 1182,18455 800,164309 4719,519 2307,18004 1551,264834 0,031365975 1164,396961 857,8436112 5069,232995 2419,790842 1581,093863 0,032302478 1153,869458 895,5278004 5297,949708 2492,039266 1730,11457 0,03662757 1112,82197 1076,21466 6396,85024 2825,70692 1877,32478 0,0404933 1084,64443 1246,57081 7435,81909 3123,93654 2021,84985 0,04402086 1064,35038 1408,95783 8428,33551 3396,07707 2163,49945 0,04728599 1049,29158 1564,91636 9383,23829 3647,97195 9009,0479 0,90090479 485,626279 500,195067 550,214574 1298,50639 2325,68075 9511,26441 0,951126441 463,0264893 476,917284 524,6090124 1238,077269 2288,360436 9839,386233 0,983938623 449,60257 463,0906471 509,3997118 1202,18332 2268,10528 11411,5938 1,14115938 396,512196 408,407562 449,248318 1060,22603 2205,79506 12890,9709 1,28909709 358,658776 369,41854 406,360394 959,010529 2184,87635 14297,7208 1,42977208 329,91809 339,815632 373,797196 882,161382 2187,81426 15645,4182 1,56454182 307,137027 316,351137 347,986251 821,247553 2205,72041 42807,0409 3,20689717 0,20605809 0,28848132 0,75485945 0,4042933 43839,27654 3,444526646 0,211026906 0,295437668 0,773061899 0,411249645 44488,92426 3,599938878 0,214154082 0,299815715 0,784517788 0,415627692 47373,7782 49811,035 51935,3703 53827,0042 4,34663807 5,05261388 5,72702543 6,37587863 0,22804076 0,23977286 0,24999866 0,25910432 0,31925706 0,335682 0,34999813 0,36274605 0,83538931 0,8783679 0,91582843 0,94918551 0,43506904 0,45149398 0,4658101 0,47855803 13 Таблица β. Рис. 4.2. График значений Рх по табл. 4.1 Рис. 4.3. График значений i0 по табл. 4.1 14 Рис. 4.4. График значений J по табл. 4.1 Рис. 4.5. График значений Gст по табл. 4.1 15 Gя 1200 1000 800 600 Gя 400 200 0 1,2 1,32 1,4 1,8 2,2 2,6 3 Рис. 4.6. График значений Gя по табл. 4.1 Рис. 4.7. График значений Gс по табл. 4.1 16 Са.ч 2100 2050 2000 1950 Са.ч 1900 1850 1800 1750 1,2 1,32 1,4 1,8 2,2 2,6 3 Рис. 4.8. График значений Са,ч по табл. 4.1 Са.ч.=1878,102 (β=1,4); Px=2341; d=0,22; I0=1,07; X=1,087; X2=1,183; X3=1,287 5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ. 5.1. Диаметр стержня: d A x=0,203*1,087=0,221 (м) 5.2. Активное сечение стержня: Пc=К2*x2 =0,029*1,183=0,035(м2). 5.3. Средний диаметр обмотки: d12 ad=1,484*0,22 =0,329(м2) 5.4. Высота обмоток: l d12 / =3,14*0,329/1,4=0,738 (м). 5.5. Высота стержня: lc l 2l0=0,738+2*0,05=0,838 (м) 5.6. Напряжение одного витка предварительно: uв4,44*f*Пс*Вс=4,44*50*0,034*1,6=12,337(В) 5.7. Число витков на одну фазу обмотки НН: W1=Uф1/uв=230,94/12,337=18 5.8. Уточнённое напряжение одного витка uв=Uф1/W1=230,94/18=12,83(В) 5.9. Действительная индукция в стержне Всuв/ (4,44*f*Пс)= 12,83/(4,44*50*0,034)=1,69 17 5.10. Средняя плотность тока для алюминиевых обмоток Pk∗uв Jcp=0,463*kд* S∗d12 11600∗12,83 *104=0,463*0,93* 1000∗0,329 *104=2,476*106=1877994 (A/м2) Допустимая плотность тока в обмотках из алюминия: J доп 2,7106( А/м2) 1,877*106 2,7106( А/м2) Расчет обмоток трансформатора начинают с обмотки низшего напряжения НН, располагаемой между стержнем и обмоткой ВН. 6. РАСЧЕТ ОБМОТОК ТРАНСФОРМАТОРА. 6.1. РАСЧЕТ ОБМОТОК НН. 6.1.1. РАСЧЕТ ДВУХСЛОЙНЫХ И ОДНОСЛОЙНЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ОБМОТОК ИЗ ПРЯМОУГОЛЬНОГО ПРОВОДА Число слоев обмотки (рис. 6.2) выбирается обычно равным двум. Для трансформаторов мощностью на один стержень до 6-10 кВ∙А обмотка может быть намотана в один слой и в редких случаях для более мощных трансформаторов – в три слоя. Для двухслойной обмотки число витков в одном слое: wсл1=w1/2=18/2=9 18 Ориентировочный осевой размер витка hв1=l1/(wсл1+1)=0,785/(9+1)=0,078 м Ориентировочное сечение витка П`1=I1/(Jcp*10^-6)= 1443,375 1877994,6∗10−6 =76,857 (мм 2) Значение большего из двух размеров поперечного сечения провода для алюминиевого провода b≤ q∗kр 1,72∗J2 ∗10−8 = 800∗0,8 1,72∗1877994,62 ∗10−8 =0,01 м; где kp=0,8 – для цилиндрических обмоток; q=800 Вт/м2 – для алюминиевых обмоток; При этом необходимо соблюдать следующие правила: а) число параллельных проводов nв1 не более 4-6 при намотке плашмя и не более 6-8 при намотке на ребро; б) все провода имеют одинаковые размеры поперечного сечения; в) радиальные размеры всех параллельных проводов витка равны между собой; г) радиальные размеры проводов не выходят за предельные размеры, найденные по формулам и кривым рис. 6.3 по предельному q (обычно для масляных трансформаторов q 1200 Вт/м2 и в редких случаях q 1400 Вт/м2 ); д) при намотке на ребро отношение радиального размера провода к осевому его размеру не менее 1,3 и не более 3; е) расчетная высота обмотки ( 1) hв1 wсл1 на 5-15 мм меньше l (см. рис. 2.1). 19 По ориентировочному сечению витка выбираем марку провода, число параллельных проводов и его размеры с изоляцией и без нее по табл. 5.2 из [2]. Размеры провода записываются в мм. Марка провода ∙ 𝑛в1 ∙ a∙b a′∙b′ = AПБ ∙ 6 ∙ 4,5∙ 18 4,7∗18,2 nв1=6; Полное сечение витка из nв1 параллельных проводов определяется по формуле: П1=nв1*П`1*10−6 =6*76,8*10−6 =0,0004 (м2) Полученная плотность тока J1=I1/П1=1443,37/0,0004=3129991 (А/м2) Осевой размер витка определяется по рис.6.1: hв1=nв1*b`*10−3 =6*0,0182*10−3 = 0,109 (м) 20 Осевой размер обмотки l1=hв1*(wсл1+1) + (0,005…0,015)= 0,192*(9+1)+0,01=1,2 (м) Радиальный размер обмотки (обозначения по рис. 6.1) 6.11 двухслойной: a1=(2a`+a11) *10^-3 = (2*4,5+2,5) *10^-3= 0,012(м) Радиальный размер канала a11 при 1 U1 кВ выбирается по условиям изоляции не менее 4 мм. Внутренний диаметр обмотки a01=5 D1 d 2*а01*10^-3=0,22+2*5/1000=0,221 (м) Наружный диаметр обмотки D1 D 1 2а1=0,232 +2*0,012=0,245 (м) Полная охлаждаемая поверхность обмотки НН для всего трансформатора kз 0,75 П01 с *kз*π*(D1 D1) l1=3*0,75*3,14*(0,221+0,245)* 0,001= 7,939(м2) 6.2. РАСЧЕТ ОБМОТОК ВН. Число витков при номинальном напряжении Wн2=W1* Uф2 Uф1 11547,01 =18* 230,94 =950 Число витков на одной ступени регулирования напряжения при соединении обмотки ВН в звезду Wp= ΔU = 800 uв∗√3 12,83∗√3 =37 21 При четырех ступенях: верхние ступени напряжения: w2 wн2 2wр= 950+2*37=1024 верхние ступени напряжения: wн2 wр=950+37=987 при номинальном напряжении: wн2=950 нижние ступени напряжения: wн2 wр= 950-37=913 нижние ступени напряжения: wн2 2wр=950-2*37 =886 l2(ВН)=l1(НН)= 1,2(м) Плотность тока в обмотке ВН предварительно J2 2*J ср –J1 =(2*1,877-3,129)*10^6=0,626*106 (А/м2 ) Сечение витка обмотки ВН предварительно П`2= I2 J2∗10−6 =28,867 28,867 0,626∗106 ∗10−6 =46,11 (мм2) Для алюминиевого провода b≤ q∗kр 1,72∗𝐽2 ∗10−8 =/ 750∗0,8 1,72∗6259982 ∗10−8 =0,09 (м), где kp= 0,8 – для цилиндрических обмоток =750 Вт/м2 – для алюминиевых обмоток. 6.2.2. РАСЧЕТ МНОГОСЛОЙНОЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ОБМОТКИ ИЗ ПРЯМОУГОЛЬНОГО ПРОВОДА. q 1200...1400 (Вт/м2); добавочные потери (от 5 до 20%). 22 Общий суммарный радиальный размер проводов, необходимый для получения полного сечения всех витков обмотки, для обмотки ВН; koc=0,93; П2 П`2*10−6 =46,11 *10−6 =4,6*10−5 b= w2∗П2 1022∗4,6∗10−5 l2∗koc 1,2∗0,93 = =0,042(м) обмотку следует разделить на две концентрические катушки так, чтобы у каждой из них суммарный размер был не больше допустимого. Марка провода × nв2* a∗b a`∗b` 3,75∗12,5 =АПБ*7* 4∗12,7 Полное сечение витка П2 nв2 *П2/10^6 =7*46,1 *10−6 ==0,000032 м2 Полученная плотность тока J2=I2/ П2=28,867/0,00032=894283,15 (А/м2 ) Число витков в слое wсл2= l2 nв2∗b` ∗ 103 − 1= 1,2 7∗12,7 ∗ 103 − 1=134 Число слоев в обмотке nсл2=w2/wсл2=1024/134=8 Рабочее напряжение двух слоев U мсл=2*wсл2*uв=2*134,11* 12,83=3320,057 В 23 7. РАСЧЕТ ТОКА ХОЛОСТОГО ХОДА. полный фазный ток холостого хода равен Ix= Qx m∗Uф = 10708,05 3∗230,94 = 15,46А Относительное значение тока холостого хода в процентах номинального тока i0= Qx 10∗S = 10708,05 10∗1000 = 1,07 % Активная составляющая тока холостого хода, фазное значение Ixa = Px m∗Uф = 2336,26 =3,372 A 3∗230,94 и в процентах номинального тока i0a= Px = 2336,26 10∗S 10∗1000 = 0,234% Реактивная составляющая – соответственно Ixp=√ Ix 2 − Ixа2 =√15,462 − 3,3722 = 15,083A I0p =√ I02 − I0а2 =√1,07 2 − 0,2342 =1,045 % Заключение. Величина β для данного трансформатора составляет 1,4 из-за потерь холостого хода. В первичной обмотке(НН) трансформатора 18 витка во вторичной(ВН) 1024 витка. Обмотку следует разделить на две концентрические катушки. Тип обмотки – цилиндрическая многослойная из прямоугольного медного провода. Материал магнитной системы – холоднокатаная текстурованная рулонная сталь марки 3404 толщиной 0,35 мм. Прессовка стержней бандажами из стеклоленты (рис. П1.1, б); прессовка ярм-балками, стянутыми стальными полубандажами и внешними шпильками. Число зазоров на прямом стыке 3 на косом 4. 24 Спецификация к чертежу. 25 Чертеж. 26