Расчет основных электрических величин трансформаторов

Стр 1 из 7Следующая ⇒

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

КАЗАХСКИЙ АГРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМ. С. СЕЙФУЛЛИНА

КАФЕДРА ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

Курсовая работ a

ПО ДИСЦИПЛИНЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

НА ТЕМУ: Расчет трансформатора

Выполнил: студент 3 курса Закариев Е.К.

Проверила: к.т.н. Герасименко Т.С.

Курсовая работа допущена к защите ________________________________

(подпись преподавателя)

АСТАНА 2017

КАЗАХСКИЙ АГРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. С. СЕЙФУЛЛИНА

Кафедра: Эксплуатации электрооборудования

УТВЕРЖДАЮ

Заведующий кафедрой

__________________

____________________

(число, месяц, год)

Вариант 78

На курсовую работу по дисциплине: электрические машины

Студент ЗАКАРИЕВ ЕРМЕК группа 16-06

Тема работы: Расчет трансформатора

Исходные данные:

S	U₁	U₂	m	f	C	O	П	U_к	Р_к	Р_х	I₀
кВА	В	В		Гц				%	Вт	Вт	%
630	10000	400	3	50	∆/Y-11	возд	медь	5,5	8500	1310	2

№	Содержание пояснительной записки	Сроки выполнения	Примерный объем
1	Расчет основных электрических величин трансформатора	1неделя	1-2 стр
2	Определение основных размеров трансформатора	2 неделя	3-4 стр
3	Расчет обмотки низкого напряжения	3неделя	2-3 стр
4	Расчет обмотки высокого напряжения	4неделя	2-3 стр
5	Расчет параметров короткого замыкания. Провести коррекцию обмоток для получения заданного напряжения U_к	5неделя	3-4 стр
6	Определение размеров магнитной системы	6неделя	2-3 стр
7	Определение потерь и тока холостого хода, а также расчет удельной тепловой нагрузки	7неделя	2-4стр
8	Расчет эксплуатационных характеристик трансформатора: зависимость изменения вторичного напряжения трансформатора от угла сдвига фаз между напряжением и током; внешняя характеристика трансформатора.	8неделя	5-7 стр

№	Содержание графической части	Сроки выполнения	Количество листов	Формат
1	Построить Т-образную схему замещения,	8неделя	1	А4
2	Построить векторную диаграмму трансформатора для активно-индуктивной нагрузки	9неделя	1	А4
3	Построить графические зависимости по пунктам 3,4,5.	9неделя	3	А4
4	Общий вид трансформатора, согласно расчетным значениям.	10 неделя	1	А1

Литература:

1.Герасименко Т.С., Практикум для выполнения курсовой работы «Расчет трансформатора» по дисциплине «Электрические машины», КазАТУ, 2017.

2. Тихомиров П.М. "Расчет трансформаторов". М.: Энергия, 1986.

3.Кацман М.М. "Электрические машины". М.: Высшая школа, 1990.
4. ГОСТ 16110-82. Трансформаторы силовые. Термины и определения. М.: Изд-во стандартов, 1986. – 30с.

5.ГОСТ 11677-85. Трансформаторы силовые. Общие технические условия. М.: Изд-во стандартов, 1999. – 40с.

Дата выдачи задания __________ дата защиты проекта___________
Руководитель работы: Герасименко Татьяна Сергеевна.
Задание принял к исполнению_________________________________

Содержание

Введение.......................................................................................................................5

1 Расчет основных электрических величин трансформаторов...............................6

2 Определение основных размеров трансформатора...............................................9

3 Расчет обмоток........................................................................................................14

3.1 Расчет обмотки низкого напряжения (НН).......................................................14

3.2 Расчет обмотки высшего напряжения (ВН)......................................................18

4 Расчет параметров короткого замыкания.............................................................23

4.1 Определение потерь короткого замыкания.......................................................23

4.2 Определение напряжения короткого замыкания.............................................23

4.3 Определение механических сил в обмотках и нагрева обмоток при коротком замыкании..................................................................................................................25

5 Расчет магнитной системы трансформатора.......................................................29

5.1 Определение размеров магнитной системы.....................................................29

5.2 Определение потерь холостого хода трансформатора....................................32

5.3 Определение тока холостого хода.....................................................................32

5.4 Определение удельной тепловой нагрузки.......................................................34

6 Расчет эксплуатационных характеристик трансформатора...............................37

6.1 Параметры схемы замещения трансформатора определяем следующим образом...........................................................................................................................37

6.2 Векторная диаграмма..........................................................................................39

6.3 Зависимость изменения вторичного напряжения трансформатора от угла сдвига фаз между напряжением и током................................................................40

6.4 Внешняя характеристика трансформатора.......................................................41

6.5 Зависимость КПД трансформатора от степени нагрузки ...............................41

Заключение………………………………………………………………………….43

Список использованной литературы……………………………………………...44

Введение

В соответствии с ГОСТ 16110 – 82 [1], [5] трансформатором называется статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанных обмоток предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока. Трансформатор, предназначенный для преобразования электрической энергии в сетях энергосистем и потребителей электроэнергии, называется силовым.

Силовые трансформаторы, предназначенные для непосредственного питания потребительской сети или приемников электрической энергии, если эта сеть или приемники отличаются особыми условиями работы, характером нагрузки или режимом работы, называются трансформаторами специального назначения.

Силовой трансформатор является одним из важнейших элементов каждой электрической сети. Передача электрической энергии на большие расстояния от места ее производства до места потребления требует не менее чем пяти-шести кратной трансформации в повышающих и понижающих трансформаторах.

В предложенной курсовой работе необходимо рассчитать силовой трансформатор общего назначения мощностью 250 кВ А.

Особо важными задачами являются повышение качества трансформаторов, использование прогрессивной технологии их производства, экономии материалов при их изготовлении и возможно низкие потери энергии при их работе в сети. Экономия материалов и снижение потерь особенно важны в распределительных трансформаторах непосредственно питающих потребителей при напряжении 10 и 35 кВ, в которых расходуется значительная часть материалов и возникает существенная часть потерь энергии всего трансформаторного парка.[4]

Расчет основных электрических величин трансформаторов

Расчет трансформаторов начинается с определения основных электрических величин - мощности на одну фазу и стержень, номинальных токов на стороне ВН и НН, фазных токов и напряжений.

Мощность одной фазы трансформатора, кВА:

(1.1)

где - номинальная мощность трансформатора, кВА; m – число фаз.

Мощность на одном стержне, кВА:

(1.2)

где - число активных стержней трансформатора.

Номинальный линейный ток обмоток ВН и НН трехфазного трансформатора, А:

(1.3)

где U - номинальное линейное напряжение соответствующей обмотки, В.

Фазный ток обмотки одного стержня трехфазного трансформатора, А:

при соединении обмоток в треугольник:

(1.4)

при соединении обмоток в звезду или зигзаг:

I_Ф2= I (1.5)

Фазное напряжение трехфазного трансформатора, В:

при соединении обмоток в треугольник:

U_Ф1= U (1.6)

где U - номинальное напряжение соответствующей обмотки, В.

U_Ф1= 100000

при соединении обмоток в звезду или зигзаг:

(1.7)

где U - номинальное напряжение соответствующей обмотки, В.

Потери короткого замыкания, указанные в задании, дают возможность определить активную составляющую напряжения короткого замыкания, %:

(1.8)

где - потери короткого замыкания, Вт; S - мощность трансформатора, кВА.

Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания при заданном определяется по формуле, %:

(1.9)

где - активная составляющая напряжения короткого замыкания, %; - напряжение короткого замыкания (по заданию), %.

2 Определение основных размеров трансформатора

Магнитная система трансформатора является основой его конструкции. Выбор основных размеров магнитной системы вместе с основными размерами обмоток определяет главные размеры активной части и всего трансформатора.

Диаметр d окружности, в которую вписано ступенчатое сечение стержня, является одним из его основных размеров. Вторым основным размером трансформатора является осевой размер h_об (высота) его обмоток. Обычно обе обмотки трансформатора имеют одинаковую высоту.

Третьим основным размером трансформатора является средний диаметр витка двух обмоток или диаметр осевого канала между обмотками d₁₂, связывающий диаметр стержня с радиальными размерами обмоток a₁и a₂ и осевого канала между ними a₁₂.

Два основных размера, относящихся к обмоткам d₁₂ и h_об могут быть связаны отношением средней длины окружности канала между обмотками πd₁₂ к высотке обмотки h_об:

(2.1)

Формула, связывающая диаметр стержня трансформатора с его мощностью:

(2.2)

где S^' - мощность обмотки на одном стержне, кВА; β - соотношение между диаметром и высотой обмотки; a_p - приведенная ширина канала рассеяния, м; K_p - коэффициент Роговского; f - частота сети, Гц; U_p - реактивная составляющая напряжения короткого замыкания, %; B_c - максимальная индукция в стержне, Тл; K_c - коэффициент заполнения активной сталью площади круга, описанного около сечения стержня.

Определение диаметра стержня связано с выбором некоторых исходных данных β, В_с, К_с и предварительным определением данных обмоток трансформатора, получаемых после завершения расчёта обмоток а_р и К_р.

Ширина приведенного канала рассеяния трансформатора, м:

(2.3)

Размер a₁₂ канала между обмотками ВН и НН определяется как изоляционный промежуток и может быть выбран по испытательному напряжению обмотки ВН из таблицы 4,3 [1]. U_исп(ВН)=24, U_исп(НН)=3-5 кВ.

a₁₂=0.04 м

Суммарный приведенный радиальный размер обмоток ВН и НН, м:

(2.4)

где К - в зависимости от мощности трансформатора, металла обмоток, напряжения обмотки ВН и потерь короткого замыкания P_к может быть найдено по таблице 4,5[1].

К=1,2

Вычисляем ширину приведенного канала рассеяния трансформатора по формуле (2.3), м:

Рекомендуемые значения β в зависимости от мощности трансформатора и металла обмоток выбираем по таблице 4,1 [1].

Коэффициент приведения идеального поля рассеяния к реальному полю при определении основных размеров можно принять K_p=0,95.

Индукция в стержне B_c выбирается по таблице 4,9[1].

В_с=1,5

Коэффициент заполнения активным сечением стали площади круга, описанного около сечения стержня К_с, зависит от выбора числа ступеней в сечении стержня, способа прессовки стержня, толщины листов стали и вида междулистовой изоляции. Общий коэффициент К_с равен произведению двух коэффициентов К_кр и К_з.

(2.5)

В свою очередь коэффициенты К_кр и К_з могут быть определены по таблице 4,6 и 4,8 [1].

Исходя из заданной мощности трансформатора выбираем К_кр=0,8.

Выбираем марку стали 3404 толщиной 0,3 мм, соответственно выбираем коэффициент К_з=0,96.

Коэффициент заполнения активным сечением стали площади круга, описанного около сечения стержня К_с по формуле (2.5):

Далее рассчитываем диаметр стержня по формуле (2.2), м:

Если полученный диаметр d не соответствует нормализованной шкале диаметров, то следует принять ближайший диаметр по нормализованной шкале d_н и определить β_н,соответствующее нормализованному диаметру.

d_н=0,28

Определяем β_н,, соответствующий нормализованному диаметру по формуле:

(2.6)