Главная страница
Навигация по странице:

  • 1.1 Определение линейных и фазных токов и напряжений обмоток ВН и НН

  • 1.2 Определение испытательных напряжений обмоток

  • 1.3 Определение активной и реактивной составляющих напряжения к.з

  • 2. Расчёт основных размеров трансформатора 2.1 Выбор магнитной системы

  • 2.2 Выбор марки и толщины листов стали и типа изоляции пластин, индукции в магнитной системе

  • 2.3 Расчёт основных коэффициентов

  • 2.4 Предварительный расчёт трансформатора и выбор соотношения основных размеров  с учётом заданных значений

  • 2.5 Определение основных размеров

  • 3. Расчёт обмоток НН и ВН 3.1 Расчёт обмотки НН

  • 4. Расчёт параметров к.з. 4.1 Расчёт потерь к.з.

  • 4.2 Расчёт напряжения к.з.

  • 5. Определение механических сил в обмотках и нагрева обмоток при коротком замыкании

  • 6. Расчёт магнитной системы трансформатора 6.1 Определение размеров магнитной системы и массы стали трансформатора

  • 6.2 Расчёт потерь и тока холостого хода

  • 7. Тепловой расчёт трансформатора 7.1 Тепловой расчёт обмоток

  • 7.2 Тепловой расчёт бака

  • 7.3 Окончательный расчёт превышения температуры обмоток и масла

  • 8. Приближённое определение массы конструктивных материалов и масла трансформатора

  • Проектирование масляного трансформатора тм10010


    Скачать 428.17 Kb.
    НазваниеПроектирование масляного трансформатора тм10010
    Дата17.02.2019
    Размер428.17 Kb.
    Формат файлаdocx
    Имя файлаbestreferat-242324.docx
    ТипКурсовой проект
    #67945

    Подборка по базе: ~$an_ru_Зоогигиена с проектированием и строительством животновод, 8. ПМ.09 Проектирование, разработка и оптимизация веб приложений, Тест Проектирование ЭС.docx, Задание на проектирование ХД.doc, Практическая работа № 6 Проектирование ГПП.docx, 2021 проектирование и разработка информационных систем.doc, Дипломная работа проектирование электрической части АЭС.pdf, ++++Гречух Проектирование жидкостного ракетного двигателя.docx, Практическая работа №6 Герасимова Проектирование.docx, Стегний В. Н. Социальное прогнозирование и проектирование.doc



    Курсовой проект


    Тема: «Проектирование масляного трансформатора ТМ-100/10»

    1. Определение основных электрических величин
    Мощность одной фазы трансформатора: Sф=S/m=100/3=33.3, кВА.

    Мощность на одном стержне: S=Sф=33.3, кВА.
    1.1 Определение линейных и фазных токов и напряжений обмоток ВН и НН
    ВН:, A Iф2=I2=5.77, A , B

    HН: , A Iф1=I1=144.3, A , B
    1.2 Определение испытательных напряжений обмоток
    По таблице 4.1 выбираем: BH Uисп2=35, кВ НН Uисп1=5, кВ (ГОСТ 1516.1–76).

    Тип обмоток: ВН – цилиндрическая многослойная из круглого провода, НН – цилиндрическая двухслойная из прямоугольного провода. (См. табл. 5.8)

    Изоляционные расстояния:

    ВН: а12=9, мм а22=8, мм l02=20, мм (См. табл. 4.5)

    НН: а01=4, мм l01=15, мм (См. табл. 4.4)
    1.3 Определение активной и реактивной составляющих напряжения к.з
    Ширина приведённого канала рассеяния:

    По таблице 3.3 выбираем К=1,25К=0,79

    , м

    , м

    Активная составляющая напряжения к.з:

    Реактивная составляющая напряжения к.з:

    2. Расчёт основных размеров трансформатора
    2.1 Выбор магнитной системы
    Выбираем трёхфазную стержневую шихтованную магнитную систему с косыми стыками в четырёх и прямыми в двух углах (См. рис. 2.17.б).

    Соединение верхних и нижних ярмовых балок – вертикальные шпильки.

    Прессовка стержней путём забивания деревянных и планок между стержнем и обмоткой НН.
    2.2 Выбор марки и толщины листов стали и типа изоляции пластин, индукции в магнитной системе
    Материал магнитной системы холоднокатанная текстурованная рулонная сталь марки 3404 толщиной 0,35 мм. Индукция в стержне Вс=1,6 Тл (См.табл. 2.4).Число ступеней 5 в сечении стержня. Коэффициент заполнения круга Ккр=0,92. (См.табл. 2.5). Изоляция пластин – нагревостойкое изоляционное покрытие; Кз=0,97 (См.табл. 2.2). Коэффициент заполнения сталью Кскрз=0,92*0,97=0,892

    Ярмо многоступенчатое, число ступеней 4. Ширина крайнего наружного пакета ярма

    ая=60, мм (См.табл. 8.2).Коэффициент усиления ярма Кя=1,018 (См.табл. 8.6).

    Индукция в ярме: Вяся=1,6/1,018=1,572, Тл.

    Число зазоров в магнитной системе на косом стыке 4 на прямом 3.

    Индукция в зазоре на прямом стыке Вз=1,6, Тл. на косом , Тл.

    Удельные потери в стали рс=1,295, Вт/кг. ря=1,251 б Вт/кг.

    Удельные потери в зоне шихтованного прямого стыка рз’’=990, Вт/м2.

    в зоне косого стыка рз’’=515, Вт/м2. (См.табл. 8.10).

    Удельная намагничивающая мощность qc=1.775, ВА/кг. qя=1.675 ВА/кг.

    Для зазоров на прямых стыках qз’’=23500, ВА/м2.

    Для зазоров на косых стыках qз=4000, ВА/м2. (См.табл. 8.17).

    Расстояние обмотки ВН от нижнего ярма l0=20, мм. от верхнего l0’’=20, мм.

    По табл. 3.6 находим коэффициент, учитывающий отношение потерь в обмотках к потерям к.з. Кд=0,97.

    Для алюминиевых обмоток по таблице 3.4: а=d12*1.06/d=1.36*1.06=1.44

    по табл. 3.5 b=2*a2*1.25/d=0.55*1.25=0.69 Kp=0.95
    2.3 Расчёт основных коэффициентов

    , кг

    , кг

    , кг

    , кг

    , кг



    , Мпа

    2.4 Предварительный расчёт трансформатора и выбор соотношения основных размеров с учётом заданных значений ux, Pk и Px
    Минимальная стоимость активной части трансформатора имеет место при условиях, определяемых уравнением:

    Для рассчитываемого трансформатора:


    Кос=1,81 (См.табл. 3.7) Кир=1,13
    Получаем:

    Решение этого уравнения даёт:

    – соответствует минимальной стоимости активной части трансформатора.

    Находим предельные значения β:



    Оба значения β лежат за пределами обычно принимаемых значений.

    Масса одного угла магнитной системы:

    Активное сечение стержня:

    Площадь зазора на прямом стыке

    Площадь зазора на косом стыке

    Для выбранной магнитной системы, потери х.х: Кпд=1,22 Кпу=10,18
    Рхпд рс(Gc+0.5KпуGy)+Кпд ря(Gя-6Gy+0.5KпуGy)=

    =1.22*1.295 (Gc+0.5*10.18*Gy)+1.22*1.251 (Gя-6*Gy+0.5*10.18*Gy)=

    =1.58*Gc+1.526*Gя+6.652*Gy
    Намагничивающая мощность:
    Кту=42,45 Ктр=1,49 Ктз=1,01 Кт.пл=1,2 Ктя=1,0 Ктп=1,04 Ктш=1,01

    Ктдтртз=1,49*1,01=1,5 К’’тдтятптш=1*1,04*1,01=1,05

    QxтдК’’тдqc(Gc+0.5КтуКт.плGy)+ КтдК’’тдqя(Gя-6Gy+0.5 КтуКт.плGy)+ К’’тдqзnзПз=

    =1,5*1,05*1,775 (Gc+0.5*42,45*1,2Gy)+1,5*1,05*1,675 (Gя-6Gy+0.5*42,45*1,2Gy)+

    +1,05*4000*4*0,011*х2+1,05*23500*3*0,011*х2=

    =2,796 Gc+2,638 Gя+122,56 Gy+999х2
    Определяем основные размеры трансформатора:
    d=Ax=0.109x; d12=aAx=0.157x; l=d12/=2.48d12; 2a2=bd; C=d12+a12+2a2+a22
    Дальнейший расчёт проводим в форме таблицы:

    Данные таблицы рассчитаны при помощи программы «Microsoft Excel», на основе вышеупомянутых и следующих формул:





    Таблица 1. Предварительный расчёт трансформатора ТМ-100/10 с плоской шихтованной магнитной системой и алюминиевыми обмотками



    1

    1,4

    1,8

    2,2

    2,6

    3

    x

    1

    1,087757

    1,158292

    1,217883

    1,269823

    1,316074

    x2

    1

    1,183216

    1,341641

    1,48324

    1,612452

    1,732051

    x3

    1

    1,287052

    1,554012

    1,806413

    2,047529

    2,279507

    A1/x

    93,7

    86,14054

    80,89496

    76,93676

    73,78979

    71,1966

    A2*x2

    7,64

    9,03977

    10,25014

    11,33195

    12,31913

    13,23287

    Gc

    101,34

    95,18031

    91,1451

    88,26872

    86,10892

    84,42947

    B2*x3

    71,55

    92,08856

    111,1896

    129,2488

    146,5007

    163,0987

    B2*x2

    4,4

    5,20615

    5,903219

    6,526255

    7,094787

    7,621024



    75,95

    97,29471

    117,0928

    135,7751

    153,5955

    170,7198

    Gст

    177,29

    192,475

    208,2379

    224,0438

    239,7044

    255,1492

    Gy

    5,715

    7,355501

    8,881179

    10,32365

    11,70163

    13,02738

    1.58Gc

    160,1172

    150,3849

    144,0093

    139,4646

    136,0521

    133,3986

    1.526Gя

    115,8997

    148,4717

    178,6836

    207,1928

    234,3867

    260,5183

    6,652Gy

    38,01618

    48,92879

    59,0776

    68,67292

    77,83922

    86,65815

    Px

    314,0331

    347,7854

    381,7704

    415,3303

    448,278

    480,5751

    Пс

    0,008

    0,009466

    0,010733

    0,011866

    0,0129

    0,013856

    2.796Gc

    283,3466

    266,1241

    254,8417

    246,7993

    240,7605

    236,0648

    2.638Gя

    200,3561

    256,6634

    308,8908

    358,1747

    405,1848

    450,3587

    122.56Gy

    700,4304

    901,4902

    1088,477

    1265,266

    1434,151

    1596,636

    999x2

    999

    1182,033

    1340,299

    1481,756

    1610,839

    1730,319

    Qx

    2183,133

    2606,311

    2992,509

    3351,997

    3690,936

    4013,378

    I0, %

    2,183133

    2,606311

    2,992509

    3,351997

    3,690936

    4,013378

    G0

    53,81

    45,47775

    40,10761

    36,27869

    33,37155

    31,06722

    1.03G0

    55,4243

    46,84208

    41,31083

    37,36706

    34,37269

    31,99923

    Gпр

    60,96673

    51,52629

    45,44192

    41,10376

    37,80996

    35,19916

    KocGпр

    110,3498

    93,26259

    82,24987

    74,39781

    68,43603

    63,71048

    Cач

    287,6398

    285,7376

    290,4877

    298,4416

    308,1404

    318,8597

    J

    1668908

    1815367

    1933083

    2032535

    2119218

    2196406

    σp

    2,623

    3,375937

    4,076174

    4,738221

    5,370668

    5,979147

    d

    0,109

    0,118566

    0,126254

    0,132749

    0,138411

    0,143452

    d12

    0,15696

    0,170734

    0,181806

    0,191159

    0,199311

    0,206571

    l

    0,493104

    0,383127

    0,317311

    0,272974

    0,240829

    0,216321

    C

    0,24917

    0,269545

    0,285921

    0,299756

    0,311815

    0,322553


    Результаты расчётов, приведённые в таблице 1, показаны в виде графиков на рис. 1.
    Рис. 1. Трансформатор ТМ-100/10. Зависимость Рх, i0 и Сач от .

    Px,Bтт
    i0,%

    Cач

    β

    Cач

    i0

    Px



    Предельные значения  для заданных потерь х.х Рх=330 Вт, 1,25. Предельное значение  для заданного тока холостого хода i0=2.6% составляет 1,4. Ранее были установлены предельные значения, ограниченные платностью тока, 6,851.

    С учётом заданных критериев выбираем значение =1,25; соответствующее ему значение d по шкале нормализованных диаметров составляет 0.115 м. В этом случае стоимость активной части трансформатора минимальна, потери холостого хода соответствуют заданному, а ток холостого хода меньше заданного значения.
    2.5 Определение основных размеров
    Диаметр стержня м.

    Средний диаметр стержня м.

    Ориентировочная высота обмоток м.

    Активное сечение стержня м2.

    Напряжение одного витка предварительно: В

    Число витков в обмотке НН: принимаем 71 виток.

    Уточнение напряжения одного витка: В.

    Средняя плотность тока в обмотках:
    А/м2.

    3. Расчёт обмоток НН и ВН
    3.1 Расчёт обмотки НН
    Ориентировочное сечение витка: м2.

    По таблице 5.8 по мощности обмотки S=33.3 kBA, номинальному току I1=144.3 А и

    напряжению 0,4 кВ выбираем цилиндрическую трёхслойную обмотку из алюминиевого прямоугольного провода.

    По сечению витка выбираем провод АПБ сечением 83,9 мм2

    , изоляция , мм на две стороны.(Табл.5.2)

    Сечение витка м2 А/м2.

    Общий суммарный радиальный допустимый размер проводов для алюминиевого провода:
    принимаем q=1200, Вт/м; к3=0,8

    м.
    Следовательно, в этом предельном размере можно уместить слоя провода с радиальным размером

    Число витков в одном слое:

    Число слоёв обмотки 24,24 и 23 витка.

    Таким образом, радиальный размер обмотки

    Обмотка наматывается на бумажно-бакелитовом цилиндре с размерами м.

    Диаметры обмотки:
    внутренний:

    внешний:
    Плотность теплового потока на поверхности обмотки

    Масса металла обмотки НН:

    масса провода обмотки НН:
    3.2 Расчёт обмотки ВН
    Выбираем схему регулирования напряжения с выводом концов от всех трёх фаз обмотки к одному трёхфазному переключателю.

    Контакты переключателя рассчитываются на рабочий ток 6, А.

    Наибольшее напряжение между контактами переключателя в одной фазе:

    рабочее

    испытательное 577*2=1154 В

    Число витков в обмотке ВН при номинальном напряжении:

    принимаем 1775 витков.
    Напряжение одного витка uB=3.25 B.

    Число витков на одной ступени регулирования
    витков.


    Напряжение, В

    Число витков на ответвлениях.

    10500

    1775+89=1864

    10000

    1775

    9500

    1775–89=1686


    Ориентировочная плотность тока:

    Ориентировочное сечение витка:

    По мощности трансформатора, току на стержень, напряжению и сечению витка выбираем цилиндрическую, многослойную обмотку из круглого провода. (Табл. 5.8)

    По сортаменту алюминиевого провода выбираем провод марки АПБ диаметром 2,12 мм сечением 3,53 мм2 с толщиной изоляции на две стороны 2=0,3 мм

    В расчёте принимаем 2=0,4 мм.

    Увеличение массы провода за счёт изоляции 9,9% (Табл. 5.1.)

    Сечение витка: П2=3,53 мм2.

    Плотность тока:

    Общий суммарный радиальный размер алюминиевых проводов, принимая q2=1200 Вт/м2 и КЗ=0,8

    Число витков в одном слое

    Обмотка ВН наматывается в 10 слоёв: девять слоёв по 195 витков и один слой –109 витков.

    Всего 1864 витка. Общий суммарный, радиальный размер металла b=10*2,12=21,2 мм

    Напряжение двух слоёв обмотки

    Междуслойная изоляция по табл. 4.7 – кабельная бумага марки К-120 по ГОСТ 23436–83Е, три слоя толщиной 0,12 мм (3*0,12). Выступ изоляции 16 мм с каждого конца обмотки.

    Радиальный размер обмотки:

    Диаметры обмотки:
    Внутренний:

    Внешний:
    Расстояние между осями стержней

    При испытательном напряжении обмотки ВН Uисп=35 кВ по табл. 4.5 находим:



    Обмотка наматывается на бумажно-бакелитовом цилиндре

    Плотность теплового потока на поверхности обмотки

    Масса металла обмотки ВН

    Масса провода обмотки ВН

    Масса металла двух обмоток
    НН

    ВН

    115

    121

    123

    123

    158

    169

    174

    176

    233




    8

    470
    Рис. 3. Расположение обмоток

    4. Расчёт параметров к.з.
    4.1 Расчёт потерь к.з.
    Основные потери:

    Обмотка НН:

    Обмотка ВН:

    Масса металла обмотки ВН при номинальном числе витков:

    Добавочные потери в обмотке НН:


    где:
    Добавочные потери в обмотке ВН:


    где:

    Основные потери в отводах:

    Длина отводов:
    Масса отводов НН:

    Масса отводов ВН:
    Потери в отводах НН

    Потери в отводах ВН

    Потери в стенках бака и других элементах конструкции: по табл. 7.1 К=0,015

    Полные потери к.з.

    т.е. от заданного.
    4.2 Расчёт напряжения к.з.
    Активная составляющая


    Реактивная составляющая
    где:







    или от заданного значения.

    5. Определение механических сил в обмотках и нагрева обмоток при коротком замыкании
    Установившийся ток короткого замыкания в обмотке ВН

    Мгновенное максимальное значение тока к.з.
    где:


    Радиальная сила:

    Среднее растягивающее напряжение в проводах обмотки ВН

    Среднее сжимающее напряжение в проводах обмотки НН

    Осевые силы в обмотках:





    где:


    По табл. 7.4


    Осевые силы действуют на обе обмотки по рис. 4.
    l

    1

    2













    Обмотка 1

    Обмотка 2

    Рис.4. Расположение осевых сил.

    Наибольшая осевая сила возникает в середине высот обмоток. В середине высоты обмотки НН, имеющей меньший радиальный размер, сжимающее напряжение:
    , что ниже допустимого 18–20 Мпа.

    Температура обмотки через tk=4 c после возникновения короткого замыкания
    что ниже допустимой 200С.
    Время достижения температуры 200С для обмоток


    6. Расчёт магнитной системы трансформатора
    6.1 Определение размеров магнитной системы и массы стали трансформатора
    Принимаем конструкцию плоской трёхфазной шихтованной магнитной системы с четырьмя косыми и двумя прямыми стыками на среднем стержне. Прессовка стержня – путём забивания деревянных реек между стержнем и обмоткой НН. Прессовка ярма – прессующими балками и шпильками.

    В сечении стержня 5 ступеней без прессующей пластины, размеры пакетов по табл. 8.2.

    Для d=0.115 м Кр=0,903

    В сечении ярма 4 ступени. Ширина крайнего наружного пакета 65 мм.

    Размеры пакетов стержня ab мм Размеры пакетов ярма ab мм


    a

    B

    105

    25

    95

    9

    85

    6

    65

    9

    40

    5

    a

    B

    105

    25

    95

    9

    85

    6

    65

    14


    Полное сечение стержня и ярма и объём угла магнитной системы (по табл. 8.6) Пфс=93,9 см2; Пфя=95,4 см2; Vy=812.8 см3. Активное сечение стержня Активное сечение ярма Ширина ярма Длина стержня

    Расстояние между осями соседних стержней

    Масса стали угла магнитной системы

    Масса стали ярм


    Масса стали стержней



    Полная масса стали плоской магнитной системы


    6.2 Расчёт потерь и тока холостого хода
    Магнитная система шихтуется из электротехнической, тонколистовой, рулонной, холоднокатаной, текстурованной стали марки 3404 толщиной 0,35 мм.
    Индукция в стержне

    Индукция в ярме
    По таблице 8.10 находим удельные потери:

    При Вс=1,607 Тл; рс=1,35 Вт/кг; рз,с=651 Вт/м2; при Вя=1,58 Тл; ря=1,251 Вт/кг.
    При рз=340 Вт/м2.
    Потери холостого хода


    Где:


    Что составляет от заданного значения.

    По таблице 8.17 находим удельные намагничивающие мощности

    При Вс=1,607 Тл qc=1.84 ВА/кг qзс=24000 ВА/м2

    При Вя=1,58 Тл qя=1,675 ВА/кг

    При Вз=1,14 Тл qз=3000 ВА/м2.

    По таблице 8.13 находим коэффициенты для стали марки 3404 толщиной 0,35 мм при наличии отжига.

    Полная намагничивающая мощность





    Ток холостого хода

    Или от заданного значения.

    Активная составляющая тока холостого хода

    Реактивная составляющая тока холостого ход

    7. Тепловой расчёт трансформатора
    7.1 Тепловой расчёт обмоток
    Внутренний перепад температуры:

    Обмотка НН:

    Где -толщина изоляции провода на одну сторону =0,25*10-3 м.

    из=0,17 Вт/(м2*С) – теплопроводность кабельной бумаги в масле.
    Обмотка ВН:

    =0,2*10-3 м из=0,17 Вт/(м2*С).
    Перепад температуры на поверхности обмоток:

    Обмотка НН:



    Обмотка ВН:



    Полные перепады температур на обмотках:

    Обмотка НН:

    Обмотка ВН:
    7.2 Тепловой расчёт бака
    Выбираем конструкцию бака, со стенками в виде волн. (Табл. 9.4)

    Минимальная ширина бака

    Где:

    Принимаем В=0,375 м (при расположении магнитной системы в центре бака).

    Минимальная длина бака
    S5=33 мм
    Глубина бака (Табл. 9.5).
    n=30 мм.


    Для выбранного типа бака принимаем:

    Толщина волны с=d=12 мм.

    Расстояние между соседними волнами

    Высота волны Нв=Н – 0,1=0,86–0,1=0,76 м.

    Толщина стенки =0,8 мм.

    Ширина волны b=80 мм.

    Поверхность излучения стенки

    Шаг волны стенки


    Развёрнутая длина волны

    Число волн
    Поверхность конвекции стенки
    Где КВ коэффициент, учитывающий ухудшение конвекции

    Поверхность крышки бака

    Поверхность верхней рамы бака

    Полная поверхность излучения бака

    Полная поверхность конвекции бака


    7.3 Окончательный расчёт превышения температуры обмоток и масла
    Среднее превышение температуры стенки бака над температурой окружающего воздуха (для индивидуального расчёта К=1,05).

    Среднее превышение температуры масла вблизи стенки над температурой стенки бака (для естественного масляного охлаждения, К1=1).

    ПК-поверхность конвекции бака без учёта коэффициента ухудшения конвекции.

    Превышение температуры масла в верхних слоях над температурой окружающего воздуха
    60С
    Превышение температуры обмоток над температурой окружающего воздуха

    ВН: 65С

    НН: 65С

    8. Приближённое определение массы конструктивных материалов и масла трансформатора
    Масса активной части трансформатора

    Объём бака

    Объём активной части

    Объём масла в баке

    Масса масла

    Масса бака

    Масса стенки



    Масса крышки

    Масса дна

    Общая масса трансформатора (ориентировочно)


    написать администратору сайта