ОГЛАВЛЕНИЕ   
ЗАДАНИЕ  НА  КУРСОВУЮ  РАБОТУ  …………………………...………… 4

1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ  ОСНОВНЫХ  ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ   ПАРАМЕТРОВ  …… 6

2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ  ГЛАВНЫХ  РАЗМЕРОВ  ТРАНСФОРМАТОРА  ……... 8

3 РАСЧЁТ  ОБМОТОК  НИЗКОГО  И  ВЫСОКОГО  НАПРЯЖЕНИЯ  …… 12

4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ  ПАРАМЕТРОВ  КОРОТКОГО  ЗАМЫКАНИЯ  ……….16

5 ОКОНЧАТЕЛЬНЫЙ  РАСЧЁТ  МАГНИТНОЙ  СИСТЕМЫ  ……………..21

6 ОПРЕДЕЛЕНИЕ  ПАРАМЕТРОВ  ХОЛОСТОГО  ХОДА  ………………...23

7 СРАВНЕНИЕ  ПАРАМЕТРОВ,  ПОЛУЧЕННЫХ  В  РЕЗУЛЬТАТЕ

    РАСЧЁТА  В  П.П.  4, 5  И  6  С  ПАСПОРТНЫМИ  ДАННЫМИ  ………..24 

   ЗАКЛЮЧЕНИЕ  ….…..…………………………………………………………25

   БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ  СПИСОК  ….…………………………………….26
          ЗАДАНИЕ  НА  КУРСОВУЮ  РАБОТУ
          Для  трёхфазного  трансформатора,  паспортные  данные  и  соединение  обмоток  которого  приведены  в  табл. 1,  выполнить  следующее:

          1. Определить  основные  электрические  величины:  линейные  и  фазные  токи  и  напряжения  обмоток  ВН  и  НН.  Выбрать  испытательное  напряжение  обмоток.

          2. Определить  главные  размеры  трансформатора

а)  выбор  схемы  и  конструкции  магнитной  системы;     

б)  выбор  марки  и  толщины  листов  стали  и  вида  изоляции  пластин  магнитной  системы;

в)  выбор  материала  обмоток  медного  или  алюминиевого  провода;

г)  выбор  конструкции  и  определение  основных  изоляционных  промежутков  главной  изоляции  обмоток;

д)  определение  диаметра  стержня  и  высоты  обмотки;

е)  предварительный  расчёт  магнитной  системы.

          3. Рассчитать  обмотки  низкого  и  высокого  напряжения

а)  выбор  типа  обмоток  НН  и   ВН;

б)  расчёт  обмотки  НН;

в)  расчёт  обмотки  ВН;

          4. Определить  параметры  короткого  замыкания

а)  потери  короткого  замыкания;

б)  напряжение  короткого  замыкания;

в)  механические  силы  в  обмотках;

          5.  Провести  окончательный  расчёт  магнитной  системы 

а)  определить  размеры  пакетов  и  активных  сечений  стержня  и  ярма;

б)  определить  массы  стержней  и  ярма  к  общей  массе  активной  стали;

          6. Определить  параметры  холостого  хода

а)  потери  холостого  хода;

б)  ток  холостого  хода;

          7. Сравнить  параметры,  полученные  в  результате  расчёта  в  п.п. 4, 5, 6  с  паспортными  данными  трансформатора.

Таблица  1 - Паспортные  данные  трансформатора  ТМ-160/10/0,069

Вариант	Тип трансформатора	Верхний предел  UН, кВ		UК %	IО %	Потери,  кВт		Масса,  Т
						Холостого  хода	Короткого Замыкания	Стали  магнитной  системы	Высота	Масла	Всего трансформатора
		ВН	НН
10	ТМ-160/35 Y/D – 11	10	0,69	6,5	2,4	0,660	2,650	0,306	2260	0,575	1,700

         
1  ОПРЕДЕЛЕНИЕ  ОСНОВНЫХ  ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ   ПАРАМЕТРОВ.
Рассчитаем  линейные  и  фазные  токи  и  напряжения  для  обмотки  ВН:

         

          
Так  как  обмотка  ВН  соединена  в  звезду,  то:
           , 

По  исходным  данным  U=10, кВ,  тогда  фазное  напряжение  будет  равно:
            
Рассчитаем  линейные  и  фазные  токи  и  напряжения  для  обмотки  НН:

         

          
Так  как  обмотка  НН  соединена  в  звезду,  то:
           , 

По  исходным  данным  U=0,69, кВ,  тогда  фазное  напряжение  будет  равно:
            U_Ф=U=0,69,  кВ,

Нормированные  испытательные  напряжения  силового  трансформатора  с  нормальной  изоляцией  приведены  в  таблице 2

                                                                                                                    
Таблица  2 - Испытательные  напряжения  силового  трансформатора  с  нормальной  изоляцией

Напряжение  грозовых  импульсов

Кратковременные  напряжения  промышленной  частоты

Внутренней  изоляции

Внешней  изоляции

одноминутные

при плавном

Каждого  линейного  вывода  (поочерёдно)

Трёх  соединённых  вместе  выводов

Вывода  нейтрали

Каждого  линейного  вывода (поочерёдно)

Вывода  нейтрали

Внутренней  изоляции

Внешней  изоляции

Линейного вывода  относительно  земли  и  др.

Между линейными выводами разных фаз

Выводами  нейтрали

Линейного вывода относительно  земли

Между линейными выводами разных фаз

Вывода  нейтрали

полный импульс

срезанный

полный импульс

полный импульс

срезанный

полный импульс

срезанный

полный импульс

срезанный

80, кВ

90, кВ

75, кВ

75, кВ

90, кВ

75, кВ

90, кВ

75, кВ

90, кВ

35, кВ

-

35 кВ

45, кВ

-

45 кВ

         
2  ОПРЕДЕЛЕНИЕ  ГЛАВНЫХ  РАЗМЕРОВ  ТРАНСФОРМАТОРА
Подавляющее  большинство  современных  трансформаторов  выполняется  с  плоской  магнитной  системой  (магнитопроводом)  стержневого  типа,  с  вертикально  расположенными  стержнями,  имеющими  поперечное  сечение  в  виде  ступенчатой  фигуры,  вписанной  в  окружность,  и  с  обмотками  в  виде  круговых  цилиндров.

Выберем  из  справочного  материала  число  ступеней  в  сечении  стержня,  ориентировочный  диаметр  стержня  d  и  коэффициент  заполнения  площади  круга  площадью  ступенчатой  фигуры  k_КР  для  масляных  трансформаторов: число  ступеней = 6,  d=0,18,  м,  k_КР=0,913.

Так  как  d < 0,36, м ,  то  охлаждающих  каналов  в  сечении  стержня  не  будет.

Поперечное  сечение  ярма – многоступенчатое  с  числом  ступеней  на  1-2  меньше числа ступеней  стержня,  поэтому  примем  число  ступеней  ярма  равным  6.

Так  как  мощность  трансформатора  S < 630,  кВ×А,  и  d < 0,22, м,  то  прессовка  набора  пластин  стержня  осуществляется  путём  забивания  деревянных  стержней  и  планок  между  стержнями  магнитной  системы  и  обмоткой  НН. 

Выбираем  сталь  3405 по  ГОСТ  21427.1 – 83  с  рекомендуемой  индукцией  В_С =1,55-1,60, Тл ,  с  толщиной  стали  0,35, мм   и  с  электроизоляционным  термостойким  двусторонним  покрытием,  выдерживающим  отжиг  при  температуре  до  820°С. 

Выберем  коэффициент  заполнения  сечения  пакета  сечением  стали: k_З=0,96.

Определим  коэффициент  заполнения  сталью,  т.е.  отношение  активного  сечения  стержня  к  площади  круга  с  диаметром,  равным  диаметру  стержня  трансформатора:  k_С = k_КР×k_З=0,913×0,96=0,876

 Диаметр  стержня,  м,  предварительно  определяется  по  формуле:

       , 
где  S_СТ – мощность  одного  стержня,  S_СТ = 53,33,  кВ×А;

        b -  выбираем  из  справочного  материала:  b = 1,4;

         ,

где  а₁₂ – выбирается  из  справочного  материала:  а₁₂=9×10^-3,  м;

               ,

где  k – выбирается  из  справочного  материала:  k=0,79

                , м,

           а_Р = 9×10^-3 + 0,021 = 0,03, м,

           k_Р – выбирается  из  справочного  материала: k_Р = 0,95,

           , 

где  U_K=4,5%,

                   U_A=P_K / (S×10) = 2650/(160×10)= 1,656%,

          

            ,     

             f – частота  сети;  f=50, Гц,

            

                               ,  м.

По  диаметру  стержня,  найденному  по  формуле,  выбирается  ближайшее  значение  из  нормализованного  ряда  диаметров  стержня:  d_Н = 0,14,  м.

Уточним  значение  b_Н: 

                     

      b_Н= .

Активное  сечение  стержня, м²:    

                  

     , м².



Электродвижущая  сила  одного  витка, В
      ,  В.
Средний  диаметр  осевого  канала,  м:
       ,
где  а₀₁= 5×10^{-3, м – из  справочного  материала;}

        ,

              

         ,  м.
Высота  обмотки:

          

          , м.
Определим  изоляционные  расстояния  и  конструкцию  главной  изоляции  обмоток  из  справочного  материала.

а)  для  обмотки  НН:

-         расстояние  от  обмотки  НН  до  ярма:  l₀₁=30, мм;

-         толщина  перегородки  между  стержнем  и  обмоткой  НН:  d₀₁ -  картон 2´0,5, мм;

-         расстояние  между  стержнем  и  обмоткой  НН:  а₀₁=5,  мм;

б)  для  обмотки  ВН:

-         расстояние  от  обмотки  ВН  до  ярма:  l₀₂=30, мм;

-         расстояние  между  обмотками  НН  и  ВН:  а₁₂=9,  мм;

-         толщина  перегородки  между  обмотками  НН  и  ВН:  d₁₂ =3,  мм;

-         выступ  цилиндра:  l_Ц2=15, мм;

-         расстояние  между  обмотками  ВН  соседних  фаз:  а₂₂=10,  мм.
Рассчитаем   продольную  изоляцию  обмоток .

Выберем  изоляцию  витков:

Обмотка  НН выполняется  из  прямоугольного  провода  марки  АПБ  с  толщиной  изоляции  на  две  стороны  0,45,  мм.     

Обмотка  ВН  выполняется  из  круглого  провода  марки  АПБ  с  толщиной  изоляции  на  две  стороны  0,3,  мм.

Определим  междуслойную  изоляцию  обмоток.

          В  обмотке  НН  достаточная  междуслойная  изоляция  обеспечивается  двумя  слоями  картона  по  0,5,  мм.                  

          В  обмотке  ВН  междуслойная  изоляция  обеспечивается  тремя  слоями  кабельной  бумаги  по  0,12,  мм.            
3  РАСЧЁТ  ОБМОТОК  НН  И  ВН
Выбор  конструкции  обмотки  производится  с  учётом:  мощности  трансформатора,  отнесённой  к  одному  стержню,  выбранного  металла  обмотки – меди  или  алюминия,  тока  обмотки  одного  стержня,  номинального  напряжения  обмотки  и  сечения  витка  из  справочного  материала:

Рассчитаем  число  витков  обмотки  на  фазу:

Для  НН:
       ;
        ,  В.
Средняя  плотность  тока  в  обмотке  ( предварительно ):
         , МА/м²
          Определим  сечение  витка  в  мм²:
             ,  мм².
          Возьмём   провод  сечением  П_В’ = 46,8, мм².

          Размеры  такого  провода:  а´b = 4,5 ´ 10,6,  мм.
          Определим  действительную  плотность  тока:                            

                      

            ,  МА/м².
          Обмотка  НН  выполняется  из  двух  слоёв. 

          Для  обеспечения  крепления  крайних  витков  слоя  и  учёта  отклонений  изоляции  провода  расчётная  сумма  высот  проводов  в  слое  выдерживается  на  5 – 15,  мм  менее  высоты  обмотки.  Выдержим  13,  мм.

1  слой   -   85  витков = 85 и 1  слой  -    64  витка = 64, всего  149  витков               Найдём  радиальный  размер  обмотки  а₁.

Радиальный  размер  обмотки  определяется  по  размерам  сечения  провода,  чис-                        лу  слоёв  и  междуслойной  изоляции.  а₁=0,0231,  м.

          Определим  массу  металла  обмотки  НН:                          
    G = 8,47×10³×с×D_СР×v×П_В,
где  с – число  активных  стержней:  с = 3;

       v -  число  витков:   v = 149;

D_СР – средний  диаметр  витка,  определяющийся  по  диаметру  стержня,  изоляционным  расстоянием  между  стержнем  и  обмоткой,  размерам  сечения  провода  и  междуслойной  изоляции:  D_СР =0,17,  м.
           G = 8,47×10³×3×0,17×149×46,8×10^-6 = 30,7,  кг
          Масса  металла  отводов,  кг:
          G_ОТВ = 2,7×14×l×П_В×10³ = 2,7×14×0,434×46,8×10^-6×10³ = 0,77,  кг.

Для  ВН:
    ;
  ,  В.
Средняя  плотность  тока  в  обмотке  ( предварительно ):
        , МА/м²
          Определим  сечение  витка  в  мм²:
          ,  мм².
          По  сортаменту  обмоточного  провода  подбираются  сечение,  число  и  размеры  параллельных  проводов  для  обмотки:

          Возьмём  провод  сечением  П_В’ = 5,515, мм².

          Размеры  такого  провода:  d = 2,65,  мм.

Определим  действительную  плотность  тока:                            

                      

          ,  МА/м²;
          Для  обеспечения  крепления  крайних  витков  слоя  и  учёта  отклонений  изоляции  провода  расчётная  сумма  высот  проводов  в  слое  выдерживается  на  5 – 15,  мм  менее  высоты  обмотки.  Выдержим  14,  мм.

8  слоёв   по   142  витка = 1136 и 1  слой     -      106  витков = 106, всего  1242  витка                             

Найдём  радиальный  размер  обмотки  а₂.

Радиальный  размер  обмотки  определяется  по  размерам  сечения  провода,  числу  слоёв  и  междуслойной  изоляции.  а₂=0,0267,  м.

Определим  массу  металла  обмотки  ВН:
                             G = 8,47×10³×с×D_СР×v×П_В,
где  с – число  активных  стержней:  с = 3;

       v -  число  витков:   v = 1242;

D_СР – средний  диаметр  витка,  определяющийся  по  диаметру  стержня,  изоляционным  расстояниям  между  стержнем  и  обмотками,  размерам  сечения  провода  и  междуслойной  изоляции:  D_СР =0,241,  м.
           G = 8,47×10³×3×0,241×1242×5,515×10^-6 = 42,  кг.
          Масса  металла  отводов,  кг:
          G_ОТВ = 2,7×7,5×l×П_В×10³ = 2,7×7,5×0,434×5,515×10^-6×10³ = 0,048,  кг.
          4  ОПРЕДЕЛЕНИЕ   ПАРАМЕТРОВ  КОРОТКОГО  ЗАМЫКАНИЯ
Потери  короткого  замыкания  Р_К  состоят  из:  1)  основных  потерь  в  обмотках  НН  и  ВН   Р_ОСН1  и  Р_ОСН2;  2)  добавочных  потерь  в  обмотках,  вызванных  полем  рассеяния,  Р_Д1 = (k_Д1 – 1)×Р_ОСН1  и  Р_Д2 = (k_Д2 – 1)×Р_ОСН2;  3)  основных  потерь  в  отводах  между  обмотками  и  вводами  Р_ОТВ1  и   Р_ОТВ2;  4)  потерь  в  стенках  бака  и  других  металлических  конструкциях,  вызванных  полем  рассеяния  обмоток  и  отводов,  Р_Б.
Для  обмотки  НН:
Потери  обмотках:

Р_ОСН1=12,75×10^-12×J²×G_М = 12,75×10^-12×(1,65×10⁶)²×30,7 =1065,  Вт.
K_Д1 = 1+0,037×10⁸×b²×а⁴×n²,
где  b = ;

       а – толщина  провода:  а = 10,6×10^-3,  м;

       n – число  полных  слоёв:  n = 1,75.

       l -  высота  обмотки;
K_Д1 = 1+0,037×10⁸×0,837²×(10,6×10^-3)⁴×1,75²=1,078.
Потери  в  отводах ,  Вт:
Р_ОТВ1=12,75×10^-12×J²×G_ОТВ = 12,75×10^-12×(1,65×10⁶)²×0,77 =26,7,  Вт.
Потери  в  баке  и  металлических  конструкциях,  Вт:
Р_Б » 10×k×Sн,
где – k – коэффициент,  выбираемый  из  справочника:  k=0,015;

          

 Р_Б » 10×0,015×160 = 24,  Вт.
Для  обмотки  ВН:
Потери  в  обмотках:
Р_ОСН2=12,75×10^-12×J²×G_М = 12,75×10^-12×(1,67×10⁶)²×42 =1493,  Вт.
          K_Д2 = 1+0,017×10⁸×bײ×d⁴×n²,
где  b = ;

       d – диаметр  провода:  d = 2,65×10^-3,  м;

       n – число  слоёв:  n = 9.

       l -  высота  обмотки  с  учётом  обеспечения  крепления  крайних  витков  слоя;
K_Д2 = 1+0,017×10⁸×0,824ײ×(2,65×10^-3)⁴×9²=1,005.
Потери  в  отводах ,  Вт:
Р_ОТВ2=12,75×10^-12×J²×G_ОТВ = 12,75×10^-12×(1,67×10⁶)²×0,048 =1,7,  Вт.
Потери  короткого  замыкания  определятся:
   Р_К=Р_ОСН1×k_Д1+ Р_ОСН2×k_Д2+Р_ОТВ1+Р_ОТВ2+Р_Б = 1065×1,078+1493×1,005+26,7+1,7+24=

       = 2700, Вт.
Определение  напряжения  короткого      замыкания.
Найдём  реактивную  составляющую   напряжения  короткого     замыкания.
                      ,
где  ;

       u_­В – напряжение  одного  витка  обмотки:  u_В = 4,64, В;

        ,

        где  х = 0,  из  конструктивных  особенностей  обмоток:  k_q = 1;
                               .

 

          Найдём  активную  составляющую  напряжения  короткого  замыкания:
                              %.
          Напряжение  короткого  замыкания:
                              .
Найдём  токи  короткого  замыкания  и  ударные  токи:
                      ,

                      

                                .

                  

где      = 1,95 – из  справочной  литературы.        
Для  обмотки  НН:
                                ,А,
                  ,А .
Для  обмотки  ВН:
                                ,А,

                   ,А .

          Радиальная  механическая  сила  на  одну  обмотку,  Н

          Для  обмотки  НН:                        
, Н,
Для  обмотки  ВН:                        
, Н.
Определим  среднее  сжимающее  напряжение в  витках  обмотки НН,  которое  не  должно  превышать  15  МПа:
                    , МПа  < 15 Мпа .
                     
5  ОКОНЧАТЕЛЬНЫЙ      РАСЧЕТ      МАГНИТНОЙ     СИСТЕМЫ 

     ТРАНСФОРМАТОРА

Найдём  активные  сечения  стержня  и  ярма  соответственно:
             П_С = k_З×П_ФС,

             П_Я = k_З×П_ФЯ,

   

где     k_З = 0,96  - определяется  из  справочных  данных; 

          П_ФС = 0,0142,  м²  - определяется  из  справочных  данных;

          П_ФЯ = 0,0144,  м² - определяется  из  справочных  данных;
                    П_С = 0,96×0,0142 =0,0136,  м²,

                    П_Я = 0,96×0,0144 = 0,0138,  м².
          Индукция  в  стержне  и  ярме  соответственно,  Тл:
                            ,  Тл,
                           ,  Тл.
          Масса  стали  в  стержнях  G_С  и  в  ярмах  G_Я  при  многоступенчатой  нормализованной  форме  поперечного  сечения  стержня  и  ярма,  кг:
                           G_С = 1,03×с×l_С×П_С×g_СТ,

                           G_Я = 2×(с-1)×С×П_Я×g_СТ + 2×0,822×П_Я×d×g_СТ,

  

где  с – число  стержней  магнитной  системы:  с = 3;

        g_СТ -  удельная  плотность  стали: g_СТ = 7650,  кг/м³;

        l_С – длина  стержня:  l = 0,03×2+0,434=0,494,  м;

        С – расстояние  между  центрами  стержней  магнитной  системы:  С = 0,2776, м.
                         G_С = 1,03×3×0,494×0,0136×7650 = 158,8,  кг,

                         G_Я = 2×(3-1)×0,2776×0,0138×7650 + 2×0,822×0,0138×0,14×7650=141,5, кг.
Масса  стали  магнитной  системы:
           G = G_С + G_Я = 158,8 +141,5 = 300,3,  кг.
Массы  стержней  и  ярма  к  массе  стали  магнитной  системы:
           ,

           

            

          .

          Определим  размеры  пакетов  стали  для  диаметра  стержня  0,14,  мм:
Число  ступеней  в  сечении  стержня  n_С = 6.

Число  ступеней  в  сечении  ярма  n_Я = 5.

Ширина  крайнего  наружного  пакета  ярма  а_Я = 65,  мм.

Коэффициент  заполнения  круга  для  стержня  k_КР = 0, 919.

Ширина  пластин  а  и  толщина  пакетов  b,  мм:

135´19,   120´17,   105´10,   85´9,   65´7,   40´5.
6  ОПРЕДЕЛЕНИЕ  ПАРАМЕТРОВ  ХОЛОСТОГО  ХОДА
Определим  потери  холостого  хода:
, 
где  k_ПД = 1,15; k_ПУ = 1,95; р_С = 1,168; р_Я = 1,134 из   справочной  литературы,

   

       

        G_Я^’ = G_Я - 2×G_У = 141,5 - 2×12,1 = 117,2,  кг,

        G_У =  0,822×П_Я×d×g_СТ = 0,822×0,0138×0,14×7650 = 12,1, кг .
       Р_Х = 1,15×[1,168×158,8+1,134×(117,2 - 4×12,1)+3×1,95×(1,168+1,134)×12,1] = 501,  Вт.
, 
где  k_ТД^’ = 1,30; k_ТД^’’ = 1,07; k_ТУ = 10,8; k_Т.ПЛ = 1,35; q_С = 1,376; q_Я = 1,311; q₃₂ =15720 из   справочной  литературы,
       Q = 6×q₃₂×П_С = 6×15720×0,0136 = 1293, Вт.
   Q_X=1,3×[1,376×158,8+1,311×(117,2 - 4×12,1)+3×10,8×1,35×(1,376+1,311)×12,1]+1,07×

            ×1293 = 3654,  Вт.

Активная  и  реактивная  составляющая  тока  холостого  хода  трансформатора:
         %,

        %.
          Ток  холостого  хода:
          %.
         
7   СРАВНЕНИЕ  ПАРАМЕТРОВ,  ПОЛУЧЕННЫХ  В  РЕЗУЛЬТАТЕ

 РАСЧЁТА,   С  ПАСПОРТНЫМИ  ДАННЫМИ  ТРАНСФОРМАТОРА

          Сравним  расчётные  и  паспортные  данные  трансформатора.  Сравнение  приведено  в  таблице 3.

Таблица  3 - Сравнение  расчётных  и  паспортных  данных  трансформатора

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
          В  данной  работе  был  проведён  расчёт  силового  трёхфазного  двухобмоточного  масляного  трансформатора  общего  назначения.  Были  определены:  главные  размеры  трансформатора,  основные  электрические  величины,  параметры  холостого  хода  и  короткого  замыкания;  рассчитаны  обмотки   высшего  и  низшего  напряжений.  В  результате  проведённого  расчёта  были  получены  величины,  близкие  к  паспортным  данным  рассчитываемого  трансформатора. 
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ  СПИСОК
1.  Тихомиров  П.М.  Расчёт  трансформаторов. – М.: Энергия, 1968. –358  с.

2.  Шпиганович  А. Н.,  Бойчевский  В.И.  Методические  указания  к  оформлению  учебно – технической  документации. –Липецк.:  ЛГТУ, 1997. – 32  с.  

           3.  Сапожников  А.В.  Конструирование  трансформаторов. – М.; Л.: Госэнергоиздат,  1959. – 418  с.