Электротехника \ Электрические машины

Расчет основных электрических величин трансформатора. Расчет магнитной системы трансформатора

Страницы работы

19 страниц (Word-файл)

Скачать файл

Фрагмент текста работы

РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

Мощность одной фазы трансформатора, кВА

кВА (3.1, здесь и далее используется 1)

Номинальный (линейный) ток обмотки

(3.3)

Фазные токи обмотки одного стержня трансформатора при соединении обмоток в звезду равны линейным

Фазное напряжение трансформатора, В

при соединении обмоток в звезду

НН: кВ(3.8)

ВН:

Испытательные напряжения обмотки высокого напряжения кВ

низкого напряжения кВ (табл. 4.1 и 4.4)

Выбираем тип обмоток (материал – медь) (табл. 5.8)

Обмотка ВН: цилиндрическая многослойная из круглого провода

Обмотка НН: цилиндрическая двухслойная из прямоугольного провода

Для испытательного напряжения обмотки ВН кВ по табл. 4.5 находим изоляционные расстояния:

a₁₂=27 мм l₀₁=15 мм l_ц2=50 мм

l₀₂=75 мм ₀₁=2х0.5 мм ₂₂=3мм

a₂₂=20 мм ₁₂=5мм _ш=2мм

Для кВ по табл. 4.4 находим a₀₁=5 мм

Определение исходных данных расчета

(3.28)

где (табл. 3.3)

Активная составляющая напряжения короткого замыкания

% (стр.143)

Реактивная составляющая

Согласно указаниям §2.3 выбираем трехфазную стержневую шихтованную магнитную систему с косыми стыками, так как при такой конструкции потери на ХХ минимальны

Рис.2. План шихтовки магнитной системы с косыми стыками.

Материал магнитной системы – холоднокатаная текстурированная рулонная сталь марки 3405 толщиной 0,30 мм

Индукция в стержне Тл (табл. 2.4)

В сечении стержня 6 ступеней, коэффициент заполнения круга k_кр=0,918 (табл.2.5)

заполнения сталью k_з=0,96 (табл.2.2)

заполнения сталью (3.67)

Ярмо многоступенчатое, число ступеней 5, коэффициент усиления ярма k_я=1,02 (табл.2.8)

Индукция в ярме

Тл

Число зазоров в магнитной системе на косом стыке 6

Индукция в зазоре на косом стыке Тл

Удельные потери в стали

p_с=1.13 Вт/кг (табл. 8.10)

Удельные потери в ярме

p_я=1.05 Вт/кг (табл. 8.10)

Полная удельная намагничивающая мощность в стали q_с=1.471 ВА/м²

в ярме q_я=1.325 ВА/м² (табл. 8.17)

Для зазоров в косых стыках

(ВА/м²) (табл. 8,17, прим.)

По табл.3.6 находим коэффициент, учитывающий отношение основных потерь в обмотках к потерям короткого замыкания

k_д=0,97 и по табл.3.4 и 3.5 – постоянные коэффициенты для медных обмоток

Предварительно принимаем коэффициент Роговского k_р=0,95

Расчет основных коэффициентов

(3.30 )

Диаметр стержня

d=0.14 м (табл. 2.5)

(принадлежит интервалу 1,2 - 3,6)

кг (3.35)

кг (3.36)

кг(3.43)

кг(3.44)

кг (3.52)

(стр. 137) (МПа)(3.65)

Масса одного угла магнитной системы

(кг) (3.45)

Активное сечение стержня

м² (3.59)

Сравниваем с П_с , найденным по формуле 8.2: м²: совпадают

Площадь зазора на косом стыке П_з^'= П_с√2 = 0,0134√2 =0,019 м²

Для магнитной системы рис.2 по формуле 8.33 потери холостого хода с учетом таблиц 8.10, 8.13 и 8.14.

(кг)

(кг) (табл. 8.14), (табл. 8.13),

(Вт)

Полученное значение превышает заданное на: ,что допустимо, так как предельное отклонение 7.5%.Это говорит о том, что магнитная индукция и диаметр стержня выбраны правильно, и выбранные материалы могут быть использованы при изготовлении данного изделия.

Намагничивающая мощность по формуле 8.44 с учетом таблиц 8.17 и 8.20

=1,2 (стр.396), =1,06 (стр.396), = 27.95 (табл.8.20),

=2,0 (табл.8.21, со ссылкой на табл.8.2)

Ток холостого тока

(3.57)

- не превышает заданного, что является допустимым

Проверка по механическим напряжениям

(МПа) (3.64)

предельно допустимого ()

Плотность тока в обмотках

(3.60) , где масса металла обмоток (кг)

(МА/м²), где k= (для меди)

Полученное значение лежит в рекомендуемом интервале (табл. 5.7)

Основные размеры трансформатора

(м)

РАСЧЕТ ОБМОТКИ НН

Число витков на одну фазу обмотки НН

(6.3)

Принимаем

Напряжение одного витка

(6.2)

Действительная индукция в стержне

, что лежит в рекомендуемом интервале и говорит о том, что в полученном изделии будут оптимально сбалансированы параметры холостого хода и масса материалов.

Т.к. мощность на один стержень больше 10 кВА, то выбираем двухслойную обмотку.

Число витков в одном слое

(6.4 а)

Ориентировочный осевой размер витка

Ориентировочное сечение витка

, здесь сравниваем с табл.5.7 Полученное значение лежит в рекомендуемом интервале

Подбираем подходящий провод по табл.5.2 – число параллельных проводов выбираем 3

Принимаем b=6,3, чтобы уменьшить напряжение К.З.

Выбираем провод при сечении провода 27,5 мм²

Полное сечение витка из n_в1 параллельных проводов

, где

- сечение одного провода (=27,5 мм² (табл.5.2))

Рис.3. Определение высоты витка

Уточняем плотность тока

J₁=

Осевой размер витка определяется по рис.3

Осевой размер обмотки

(6.9) , где мм - технологическая добавка

Радиальный размер обмотки

Рис.4. Определение радиальных размеров обмотки

Внутренний диаметр обмотки

Наружний диаметр обмотки

Найдем плотность теплового потока

(7.17)

(стр. 314)

Полученная плотность теплового потока лежит в рекомендуемом интервале ()

Масса металла каждой из обмоток (7.6)

, где с – число стержней (с=3),

, ,

Итак

Поверхность охлаждения

, где число ступеней магнитной системы с= 3;

n=2; k=0.75 (стр.285)

РАСЧЕТ ОБМОТКИ ВН

Обмотка цилиндрическая многослойная из круглого провода.

Число витков на номинальном напряжении

(6.27)

Число витков на одной ступени регулирования напряжения при соединении обмотки ВН в звезду

, где

Выбираем схему регулирования напряжения обмоток ВН. По рекомендациям на стр.274 и по рис.6.6 выбираем следующую схему:

Рис.5. Схема выполнения ответвлений в обмотке ВН при регулировании напряжения без возбуждения ПВБ

Плотность тока в обмотке ВН предварительно определяется:

(6.33)

Сечение витка обмотки ВН предварительно

По таблице 5.1 выбираем провод: сечением

Полное сечение витка

Полученная плотность тока

Уточненные значения J и П входят в допускаемые интервалы (по табл.5.7 и 5.8 )

Сравним и по формулам:

и не превышают , что допустимо.

Число витков в слое

, где l₂ – высота обмотки ВН

(6.38)

Число слоев в обмотках

, где - число витков на верхней ступени регулирования (=978)

Рабочее напряжение двух слоев

(6.40)

По таблице 4.7 выбираем число слоев кабельной бумаги на толщину листов:

Выбираем конструкцию обмотки по рис.5.22 :

предварительно выбираем вариант г):

Рис.6. Выполнение многослойной цилиндрической обмотки

Назначаем ширину масляного канала между слоями 4 мм.

Радиальный размер обмотки (1 катушка без экрана)

(6.42)

Радиальный размер с учетом экрана

Расчетная ширина масляного канала между обмотками

Внутренний диаметр обмотки

(6.45)

Наружный диаметр обмотки

(6.46)

Изоляционные расстояния между наружными обмотками соседних стержней

, здесь (табл.4.5), т.е.

Поверхность охлаждения

, где число ступеней магнитной системы с= 3;

n=1,5; k=0.83 (стр.285)

Плотность теплового потока по формуле 6.35

, где (7.2), для меди

Масса металла каждой из обмоток (7.6)

, где с – число стержней (с=3),

, ,

Итак

Коэффициент добавочных потерь по формуле 7.14а

, где n – число слоев обмотки (n=23), (7.13а ) (m – число проводников обмотки в направлении, параллельном направлению линий магнитной индукции поля рассеяния (число витков в слое)) (m=191), (7.33)

Полученное значение теплового потока не превышает допустимого () (стр.260)

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

Основные потери (7.3)

НН:

(ф. 7.13)

Найдем потери в баке (7.25)

, где (табл.7.1)

Найдем потери в отводах (ВН)

(7.20)

Общая длина проводов для соединения в звезду (7.21)

Масса металла проводов отводов (ВН)

, где (стр.315)

Основные потери в отводах ВН (7.24)

Найдем потери в отводах НН

Общая длина проводов для соединения в звезду (7.21)

Масса металла проводов отводов (НН)

, где (стр.315)

(;

Основные потери в отводах НН

Полные потери КЗ (7.1)

Проведем проверку потерь КЗ

не превышает 5 %, что допустимо (стр. 304).

Напряжение КЗ

Активная составляющая

Реактивная составляющая (7.32)

, где

(7.36), где (7.35),

Напряжение короткого замыкания

(7.37)

Проведем проверку напряжения короткого замыкания

не превышает , что допустимо.

Установившийся ток КЗ на обмотке ВН по формуле 7.36

, где S _к = 2500 (табл. 7.2)

Ударный ток КЗ

(7.39), где (табл. 7.3)

Суммарная радиальная сила

Среднее сжимающее напряжение в проводах обмотки НН

(7.49), где

Среднее растягивающее напряжение в проводах обмотки ВН по формулам 7.48 и 7.49

, т.е. меньше допустимого значения 60 МПа.

Осевые силы по рис.7, а

обмотка 1 обмотка 2

Рис.7. Распределение сжимающих осевых сил.

Осевые силы по рис.7

(7.45)

(Н) (7.47), где l_x=80 мм, l''=180 мм, m=4.

Максимальные сжимающие силы в обмотках

Напряжение сжатия на междувитковых прокладках

, что ниже предельно допустимого значения 18-20 МПа

Предельная условная температура обмотки (7.54)

, где

t_к – наибольшее продолжительность КЗ на выводах трансформатора (t_к = 4с (стр.344))

- начальная температура обмотки (= 90º)

Полученное значение =143,95ºС является допустимым, т.к. меньше допустимой температуры обмоток при КЗ равной 250ºС (табл.7.6)

РАСЧЕТ МАГНИТНОЙ СИСТЕМЫ ТРАНСФОРМАТОРА

Принята конструкция 3-хфазной плоской шихтованной магнитной системы, собираемой из пластин холоднокатаной текстурованной стали 3404, толщиной 0.3мм, по рис.8. Прессовка без прессующей пластины обмоткой без бандажей.