Файл: Григорьев, В. Ф. Расчет трехфазного силового трансформатора учеб метод пособие по курсовому проектированию по курсу Электрические машины.doc
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 03.12.2023
Просмотров: 215
Скачиваний: 6
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
1. РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН ТРАНСФОРМАТОРА
1. Мощность одной фазы, кВА
,
где m – число фаз, m= 3.
2. Мощность на один стержень, кВА
,
где c – число активных стержней, несущих обмотки трансформатора.
Для силовых масляных трехфазных трансформаторов c = m= 3.
.
.
5.1. При соединении обмотки в звезду
; .
5.2 . При соединении обмотки в треугольник
; .
Схема соединения обмоток («звезда» или «треугольник») приведена в пункте 8 задания на курсовой проект. Для обмотки низкого напряжения схема соединения указана в знаменателе дроби.
6.1 . При соединении обмотки в звезду
; .
6.2. При соединении обмотки в треугольник
; U2Ф = U2Л .
Схема соединения обмоток («звезда» или «треугольник») приведена в пункте 8 задания на курсовой проект. Для обмотки высокого напряжения схема соединения указана в числителе дроби.
7. Активная составляющая напряжения короткого замыкания, %
.
8. Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания, %
.
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ ТРАНСФОРМАТОРА
Основой конструкции трансформатора является его магнитная система, размеры которой вместе с размерами обмоток определяют его габариты. В проектируемых трансформаторах рассматривается плоская трехстержневая магнитная система, поперечное сечение стержней имеет вид симметричной многоступенчатой фигуры, вписанной в окружность. Поперечное сечение стержня в виде ступенчатой фигуры выполняется для наибольшего заполнения сталью площади круга, а также для изготовления технологичных цилиндрических обмоток. Обмотки на стержнях расположены концентрично по отношению друг к другу, причем для уменьшения расхода материалов внутренней всегда является обмотка НН. Магнитная система такого трехфазного транс-форматора с обмотками схематически изображена на рис 1.
Материалом для магнитной системы силового трансформатора служит электротехническая холоднокатаная анизотропная тонколис-товая сталь, главным образом марок 3404, 3405 по ГОСТ 21427.1–83, поставляемая в рулонах толщиной 0,35 и 0,3 мм. Сталь обычно изготавливается с нагревостойким изоляционным покрытием.
Рис. 1. Основные размеры трансформатора
Диаметр d окружности, в которую вписана ступенчатая фигура стержня, является первым основным размером трансформатора и рассчитывается по формуле, см
d' = 16 .
Расчет и выбор величин, входящих в формулу, рекомендуется производить в следующем порядке.
1. Мощность обмоток одного стержня трансформатора, кВА, S' – определена в гл. 1.
2. Ширина приведенного канала рассеяния трансформатора, см
ар = а12 10–1+ (а1 + а2)/3.
Размер а12 канала между обмотками ВН и НН определяется как изоляционный промежуток и может быть выбран из табл. 8. При выборе этого промежутка следует ориентироваться не только на мощность трансформатора, но и на испытательное напряжение для обмотки ВН. Величину испытательного напряжения определяют по табл. 6.
Суммарный приведенный размер медных обмоток ВН и НН (а1+а2)/3 (см) может быть приближенно определен по формуле
(а1+а2)/3 .
Суммарный приведенный размер алюминиевых обмоток ВН и НН (а1+а2)/3 может быть приближенно определен по формуле, см
(а1+а2)/3 ,
где величина k в зависимости от мощности трансформатора, металла обмоток, напряжения обмотки ВН может быть найдена в табл.1.
Таблица 1
Значения коэффициента k в формуле
для расчета приведенного размера обмоток
3. Значение приближенно равно отношению средней длины витка обмоток lв трансформатора к их высоте l и определяет соотношение между шириной и высотой трансформатора. Значение может варьироваться в широких пределах и изменяться в существующих трансформаторах в пределах от 1 до 2,5. Меньшим значениям соответствуют трансформаторы относительно узкие и длинные, большим – широкие и низкие.
Различным значениям соответствуют и различные соотношения между массами активных материалов – стали магнитной системы и металла обмоток. Меньшим значениям соответствует меньшая масса стали и большая масса металла обмоток. С увеличением масса стали увеличи-вается, масса металла обмоток уменьшается. Таким образом, выбор существенно влияет на соотношения масс активных и других материалов, а следовательно, и на стоимость трансформатора.
Вместе с этим изменение влияет и на технические характеристики: напряжение короткого замыкания Uк%, потери и ток холостого хода, механическая прочность и нагревостойкость обмоток.
При заданном уровне потерь для наиболее часто употребляемых материалов магнитной системы и обмоток оптимальное значение определяется по табл. 2.
Таблица 2
Рекомендуемые значения
4. Коэффициент приведения идеального поля рассеяния к реальному полю (коэффициент Роговского) при определении основных размеров можно приближенно принять
kр0,95.
5. Частота f подставляется из задания на курсовой проект.
6. Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания, Uр %, определена в гл. 1.
7. Важное значение при расчете трансформатора имеет правильный выбор индукции в стержне магнитной системы. В целях уменьшения количества стали магнитной системы, массы металла обмоток и стоимости активных частей следует выбирать возможно большее значение расчетной индукции. При этом, однако, увеличиваются потери в стали и существенно увеличивается ток холостого хода трансформатора. Уменьшение расчетной индукции приводит к получению лучших параметров холостого хода за счет увеличения массы материалов и стоимости активной части. Верхний предел индукции обычно определяется допустимым значением тока холостого хода.
Рекомендуемые значения расчетной индукции в стержне трансформаторов при использовании современных марок холоднокатаной стали приведены в табл. 3.
Таблица 3
Рекомендуемая индукция (В) в стержнях трансформаторов
8.kс – коэффициент заполнения активным сечением стали площади круга, описывающего сечение стержня, зависит от выбора числа ступеней в сечении стержня, способа прессовки стержня, размеров охлаждающих каналов, толщины листов стали, вида междулистовой изоляции и рассчитывается по формуле
kс = kкрkз,
где kкр – коэффициент заполнения площади круга площадью ступенчатой фигуры;
kз – коэффициент заполнения площади ступенчатой фигуры сталью, учитывающий толщину изоляционного слоя и неплотность запрессовки листов.
Ступенчатое сечение стержня (и ярма) образуется сечениями пакетов. Пакет – стопа пластин одного размера. Число ступеней, определяемое по числу пакетов стержня в одной половине круга, может быть различным. Увеличение числа ступеней увеличивает коэффициент заполнения площади круга kкр площадью ступенчатой фигуры, но одновременно увеличивает число типов пластин, имеющих различные размеры, чем усложняет заготовку пластин и сборку магнитной системы. Для ориентировки в выборе числа ступеней и коэффициента kкр служит табл. 4, в которой приведены данные современных трехфазных трансформаторов различной мощности.
Коэффициент заполнения kз зависит от толщины пластин стали – 0,35 или 0,3 мм, вида изоляции пластин и силы сжатия пластин. Коэффициенты заполнения kз для стали, удовлетворяющей требованиям ГОСТ 21427.1–83, при современной технологии сборки остова приведены в табл. 5.
1. Мощность одной фазы, кВА
,
где m – число фаз, m= 3.
2. Мощность на один стержень, кВА
,
где c – число активных стержней, несущих обмотки трансформатора.
Для силовых масляных трехфазных трансформаторов c = m= 3.
-
Номинальный линейный ток обмотки низкого напряжения (НН), А
.
-
Номинальный линейный ток обмотки высокого напряжения (ВН), А
.
-
Номинальные фазные токи и напряжения обмотки низкого напряжения:
5.1. При соединении обмотки в звезду
; .
5.2 . При соединении обмотки в треугольник
; .
Схема соединения обмоток («звезда» или «треугольник») приведена в пункте 8 задания на курсовой проект. Для обмотки низкого напряжения схема соединения указана в знаменателе дроби.
-
Номинальные фазные токи и напряжения обмотки высокого напряжения:
6.1 . При соединении обмотки в звезду
; .
6.2. При соединении обмотки в треугольник
; U2Ф = U2Л .
Схема соединения обмоток («звезда» или «треугольник») приведена в пункте 8 задания на курсовой проект. Для обмотки высокого напряжения схема соединения указана в числителе дроби.
7. Активная составляющая напряжения короткого замыкания, %
.
8. Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания, %
.
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ ТРАНСФОРМАТОРА
Основой конструкции трансформатора является его магнитная система, размеры которой вместе с размерами обмоток определяют его габариты. В проектируемых трансформаторах рассматривается плоская трехстержневая магнитная система, поперечное сечение стержней имеет вид симметричной многоступенчатой фигуры, вписанной в окружность. Поперечное сечение стержня в виде ступенчатой фигуры выполняется для наибольшего заполнения сталью площади круга, а также для изготовления технологичных цилиндрических обмоток. Обмотки на стержнях расположены концентрично по отношению друг к другу, причем для уменьшения расхода материалов внутренней всегда является обмотка НН. Магнитная система такого трехфазного транс-форматора с обмотками схематически изображена на рис 1.
Материалом для магнитной системы силового трансформатора служит электротехническая холоднокатаная анизотропная тонколис-товая сталь, главным образом марок 3404, 3405 по ГОСТ 21427.1–83, поставляемая в рулонах толщиной 0,35 и 0,3 мм. Сталь обычно изготавливается с нагревостойким изоляционным покрытием.
Рис. 1. Основные размеры трансформатора
Диаметр d окружности, в которую вписана ступенчатая фигура стержня, является первым основным размером трансформатора и рассчитывается по формуле, см
d' = 16 .
Расчет и выбор величин, входящих в формулу, рекомендуется производить в следующем порядке.
1. Мощность обмоток одного стержня трансформатора, кВА, S' – определена в гл. 1.
2. Ширина приведенного канала рассеяния трансформатора, см
ар = а12 10–1+ (а1 + а2)/3.
Размер а12 канала между обмотками ВН и НН определяется как изоляционный промежуток и может быть выбран из табл. 8. При выборе этого промежутка следует ориентироваться не только на мощность трансформатора, но и на испытательное напряжение для обмотки ВН. Величину испытательного напряжения определяют по табл. 6.
Суммарный приведенный размер медных обмоток ВН и НН (а1+а2)/3 (см) может быть приближенно определен по формуле
(а1+а2)/3 .
Суммарный приведенный размер алюминиевых обмоток ВН и НН (а1+а2)/3 может быть приближенно определен по формуле, см
(а1+а2)/3 ,
где величина k в зависимости от мощности трансформатора, металла обмоток, напряжения обмотки ВН может быть найдена в табл.1.
Таблица 1
Значения коэффициента k в формуле
для расчета приведенного размера обмоток
Мощность трансформатора, кВА | Напряжение обмотки ВН, кВ | |
6, 10 | 20, 35 | |
До 250 | 0,63 | 0,65–0,58 |
400–630 | 0,53 | 0,65–0,58 |
1000–6300 | 0,51–0,43 | 0,52–0,48 |
10 000–80 000 | — | 0,48–0,46 |
3. Значение приближенно равно отношению средней длины витка обмоток lв трансформатора к их высоте l и определяет соотношение между шириной и высотой трансформатора. Значение может варьироваться в широких пределах и изменяться в существующих трансформаторах в пределах от 1 до 2,5. Меньшим значениям соответствуют трансформаторы относительно узкие и длинные, большим – широкие и низкие.
Различным значениям соответствуют и различные соотношения между массами активных материалов – стали магнитной системы и металла обмоток. Меньшим значениям соответствует меньшая масса стали и большая масса металла обмоток. С увеличением масса стали увеличи-вается, масса металла обмоток уменьшается. Таким образом, выбор существенно влияет на соотношения масс активных и других материалов, а следовательно, и на стоимость трансформатора.
Вместе с этим изменение влияет и на технические характеристики: напряжение короткого замыкания Uк%, потери и ток холостого хода, механическая прочность и нагревостойкость обмоток.
При заданном уровне потерь для наиболее часто употребляемых материалов магнитной системы и обмоток оптимальное значение определяется по табл. 2.
Таблица 2
Рекомендуемые значения
Габарит | Мощность, кВА | Алюминий | Медь | ||
6 и 10 кВ | 20 и 35 кВ | 6 и 10 кВ | 20 и 35 кВ | ||
I | 25–100 | 1,2–1,6 | – | 1,8–2,4 | – |
II | 160–630 | 1,2–1,6 | 1,2–1,5 | 1,8–2,4 | 1,8–2,4 |
III | 1000–6300 | 1,3–1,7 | 1,2–1,6 | 2,0–2,6 | 1,8–2,4 |
IV | 6300–16000 | – | 1,1–1,3 | – | 1,7–2,0 |
V | 25000–80000 | – | – | – | 1,3–1,6 |
4. Коэффициент приведения идеального поля рассеяния к реальному полю (коэффициент Роговского) при определении основных размеров можно приближенно принять
kр0,95.
5. Частота f подставляется из задания на курсовой проект.
6. Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания, Uр %, определена в гл. 1.
7. Важное значение при расчете трансформатора имеет правильный выбор индукции в стержне магнитной системы. В целях уменьшения количества стали магнитной системы, массы металла обмоток и стоимости активных частей следует выбирать возможно большее значение расчетной индукции. При этом, однако, увеличиваются потери в стали и существенно увеличивается ток холостого хода трансформатора. Уменьшение расчетной индукции приводит к получению лучших параметров холостого хода за счет увеличения массы материалов и стоимости активной части. Верхний предел индукции обычно определяется допустимым значением тока холостого хода.
Рекомендуемые значения расчетной индукции в стержне трансформаторов при использовании современных марок холоднокатаной стали приведены в табл. 3.
Таблица 3
Рекомендуемая индукция (В) в стержнях трансформаторов
Марки холоднокатаной стали | Мощность трансформатора, S, кВА | ||
До 16 | 25–100 | 160 и более | |
3404, 3405 | 1,50–1,55 | 1,55–1,60 | 1,55–1,65 |
8.kс – коэффициент заполнения активным сечением стали площади круга, описывающего сечение стержня, зависит от выбора числа ступеней в сечении стержня, способа прессовки стержня, размеров охлаждающих каналов, толщины листов стали, вида междулистовой изоляции и рассчитывается по формуле
kс = kкрkз,
где kкр – коэффициент заполнения площади круга площадью ступенчатой фигуры;
kз – коэффициент заполнения площади ступенчатой фигуры сталью, учитывающий толщину изоляционного слоя и неплотность запрессовки листов.
Ступенчатое сечение стержня (и ярма) образуется сечениями пакетов. Пакет – стопа пластин одного размера. Число ступеней, определяемое по числу пакетов стержня в одной половине круга, может быть различным. Увеличение числа ступеней увеличивает коэффициент заполнения площади круга kкр площадью ступенчатой фигуры, но одновременно увеличивает число типов пластин, имеющих различные размеры, чем усложняет заготовку пластин и сборку магнитной системы. Для ориентировки в выборе числа ступеней и коэффициента kкр служит табл. 4, в которой приведены данные современных трехфазных трансформаторов различной мощности.
Коэффициент заполнения kз зависит от толщины пластин стали – 0,35 или 0,3 мм, вида изоляции пластин и силы сжатия пластин. Коэффициенты заполнения kз для стали, удовлетворяющей требованиям ГОСТ 21427.1–83, при современной технологии сборки остова приведены в табл. 5.