Курсовая работа (т): Силовой трансформатор

Силовой трансформатор

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Дальневосточный государственный университет путей сообщения»

Кафедра электротехники и электроники

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по электромеханике

На тему: «Силовой трансформатор»

Проектировал студент__________________________

Руководитель проекта __________________________

2015

Оглавление

Введение

. Определение основных электрических величин

. Расчет основных размеров трансформатора

. Расчет обмоток НН и ВН

. Определение характеристик короткого замыкания

. Окончательный расчет магнитной системы. Определение характеристики холостого хода

Заключение

Литература

Приложение

Введение

Трансформатором называют статическое электромагнитное устройство, имеющее две или большее число индуктивно-связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной (первичной) системы переменного тока в другую (вторичную) систему переменного тока. Трансформаторы широко используются в промышленности и быту для различных целей.

.        Для передачи и распределения электрической энергии.

.        Для обеспечения нужной схемы включения вентилей в преобразовательных устройствах и согласования напряжения на выходе и входе преобразователя. Трансформаторы, применяемые для этих целей, называются преобразовательными.

.        Для различных технологических целей: сварки (сварочные трансформаторы), питания электротермических установок (электропечные трансформаторы) и др.

.        Для питания различных цепей радиоаппаратуры, электронной аппаратуры, устройств связи и автоматики, электробытовых приборов, для разделения электрических цепей различных элементов указанных устройств, для согласования напряжения и пр.

.        Для включения электроизмерительных приборов и некоторых аппаратов (реле и др.) в электрические цепи высокого напряжения или же в цепи, по которым проходят большие токи, с целью расширения пределов измерения и обеспечения электробезопастности. Трансформаторы, применяемые для этих целей, называются измерительными.

Классификацию трансформаторов можно произвести по нескольким признакам:

.        По назначению трансформаторы разделяют на силовые общего и специального применения. Силовые трансформаторы общего применения используются в линиях передачи и распределения электроэнергии. Для режима их работы характерна частота переменного тока 50 Гц и очень малые отклонения первичного и вторичного напряжений от номинальных значений. К трансформаторам специального назначения относятся силовые специальные (печные, выпрямительные, сварочные, радиотрансформаторы), измерительные и испытательные трансформаторы, трансформаторы для преобразования числа фаз, формы кривой ЭДС, частоты и т.д.

.        По виду охлаждения - с воздушным (сухие трансформаторы) и масляным (масляные трансформаторы) охлаждением.

.        По числу фаз на первичной стороне - однофазные и трёхфазные.

.        По форме магнитопровода - стержневые, броневые, тороидальные.

.        По числу обмоток на фазу - двухобмоточные, трёхобмоточные, многообмоточные (более трёх обмоток).

.        По конструкции обмоток - с концентрическими и чередующимися (дисковыми) обмотками.

Проектирование силовых трансформаторов включает в себя широкий круг технических вопросов. Разработка конструкции трансформатора должна производиться на основе выполненных электромагнитного, теплового и механического расчетов, обеспечивающих заданные основные электрические и эксплуатационные параметры. При конструировании должна быть обеспечена необходимая электрическая прочность изоляции, механическая прочность узлов, динамическая и тепловая стойкость обмоток при внезапном коротком замыкании. Конструкция трансформатора в целом должна обеспечивать его эксплуатационную надежность. При разработке конструкции частей и узлов трансформаторов следует стремиться к возможно меньшему расходу материалов и меньшей трудоемкости изготовления, с тем чтобы снизить стоимость трансформатора до минимума.

1. Определение основных электрических величин

Определение линейных и фазных токов и напряжений обмоток высшего и низшего напряжения

Мощность на одну фазу и стержень:

число активных стержней трансформатора

номинальная мощность трансформатора

Номинальный линейный ток обмотки ВН

Фазный ток обмоток НН (соединение в звезду)

Фазный ток обмотки ВН (соединение в звезду)

Фазное напряжение обмотки НН (соединение в звезду):

Фазное напряжение обмотки ВН (соединение в звезду):

Определение испытательных напряжений обмоток

Испытательные напряжения определяются по табл. 3.2 [1] для каждой обмотки по ее классу напряжения

Для обмотки НН (класс напряжения до 1 кВ)

Для обмотки ВН (класс напряжения до 1 кВ)

Испытательные напряжения обмоток являются критерием определения всех изоляционных промежутков в силовом трансформаторе.

Определение активной и реактивной составляющих напряжения короткого замыкания

Активная составляющая напряжения короткого замыкания

Реактивная составляющая

. Расчет основных размеров трансформатора:

Выбор схемы и конструкции сердечника

Магнитная система трансформатора является основой его конструкции. Выбор основных размеров магнитной системы совместно с основными размерами обмоток определяет главные размеры активной части и всего трансформатора. В данной курсовой работе рассчитывается двухобмоточный трехфазный трансформатор с плоской магнитной системой стержневого типа со стержнями, имеющими сечение в форме симметричной ступенчатой фигуры, вписанной в окружность, и с концентрическим расположением обмоток. Магнитная система выполняется со сборкой в переплет, с прямыми стыками в среднем стержне и косыми стыками в крайних стержнях (рис. 1). Прессовка стержней - расклиниванием с обмоткой, прессовка ярм - стальными балками, стягиваемыми шпильками, вынесенными за пределы ярма.

Рис.1 Магнитная система трансформатора

Выбор марки и толщины листов стали и типа межлистовой изоляции. Выбор величины магнитной индукции в сердечнике

Сталь холоднокатаная текстурованная рулонная марки 3405 (класс 2, содержание кремния 2,8-3,8, группа 0) толщиной 0,30 мм. Расчетная индукция  [1]) Изоляция пластин - нагревостойкое покрытие . [1])

Сталь данной марки обладает низкими удельными потерями, повышенной магнитной проницаемостью, дает уменьшить массу стали, сделать магнитную систему более компактной, уменьшить массу металла обмоток, уменьшить потери холостого хода и короткого замыкания и уменьшить ток холостого хода.

Выбор материала обмоток

Обмотки ВН и НН из медного провода.

Выбор конструкции и определение размеров основных изоляционных промежутков главной изоляции обмоток

Выбор конструкции обмоток производится по табл. 5.3 [1]

Выбираем обмотки высокого и низкого напряжения. Для обмотки НН выбираем цилиндрическую многослойную обмотку из прямоугольного провода. Ее основные достоинства:

простая технология изготовления;

хорошее заполнение окна магнитной системы.

хорошее охлаждение;

Для обмотки ВН выбираем цилиндрическую многослойную обмотку из прямоугольного провода. Ее достоинства:

простая технология изготовления;

хорошее заполнение окна магнитной системы.

Главная изоляция обмоток (изоляция от заземленных частей и других обмоток) определяется в основном электрической прочностью и соответствующими испытательными напряжениями

Изоляция между обмотками ВН и НН осуществляется жесткими бумажно-бакелитовыми цилиндрами.

Рис.2. Конструкция главной изоляции обмоток трансформатора

трансформатор изоляция обмотка

По табл. 3.9. [1] и 3.104. [1] принимаем минимально допустимые изоляционные расстояния от обмотки до стержня и ярма и главные размеры изоляционных деталей:

-расстояние от обмотки ВН до верхнего ярма

расстояние от обмотки ВН до нижнего ярма

обмотками ВН и НН 10 мм

расстояние между фазами обмоток ВН

толщина картона, расположенного между обмотками ВН и НН

выступ указанного цилиндра над обмоткой ВН

расстояние от обмотки НН до верхнего ярма

расстояние от обмотки НН до нижнего ярма

расстояние от обмотки НН до стержня

толщина картона, расположенного между обмоткой НН и стержнем

выступ указанного цилиндра над обмоткой НН

.Выбор коэффициента соотношения основных размеров трансформатора

Диаметр окружности, в которую вписано ступенчатое сечение стержня, является одним из основных размеров трансформатора.

Вторым основным размером является осевой размер (высота) обмоток . Обычно обе обмотки трансформатора имеют одинаковую высоту. В случае различия в высоте обмоток трансформатора за  принимают их среднее арифметическое значение.

Третьим основным размером трансформатора является средний диаметр витка обмоток ВН и НН, т.е. диаметр осевого канала между обмотками . Два основных размера  и  связаны соотношением основных размеров :

Выбор значения  производим по таблице 4.1 [1]

Треть суммы радиальных размеров обмоток

Ширина приведенного канала рассеяния трансформатора:

Коэффициент приведения идеального поля рассеяния к реальному полю (коэффициент Роговского) при определении основных размеров можно принять

Коэффициент заполнения активным сечением стали площади круга, описанного около сечения стержня, зависит от выбора числа ступеней в сечении стержня, способа прессовки стержня и размеров охлаждающих каналов, толщины листов стали, вида междулистовой изоляции:

 (табл. 4.4 [1])