Расчет трансформатора (стр. 1 из 4)

Введение

Известно, что наибольшее распространение в трансформатостроении получили силовые трансформаторы со стержневыми магнитопроводами, как наиболее простые и удобные в конструктивном отношении по сравнению с трансформаторами броневого типа. Трансформаторы броневого типа в России в основном используются в маломощных радиотехнических установках. Трансформатор со стержневым магнитопроводом обладает лучшими условиями охлаждения обмоток и сердечника, доступностью осмотра обмоток при ревизии трансформатора, простотой сборки и ремонта сердечника и т.д. [1].

В курсовой работе в краткой форме произведен расчет силового трансформатора без подробного рассмотрения ряда второстепенных деталей и узлов имеющих значение при заводском проектировании. Однако это дает возможность овладеть основами расчета трансформаторов.

Исходные данные для проектирования

Номинальная мощность трансформатора……….	S = 400 кВА
Число фаз………………………………	m =3
Частота сети…………………………….	f=50 Гц
Режим работы трансформатора………………	продолжительный
Номинальное высшее линейное напряжение…….	UВН = 10000 В
Номинальное низшее линейное напряжение…….	UНН = 515 В
Схема и группа соединения обмоток………….	Y/Y – 12
Способ охлаждения трансформатора………….	естественное масляное
Напряжение короткого замыкания…………….	uк = 4,5%
Потери короткого замыкания……………….	Рк = 3000 Вт
Потери холостого хода…………………….	Ро = 1500 Вт
Ток холостого хода……………………….Материал обмоток……………………….	io = 4,9%алюминий

Обозначим, для краткости, первичную обмотку трансформатора –1, а вторичную – 2.

1 Основные электрические величины

Номинальные фазные напряжения (при этом принимаем во внимание, что при схеме звезда):

В.

Номинальные токи. При схеме «звезда» I_ф = I_л

т.о. I₁ = I_1ф = 448,4 А; I₂ = I_2ф = 23,1 А

2. Определение основных размеров трансформатора

Данные для расчета:

- металл провода обмоток – алюминий;

- марка стали сердечника – 3411 (Э310);

- толщина листов стали – 0,35 мм;

- удельные потери в стали р₁₀= 1,75 Вт/кг;

- магнитная индукция в стержнях В_с=1,6 Тл;

- средняя плотность тока в обмотках j= 2 А/мм²;

Отношение веса стали к весу металла обмоток

,

где p_м– удельные потери в металле обмоток для алюминия p_м=12,75 Вт/кг.

ЭДС на один виток

В/виток.

где С₀ – коэффициент определяемый формой катушек, материалом. При трехслойной конструкции, алюминий, круглая форма катушек

С₀ = 0,14…0,21 [4]. Примем С₀ =0,17.

Число витков в обмотке 1

виток;

Число витков в обмотке 2

витков.

Уточненное значение ЭДС на виток

В/виток

Площадь поперечного сечения стали стержня сердечника

см²;

Рисунок 2.1 Ступенчатая форма поперечного сечения стержня трансформатора

Число ступеней стержня сердечника n=6; [4]

Число каналов в сердечнике – сердечник без каналов;

Коэффициент заполнения площади описанного круга площадью ступенчатой фигуры k_кр=0,935 [4];

Изоляция стали – бумага;

Коэффициент заполнения ступенчатой фигуры сталью f_с=0,92 [4];

Диаметр круга, описанного вокруг стержня сердечника

см.

Номинальная мощность обмотки 1 на стержень сердечника

кВА;

где с – число фаз.

Номинальное напряжение обмотки 1 на стержень сердечника

В;

Номинальный ток обмотки 1 на стержень сердечника

А;

Число витков обмотки 1 на стержень сердечника

виток;

Предварительная площадь поперечного сечения провода обмотки 1

мм²;

Тип обмотки 1 – цилиндрическая двухслойная из провода прямоугольного сечения [2];

Номинальная полная мощность обмотки 2 на стержень сердечника

кВА;

Номинальное напряжение обмотки 2 на стержень

В;

Номинальный ток обмотки 2

А;

Число витков обмотки 2 на стержень

витков;

Предварительная площадь поперечного сечения провода обмотки 2

мм²;

Тип обмотки 2 – многослойная цилиндрическая из провода круглого сечения [2].

Испытательное напряжение обмотки 1

кВ; [4]

Испытательное напряжение обмотки 2

кВ; [4]

Изоляционный цилиндр между обмоткой 1 и сердечником δ_цоне предусматривается;

Полное расстояние между обмоткой 1 и стержнем сердечника

δ_о=0,9 см; [4]

Расстояние между обмоткой и ярмом

l_о=3 см;

Толщина изоляционного цилиндра в промежутке между обмотками 1 и 2

δ_ц12=0,3 см;

Толщина каждого из двух вертикальных каналов

а_к12=0,5 см;

Полное расстояние между обмотками 1 и 2

δ₁₂=2^.а_к12+δ_ц12=2^.0,5+0,3=1,3 см;

Предварительная радиальная толщина обмотки 1 из алюминиевого провода при мощности одного стержня от 50 до 500 кВт δ₁= 3,6…4,4, принимаем δ₁=4 см [4].

Предварительная радиальная толщина обмотки 2 при предыдущих мощностях δ₂= 2,5…3, принимаем δ₂=2,7 см [4].

Предварительное приведенное расстояние между обмотками

см.

Средний диаметр обмотки 1

см;

Средний диаметр обмотки 2

см;

Средняя длина витка обмоток

см.

Активная составляющая напряжения короткого замыкания

;

Индуктивная составляющая напряжения короткого замыкания

;

Высота обмоток по оси стержня сердечника

см;

где К_р= 0,95…0,97 – коэффициент учитывающий переход от средней длины магнитных линий потоков рассеяния к действительной высоте обмоток по оси стержня [4].

Рисунок 2.3 Предварительный эскиз расположения обмоток в окне трансформатора

Высота окна сердечника

см.

Отношение высоты окна сердечника к диаметру стержня сердечника

,

При обмотках из алюминиевого провода в трансформаторах с масляным охлаждением l_c/D₀=4,2…5,2 [4]

3. Расчет обмоток трансформатора

Уточнение средней плотности тока в обмотках

А/мм².

где k_м– коэффициент учитывающий потери в отводах и потери от потоков рассеяния в баке трансформатора. k_м=0.96…0,92 [4].

γ_м – удельный вес алюминия, γ_м=2,7 кг/см³.

Предварительная удельная тепловая загрузка поверхности обмотки 1

q – количество теплоты переданное маслом охлаждающей поверхности, q₁≤ 700…900 – при цилиндрической, винтовой обмотке из алюминия, режим продолжительный. Принимаем q₁=700 Вт/м²;

Предварительная удельная тепловая загрузка поверхности обмотки 2

q₂≤500…700 – при многослойной обмотке из алюминия, с проводом круглого сечения. Принимаем q₁=500 Вт/м² [4].