Курсовая работа (т): Расчет масляного трансформатора

Для осветительных установок нормы ±5% - для жилых помещений и от -2,5% до -5% - для общественных зданий и производственных помещений.

Однако колебания сети неизбежны вследствие переменных режимов работы потребителей, включения и отключения групп потребителей и других причин. Поэтому для поддержания неизменного уровня напряжения требуется постоянное его регулирование.

Напряжение можно регулировать без отключения нагрузки и с отключением трансформатора от сети. Первый способ называется регулирование под нагрузкой (РПН), а трансформатор, в котором оно предусмотрено, трансформатором с РПН. Однако РПН требует сложных и дорогих переключающих устройств, поэтому трансформаторы РПН установлены только там, где это дает заметный экономический эффект. В других случаях применяют регулирование без возбуждения (ПБВ) после отключения всех обмоток от сети. Трансформатор, в котором предусмотрено такое регулирование, называют трансформатором ПБВ.

При ПБВ потребителя на время вообще отключают от сети, что неудобно и особенно там, где нагрузка меняется часто, но вместе с тем конструкция ПБВ проста и относительно дешева.

Наиболее распространено регулирование напряжения ступенчатым изменением числа витков одной из обмоток. Большинство трансформаторов выполняют с регулированием на обмотке ВН, поскольку в обмотке НН большой ток и переключающее устройство получится очень громоздким. Поскольку в обмотке ВН токи гораздо меньше, то переключающее устройство получится относительно небольшим, хотя его приходится изолировать от заземленных частей трансформатора.

Напряжение регулируют чаще изменением основного магнитного поля в магнитопроводе. Так, при постоянном ВН и уменьшении вторичного напряжения следует увеличить магнитной поле, чтобы восстановить номинальное НН. Это достигается уменьшением числа витков в обмотке ВН.

При постоянном напряжении U₁ для увеличения индукции надо уменьшить число витков в первичной обмотке, и наоборот, если нагрузка падает, а напряжение U₂ растет, следует уменьшить интенсивность поля, т.е. увеличить число витков в первичной обмотке.

Если изменяется первичное напряжение, следует поддержать для сохранения НН магнитное поле неизменным, что достигается соответственным изменением числа витков w₁: при повышении напряжения (например, на 10%) надо увеличить на столько же число витков w₁, при снижении U₁ - уменьшить их.

При одновременном изменении U₁ и U₂ следует отключить такую часть витков, когда скомпенсировалось снижение этих напряжений. Когда регулирование возможно в обмотке НН, основное магнитное поле (U₁ неизменно) остается постоянным, а увеличение (или уменьшение) напряжения НН осуществляется включением (или отключением) части последовательно соединенных витков обмотки НН.

Во всех случаях принцип регулирования заключается в изменении числа витков в обмотке трансформатора определенными ступенями. Обычно в обмотке ВН определяют регулировочную часть и разделяют на ряд ступеней с необходимым числом витков, концы которых выводят с помощью ответвлений.

1. Предварительный расчет трансформатора

.1 Расчет основных электрических величин трансформатора

Мощность обмоток одного стержня трансформатора определяется по формуле (3.2) [л.1, стр. 97]:

где S - мощность трансформатора по заданию;

c - число активных стержней трансформатора.

Номинальный (линейный) ток обмотки ВН и НН трехфазного трансформатора определяется по формуле (3.3) [Л. 1, стр. 97]

ВН:

НН:

где U - номинальное линейное напряжение соответствующей обмотки; I - ток обмотки одного стержня трёхфазного трансформатора.

Фазный ток обмотки одного стержня трехфазного трансформатора при соединении обмоток в треугольник и звезду определяется по формулам (3.5) и (3.6) [Л. 1 стр. 97], а фазные напряжения по формулам (3.7) и (3,8) [Л. 1 стр. 98]:

ВН:

НН:

ВН: ,

НН:

Для определения изоляционных промежутков между обмотками и другими токоведущими частями и заземлёнными деталями трансформатора существенное значение имеют испытательные напряжения, при которых проверяются электрическая прочность изоляции трансформатора. Испытательное напряжение определяется по таблице 4.1 [Л. 1, стр. 169] для каждой обмотки трансформатора по её классу напряжения.

ВН: U_исп = 85 кВ,

НН: U_исп = 5 кВ.

Потери короткого замыкания, указанные в задании, дают возможность определить активную составляющую напряжения короткого замыкания, % по формуле (3.9) [Л. 1, стр. 99]:

где P_к - потери короткого замыкания в кВт;

S - номинальная мощность в кВА.

Реактивная составляющая при заданном напряжении короткого замыкания определяется по формуле (3.10) [Л. 1, стр. 99]:

1.2 Основные размеры

Основные параметры трансформатора показаны на рисунке 4.

Рисунок 4 - Основные размеры трансформатора

Расчет основных параметров трансформатора начинается с определения диаметра стержня по формуле (3.17) [Л. 1, стр. 106]:

где  - ширина приведенного канала рассеяния трансформатора определяется как

Размер  - размер канала между обмотками ВН и НН, определяется по таблице 4.5 [Л. 1, стр. 184] и равен 0,03 м.

При определении основных размеров трансформатора  определяется по формуле [Л. 1, стр. 120]:

где  - коэффициент канала рассеяния, зависит от мощности трансформатора, напряжения обмотки ВН и уровня потерь к.з. Р_к, находится по таблице 3.3 [Л. 1, стр. 121] и выбирается равен 0,62*1,25.

 - приближенно равен отношению средней длинны витка двух обмоток трансформатора к их высоте и определяет соотношение между шириной и высотой трансформатора. В расчете данного трансформатора с таблицы 3-12 [Л. 1, стр. 159] принимается равным 1,3;

 - коэффициент приведения идеального поля рассеяния к реальному полю (коэффициент Роговского) при определении основных размеров можно приближенно принять 0,95;

 - частота сети, в которой будет установлен трансформатор, равная 50 Гц;

 - реактивная составляющая напряжения короткого замыкания, ;

 - индукция в стержне, выбирается с таблицы 2.4 [Л. 1, стр. 78], равна 1,6 Тл;

 - коэффициент заполнения активным сечением стали площади круга, описанного около сечения круга. Этот коэффициент равен произведению

,

в свою очередь коэффициенты  и  находятся по таблицам 2.2 [Л. 1, стр. 77] и 2.5 [Л. 1, стр. 83] соответственно, и они имеют значения  = 0,96,  = 0,913.

Выбираем трехфазную стержневую шихтованную магнитную систему с косыми стыками на крайних стержнях и прямыми стыками на среднем стержне. Сталь выбираем марки 3404 с толщиной одного листа 0,35 мм.

Рисунок 5 - Эскиз магнитной системы

Поскольку полученный диаметр не соответствует ни одному значению из стандартного ряда диаметров, то выбираем нормализованный диаметр, который равен 0,14 м [Л. 1, стр. 87].

После этого рассчитаем коэффициент , соответствующий нормализированному диаметру, по формуле (3.69) [Л. 1, стр. 163]:

Средний диаметр канала между обмотками  определяется по формуле (3.70) [Л. 1, стр. 163]:

где  - радиальный размер осевого канала между стержнем и обмоткой НН, м - таблица 4.4 [Л. 1, стр. 183],

 - радиальный размер обмотки НН, может быть приближенно рассчитан по формуле (3.71) [Л. 1, стр. 164]:

Высоту обмотки определим по формуле (3.72) [Л. 1, стр. 164]:

Активное сечение стержня, т.е. чистое сечение стали, определим по формуле (3.73) [Л. 1, стр. 164]:

Электродвижущая сила одного витка определяется по формуле (3.74) [Л. 1, стр. 164]:

2. Выбор типа конструкций и расчет обмоток ВН и НН

.1 Выбор типа обмоток

Типы обмоток выбираем по таблице 5.8 [Л.1,стр. 258].

Обмотка ВН

Тип обмотки: Цилиндрическая многослойная из круглого провода.

Основные преимущества: Простая технология изготовления.

Основные недостатки: Ухудшение теплоотдачи и уменьшение механической прочности с ростом мощности трансформатора.

Обмотка НН

Тип обмотки: Цилиндрическая двухслойная обмотка из прямоугольного провода. Основные преимущества: Простая технология изготовления, хорошее охлаждение. Основные недостатки: Малая механическая прочность.

По таблице 4.5 [Л.1, стр.184] для испытательного напряжения  кВ находим изоляционные расстояния для обмотки ВН (см. рисунок 1).

По таблице 4.4 [Л.1 стр.183] для испытательного напряжения  кВ находим изоляционные расстояния для обмотки НН (см. рисунок 1).

2.2 Расчет обмотки НН

Число витков на одну фазу обмотки НН определяется по формуле (6.1) [Л. 1, стр. 265]:

 витков,

но так как не может быть дробное число витков, принимаем  = 83 витка.

Напряжение одного витка найдем по формуле (6.2) [Л. 1, стр. 265]:

 В

Находим действительную индукцию в стержне (6.3) [Л.1, стр. 265]:

 Тл

Предварительное значение плотности тока (5.4) [Л.1, стр. 255]:

,

k_д = 0,95 таблица 3.6 [Л.1, стр. 131].

Полученное значение  соответствует таблице 5.7 [Л.1, стр. 257].

Выберем двухслойную обмотку, для которой количество витков в одном слое рассчитывается по формуле (6.4а) [Л. 1, стр. 266]:

 витков,

но поскольку количество витков должно быть целым числом, то выбираем 42 витка.

Ориентировочный осевой размер витка найдем по формуле (6.5) [Л. 1, стр. 266]:

 м

Ориентировочное сечение витка найдем по формуле (6.6) [Л. 1, стр. 266]:

 мм²

Теперь по полученным данным  и  выбираем алюминиевый провод  из таблицы 5.2 [Л. 1, стр. 212], с бумажной изоляцией, намотка плашмя.

Уточненное значение =74,1 мм².

Осевой размер витка:

 м

Полученная плотность тока определяется по формуле (6.8) [Л. 1, стр. 267]:

А/м²

Осевой размер обмотки определим по формуле (6.9) [Л. 1, стр. 267]

м

Радиальный размер двухслойной обмотки определим по формуле (6.11) [Л. 1, стр. 267]:

м,

где  - радиальный размер канала выбирается равным 5 мм из таблицы 9.2 [Л. 1, стр. 426].

Внутренний диаметр обмотки определяется по формуле (6.12) [Л. 1, стр. 268]:

 м

Наружный диаметр обмотки определяется по формуле (6.13) [Л. 1, стр. 268]:

 м

Полная охлаждаемая поверхность для двухслойной обмотки НН без охлаждающего канала определяется по формуле (6.14) [Л. 1, стр. 268]:

 м²,

где с - число активных стержней;

 - коэффициент, который учитывает закрытие части поверхности обмотки рейками и другими изоляционными деталями, при предварительном расчете может быть принят 0,75.

2.3 Расчет обмотки ВН

Число витков при номинальном напряжении определяется по формуле (6.27) [Л. 1, стр. 281]: