Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Амурский государственный университет

 (ГОУВПО «АмГУ»)
Кафедра АПП и Э

                                                     
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
на тему: Проектирование трехфазного двухобмоточного масляного трансформатора

по дисциплине  Электромеханика
Исполнитель                                                                                    

студент гр.444                                                                                  А.А.Гончар                                                                                       
Руководитель                                                                                   В.И.Усенко      

доцент, канд. техн. наук
Нормоконтроль                                                                                И.В.Хисматова                                                                                                                                              
Благовещенск 2007

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТРАНСФОРМАТОРА
            Исходные данные:

Полная мощность трансформатора, S = 1000 кВ · А 

Номинальное линейное напряжение обмотки ВН, U
₂  = 10 кВ

Номинальное линейное напряжение обмотки НН, U
₁  = 0.69 кВ

Потери холостого хода, Р_х = 2200 Вт

Потери короткого замыкания, Р_к  = 12200 Вт

Напряжение короткого замыкания, u_k = 8 %

Ток холостого хода, i
₀
 = 1.4 %

Схема и группа соединения, D

/
Y
_Н -11.

Нагрузка длительная.

Материал магнитопровода – рулонная  холоднокатанная  электротех-

ническая сталь марки 3404 толщиной 0.35 мм.    

Материал обмоток – аллюминий.

Конструктивная схема трансформатора – трехстержневой с концентри-

ческими обмотками.

Частота,  Гц
                                                  РЕФЕРАТ
                         Работа 45с., 5 рисунков, 3 источника.
Спроектирован отдельный силовой трансформатор, входящий в уже известную серию, отвечающий требованиям ГОСТ в отношении номинальной мощности и напряжений обмоток, параметров холостого хода и короткого замыкания. Определены основные размеры трансформатора. Подобраны обмот-

ки для низшего и высшего напряжения. Выбрана схема с отводами для получе-

ния двух ступеней регулирования напряжения.


                                                СОДЕРЖАНИЕ
Введение                                                                                                                      6

1 Расчет основных электрических величин и выбор главной изоляции                7

1.1 Мощность одной фазы трансформатора                                                          7

1.2 Мощность на один стержень                                                                           7    1.3 Линейные (номинальные) токи обмоток                                                         7

1.4 Фазные токи обмоток                                                                                       7

1.5 Фазные напряжения обмоток                                                                           8

1.6 Испытательные напряжения обмоток                                                             8

1.7 Изоляционные расстояния обмоток        ВН и НН                                                9      2 Определение основных размеров трансформатора                                             10

2.1 Отношение средней длины окружности канала между обмотками к высоте            обмотки                                                                                                                   10                           

2.2 Ширина приведенного канала рассеяния                                                      10

2.3 Коэффициент приведения идеального поля рассеяния к реальному полю                                                                                                  (коэффициент Роговского)                                                                                    10

2.4 Составляющие напряжения короткого замыкания                                       10

2.5 Магнитная индукция в стержне, В_с                                                                            10

2.6 Общий коэффициент заполнения сталью, К_с                                                11                                                           

2.7 Диаметр стрежня                                                                                              11

2.8 Значение коэффициента β, соответствующее нормализованному          диаметру                                                                                                                  11

   2.9 Средний диаметр канала между обмотками                                                  12                                                 

 2.10 Предварительная высота обмотки                                                                12                                                              

2.11 Активное сечение стержня, П                                                                       12                                                                                                                                               

2.12 Электродвижущая сила одного витка                                                          12                                                                                                                            

3 Расчет обмотки низшего напряжения (НН)                                                         14

   3.1 Средняя плотность тока                                                                                   14

3.2 Ориентировочное сечение витка                                                                    14

3.3 Выбор обмотки                                                                                                 15

3.4 Число витков на одну фазу                                                                             15

3.5 Уточняем ЭДС одного витка                                                                          15

3.6 Уточняем индукцию в стержне                                                                      15

3.7 Расчет цилиндрической обмотки из прямоугольного провода                   15                                      

3.8 Внутренний диаметр обмотки                                                                        18

3.9 Наружный диаметр обмотки                                                                           19

3.10 Средний диаметр обмотки                                                                            19

4 Расчет обмотки высшего напряжения (ВН)                                                        20                                                  

   4.1 Число витков при номинальном напряжении                                               20

4.2 Напряжение на одной ступени регулирования                                             20

4.3 Число витков на одной ступени регулирования напряжения                      20

4.4 Число витков обмотки на ответвлениях                                                         20 

4.5 Плотность тока в обмотке ВН                                                                         21

4.6 Сечение витка обмотки ВН                                                                             21

4.7 расчет многослойной цилиндрической обмотки из прямоугольного

 провода                                                                                                                   21

5 Расчет параметров короткого замыкания                                                                27

5.1 Определение потерь короткого замыкания                                                   27 5.2 Расчет напряжения короткого замыкания                                                         31 5.3 Расчет механических сил в обмотках                                                             32   

6 Расчет магнитной системы, потерь и тока холостого хода                                35

6.1 Определение размеров магнитной системы                                                  35

6.2 Определение потерь холостого хода                                                              39

6.3 Определение тока холостого хода                                                                  41

Заключение                                                                                                                44                                                                                                                                                                    Библиографический список                                                                                      45

 
                                         ВВЕДЕНИЕ
Трансформатор представляет собой электромагнитный аппарат, пред-

назначенный для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты.

Это устройство чаще всего состоит из двух (а иногда и большего числа) взаимно неподвижных электрически не связанных между собой обмоток, расположенных на ферромагнитном проводе. Обмотки имеют между собой магнитную связь, осуществляемую переменным магнитным полем.

 Ферромагнитный магнитопровод предназначен для усиления магнитной связи между обмотками.


Рисунок 1 - Общий вид трансформатора
Обмотка трансформатора, потребляющая энергию из сети, называется первичной обмоткой (обмотка 1 на рис.1), а обмотка, отдающая энергию в сеть, - вторичной.

Целью данного проекта является изучение приемов проектирования силовых трансформаторов.

Актуальность данной темы проекта выражена в том, что в настоящее время трансформаторы нашли очень широкое применение в промышленности, сельском хозяйстве и в ряде других отраслей энергопотребления.
            1 РАСЧЁТ ОСНОВНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН И ВЫБОР ГЛАВНОЙ ИЗОЛЯЦИИ
1.1 Мощность одной фазы трансформатора
            S
_ф = = 333.33 кВ · А
1.2 Мощность на один стержень
S
′ = = 333.33 кВ · А
1.3 Линейные (номинальные) токи обмоток

Номинальный линейный ток обмотки НН:
I
₁ =  = 836.74 А
Номинальный линейный ток обмотки ВН:
I
₂ =   
 
= 57.735 А
1.4 Фазные токи обмоток

Фазный ток обмотки НН при соединении в звезду:
I
_ф1 = I
₁
  = 836.74 А
Фазный ток обмотки ВН при соединении в треугольник:

Фазный ток обмотки одного стержня трёхфазного трансформатора при соединении обмоток в треугольник меньше линейного в :

I
_ф2
=

  
 


I
_ф2 = 33.333 А
1.5 Фазные напряжения обмоток

Фазное напряжение обмотки НН при соединении в звезду:
U
_ф1 =   


U
_ф1
= 0.398 кВ
Фазное напряжение обмотки ВН при соединении в треугольник:
U
_ф2 =  = 10 кВ
1.6 Испытательные напряжения обмоток

Для определения изоляционных промежутков между обмотками и дру-

гими токоведущими частями и заземлёнными деталями трансформатора суще-

ственное значение имеют испытательные напряжения, при которых проверяет-

ся электрическая прочность изоляции трансформатора.

Испытательное напряжение обмотки ВН:
U
₂ = 10 кВ            U
_исп2 = 35 кВ
Испытательное напряжение обмотки НН:
U
₁
= 0.69 кВ              U
_исп1 = 5 кВ
1.7 Изоляционные расстояния обмоток ВН и НН

Расстояние обмотки ВН от ярма    l
₀₂  =  50 мм 

Толщина шайбы     δ
_ш = 0 мм

Расстояние между обмотками ВН и НН  а₁₂ = 20 мм

Толщина цилиндра   δ
₁₂ = 4 мм

Выступ цилиндра   l
_ц2 = 20 мм

Расстояние между обмотками ВН и ВН  а₂₂ = 18 мм

Толщина цилиндра   δ
₂₂ = 0 мм

Расстояние обмотки НН от ярма  l
₀₁ = 50 мм

Толщина цилиндра   δ
₀₁ = 4 мм

Ширина канала между цилиндром и обмоткой НН   а_ц1 = 6 мм

Расстояние обмотки НН от стержня  а₀₁ = 15 мм 

Выступ цилиндра   l
_ц1 = 18 мм
                               

               Рисунок 2 – Главная изоляция обмоток ВН и НН
            2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ  РАЗМЕРОВ ТРАНСФОРМАТОРА
2.1 Отношение средней длины окружности канала между обмотками к высоте обмотки
β = 1.3


2.2 Ширина приведенного канала рассеяния
= 54.183 мм,

      

где       k
= 0.8

2.3 Коэффициент приведения идеального поля рассеяния к реальному полю (коэффициент Роговского)

Данный коэффициент приближённо принимается в предварительном расчёте:
k
_р = 0.95


2.4 Составляющие напряжения короткого замыкания

Активная составляющая:
= 1.22 %

      

 Реактивную составляющую определяем из треугольника напряжений:
= 7.906 %

          

2.5 Магнитная индукция в стержне В_с

Пусть индукция в стержне имеет значение:

             В_с = 1.65 Тл
2.6 Общий коэффициент заполнения сталью К_с
К_с =  К_кр  
·

 К_З = 0.913 · 0.97 = 0.866,


где      К_кр = 0.913 , К_З = 0.97


2.7 Диаметр стержня
= 0.204 м
Полученный диаметр округляем до ближайшего нормализованного значения:
d
_н = 0.22 м


                   Рисунок 3 - Диаметр стержня

2.8 Значения коэффициента β, соответствующее нормализованному диаметру:

            Потери холостого хода:
                                    

            = 

= 2178.4 Вт

                        

= 137.81 Вт
= 2.505 · 10³ Вт
Заданные потери холостого хода:
P
_х
= 2.2 · 10³ Вт
В расчёте следует выдерживать потери холостого хода в пределах нормы соответствующего ГОСТ плюс 15 %:
 = 13.885 %
6.3 Определение тока холостого хода

6.3.1 Полные удельные намагничивающие мощности

Полные удельные намагничивающие мощности в стали, q:
q_c
= 2.345 В · А/кг
q
_я = 1.16 В · А/кг
q
_кос
= 3.221 В · А/кг
            q
_сз
= 2.764 · 10⁴ В · А/кг
            
q
_яз
= 1.34 · 10⁴ В · А/кг
6.3.2 Намагничивающая мощность





            = 8170 В · А
 

            = 3.302 · 10³ В · А
= 1.223 · 10⁴ В · А
6.3.3 Относительное значение тока холостого хода  в процентах от номинального тока
= 1.223 %
i
₀
= 1.4


Отклонение расчётного значения тока холостого хода от заданного га-

рантийного не должно быть более +15 %:
 %= -12.643 %
6.3.4 Активная составляющая тока холостого хода в процентах от номи-

нального тока
= 0.251 %
            6.3.5 Реактивная составляющая тока холостого хода в процентах от номинального тока
= 1.197 %
 = 0.205           
                                                   
                                            
                                                 ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данном курсовом проекте был спроектирован двухобмоточный трехфазный трансформатор. Были определены основные параметры трансфор-

матора, такие как мощность и напряжение короткого замыкания, мощность и ток холостого хода, число витков обмоток высшего и низшего напряжения. Таким образом, была выполнена главная цель курсового проекта – мы научи-

лись проектировать силовые трансформаторы, входящие в уже известную серию трансформаторов по ГОСТ. В процессе расчетов были выполнены неко-

торые допущения в связи с тем, что данный курсовой проект является учебным.        
 

                      
 
                            

                                 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Усенко В.И., Серов А.Е., Русинов В.Л., Расчет трансформаторов – учебное пособие. Благовещенск, 2002. – 122 с.

2. Вольдек А.И. Электрические машины. Ленинград: Издательство "Энергия", 1976 г. – 818 с.

3. Тихомиров П.М. Расчет трансформаторов. Москва, 1986 г. – 356 с.
ЗАДАЧА№1

Тема: «Расчёт системы искусственного освещения»

Задание: рассчитать систему искусственного освещения для помещения (компьютерная аудитория) с размерами 10*15*2,7; занавески присутствуют, стены и потолок свежепобелены.

Решение

1. Выбираем систему общего освещения.

2. Выбраем источники света: выбираем люминесцентные лампы, так как они          являются наиболее экономически выгодными, дают большую равномерность освещения, параметры помещения являются критическими.

3. Используем светильники типа ШОД.

   Определим высоту подвеса светильников
              
               = 0.8 м,  = 0.1 м, = 2.7 м,
    тогда  = 2.7- 0.8 - 0.1=1.8 м

4. Согласно /1/ для данных производственных условий нормиро-

   ванная освещённость Eн=400 Лк.

5. Определяем коэффициент запаса для данных производственных условий.                                 

    Выбираем значение k=1.8, что соответствует помещениям со средним вы-

    делением пыли.

6. Определение необходимого количества светильников и мощности источ-

    ников света.

    Найдём суммарный световой поток по формуле:
              
      z = 0,9 – коэффициент неравномерности освещения;

      -коэффициент использования светового потока, выбирается  исходя из     

           значений i, pc, pn.

       pc, pn- коэффициенты отражения стен и потолка соответственно/1/табл.12/ и имеют значения: pc=70% и pn=70%

      –  индекс помещения, определяемый по формуле:
             
            i=3.33

  Выбираем     = 0.6 /1/табл.11/.

  Находим значение суммарного светового потока
          
           
  Число ламп определяем по формуле:
                 

                                                                                               

      - световой поток от одной лампы и для ламп мощностью 80 Вт он

         равен 3440 Лм.
               

   

              = 48, тогда количество светильников составит 24 шт.

7. Выбор рационального расположения светильников.

    Найдём расстояние между рядами светильников по формуле:
            
    - наивыгоднейшее относительное расстояние между лампами и имеет  

           значение равное  1.2 , 

    тогда L = 2.6 м

 По/1/ табл.14/ имеем следующие размеры лампы: ширина- 0.284 м,

                                                                                    длина- 1.530 м.   

Выбираем следующее расположение светильников: 4 ряда по 6 светильников  

в каждом.

Определим  расстояние между светильниками в ряду:
       
 А- длина аудитории,

   ,

- длина одного светильника ,

N – число промежутков  между светильниками в ряду.

         = 0.83 м

Схема рационального расположения светильников приведена в Приложении 1.
Задача№2

Тема: Расчёт потребного воздухообмена

Задание: рассчитать потребный воздухообмен для помещения (компьютер-

ная аудитория) с размерами 10*15*2.7;непостоянное рабочее место, мони-

тор на базе ЭЛТ, одно место без принтера, но со сканером.

Исходные данные:

V=405м³

n= 13

Решение:

        Расчёт потребного воздухообмена для удаления избытка тепла

Потребный воздухообмен определяется по формуле:
          ,
где  L_изб -  избыточное тепло;

 - удельная масса приточного воздуха (=1,206 кг/м³);

 - теплоемкость воздуха (=0,24 ккал/(кг*град));

 - разница температур приточного и удаляемого воздуха ( выбирается в зависимости от теплонапряженности воздуха L_н);
          ,
где   V_помещ – внутренний объем помещения.
                ,
где   L_об – количество тепла, выделяемое оборудованием;

        L_осв – количество тепла, выделяемое осветительными установками;

        L_л – количество тепла, выделяемое людьми, работающими в помещении.

       Кратность воздухообмена для удаления избытка тепла определяется по следующей формуле:
          
где  Q – воздухообмен;

       V – объем помещения.
1.    
- коэффициент перехода тепла в помещение зависит от вида оборудования;

- коэффициент использования установки мощности;

- коэффициент загрузки;

 - коэффициент одновременности работы оборудования.

                       
                     , ккал/(м³*ч),
где  -номинальная(установленная)мощность, кВт
             =9,02 кВт 
               =860*0,25*9,02=1939,3 ккал/час
2. ,

где  α – коэффициент перевода электрической энергии в тепловую;

α для ламп накаливания = 0,92-0,97;

α для люминесцентных ламп = 0,46-0,48;

β – коэффициент одновременной работы оборудования(β=1);

-коэффициент мощности=0,7-0,8.

Примем α=0,47
       ккал/час

 

3. ,
где  n – количество людей, находящихся в помещении;

q – количество тепла, выделяемое одним человеком (табл.).

При выполнении работы оператора, которая относится к категории работ 1а и при температуре воздуха окружающей среды, равной 20⁰С


      ккал/час
4.  = 1939,3++910 = 3431,35 ккал/час
5.Определим величину теплонапряженности:
   ккал/(м³*ч),
    если L_Н< 20 ккал/(м³*ч), то = 6⁰С;

                если L_Н> 20 ккал/(м³*ч), то = 8⁰С.

   = 6⁰С
6. Потребный воздухообмен для удаления избыточного тепла:
     
7.Кратность воздухообмена для удаления избытка тепла:
      
Расчёт потребного воздухообмена для очистки воздуха

Потребный воздухообмен для очистки воздуха:
    
где  х- предельно допустимая концентрация вредностей в воздухе рабочей зоны

           помещения(х=1,25 л/м³)         

            х- максимально допустимая концентрация вредностей в наружном воздухе

           (х=0,4 л/м³)                    

       q – количество вредностей, приходящихся на одного человека(q= 23 л/час)
                 
             Кратность воздухообмена для очистки воздуха:
                   

                 

Схема размещения рабочих мест в компьютерной аудитории с заданными раз-

мерами приведена в Приложении 2.