Расчет трансформатора ТМ1000/35

Расчет трансформатора ТМ1000/35

Федеральное агентство по образованию РФ

ГОУ ВПО УГТУ – УПИ

кафедра «Электрические машины»

Курсовая работа

Расчёт трансформатора ТМ 1000/35

Каменск – Уральский

2009г.

Ведение

Трансформаторы – это наиболее распространённые устройства в современной электротехнике. Трансформаторы большой мощности составляют основу систем передачи электроэнергии от электростанций в линии электропередачи. Они повышают напряжение переменного тока, что необходимо для экономной передачи электроэнергии на значительные расстояния. В местах распределения энергии между потребителями применяют трансформаторы, понижающие напряжение до требуемых для потребителей значений. Наряду с этим, трансформаторы являются элементами электроустановок, где они осуществляют преобразование напряжения питающей сети до значений необходимых для работы последних.

Трансформатором называется статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более обмоток связанных индуктивно, и предназначенные для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока. Обмотку, присоединённую к питающей сети, называют первичной, а обмотку, к которой подсоединяется нагрузка – вторичной. Обычно все величины, относящиеся к первичной обмотке трансформатора помечают индексом 1, а относящиеся к вторичной – индексом 2.

Первичную обмотку трансформатора подсоединяют к питающей сети переменного тока. Ток первичной обмотки I1 имеет активную и индуктивную составляющие. При разомкнутой вторичной обмотке (холостой ход), вследствие действия индуктивной составляющей тока IОм, возникает магнитный поток, который намагничивает сердечник. Активная составляющая тока I определяется потерями, возникающими, в местах стали, при перемагничивании сердечника. Наибольшая часть потока Ф1 сцеплённого с первичной обмоткой, сцеплена также со всеми обмотками фазы и является потоком взаимоиндукции между обмотками, или главным рабочим потоком Ф. Другая часть полного потока Ф1 сцеплена не со всеми витками первичной и вторичной обмоток. Её называют потоком рассеивания.

ЭДС обмотки пропорциональна числу её витков. Отношение ЭДС первичной и вторичной обмоток называется коэффициентом трансформации, который пропорционален отношению чисел витков первичной и вторичной обмоток.

Устройство силовых трансформаторов

Трансформаторы имеют магнитопроводящие сердечники и токопроводящие обмотки. Для лучшего охлаждения сердечники и обмотки мощных трансформаторов погружаются в бак, наполненный маслом. Сердечники трансформаторов состоят из стержней, на которых размещаются обмотки, и ярм, которые служат для проведения потока между стержнями. Различают два вида сердечников: стержневой и броневой.

Броневой сердечник имеет разветвлённую магнитную систему, вследствие этого поток в ярме составляет половину от потока стержня, на котором расположены обмотки.

Трёхфазные трансформаторы выполняются обычно стержневыми. Их сердечники состоят из расположенных в одной плоскости трёх стержней, соединённых ярмами. Магнитная система таких трансформаторов несколько несимметрична, так как магнитная проводимость потока крайних стержней и среднего – является неодинаковой.

Вследствие изменения потока, в контурах стали сердечника индуктируется ЭДС, вызывающая вихревые токи, которые стремятся замкнуться по контуру стали, расположенному в поперечном сечении стержня. Для уменьшения вихревых токов, сердечники трансформатора набираются (шихтуются) из изолированных прямоугольных пластин электротехнической стали толщиной 0.5мм или 0.35мм. Для уменьшения зазоров в местах стыков, слои сердечника, набранные различными способами, чередуются через один. После сборки, листы верхнего ярма вынимаются и на стержнях устанавливаются обмотки, после чего ярмо вновь зашихтовывается. Листы сердечника изолируются лаком или бумагой, имеющей толщину 0.03мм, и стягиваются при помощи изолированных шпилек.

По способу охлаждения трансформаторы разделяются на масляные, обмотки которых погружены в масло и сухие, охлаждаемые воздухом. Мощные силовые трансформаторы имеют масляное охлаждение. Трансформатор в большинстве случаев не является полностью твёрдым телом, а содержит большое количество жидкого масла, которое оказывает значительное влияние на теплопередачу.

В большинстве случаев в трансформаторах электропередач применяются так называемые концентрические обмотки, которые имеют вид размещённых концентрически полых цилиндров (одна в другой). Обычно ближе к сердечнику размещается обмотка низшего напряжения, требующая меньшей толщины изоляции сердечника.

В трансформаторах мощностью до 560 кВА концентрическая обмотка выполняется по типу цилиндрической обмотки, в большинстве случаев имеющей два слоя. Слои обмотки выполняются из провода круглого или прямоугольного сечения. Провод наматывается впритык по винтовой линии вдоль образующей цилиндра.

В трансформаторах больших мощностей концентрическая обмотка низшего напряжения выполняется по типу винтовой, в которой между двумя соседними по высоте витками оставляется канал.

В трансформаторах на напряжение 35 кВ и более применяют концентрическую обмотку, выполненную по типу непрерывной, в которой, отличие от винтовой, каждый виток состоит из нескольких концентрически намотанных витков обмотки. Катушки этой обмотки наматываются непрерывно одним проводом без пайки. При воздействии осевых сжимающих усилий, возникающих при внезапных коротких замыканиях, наиболее надёжными являются непрерывные обмотки.

Задачи:

1. определение основных электрических величин;

2. определение основных размеров и изоляционных промежутков;

3. выбор конструкции и расчет обмоток трансформатора;

4. расчет параметров короткого замыкания;

5. расчет магнитопровода;

6. расчет параметров холостого хода;

7. расчет бака;

8. тепловой расчет;

9. конструирование и разработка технической документации (конструкторская проработка выполняется одновременно с проектированием на каждом этапе).

РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

Расчет электрических величин является первым этапом проектирования трансформатора. Результаты, полученные на этом этапе, определяют выбор основных размеров, электромагнитных нагрузок на последующих этапах. Ниже приводится перечень этих электрических величин и соотношения для их расчета.

1.1. Мощность на один стержень магнитопровода

где mст - число стержней магнитопровода. Для рассматриваемого трансформаторов  m=mст=3.

1.2. Номинальный (линейный) ток обмотки низкого напряжения (НН)

1.3. Номинальный (линейный) ток обмотки высокого напряжения (ВН)

1.4. Номинальные фазные токи при соединении фаз обмотки в Y/ D

1.5. Фазные напряжения Y/ D

1.6. Испытательные напряжения обмоток.

Испытательные напряжения ( U1 ИСП , U2 ИСП ) выбираются в зависимости от номинального напряжения обмоток, которое определяет класс напряжения трансформатора. Для выбора испытательного напряжения руководствуюсь данными табл. 1.1.

Таблица.1.1

Испытательные напряжения промышленной частоты для масляных силовых трансформаторов

U1исп = 35кВ                            U2исп = 85кВ

1.7. Активная составляющая напряжения короткого замыкания

1.8. Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ ТРАНСФОРМАТОРА

.

Рис.1. Основные размеры трансформатора

2.1 Изоляционные промежутки (рис 1) между обмотками и магнитопроводом выбираются в соответствии с номинальной мощностью трансформатора и испытательными напряжениями по табл. 2.2, 2.3. Выбранные величины изоляционных промежутков сведены в табл. 2.1.

Таблица.2.1

Значения изоляционных промежутков трансформатора

Таблица.2.2

Минимально допустимые изоляционные расстояния для обмоток НН

примечание: ** Принимается равным l02  по табл. 2.3.

Таблица.2.3

Минимально допустимые изоляционные расстояния  для обмотки ВН

2.2 Предварительное значение приведенной ширины обмоток НН и ВН. Приведенная ширина обмоток НН и ВН

определяется по следующей формуле

где коэффициент ka находится из табл. 2.4, Sст (кВА).

Принимаем ka=4.6

Таблица.2.4

Значения коэффициента ka в формуле 4.2

2.3. Ширина приведенного канала рассеяния

2.4 Диаметр стержня магнитопровода d определяется выражением, полученным в [4]:

Как видно из (2.1) для нахождения диаметра стержня трансформатора необходимо предварительное определение двух величин :

- основного геометрического коэффициента 

- расчетной индукции стержня Вр.

2.4.1. Значение параметра 

влияет на массогабаритные и стоимостные показатели трансформатора. При выборе его можно руководствоваться рекомендациями табл. 2.5. принимаем Значение параметра  = 1.5

Таблица.2.5

Рекомендуемые значения  для масляных трансформаторов

2.4.2. Предварительное значение расчетной индукции в стержне магнитопровода

где Вс - индукция в стали магнитопровода;

kЗ - коэффициент заполнения пакета активной сталью.

kкр - коэффициент заполнения круга ступенчатой фигурой.

Предварительные значения коэффициентов в (2.7)

Таблица.2.6

Таблица.2.7

Индукция в стали стержня магнитопровода определяется маркой электротехнической стали и мощностью трансформатора. В настоящее время для изготовления магнитопроводов трансформаторов применяется холоднокатанные анизотропные стали, для которых рекомендуемые уровни индукций приведены в табл. 2.8

Таблица 2.8

Рекомендуемая индукция в стержнях силовых масляных трансформаторов

По таблице 2.8 принимаем марку стали 3411 или 3412 или 3413 и Вс=1.55.

Значит

Получим диаметр стержня магнитопровода

2.5 Нормализованный диаметр стержня магнитопровода. определяется округлением рассчитанного по ( 2.1 ) диаметра стержня магнитопровода до ближайшего значения по нормализованной шкале dН ( табл. 2.9).

Таблица.2.9

Нормализованный диаметр стержня (мм)

Страницы: 1, 2, 3, 4