Реферат Расчет силового трехфазного двухобмоточного трансформатора с естественным масляным охлаждением
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-28Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
от 25%
договор
Министерство образование и науки Российской Федерации
Кафедра «ЭПП»
Курсовой проект
« Расчет
силового трехфазного двухобмоточного трансформатора с естественным масляным охлаждением
».
Вариант №49
Выполнил:
.
Проверил:
Содержание.
1. Условие и исходные данные курсовой работы – 3 стр.
2. Расчет основных электрических величин и определение изоляционных расстояний - 4 - 6 стр.
3. Определение основных размеров - 6 стр.
4. Расчет обмотки НН – 7 – 9 стр.
5.Расчет обмотки ВН - 11 – 16 стр.
6. Расчет параметров короткого замыкания - 16 – 17 стр.
7
. Расчет напряжения короткого замыкания - 17 - 18 стр.
8. Расчет магнитной системы - 18 – 20 стр.
9. Расчет потерь и тока холостого хода - 20 – 22 стр.
10. Тепловой расчет трансформатор - 22 – 29 стр.
11.Список литературы - 30 стр.
1.Условие и исходные данные курсовой работы.
Рассчитать силовой трехфазный двухобмоточный трансформатор с естественным масляным охлаждением (теория вопроса, общая методика расчета и справочный материал в виде таблиц, графических зависимостей и рисунков даются по книге «Расчет трансформаторов» автор П.М. Тихомиров М.: Энергоатомиздат, 1986). Исходные данные:
полная мощность трансформатора S =400 кВА;
число фаз m = 3;
частота тока в сети f = 50 Гц;
номинальное линейное напряжение обмотки высшего напряжения
(ВН) U1н = 20 кВ;
номинальное линейное напряжение обмотки низшего напряжения
(HH) U2H= 0,4 кВ;
ток холостого хода - i0 = 2,1 %,
потери холостого хода - Рх = 1,15 кВт,
напряжение короткого замыкания - Uк = 6,5 %,
потери короткого замыкания - Рк =5,5 кВт.
способ регулирования напряжения, число ступеней и пределы регулирования - ПБВ 2 х 2,5% (переключением без возбуждения на стороне ВН, т.е. ручным переключением, 2 ступени каждая по 2,5%);
схема и группа соединения обмоток - Y/Yн = 0;
материал сердечника (магиитопровода) и обмоток - холоднокатаная текстурованная рулонная сталь 3404, медь;
- режим работы и способ охлаждения - длительный, естественный масляный, - характер установки - внутренняя (внутри помещения).
2. Расчет основных электрических величин и определение изоляционных расстояний.
Расчет проводится для трехфазного трансформатора с плоской шихтованной магнитной системой, с концентрическими обмотками из медного провода.
Определение основных электрических величин по § 3.2. Мощность одной фазы и одного стержня
Sф = S'
= S/m =400/3 = 133 кВА.
Номинальные токи: I = S/√3*U, где S - в кВА, U - в кВ
на стороне ВН
I1 = 400/√3*20 = 11,55 А;
на стороне НН
I2 = 400/√3*0.4 = 577 А
Фазные токи:
ВН Iф1=I1 = 11,55 А;
НН Iф2 = I2=577 А.
Фазные напряжения:
ВН Uф1 =U1 /√3 = 20000/√3=11,56
кВ;
НН Uф2 =U2 /√3=0,231 кВ.
Испытательные напряжения (см. табл. 4.1): обмотки ВН Uисп1= 35 кВ; обмотки НН Uucn2=5 кВ.
По табл. 5.8 выбираем тип обмоток: обмотка ВН при напряжении 20 кВ и токе 11,55 А — выбрали цилиндрическую многослойную из кругового провода; обмотка НН при напряжении 0,4 кВ и токе 577 А — выбрали цилиндрическая двухслойная обмотка из прямоугольного провода.
Для испытательного напряжения обмотки ВН Uисп1= 35 кВ по табл. 4.5 находим изоляционные расстояния (см. рис . ) a12= 9 мм; l02= 30 мм; а22= 10 мм.
Для испытательного напряжения обмотки НН Uucn2=5 кВ по табл. 4.4 найдем а01 = 5 мм.
Определение исходных данных расчета. Мощность обмоток одного стержня S'=133 кВА.
Ширина приведенного канала рассеяния
ap= a12+(a1 +
а2)/3;
(а1+а2)/3=k*S'^(1/4)*10-2
= 0,6*3,4*10-2=0,02 м (см. табл. 3.3, прим. 1);
aр=0,009+0,02=0,029 м.
Активная составляющая напряжения короткого замыкания
ua=Pk/(10S) = 5500/(10*400) = 1,375 %.
Реактивная составляющая
up = √ 6,52-1,3752 = 6,353%.
Согласно указаниям § 2.3 выбираем трехфазную стержневую шихтованную магнитную систему с косыми стыками на крайних стержнях и комбинированными «полукосыми» на среднем стержне по рис. 2.17, в. Прессовка стержней бандажами из стеклоленты — по рис. 2.18,6 и ярм— стальными балками по рис. 2.21, а. Материал магнитной системы — холоднокатаная текстурованная рулонная сталь марки 3404 толщиной 0,35 мм. Индукция в стержне ВС= 1,6 Тл (по табл. 2.4). В сечении стержня 6 ступеней, коэффициент заполнения круга kкр = 0,918 (см. табл. 2.5), изоляция пластин — нагревостойкое изоляционное покрытие, k3= 0,965 (табл. 2.3). Коэффициент заполнения сталью kс=kкр*kз = 0,918*0,965 = 0,886. Ярмо многоступенчатое, число ступеней 5, коэффициент усиления ярма kя=1,015 (см. табл. 8.7). Индукция в ярме Вя= 1,6/1,015= 1,576 Тл. Число зазоров в магнитной системе на косом стыке 6, на прямом 2. Индукция в зазоре на прямом стыке Вз’’=1,60 Тл, на косом стыке Bз’ = BC/√2 = 1,60/√2 = 1,131 Тл.
Удельные потери в стали рс= 1,295 Вт/кг; ря= 1,242 Вт/кг. Удельная намагничивающая мощность qc= 1,775 ВА/кг; qя=1,655 ВА/кг; для зазоров на прямых стыках q”з = 23 500 В-А/м2, для зазора на косых стыках q’з =3000 В-А/м2 (табл. 8.10, 8.17).
По табл. 3.6 находим коэффициент, учитывающий отношение потерь в обмотках к потерям короткого замыкания kд = 0,95 и по табл. 3.4 и 3.5 — постоянные коэффициенты для медных обмоток а = 1,33 и b = 0,42.
Принимаем kр = 0,95.
3.Определение основных размеров.(по § 3.6)
Диаметр стержня
d = A*β^(1/4)
,где β – соотношение размеров, выбирается по таблице 3.12. Я принимаю для своего расчета β = 2.
А= 0,507*((S'*ap*kp)/(f*up*Bc2*kc2))^(1/4)
A=0,507*((133*0,029*0,95)/(50*6,353*1,62*0,8862))^(1/4)=0,134
d = 0,134*2^(1/4) = 0,159 м.
Окончательно принимаем d = 0,16 м.
Средний диаметр обмоток НН и ВН
dl2= a*d
dl2= 1,33*0,16
= 0,2128 м.
Ориентировочная высота обмоток
l = π* dl2/Bc
l= 3.14*0,2128/1,6 = 0,42 м.
Активное сечение стержня по табл. 8.7
Пс = 0,785* kс *(A^2)
Пс= 0,785*0,886*(0,134^2) = 0,0178 м2.
Напряжение одного витка предварительно
uв ==4.44* f * Bc* Пс
uв = 4,44*50*
1,6*0,0178
= 6,32 В.
4.Расчет обмотки НН (пo § 6.3).
Число витков в обмотке НН
w2=U2/uв
w2
= 231/6,32= 36,55
принимаем 37 витков.
Уточнение напряжения одного витка
uв= U2/
w2
uв= 231/37 = 6,243 В.
Уточнение индукцию в стержне
Вс = uв/(4,44 * f *Пс)
Вс = 6,243/(4,44*50*0,0178)
Средняя плотность тока в обмотках
Jcp= 0.746*kд*((Рк*uв)/(S*d12))*10^4
Jcp= 0.746*0.96*((5500*6,243)/(400*0.223))*10^4= 2,756 М
А/м2
Окончательно принимаем 2,756 МА/м2
По табл. 5.8 S=400 кВА, номинальному току группы I2 = 577 А и напряжению 0,4 кВ выбираем цилиндрическую двухслойную обмотку из прямоугольного медного провода. Размер радиального канала предварительно hк = 5 мм. Согласно § 5.1 число реек по окружности 8.
Рис. Двухслойная цилиндрическая обмотка из провода прямоугольного сечения
Число витков в одном слое двухслойной обмотки
wсл2 = w1/2.
wсл2 = 37/ 2 = 18,5.
Ориентировочный осевой размер витка, м,
hв2 = l2/(wсл2+1)
hв2 = 0,42 /(18,5+1)=0,021 м.
Ориентировочное сечение витка, м2,
(П'в)нн
=Iф2/ Jcp
(П'в)нн
= 577*10-6/2,756 = 210 *10-6 м2.
По сечению витка по табл. 5.2 выбираем четыре параллельных провода
сечением 53,1 мм2.
МПБ 4х(3,35x16/3,85)x16,5 изоляция 0,5 мм на две стороны.
Сечение витка
П2 =4*53,1*10-6= 212,4*10-6 м2.
Плотность тока в обмотке НН
J2
= Iф2/П2
J2 = 577/212,4*10^(-6)= 2,7 МА/м2.
Осевой размер обмотки, м,
l2= hв2(wсл+1)+(0,005÷0,015)
l2= 0,021*(18,5+1)+0,005= 0,4145 м.
Радиальный размер обмотки (обозначения по рис. 6.2 и 6.3), м:
двухслойной
а2
=
(2а'
+ а22)*10-3
а2 = (2*3+10)*10-3 = 0,016 м.
Внутренний диаметр обмотки, м,
D’2 = d + 2*a01 *10-3
D’2 = 0,16+2*5*10-3=0,17 м.
Наружный диаметр обмотки, м,
D’’2 = D’2+ 2а2
D’’2 = 0,17+ 2*
0,016 = 0,202 м.
Средний диаметр
Dср2 = (D’2+ D’’2 )/2
Dср2 = (0,17 + 0,202)/2 = 0,186 м.
Масса метала
GM 2= 28*103*с* Dcp2*w*П2
где с- число активных стержней трансформатора.
GM2 = 28*103*3*0,186*37*210*10-6 = 121,4 кг.
Масса провода
Gпр2= к* GM2
где к – коэффициент ориентировочное увеличение массы прямоугольного медного провода в процентах за счет изоляции по таблице 5.5 выбрали 1,05
Gпр2=1,05*121,4 = 127,47 кг.
Однослойная обмотка и двухслойная без охлаждающего канала между слоями имеют две охлаждаемые поверхности. Полная охлаждаемая поверхность обмотки НН, м2, для всего трансформатора в этом случае
П02= с*kз*π*
(D’2+ D’’2 )*l2
П02=3*0,965*3,14*(0,17+0,202)*0,41= 1,712 м2.
Основные потери короткого замыкания в НН
Росн2 =2,4*10-12*J2*GM
Росн2 =2,4*10-12*2,72*1012*121,4 = 2124 Вт.
После определения потерь короткого замыкания для обмотки НН (см. §7.1) следует найти плотность теплового потока, Вт/м2, на поверхности обмотки
q2 = (Росн2*kд2)/ П02
где kд2 = 1+0,095*108*β2*а4*n2
β= (b*m/l)*kp
β= (16*10-3*50/0,42)*0,95= 1,8
kд2 = 1+ 0,095*108*1,82*(3,35*10-3)4*42=1,065
где n — число проводников обмотки в направлении, перпендикулярном направлению линий магнитной индукции поля рассеяния; m— число проводников обмотки в направлении, параллельном направлению линий магнитной индукции поля рассеяния; а — размер проводника в направлении, перпендикулярном линиям магнитной индукции поля рассеяния; b — размер проводника в направлении, параллельном линиям магнитной индукции поля рассеяния; l — общий размер обмотки в направлении, параллельном направлению линий магнитной индукции поля рассеяния; kp — коэффициент приведения поля рассеяния (см. § 7.2).
q2 = (2124*1,065)/1,712 = 1284 Вт/м2.
меньше допустимого (qдоп <= 1200÷1400 Вт/м2 ).
5.Расчет обмотки ВН (пo § 6.3).
Расчет обмоток ВН начинается с определения числа витков, необходимого для получения номинального напряжения, для напряжений всех ответвлений. Число витков при номинальном напряжении определяется по формуле
wн1= w2*(Uф1/ Uф2)
wн1= 37*(11560/231) = 1851.
Число витков па одной ступени регулирования напряжения при соединении обмотки ВН в звезду
wр = ∆U/(uB*√3)
wр = (20000 * 0,025) / (6,32 * √ 3) = 45,66
принемаем
wр = 46
где ∆U — напряжение на одной ступени регулирования обмотки или разность напряжений двух соседних ответвлений, В; uB — напряжение одного витка обмотки, В.
Обычно ступени регулирования напряжения выполняются равными между собой, чем обусловливается также и равенство числа витков на ступенях. В этом случае число витков обмотки на ответвлениях
На четырех ступенях:
верхние ступени напряжения .... w1=wн1+2wр, wH1+wp;
при номинальном напряжении: wн1
нижние ступени напряжения .... wн1 — wp, wн1—2wр.
Напряжение, В число витков на ответвлениях
Uн1+2*0,025* Uн1 w1=wн1+2wр
Uн1+0,025* Uн1 w1=wH1+wp
Uн1 w1
Uн1 - 0,025* Uн1 w1=wH1 - wp
Uн1 - 2*0,025* Uн1 w1=wн1-2wр
напряжение, В | Число витков на ответвлениях |
21000 | 1943 |
20500 | 1897 |
20000 | 1851 |
19500 | 1805 |
19000 | 1759 |
Для трехфазного трансформатора или однофазного с параллельным соединением обмоток двух стержней найденное число витков w1=wн1+2wр или w1=wн1-2wр является числом витков на один стержень.
Осевой размер обмотки ВН l1 принимается равным ранее определенному осевому размеру обмотки НН l2.
Плотность тока, А/м2, в обмотке ВН предварительно определяется по формуле
J1= 2*JCP– J2
J1= 2*2,756*106 – 2,7*106 = 2,812*106 А/м2.
Сечение витка обмотки ВН, мм2
(П'в)вн
=Iф1/ (Jcp*10-6)
(П'в)вн
= 11,55/ 2,756=4,2 мм2
По таблице 5,8 — выбрали цилиндрическую многослойную из кругового провода (S= 400 kBA; I1= 11,55 A; Uн1=20000 B; П'1 =4,2 мм2)
Расчет многослойной цилиндрической обмотки из круглого провода.
П”1 =
(П'в)вн/
nв1 =
4,2/1 =4,2 — сечение одного провода, мм2. Окончательно принимаем П”1 =
4,375 мм2. По этому сечению и сортаменту обмоточного провода для трансформаторов (см. табл. 5.1) подбирается провод подходящего сечения или в редких случаях два параллельных одинаковых провода с диаметрами провода без изоляции d2 и провода в изоляции d” 2, мм. Подобранные размеры провода записываются так:
d1 |
d''1 |
2,36 |
4,19 |
где n в1 — число параллельных проводов,
Полное сечение витка, м2,
П1 = nв1*
П”1*10-6
П1 = 1 * 4,375* 10-6 = 4,375*10-6 м2
где П” 1— сечение одного провода, мм2. Полученная плотность тока, А/м2,
J1
= IФ1/П1
J1= 11,55/4,375 *10-6 = 2,64 *10-6 А/м2.
Рис. Многослойная цилиндрическая обмотка из провода круглого сечения.
Число витков в слое
wcл1= l1/ d” 2 где l1 в мм
wcл1= 420/4,19 = 100
Число слоев в обмотке
nсл1 = w1/ wcл1
nсл1 = 1851/ 100= 18,51=19
( nсл1округляется до ближайшего большего числа).
Рабочее напряжение двух слоев, В,
Uмсл= 2*wcл1 *uв.
Uмсл= 2*100* 6,32= 1264 В.
По рабочему напряжению двух слоев по табл. 4.7 в соответствии с указаниями § 4.5 выбираются число слоев и общая толщина δмсл кабельной бумаги в изоляции между двумя слоями обмотки ( 3* δмсл =0,12 мм). Минимальная ширина масляного канала между катушками а22 выбирается по табл. 9.2.
Радиальный размер обмотки, м: две катушки без экрана
а1 = 3* d” 2 +2*1 мм
а1 =3*4,19+2=14,57 мм
В обмотках классов напряжений 20 и 35 кВ под внутренним слоем обмотки устанавливается металлический экран — незамкнутый цилиндр из алюминиевого листа толщиной 0,5 мм. Экран соединяется электрически с линейным концом обмотки (начало внутреннего слоя) и изолируется от внутреннего слоя обмотки обычно междуслойной изоляцией. Такая же изоляция экрана устанавливается со стороны масляного канала.
При наличии экрана радиальный размер обмотки определяется по формуле
а2экр
= а1
+(δэкр + 2*δмсл)*10-3
а2экр
= 0,01457+(0,5+ 3*0,12)*10-3 = 0,01543м
где δэкр = 0,5 мм; δмсл но табл. 4.7.
Для рабочего напряжения 35 кВ можно принять дополнительное увеличение радиального размера обмотки за счет экрана и двух слоев междуслойной изоляции на 3 мм. Минимальный радиальный размер а’12, мм, осевого канала между обмотками НН и ВН и толщина изоляционного цилиндра выбираются по испытательному напряжению обмотки ВН согласно § 4.5. (а’12= 9 мм )
а12экр=(
а’12+
δэкр + 2*δмсл)*10-3
а12экр= ( 9 + 0,5+ 0,12)*10-3 = 0,00998 м.
Внутренний диаметр обмотки (при наличии экрана — до его внутренней изоляции), м,
D'1 =
D”2
+
2a12
D'1 = 0,202+2*9*10-3 = 0,22 м.
Наружный диаметр обмотки: с экраном
D”1
= D'1+2*а2экр
D”1
= 0,22 + 2*0,01543 = 0,25 м.
Поверхность охлаждения, м2,
По1 =
с*n*k*π*( D'1+ D”1)*l
где с — число активных стержней магнитной системы.
Для двух катушек по рис. 5.22, д n = 2; k = 0,8.
По1 = 3* 2* 0,8*3,14*(0,22+0,25)*0,42 =2,975 м2.
Средний диаметр
Dср1 = (D’1+ D’’1 )/2
Dср1 = (0,22+0,25)/2 = 0,235 м.
Масса метала
GM1 = 28 * 103 * с * Dcp1* wн1 * П1
где с- число активных стержней трансформатора.
GM1 = 28 * 103 * 3 * 0,235 * 1851 * 4,375 * 10-6 = 160 кг.
Масса провода
Gпр1= к* GM1
где к – коэффициент ориентировочное увеличение массы прямоугольного медного провода в процентах за счет изоляции по таблице 5.4 выбрали 1,12
Gпр1=1,12*160 = 179 кг.
Основные потери короткого замыкания в НН
Росн1 =2,4*10-12*J2*GM1
Росн1 =2,4*10-12*2,642*1012*160 = 2676 Вт.
После определения потерь короткого замыкания для обмотки НН (см. §7.1) следует найти плотность теплового потока, Вт/м2, на поверхности обмотки
q1 = (Росн1*kд1)/ П01
где kд1 = 1+0,095*108*β12*d4*n2
β1= (d*m/l)*kp
β= (2,36*10-3*52/0,42)*0,95= 0,278
kд = 1+ 0,095*108*0,2782*(2,36*10-3)4*42=1,003
где n — число проводников обмотки в направлении, перпендикулярном направлению линий магнитной индукции поля рассеяния; т — число проводников обмотки в направлении, параллельном направлению линий магнитной индукции поля рассеяния; l — общий размер обмотки в направлении, параллельном направлению линий магнитной индукции поля рассеяния; d — диаметр круглого проводника; kp — коэффициент приведения поля рассеяния (см. § 7.2).
q2 = (2676*1,003)/3,48= 771,5 Вт/м2.
меньше допустимого (qдоп <= 1200÷1400 Вт/м2 ).
6. Расчет параметров короткого замыкания.
Основные потери в отводах:
отводы НН
общую длину проводов для соединения в звезду
lотв2 = 7,5 * l
lотв2 = 7,5*0,42= 3,15
масса металла проводов отводов можно
Gотм2 = lотв2* П2* γ
где γ – плотность металла отводов для меди 8900 кг/м3
Gотм2 =3,15 *212,4*10^(-6) * 8900 = 5,95 кг.
Ротв2 = k * Gотм2 * J22
где k выбирается в зависимости от металла отводов для меди выбрали 2,4*10-12
Ротв2= 2,4 * 10-12 * 5,95 *(2,7 * 106)2 = 104 Вт;
отводы ВН
общую длину проводов для соединения в звездой
lотв1 = 7,5 * l
lотв1 = 7,5 * 0,42= 3,15 м;
масса металла проводов отводов можно
Gотм1 = lотв1* П1*γ
где γ – плотность металла отводов для меди 8900 кг/м3
Gотм1 = 3,15 * 4,375 * 10^(-6) * 8900 = 0,1226 кг.
Ротв1 = k * Gотм1 * J12
где k выбирается в зависимости от металла отводов для меди выбрали 2,4*10-12
Ротв1= 2,4 * 10-12 * 0,1226 *(2,64 * 106)2 = 2,1 Вт;
Потери в стенках бака и других элементах конструкции до выяснения размеров бака определяем приближенно по (7.25) и К находим по табл. 7.1 принимаем для нашего расчета К = 0,015
Рб= 10 * К * S
Рб =
10 * 0,015* 400 = 60 Вт.
Полные потери короткого замыкания
Рк ном =
Росн1*kд1
+
Росн2*kд2 + Ротв2
+ Ротв1 +
Рб
Рк ном = 2676 * 1,003 + 2124 * 1,065 + 104 + 2,1 + 60 = 5112,16 Вт,
((Рк -Рк ном )/ Рк ) * 100
((5500 - 5112,16) / 5500 ) * 100 = 7,05 %
7. Расчет напряжения короткого замыкания (по § 7.2 ).
Активная составляющая
uа = Рк ном/(10* S)
uа = 5112,16/(10 * 400) =1,278
%.
Реактивная составляющая
up= (( 7,92 * f * S’ * β * ap * kp) / uв2) * 10-3
up= (( 7,92 * 50 *133 * 1,9 * 0,029 * 0,95)/ 6,322) *10-3 = 6,9
%.
Напряжение короткого замыкания
uk = √ uа2 + up2
uk = √ 1,2782 + 6,92 = 7,01 %
или ((ukз- uk ) / ukз)* 100
((6,5 - 7,01 )/ 6,5) * 100 = - 7,8 %
Установившийся ток короткого замыкания в обмотке ВН по (7.38) и табл. 7.2.
Iky = (100 * Iном ) /( uk * ( 1 + (( 100* Sном) / ( uk * Sk))))
Iky = ( 100 * 11,55 ) / ( 7,04 * (1 + (( 100*400) / ( 7,04 * 2500000)))) = 163,7 A
где Sk - выбирается по таблице 7.2.
Мгновенное максимальное значение тока короткого замыкания
ikmax
=1,41 * kм * Iky
где при uр/ uа = 6,9 / 1,278 = 4,96 по табл. 7.3 kM√2 = 2,09.
ikmax
= 2,09 * 163,7 = 342 A.
Радиальная сила по (7.43)
Fp = 0,628 (ikmax* w)2 * β * kР *10-6
Fp = 0,628 ( 342* 1851 )2 * 1,9 * 0 ,95 * 10-6 = 454257 Н.
Среднее растягивающее напряжение в проводах обмотки ВН по (7.48) и (7.49)
σp = Fp / ( 2 * π * w1* П1 )
σp = 454257 / ( 2 * 3,14 * 1851 * 4,375 * 10-6 ) = 8,93 МПа.
Среднее сжимающее напряжение в проводах внутренней обмотки
σp = Fp / ( 2 * π * w2* П2 )
σp = 454257 / ( 2 * 3,14 * 37 * 212,4 * 10-6 ) = 9,204 МПа.
8. Расчет магнитной системы ( по § 8.1 – 8.3 ).
Выбираем конструкцию плоской трехфазной магнитной системы, собираемой в переплет (шихтованной), с четырьмя косыми стыками и комбинированными «полу косыми» на среднем стержне. Стержень прессуется бандажами из стеклоленты, ярма — балками и стальными полубандажами. Обмотки прессуются прессующими кольцами. Сечение стержня с 6 ступенями без прессующей пластины, размеры пакетов по табл. 8.5. Сечение ярма повторяет сечение стержня, три последних пакета ярма объединены в один; в ярме 5 ступеней. В Стержне и ярме два продольных канала по 3 мм.
Полное сечение стержня
Пфс= 183,5 см2 (табл. 8.6).
Активное сечение
Пс = kз *
Пфс
Пс =
0,965 * 183,5 = 177 см2.
Полное сечение ярма
Пфя= 188,3 см2.
Активное сечение ярма
Пя = kз *
Пфя
Пя = 0,965 * 188,3= 181,7 см2.
Общая толщина пакетов в половине сечения стержня (по таблице 8.5)
7 + 7 + 7 + 10 + 23 + 20 = 74 мм.
Ширина ярма
bя
= 2 * 7,4
= 14,8 см.
Длина стержня при наличии нажимного кольца по (8.3)
lc= ( l + 2 * l’0) * 10-3
lc= (420 + 2 * 30) * 10-3 = 0,48 м.
Расстояние между осями соседних стержней
С
= D”1
+
а22
С
= 0,25 + 0,01 = 0,26 м.
Объем угла по табл. 8.7 Vy=2470 см3, γcт = 7650 кг / м3.
Масса стали угла по (8.6)
Gy = k3 * Vy* γcт * 10-6
Gy =
0,965* 2470 *
7650 * 10-6 = 18,2 кг.
Масса стали стержней в пределах окна магнитной системы по ( 8.12)
G’c =c * Пс * lc * γcт
G’c = 3 * 177 * 10-4 * 0,48 * 7650 = 195 кг.
Масса стали в местах стыка пакетов стержня и ярма по (8.13)
G"c=c * ( Пс * а1я * γст * 10-3 – Gy)
G"c=
3 * ( 177 * 10-4 * 0,175 * 7650 * 10-3 — 18,2 ) = 16,47 кг.
Масса стали стержней
Gc = G'c
+ G"c
Gc = 195 + 16,47 = 211,47 кг.
Масса стали в ярмах по (8.8) — (8.10)
G’я = 2 * ( с -1) * С * Пя * γcт
G’я = 2 * (3— 1) * 0,26 * 181,7 * 10-4 * 7650 = 145 кг;
G’’я = 2 * Gy
G’’я = 2* 18,2 = 36,4 кг;
Gя = G’я + G’’я
Gя = 145 + 36,4 = 181,4 кг.
Полная масса стали трансформатора
Gст = Gc + Ся = 211,47 + 181,4 = 392,87 кг.
9. Расчет потерь и тока холостого хода (по § 8.2).
Магнитная система шихтуется из электротехническом тонколистовой рулонной холоднокатаной текстурованной стали марки 3404 толщиной 0,35 мм.
Индукция в стержне
Вс = uв / ( 4,44 * f * Пс )
Вс = 6,32 / ( 4,44 * 50 * 177 *10-4) = 1,6 Тл.
Индукция в ярме
Вя
= uв / ( 4,44 * f * Пя )
Вя
= 6,32 / ( 4,44 * 50 * 181,7 *10-4) = 1,56 Тл.
По табл. 8.10 находим удельные потери:
при Вс = 1,6 Тл; рс = 1,295 Вт/кг; р з , с = 645 Вт/м2 (шихтовка в одну пластину);
при Вя =1,56 Тл; ря = 1,207 Вт/кг;
при Вз = 1,6 /√ 2= 1,12 Тл; рз = 360 Вт/м2.
По тексту гл. 8 и табл. 8.13 находим коэффициенты для стали 3404 толщиной 0,35 мм при наличии отжига: kп,я = 1,0; kп,р = 1,05; kп,з =1,0; kп, л = 1,0; kп, ш=1,02;
kп,п =l,03; kп,y= 9,38.
Число косых зазоров 5, прямых— 1.
Px = ( kп,р* kп,з* ( рс * Gc + ря * G’я – 4 * ря * Gy + ((рс + ря ) / 2) * kп,у * Gy ) +
+ Σ рз * nз * Пз ) * kп,я * kп,п * kп, ш
Px = ( 1,05 * 1 * ( 1,295 * 211,47 + 1,207 * 145 – 4 * 1,207 * 18,2 + (( 1,295 + 1,207 ) / 2 ) *
* 9,38 * 18,2 ) + 645 * 1 * 177/√2 * 10-4 + 360 * 5/√2 * 177 * 10-4 ) * 1,0 * 1,03 * 1,02 = 725 Вт
Потери холостого хода Px = 725 Вт, или (( 1150 – 725) / 1150) *100 = 37 %.
Потери холостого хода на 37% лучше заданной нормы
По табл. 8.17 находим удельные намагничивающие мощности:
при Вс = 1,6 Тл; qс = 1,8 ВA/кг; qз , с = 24000 ВA/м2 (шихтовка в одну пластину);
при Вя =1,56 Тл; qя = 1,576 ВA/кг;
при Вз = 1,6 /√ 2= 1,12 Тл; qз = 3500 ВA/м2
По тексту гл. 8 и табл. 8.12, 8.20 и 8.21 находим коэффициенты: kт,р = l,18; kт,з=l,0 (при наличии отжига пластин); kт,у=35,2; kт,пл = 1,2; kт,я = 1,0; kт,п=1,05; kт,ш=1,02.
Qx = (kт,р * kт,з * (qс* Gc + qя * G’я – 4 * qя * Gy + ((qс + qя ) / 2) * kт,у * kт,пл * Gy) +
+ Σqз * nз * Пз ) * kт,я * kт,п * kт,ш
Qx = ( 1,18 * 1,0* ( 1,8 * 211,47 + 1,576 * 145 – 4 * 1,576 * 18,2 + (( 1,8 + 1,576) / 2) * 35,2 * 1,2 * 25,6 ) + 24000/√2 * 1 * 177 * 10-4 + 3500/√2 * 5 * 177 * 10-4) * 1,0 * 1,05 *
* 1,02 = 3577 ВА
Относительное значение тока холостого хода
i0 = Qx/ (10 * S)
i0 = 3577 /(10 * 400) =0,894 %,
или ((2,1 – 0,894)/ 2,1) *100 = 57 %.
Активная составляющая тока холостого хода
iоа = Px / ( 10 * S )
iоа =725 / ( 10 * 400) = 0,18 %.
Реактивная составляющая
iop = √ i02 – i2оа
iop
=
√
12 — 0,182 = 0,98 %.
Ток холостого хода (для обмотки НН)
Ix = Qx / ( m * Uф2 )
Ix =3577 /(3 * 400) = 2,98 А
Активное составляющая тока холостого хода, фазное значение,
Ixa = Рх / ( m * Uф2 )
Ixa =725 /(3 * 400) = 0,6 А;
Реактивная составляющая
Ixр =
√ Ix2 - Ixa2
Ixр =
√ 2,982 -
0,62 = 2,92 А
Коэффициент полезного действия трансформатора
η = ( 1- ((
Рк ном +
Px) / ( S +
Рк ном +
Px ))) * 100
η = ( 1 – (( 5565,16 + 725) / ( 400 * 103 + 5565,16 + 725))) * 100 = 98,45
11.Список литературы
Тихомиров П.М. «Расчет трансформаторов»; Москва, 1986
Сапожников В.А. «Конструирование трансформаторов»; Москва, 1684