Общая часть. Пути развития отечественного трансформаторостроения
Омский государственный технический университет Нижневартовский филиал Кафедра «ЭТ»
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ»
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА (10 вариант) Специальность 140610 «Электрооборудование и электрохозяйство предприятий, организаций и учреждений»
Выполнил: студент группы ЭЭ-311 НВ Кузнецов В.Э.
Проверил: Ю.Л. Иванилов
Нижневартовск СОДЕРЖАНИЕ
Задание на проектирование трехфазного трансформатора
Исходные данные для проектирования трехфазного трансформатора представлены в табл. 1 и табл. 2. Выбор варианта задания производится по последним цифрам шифра, присвоенного студенту. Для всех вариантов принять высшее напряжение (ВН) обмотки U2 = 35 кВ. Для четной последней цифры шифра (варианта) низкое напряжение (НН) обмотки U1 = 6,0 кВ, для нечетной цифры – U1 = 10 кВ. Таблица 1 Исходные данные на проектирование
П р и м е ч а н и я. 1. Напряжение в задании указано линейное. 2. Потери и ток холостого хода (х. х.) приведены для ориентировочной оценки полученных в ходе расчета величин. Таблица 2 Дополнительные требования
П р и м е ч а н и я. 1. В обозначениях группы соединения на первом месте всегда указывается схема соединения обмоток высшего напряжения (ВН), а на втором – низкого напряжения (НН), независимо от нумерации обмоток в ходе расчета. 2. Приняты следующие условные обозначения схем соединения обмоток: Y – звезда, Д – треугольник.
Пример выполнения задания
Тема задания: Спроектировать трансформатор ТМ—6300/35– трехфазный двухобмоточный трансформатор с естественным масляным охлаждением, регулирование напряжения при отключенной нагрузке.
Исходные данные для расчета: 1. Номинальная мощность 6300 кВ·А 2. Обмотка ВН 35 ±(2×2,5%) кВ 3. Обмотка НН 10 кВ 4. Схема и группа соединения обмоток У/Д-11 5. Частота 50 Гц
Курсовая работа выполняется в объеме: 1. Общая часть 1.1. Пути развития отечественного трансформаторостроения. 2. Расчетная часть 2.1. Расчет основных электрических величин трансформатора. 2.2. Выбор изоляционных расстояний и расчет основных размеров. 2.3. Выбор конструкции и расчет обмоток НН и ВН трансформатора. 2.4. Расчет потерь короткого замыкания. 2.5. Расчет магнитной системы и характеристик холостого хода. 2.6. Определение КПД трансформатора. 2.7. Тепловой расчет трансформатора. 2.8. Расчет массы трансформатора. В качестве справочного материала использовать данные приведенные в конце указаний. Общая часть. Пути развития отечественного трансформаторостроения
Совершенствование трансформаторостроения началось с момента его возникновения. В основном характеристики трансформаторов и их весогабаритные данные улучшались с применением более качественных и специальных материалов. Так, например, с применением (в 1904 г.) легированной стали вес трансформаторов сразу уменьшился почти вдвое. Улучшение качества электротехнической стали продолжается и по настоящее время и от этого улучшения в основном зависит уменьшение расхода активных материалов и повышение к. п. д. трансформаторов. Силовые трансформаторы имеют весьма высокий к. п. д., для большинства составляющий 98—99% и более. Однако ввиду установки в распределительных сетях общей мощности трансформаторов, в 7— 8 раз превышающей мощность генераторов, общие потери во всем парке трансформаторов достигают 6% от всей электроэнергии, вырабатываемой электростанциями. ГОСТ 11677—65 (общий стандарт на силовые трансформаторы) предусматривает ряд улучшений в конструкции силовых трансформаторов по сравнению с ранее действовавшим ГОСТ 401—41. В первую очередь это относится к улучшению их характеристик холостого хода и короткого замыкания, т. е. в целом значения к. п. д. Повышение к. п. д. в основном стало возможным вследствие внедрения холоднокатаной электротехнической стали, имеющей меньшие значения удельных потерь и намагничивающей мощности по сравнению с горячекатаной сталью. Одновременно с этим для лучшего использования холоднокатаной стали потребовались отмена отверстий в пластинах магнитопровода и применение его бесшпилечной прессовки, косых и комбинированных стыков пластин, отжига пластин, продольных каналов из неметаллических материалов, бандажей из стеклоленты или стекловолокна, изготовление магнитопровода без предварительной зашихтовки верхнего ярма, применение магнитных мостов и другие виды прогрессивной технологии. Большого внимания требует совершенствование технологических процессов производства обмоток и изоляции трансформаторов. Обмотки и изоляция—ответственные и вместе с тем трудно контролируемые узлы конструкции. Весьма важным является вопрос о качестве электротехнического картона как одного из основных изоляционных материалов. Применяемый в настоящее время изоляционный картон имеет усадки, достигающие 8—9% по толщине, что требует введения дополнительных операций по стабилизации размеров изоляции. Наилучшим решением данного вопроса являлось бы получение малоусадочного картона, но из-за его отсутствия на трансформаторных, заводах вводятся процессы предварительной стабилизации картона; вылеживанием и прессовки изоляционных деталей и обмоток в целом, на разных стадиях изготовления. Для крупных трансформаторов в перспективе применение многоходовых обмоток НН с числом параллельных проводов до 200, петлевых обмоток ВН с применением транспонированного провода и отдельных регулировочных многоходовых слоевых обмоток ВН по числу ступеней регулирования. Для повышения электрической прочности целесообразно более широко практиковать отмену пропитки обмоток. Из отдельных конструктивных решений и направлений конструирования можно отметить применение разъемных баков и баков колокольного типа, прямотрубных навесных охладителей вместо трубчатых баков, изготовление нажимных колец, намотанных из электротехнической стали и запекаемых на эпоксидных смолах. Экономичность работы электрических сетей и поддержание постоянства величины напряжения у потребителей требует расширения выпуска трансформаторов с регулированием напряжения под нагрузкой (РПН). Выпуск таких трансформаторов требуется довести до 50% суммарной мощности выпускаемых силовых трансформаторов, включая большинство трансформаторов с напряжением ПО кВ и выше, а также распределительные трансформаторы мощностью от 25 до 6300 кВА на напряжение 10 и 35 кВ. При разработке этих трансформаторов должно быть, отдано предпочтение переключающим устройствам с токоограничивающими резисторами, как имеющим меньшие габаритные размеры по сравнению с реакторными устройствами и не требующим отдельного бака для контакторов. Разработка параллельных серий силовых трансформаторов с медными и алюминиевыми обмотками позволит получить большую экономию меди. Эта медь может быть использована в трансформаторах большой мощности с целью уменьшения потерь короткого замыкания при меньших габаритных размерах, что не может быть достигнуто при алюминиевых обмотках. Трансформаторы с медными и алюминиевыми обмотками могут иметь одинаковые характеристики при одинаковом весе электротехнической стали, меньшем общем весе, но с большей высотой сердечника, а, следовательно, и трансформатора [Л. 2]. Силовые трансформаторы с алюминиевыми обмотками мощностью до 6300 кВА обеспечивают полноценную замену трансформаторов с медными обмотками, так как могут иметь те же характеристики холостого хода и короткого замыкания. Стоимость этих трансформаторов примерно одинакова, и поэтому такая замена может считаться равноценной в техническом и экономическом отношениях. Экономия активных, изоляционных и конструктивных материалов может быть получена в первую очередь за счет широкого применения автотрансформаторов на напряжения ПО—500 кВ путем снижения испытательных напряжений, уменьшения изоляционных промежутков при разработке новых конструкций изоляции, применения новых систем форсированного охлаждения трансформаторов с направленной принудительной циркуляцией масла и новых типов охладителей. С повышением напряжения размеры и надежность работы трансформатора в большой степени зависят от качества изоляционных материалов и от конструкции самой изоляции. Рациональная конструкция, применение новых, более совершенных материалов и внедрение прогрессивной технологии позволят уменьшить изоляционные промежутки и, следовательно, соответственно уменьшить размеры и вес трансформатора. В части повышения надежности трансформаторов при импульсных воздействиях большую роль сыграло введение емкостной защиты, принцип и конструкция которой продолжают непрерывно совершенствоваться. Расширение производства трансформаторов, рост мощности в одной единице и напряжения обмоток ВН вызывают необходимость в более широком развитии научно-исследовательских работ, связанных с трансформаторостроением. Следует отнести исследования полей рассеяния с целью уменьшения вызываемых ими добавочных потерь, механической прочности обмоток при коротком замыкании, электрической прочности изоляции при промышленной частоте и при импульсных воздействиях, разработки новых, более эффективных, охладительных систем, рациональной технологии производства, в частности, вакуумной сушки трансформаторов, рациональных методов проектирования трансформаторов и их экономической оценки. Научно-исследовательские работы необходимы в целях оказания помощи трансформаторным заводам при разработке и изготовлении трансформаторов, отвечающих требованиям современной энергетики как в отношении высших уровня мощности и класса напряжения, так и в отношении качества. Основные показатели качества: получение экономической трансформации — снижения потерь энергии, экономии материалов, уменьшения веса и габаритных размеров, увеличение электрической и механической прочности и повышение надежности.
2. Расчетная часть
2.1. Расчет основных электрических величин трансформатора
Номинальные линейные токи при любой схеме соединения
где
Тогда номинальные линейные токи
Фазные токи при соединении «звезда» равны линейным
при соединении «треугольник»
Фазные напряжения при соединении «звезда»
при соединении «треугольник» равны линейным
Активная составляющая напряжения к. з.
где Реактивная составляющая напряжения к.з.
где
2.2. Выбор изоляционных расстояний и расчет основных размеров трансформатора
Испытательные напряжения определяем по табл. П1: для обмотки ВН Для испытательного напряжения обмотки ВН
Для изготовления сердечников серийных трансформаторов обычно применяют холоднокатаную текстурованную сталь марок 3404 – 3408 толщиной 0,35 – 0,27 мм (табл. П4), обладающей низкими или особо низкими удельными потерями и повышенной магнитной проницаемостью, позволяющей повысить индукцию в сердечнике до Расчет основных размеров трансформаторов проводим в соответствие Диаметр Определяем диаметр стержня (первый основной размер трансформатора)
где
β = 1,2 – определяет соотношение между шириной и высотой трансформатора для разных мощностей (табл. П5), при этом меньшим значениям для одинаковых мощностей соответствуют трансформаторы, относительно узкие и высокие, большим – широкие и низкие (рис. П2 б);
Подставив указанные параметры, определяем диаметр стержня
Из нормализованной шкалы (см. ниже) берем ближайшее значение нормализованного диаметра Нормализованная шкала содержит следующие диаметры: 8; 9; 10; 11; 12,5; 14; 16; 18; 20; 22; 24; 26; 28; 30; 32; 34; 36; 38; 40; 42; 45; 48; 50; 53; 56; 60; 63; 67; 71; 75 – для магнитных систем без поперечных каналов; 80; 85; 90; 95; 100; 1003; 106; 109; 112;115; 118; 122; 125; 132; 136; 140; 145; 150 – для магнитных систем, имеющих поперечные каналы. Площадь полного поперечного сечения фигуры стержня
где Тогда площадь поперечного сечения ступенчатой фигуры стержня
Определяем ЭДС витка
где
здесь Определяем ориентировочную высоту обмоток (второй основной размер трансформатора)
где
где α =1,4÷1,45 для алюминиевого провода, α =1,3÷1,35 для медного провода. Для расчета предлагаются два варианта конструкции плоской магнитной системы: с четырьмя косыми стыками по углам, двумя прямыми в ярме и одним прямым в стержне (рис. П4 а); с шестью косыми стыками и двумя прямыми в ярме (рис. П4 б). Принимаем (для всех вариантов) для дальнейшего рассмотрения вариант с четырьмя косыми стыками по углам, двумя прямыми в ярме и одним прямым в стержне, поскольку в сердечниках, собираемых из холоднокатаной текстурованной стали, такой способ сборки способствует снижению потерь в зонах сопряжения стержней и ярм.
2.3. Выбор конструкции и расчет обмоток
Конструкция (тип) обмотки определяется рядом параметров: током, напряжением, сечением витка, числом витков и т.п. Для заданного ряда мощностей и напряжений ориентировочно тип обмотки можно выбрать по данным табл. П8 и П10. Обмотки одно- или двухслойные и винтовые используются только на стороне НН, многослойные из круглого провода, как правило, – на стороне ВН, катушечные из прямоугольного провода могут быть использованы на любой стороне трансформатора. Многослойная обмотка из круглого провода наиболее проста в изготовлении, однако имеет наихудшие условия охлаждения. Обмотка из прямоугольного провода имеет более лучшие условия охлаждения, проста в изготовлении и в связи с этим широко используется в практике трансформаторостроения. Катушечная обмотка является наиболее универсальной, достаточно простой и хорошо охлаждаемой. Поэтому для дальнейшего рассмотрения выбираем обмотку непрерывную катушечную из прямоугольного провода (принять для всех вариантов). Катушкой называется группа последовательно соединенных витков обмотки, конструктивно объединенная и отделенная от других таких же групп или от других обмоток трансформатора. Следовательно, каждая обмотка может состоять из одной, двух, нескольких или многих катушек. Во всех типах обмоток принять различать осевое и радиальное направления. Осевым считается направление, параллельное оси стержня трансформатора, на который насаживается данная обмотка. Радиальным считается направление любого радиуса окружности обмотки. В этом смысле принято говорить также об осевых и радиальных каналах (рис. П5). Расчет обмоток проводим в следующей последовательности. 1. Расчет обмотки НН. Число витков на одну фазу обмотки НН определяется по формуле
где Тогда число витков на одну фазу обмотки НН: ωнн = 10500/29,16 = 360 витков (округляем до целого числа). Уточняем ЭДС одного витка Действительная индукция в стержне уточняется по формуле
Ориентировочное сечение витка НН
где J - средняя плотность тока в обмотках равна 1,8 А/ К этому сечению витка по сортаменту обмоточного провода (табл. П11) подбираются число параллельных прямоугольных проводов обычно равным 2 (не более 4-6) и подходящие сечения прямоугольного провода. По табл. П11 выбираем провод с номинальными размерами по стороне аи стороне b с изоляцией на две стороны 0,5 мм (см. рис. П6). Подобранные размеры провода записываются так: Марка провода АПБ где АПБ – марка алюминиевого (круглого и прямоугольного сечения) провода(медные провода имеют марку ПБ); Следовательно, реальное сечение витка из двух параллельных проводов НН принимается равным
Уточняем плотность тока
Число катушек на одном стержне
где Тогда
Принимаем Тогда число витков в катушках НН (округляем до целого числа)
Определяем высоту обмотки НН
= где Определяем радиальный размер обмотки
Внутренний диаметр обмотки
Наружный диаметр обмотки
2. Расчет обмотки ВН. Число витков при номинальном напряжении на одну фазу обмотки ВН
Обычно ступени регулирования напряжения делаются равными между собой. В этом случае число витков обмотки на одной ступени регулирования здесь 2,5 – процентная ступень регулирования. Принимаем Обычно ответвления для регулирования напряжения делают от наружных витков обмотки ВН. Для трансформаторов типа ТМ обычно применяется регулирование напряжения без возбуждения (ПБВ). Число витков на ответвлениях на верхних ступенях:
Число витков на номинальное напряжение Число витков на ответвлениях на нижних ступенях:
Ориентировочная плотность тока:
Ориентировочное сечение витка :
По полученному сечению витка по табл. П11 подбираем число и реальное сечение провода ВН:
где АПБ – марка провода; Следовательно, реальное сечение витка ВН принимается равным
Уточняем плотность тока
Таким образом, получили провод унифицированный, т.е. один и тот же в обеих обмотках НН и ВН, поэтому и число катушек ВН в первом приближении примем равным числу катушек НН, т.е. Обычно в обмотке ВН выделяют регулировочную часть (иногда в виде отдельной обмотки) и разделяют на ряд ступеней с необходимым числом витков, концы которых выводят с помощью ответвлений (катушечные обмотки). Тогда из расчета, что число витков на одной ступени регулирования равно 17, предусматриваем на каждую ступень регулирования по 2 катушки с числом витков в каждой по 8,5. Поэтому регулировочных катушек будет (2 кат. х 4 отв.) = 8 катушек. Следовательно, основных катушек будет 60 – 8 = 52 (рис. П7). Число витков в основных катушках ВН (округляем до целого)
Определяем высоту обмотки ВН
= 1,65·60 + 0,94 [0,4·(60 - 2)+1,5] =123 см, где
Как видим, высота обмотки ВН совпадает с высотой обмотки НН:
Следовательно, число катушек ВН не изменяем и принимаем равным Определяем радиальный размер обмотки
Внутренний диаметр обмотки
Наружный диаметр обмотки
2.4. Расчет потерь короткого замыкания
Потерями короткого замыкания двухобмоточного трансформатора называются потери, возникающие в трансформаторе при установлении в одной из обмоток тока, соответствующего номинальной мощности, и замкнутой накоротко другой обмотке. Потери короткого замыкания рассчитываем по следующей методике. 1. Расчет основных потерь в обмотках. Основные потери НН: - для алюминиевого провода
- для медного провода
где
где с - число активных (несущих обмотки) стержней трансформатора (для трехфазного принимается равным 3; Для медного провода с
Основные потери обмотки ВН: - для алюминиевого провода
- для медного провода
где
где Для медного провода с
Популярное: Почему люди поддаются рекламе?: Только не надо искать ответы в качестве или количестве рекламы... Генезис конфликтологии как науки в древней Греции: Для уяснения предыстории конфликтологии существенное значение имеет обращение к античной... ![]() ©2015-2024 megaobuchalka.com Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (1438)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |