Московский энергетический институт

Московский энергетический институт

(Технический университет)

 

 

Расчетно-пояснительная записка

к курсовому проекту по курсу

“Электрические машины”

 

 

Трансформатор ТМ-400/10

 

Выполнил: Набиев Т.Р.

Группа: Эл-8-05

Преподаватель: Татаринов М.Г.

 

 

 

Москва 2008

Оглавление

Оглавление. 2

 

Задание на проектирование силового трансформатора. 3

 

Расчет основных электрических величин и определение изоляционных расстояний. 4

 

Определение основных размеров трансформатора. 6

 

Расчет обмотки НН.. 8

 

Расчет обмотки ВН.. 11

 

Расчет параметров короткого замыкания. 14

Определение потерь короткого замыкания. 14

Расчет напряжения короткого замыкания. 18

Определение механических сил в обмотках. 19

 

Расчет магнитной системы трансформатора. 22

Определение размеров магнитной системы и массы стали. 22

Потери холостого хода. 25

 

Тепловой расчет трансформатора. 29

Поверочный тепловой расчет обмоток. 29

Тепловой расчет бака. 32

Окончательный расчет превышения температуры.. 35

 

Приближенное определение массы масла трансформатора. 36

 

Задание на проектирование силового трансформатора

 

Выполнить расчет и конструктивную разработку трансформатора по следующим данным:

1. Тир трансформатора…………………………………………………………..ТМ-400/10
2. Мощность………………………………………………………………………..400 кВА.
3. Число фаз…………………………………………………………………………………3
4. Частота………………………………………………………………………………50 Гц.
5. Номинальное напряжение ВН…………………………...………..(10000 2 2,5 %) В.
6. Номинальное напряжение обмотки НН…………………………………………...400 В.
7. Схема и группа соединения обмоток…………………………………………...Д/У0-11
8. Система охлаждения……………………………………………естественное масляное
9. Режим работы……………………………………………………....длительная нагрузка
10. Установка……………………………………………………………………….наружная
11. Материал магнитной системы……………………………………..…Ст. 3404 0,35 мм.
12. Материал обмоточного провода……………………………………………………… Al

 

Параметры трансформатора:

1. Напряжение короткого замыкания.……………………………………………….4,5 %.
2. Потери короткого замыкания………………………………………………......5900 Вт.
3. Потери холостого хода………………………………………………………….1080 Вт.
4. Ток холостого хода…………………………………………………………………2,1 %.

 

Трансформатор должен соответствовать ГОСТ 11677-85, 12077-76 и ГОСТ 11920-85

Расчет основных электрических величин и определение изоляционных расстояний

 

Мощность одной фазы трансформатора

(стр. 97 3.1) [1],

Где

S – номинальная мощность трансформатора, кВА.;

m – число фаз трансформатора.

кВА

 

Номинальные токи

 

Номинальный (линейный) ток обмотки ВН, СН и НН трехфазного трансформатора, А:

(стр. 97 3.3),

Где

S – мощность трансформатора, кВА;

U – номинальное линейное напряжение соответствующей обмотки, В.

 

Номинальный ток на стороне ВН:

А.

Номинальный ток на стороне НН:

А.

 

Фазные токи

На стороне ВН: А (стр. 97 3.6).

На стороне НН А (стр. 97 3.5).

 

Фазные напряжения

На стороне ВН: В (стр. 98 3.8).

На стороне НН: В (стр. 98 3.7).

Испытательные напряжения (стр. 169 табл. 4.1):

Обмотка ВН: кВ.

Обмотка НН: кВ (см. примечание).

 

Типы обмоток (стр. 258 табл. 5.8):

Обмотка ВН при напряжении 10 кВ и токе 13,333 А:

цилиндрическая многослойная из круглого провода.

Обмотка НН при напряжении 0,4 кВ и токе 577,357 А:

винтовая одноходовая из прямоугольного провода.

 

Изоляционные расстояния

Для испытательного напряжения ВН кВ находим изоляционное расстояние
(стр. 184 табл. 4.5) мм, мм, мм.

Для испытательного напряжения НН кВ находим изоляционное расстояние
(стр. 183 табл. 4.4) мм (см. сноску).

 

 

Определение основных размеров трансформатора

 

Диаметр стержня

(стр. 106 3.17)

 

1. Мощность обмоток одного стержня кВА
2. Ширина приведенного канала рассеяния

(стр. 120),

(стр. 120 3.28),

Где находится, как (стр. 121 табл. 3.3).

м (стр. 121 табл. 3.3 примечание 1)

м

1. (стр. 159 табл. 3.2) В целях экономии всех материалов трансформатора рекомендуется при прочих равных условиях выбирать меньшее из рекомендуемых
2. Коэффициент приведения идеального поля рассеяния к реальному полю (коэффициент Роговского) при определении основных размеров можно приближенно принять
3. Частота Гц.
4. Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания, %:

Активная составляющая напряжения короткого замыкания, %:

(стр. 99 3.9),

Где

P_к – потери короткого замыкания, Вт;

S – мощность трансформатора, кВА.

 

 

Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания, %:

(стр. 99 3.10),

Где

u_к – напряжение короткого замыкания в %;

u_а – активная составляющая напряжения короткого замыкания в %.

%.

1. Индукция в стержне Тл (стр. 78 табл. 2.4)
2. Коэффициент заполнение активным сечением стали площади круга

(стр. 163 3.67)

(стр. 77 табл. 2.2 примечание 1)

Число ступеней - 6 (стр. 82-83 табл. 2.5)

 

м

Ближайший нормализованный диаметр м (стр. 87)

Определим значение : (стр. 163 3.69)

Средний диаметр канала между обмотками может быть предварительно приближенно определен по формуле

(стр. 163 3.70),

Где

- радиальный размер осевого канала между стержнем и обмоткой НН ( м),

- радиальный размер осевого канала между обмотками НН и ВН ( м),

- радиальный размер обмотки НН, может быть приближенно рассчитан по формуле

(стр. 164 3.71)

Где

Принимаем для трансформаторов мощностью 25-630 кВА с плоской магнитной системой.

м.

м

 

Высота обмотки

Высота обмотки определяется по формуле

(стр. 164 3.72)

м

Расчет обмотки НН

Напряжение одного витка

(стр. 265 6.2)

В

 

Одноходовая обмотка

Осевой размер одного витка

(стр. 269 6.17)

Где

- осевой размер масляного охлаждающего канала.

Ориентировочное значение может быть принято равным, но не менее 0,004 м (4 мм)

(стр. 270)

Принимаем м

Т.к (для алюминиевого провода), следует применять одноходовую обмотку.

Внутренний диаметр обмотки

Где мм (стр. 183 4.4).

м

Наружный диаметр обмотки

(стр. 273 6.26)

м

Расчет обмотки ВН

При номинальном напряжении

Осевой размер обмотки ВН

Осевой размер обмотки ВН принимается равным ранее определенному осевому размеру обмотки НН .

Плотность тока в обмотке ВН

Плотность тока в обмотке НН предварительно определяется по формуле

(стр. 282 6.33)

Сечение витка обмотки ВН

Сечение витка обмотки ВН предварительно определяется по формуле

(стр. 282 6.37)

Полное сечение витка

(стр. 282 6.36)

Число витков в слое

(стр. 283 6.38)

Число слоев в обмотке

(стр. 283 6.39)

Ширина масляного канала

(стр. 426 табл. 9.2а)

Радиальный размер обмотки

Радиальный размер обмотки с двумя катушками без экрана

(стр. 283 6.42)

Внутренний диаметр обмотки

(стр. 284 6.45)

Внутренний диаметр обмотки

(стр. 284 6.46)

Поверхность охлаждения

(стр. 285 6.48)

Где

- число стержней магнитной системы

- коэффициент, который учитывает закрытии части поверхности обмотки изоляционными деталями и число внутренних и наружных поверхностей ()

- ()

Основные потери в обмотках

Для определения основных потерь в обмотках воспользуемся формулой

(стр. 305 7.4)

Где

- масса металла каждой из обмоток

(стр. 306 7.7)

Где

- число активных стержней трансформатора

- средний диаметр обмотки

- число витков обмотки

- сечение витка

 

Потери в отводах

Основные потери в отводах определяются по формуле

(стр. 315 7.24)

Где

- коэффициент, который зависит от металла отводов ()

- масса металла проводов отвода

(стр. 315. 7.23)

Где

- плотность металла отвода ()

- сечение отвода

(стр. 315 7.20)

- общая длина проводов для соединения

В звезду

(стр. 315 7.21)

В треугольник

(стр. 315 7.21)

Радиальная сила

(стр. 333 7.43)

Осевые силы в обмотках

Осевая сила рассчитывается, Н, по формуле

(стр. 341 7.51)

Обмотка НН

Обмотка ВН

Активное сечение стержня

(стр. 363 8.2)

Активное сечение ярма

(стр. 363 8.2б)

 

Длина стержня

(стр. 365 8.30)

Где

- расстояние от обмотки до нижнего ярма

- расстояние от обмотки до верхнего ярма

В случае отсутствия прессующих колец обмотки и выбираются только из условий ее изоляции (стр. 184 табл. 4.5).

 

Масса стали угла

Для магнитных систем с размерами пакетов стержней и ярм по таблице
(стр. 357 табл. 8.2) масса стали угла может быть рассчитана по формуле

(стр. 367 8.6)

 

Полная масса двух ярм, кг

(стр. 368 8.10)

 

Масса стали стержней

Масса стали стержней при многоступенчатой форме сечения ярма определяется как сумма двух слагаемых

(стр. 368 8.11)

Потери холостого хода

 

Магнитная индукция в ярме

(стр. 374 8.29)

 

Магнитная индукция в стыке

Индукция в прямых стыках принимается принимается равной индукции в стержне, для стыков, перпендикулярных оси стержня, и индукции в ярме для стыков, перпендикулярной оси ярма.

Для косых стыков следует принимать

(стр. 379)

 

Площадь зазора(стыка)

Площадь зазора принимается для прямых стыков равной активному сечению стержня или ярма .

Для косых стыков следует принимать

(стр. 379)

Удельные потери для стали стержней, ярм и для стыков находим по таблице
(стр. 376 табл. 8.10) для стали марки 3404 толщиной 0,35 мм при шихтовке в две пластины.

 

	1,240	954,871
	1,157	897,200
	-	441,584

 

 

Для плоской трехфазной шихтованной магнитной системы современной трехстержневой конструкции, собранной из пластин холоднокатаной анизотропной стали, с прессовкой стержней расклиниванием с бандажами, а ярм ярмовыми балками или балками с полубандажами, не имеющих сквозных шпилек в стержнях и ярмах, потери холостого хода могут быть рассчитаны по формуле

(стр. 381 8.32)

Где

- коэффициент, учитывающий влияние технологических факторов на потери холостого хода. Для отожженной стали маркой 3404 может быть принят (стр. 380)

- коэффициент, учитывающий добавочные потери после удаления заусенцев. Для отожженных пластин (стр. 380)

- коэффициент, учитывающий увеличение потерь в углах магнитной системы (стр. 382 табл. 8.13)

- коэффициент, учитывающий увеличение потерь, зависящих от формы сечения ярма. Т.к. число ступеней в сечении ярма равно или отличается на одну - две ступени от числа ступеней в сечении стержня, то распределение индукции в ярме и стержне можно считать равномерным и принять коэффициент увеличения потерь (стр. 379).

- коэффициент, учитывающий увеличения потерь после прессовки. (стр. 380 табл. 8.12)

- коэффициент, учитывающий увеличение потерь после перешихтовки верхнего ярма остова при установке обмоток. При мощности трансформатора 400-630кВА (стр. 380).

 

Ток холостого хода

По таблице (стр. табл. 8.17) находим намагничивающие мощности

	1,650
	1,461
	-

 

 

Для плоской трехфазной шихтованной магнитной системы современной трехстержневой конструкции, собранной из пластин холоднокатаной анизотропной стали, с прессовкой стержней расклиниванием с бандажами, а ярм ярмовыми балками или балками с полубандажами, не имеющих сквозных шпилек в стержнях и ярмах, полная намагничиваюшая мощность может быть рассчитана по формуле

(стр. 393 8.43)

 

Где

- коэффициент, учитывающий влияние резки полосы рулона на пластины. Для отожженной стали маркой 3404 может быть принят (стр. 393)

- коэффициент, учитывающий влияние среза заусенцев. Для отожженных пластин (стр. 393)

- коэффициент, учитывающий увеличение потерь в углах магнитной системы (стр. 395 табл. 8.20)

- коэффициент, учитывающий ширину пластин в углах магнитной системы по таблице (стр. 396 табл. 8.21)

- коэффициент, учитывающий форму сечения ярма. Т.к. число ступеней в сечении ярма равно или отличается на одну - две ступени от числа ступеней в сечении стержня, то распределение индукции в ярме и стержне можно считать равномерным и принять коэффициент (стр. 394).

- коэффициент, учитывающий прессовку магнитной системы. (стр. 380 табл. 8.12)

- коэффициент, учитывающий перешихтовку верхнего ярма. При мощности трансформатора 400-630кВА (стр. 394).

Обмотка НН

(стр. 422 9.9)

Где

- плотность теплового потока на поверхности обмотки

(см. п. Расчет обмотки НН)

- толщина изоляции провода на одну сторону

- теплопроводность изоляции провода определяемая для различных материалов по таблице

- Бумага кабельная в масле (стр. 424 табл. 9.1)

 

Обмотка ВН

Полный внутренний перепад для обмоток не имеющих горизонтальные охлаждающих каналов рассчитывается по формуле

(стр. 422 9.10)

Где

- радиальный размер катушки. При наличии в обмотке осевого охлаждающего канала - следует принять как ширину – радиальный размер наиболее широкий для двух катушек на которые разделена обмотка

- потери, выделяющиеся в общего объема обмотки

Для алюминиевого провода

(стр. 423 9.11а)

- средняя теплопроводность обмотки приведенная к условному случаю равномерного распределения витковой и межвитковой изоляции по всему объему обмотки, определяется по формуле

(стр. 423 9.12)

 

Где

- теплопроводность междуслойной изоляции. (стр. 424 табл. 9.1)

- средняя условная теплопроводность обмотки без учета междуслойной изоляции

(стр. 423 9.13)

Где

- теплопроводность материала изоляции витков (стр. 324 табл. 9.1)

- коэффициент, который рассчитывается по формуле

(стр. 423)

 

Средний перепад температуры

(стр. 424)

 

Обмотка НН

Перепад на поверхности обмотки НН может быть рассчитан по эмпирической формуле

(стр. 427 9.20)

Где

- коэффициент, учитывающий скорость движения масла внутри обмотки; для естественного масляного охлаждения (стр. 427).

- коэффициент, учитывающий затруднение конвекции масла в каналах внутренних обмоток; для внутренних обмоток НН и СН (стр. 427).

- коэффициент, учитывающий влияние на конвекцию масла относительной ширины (высоты) горизонтальных масляных каналов. (стр. 428 табл. 9.3)

 

Обмотка ВН

Для цилиндрической обмотки из круглого провода, не имеющей радиальных (горизонтальных) каналов, перепад на поверхности обмотки масляного трансформатора рассчитывается по формуле

(стр. 425 9.19)

Где

- коэффициент, учитывающий условия теплообмена (стр. 425)

- плотность теплового потока на охлаждаемой поверхности

 

Обмотка НН

Обмотка НН

 

Тепловой расчет бака

 

Выбираем бак с навесными радиаторами с прямыми трубами (стр. 429 табл. 9.4).

Минимальные расстояния и размеры

- изоляционная расстояние от изолированного отвода обмотки ВН (внешней) до собственной обмотки (стр. 199 табл. 4.11)

- расстояние отвода до стенки бака

- диаметр изолированного отвода обмотки (стр. 430)

- изоляционное расстояние от отвода обмотки НН до обмотки ВН (стр. 200 табл. 4.12)

- изоляционной расстояние от неизолированного отвода обмотки НН до стенки бака (стр. 199 табл. 4.11)

- диаметр изолированного отвода от обмотки НН, равный (стр. 430)

 

Минимальная ширина бака, м

(стр. 430 9.22)

 

Высота активной части

(стр. 431 9.24)

Где

- толщина прокладки под нижнее ярмо

 

Общая глубина бака

(стр. 431 9.25)

Принимаем

 

Для обмотки НН

Для обмотки ВН

Следует принять большее из посчитанных значений.

 

Поверхность излучения бака

Где

- учитвающий отношение периметра поверхности излучения к поверхности гладкой части бака

(для гладкого бака)

(для бака с навесным радиатором)

 

Поверхность крышки бака

(стр. 451)

Где

0,16 – удвоенная ширина верхней рамы бака

0,5 – коэффициент учитывающий закрытие поверхности крышки вводами и арматурой

 

Поверхность конвекции бака

(стр. 451)

 

Обмотка НН

Обмотка ВН

 

 

Масса металла

Обмотка НН

Обмотка ВН

Масса провода (стр. 216 табл. 5.5)

Обмотка НН

Обмотка ВН

 

Масса проводов двух обмоток

 

Объем активной части

Для определения можно воспользоваться приближенной формулой

(стр. 448)

Где

- средняя плотность активной части (для трансформаторов с алюминиевой обмоткой )

Объем масла в баке

 

Масса масла в радиаторах

 

Общая масса масла в трубах

[1] Номера страниц, таблиц и формул приведены здесь и далее из учебного пособия «Расчет трансформаторов» П.М. Тихомиров Эноргоатомиздат, 1986

Московский энергетический институт

(Технический университет)

 

 

Расчетно-пояснительная записка

к курсовому проекту по курсу

“Электрические машины”

 

 

Трансформатор ТМ-400/10

 

Выполнил: Набиев Т.Р.

Группа: Эл-8-05

Преподаватель: Татаринов М.Г.

 

 

 

Москва 2008

Оглавление

Оглавление. 2

 

Задание на проектирование силового трансформатора. 3

 

Расчет основных электрических величин и определение изоляционных расстояний. 4

 

Определение основных размеров трансформатора. 6

 

Расчет обмотки НН.. 8

 

Расчет обмотки ВН.. 11

 

Расчет параметров короткого замыкания. 14

Определение потерь короткого замыкания. 14

Расчет напряжения короткого замыкания. 18

Определение механических сил в обмотках. 19

 

Расчет магнитной системы трансформатора. 22

Определение размеров магнитной системы и массы стали. 22

Потери холостого хода. 25

 

Тепловой расчет трансформатора. 29

Поверочный тепловой расчет обмоток. 29

Тепловой расчет бака. 32

Окончательный расчет превышения температуры.. 35

 

Приближенное определение массы масла трансформатора. 36

 

Задание на проектирование силового трансформатора

 

Выполнить расчет и конструктивную разработку трансформатора по следующим данным:

1. Тир трансформатора…………………………………………………………..ТМ-400/10
2. Мощность………………………………………………………………………..400 кВА.
3. Число фаз…………………………………………………………………………………3