МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ
ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Кафедра „Електромеханіки і теоретичних основ електротехніки”
КУРСОВА РОБОТА
Тема: „РАЗРАХУНОК І КОНСТРУЮВАННЯ СИЛОВИХ
ТРАНСФОРМАТОРІВ”
Пояснювальна записка до курсової роботи
по дисципліні „Електричні машини”
Виконав студент групи АУП-12а
Донецьк – 2013
РЕФЕРАТ
Пояснювальна записка до курсового проекту 32сторінки, 8 рисунків, 2 таблиці. Об'єктом розрахунку і конструювання є трифазний двообмотковий трансформатор повної потужності S = 630 кВА , номінальної напруги обмоток вищої та нижчої напруги U2 = 10 кВ і U1 = 0,4 кВ регулюванням напруги без збудження. Схема та група з'єднання обмоток Y/Δ - 11.
Мета роботи: сконструювати та розрахувати двообмотковий трифазний трансформатор з заздалегідь заданими характеристиками.
Визначені основні розміри трансформатора з плоскою магнітною системою стрижневого типу (стрижень dн = 0,2 м), виконаної холоднокатаної сталі марки 3404. Зроблено вибір і розрахунок обмоток нижчої напруги - циліндрична з мідного проводу з рівномірно розподіленою транспозицією марки АПБ перетином 175 мм2, розмірами 3х(4,75х12,5) мм, та обмотки вищої напруги - циліндрична, багатошарова із мідного круглого проводу марки АПБ перетином 12,55 мм2, розмірами 1х(4х4,5) мм.
Визначені характеристики UK % , РК кВт , I0 %, перевищення температури обмоток ВН і НН - Θ≈ 60оС, маса конструкційних матеріалів GTP=3018 кг. Достовірність результатів розрахунків з даними серійних трансформаторів складає по масі трансформатора ± 3 %, маса масла ± 2 % , ціни ± 2,5%.
РОЗРАХУНОК, ТРАНСФОРМАТОР, ОБМОТКА, ВТРАТИ, РЕГУЛЮВАННЯ, ЗБУДЖЕННЯ, МАГНІТНЕ КОЛО, НАГРІВАННЯ, ОХОЛОДЖЕННЯ, ТРАНСПОЗИЦІЯ, ХАРАКТЕРИСТИКА
Зміст
1.РОЗРАХУНОК ОСНОВНИХ ЕЛЕКТРИЧНИХ ВЕЛИЧИН 4
2.РОЗРАХУНОК ОСНОВНИХ РОЗМІРІВ ТРАНСФОРМАТОРА 5
3.ВИБІР КОНСТРУКЦІЙ ТА РОЗРАХУНОК ОБМОТОК 9
4. ВИЗНАЧЕННЯ ХАРАКТЕРИСТИК КОРОТКОГО ЗАМИКАННЯ 14
4.1 Втрати короткого замикання 14
4.2 Напруга короткого замикання. 16
4.3 Механічні сили в обмотках. 16
5.РОЗРАХУНОК МАГНІТНОЇ СИСТЕМИ 20
5.1 Конструкція магнітопроводу 20
5.2Визначення втрат холостого ходу. 22
5.3Визначення струму холостого ходу. 23
6.ТЕПЛОВИЙ РОЗРАХУНОК ТРАНСФОРМАТОРА 24
6.1 Тепловий розрахунок обмоток 24
6.2 Тепловий розрахунок баку. 25
6.3 Розрахунок перевищень температури обмоток і масла трансформатора 28
7.ВИЗНАЧЕННЯ МАСИ КОНСТРУКЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ І
8. ЗВЕДЕНІ ДАНІ РОЗРАХУНКУ ТРАНСФОРМАТОРА 30
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ 32
ВСТУП
Трансформатором називається статичний електромагнітний пристрій, який має дві або більше індуктивно пов'язаних обмоток і призначений для перетворення за допомогою електромагнітної індукції однієї або декількох систем змінного струму в одну або декілька інших систем змінного струму. Конструкція основних частин трансформатора у процесі проектування визначається обраним способом охолодження (у даній роботі це масляний спосіб охолодження). У якості матеріалу магнітопроводу використовувати холоднокатану сталь. А у якості матеріалу обмоток використовувати мідь. Розташування обмоток – концентричне з внутрішнім (ближче до стрижня) розташуванням обмотки нижчої напруги.
При виконанні курсового проекту ряд величин обирається спочатку приблизно, по таблицям, графікам, а потім у процесі розрахунку уточнюються.
При розрахунку основних розмірів трансформатора деякі мінімальні ізоляційні відстані спочатку приймаються як мінімальні за рекомендованими таблицями, а потім під час конкретних розрахунків обмоток, магнітопроводу ці відстані уточнюються (вони можуть бути і більшими) і у подальший розрахунок підставляти значення уточнених розмірів. Рекомендовані значення з таблиць, як правило, задаються у вигляді якогось діапазону. Тому, щоб потім задовольнити поставленим вимогам, з цього діапазону були обрані середні значення.
Спочатку розраховується обмотка нижчої напруги – вона розташована першою від стрижня (в цьому випадку ізоляційні відстані від стрижня будуть меншими, ніж для обмотки вищої напруги), тому параметри обмотки нижчої напруги мають індекс 1. Параметри обмотки вищої напруги мають індекс 2.
Вихідні дані:
- Номінальна потужність: Sн = 630 кВА;
- Кількість фаз: m = 3;
- Кількість стрижнів: с = 3;
- Номінальні напруги: ВН U2н = 10 кВ, НН U1н = 0.4 кВ;
- Частота мережі: f1 = 50 Гц
- Схема та група з'єднання: Y/∆-11
- Втрати холостого ходу: Pоз = 1.68 кВт
- Втрати короткого замикання: Pкз = 7.6 кВт
- Напруга короткого замикання: Uк = 5.5 %
- Струм холостого ходу: Iоз = 2.0 %
- Потужність однієї обмотки на одному стрижні, кВА:
де m – число фаз;
с – число активних стрижнів.
- Фазні напруги обмоток нижчої та вищої напруги визначаються відповідно до схеми з’єднання обмоток, кВ:
З’єднання: Y/Δ-11
При з’єднанні в Υ:
При з’єднанні в Δ:
- Фазні струми обмоток нижчої та вищої напруги, А:
1.4 Попередні значення активної та реактивної складових напруги короткого замикання, %:
де Pкз– втрати короткого замикання, кВт,
Sн – повна потужність трансформатора, кВА.
2. РОЗРАХУНОК ОСНОВНИХ РОЗМІРІВ ТРАНСФОРМАТОРА
Ескіз активної частини трансформатора виконано на рисунку 2.1.
Випробуванні напруги, вибрані по [табл. 1.1] обмотки нижчої напруги (НН) Uвип1=5кВ; обмотки вищої напруги (ВН) Uвип2=35кВ.
Для Uвип1=5кВ по [табл. 2.1] знаходимо а01=15 мм.
Для Uвип2=35кВ по [табл. 2.2] знаходимо ізоляційні відстані: а12=9 мм; l02=30мм.
- Сумарний орієнтовний приведений радіальний розмір обмоток НН та ВН, м:
де Sф – потужність однієї фази (стрижня), кВА;
K = 0,6.
- Попередня ширина приведеного каналу розсіяння трансформатора, м:
- Коефіцієнт заповнення круга сталлю:
де Kкр =0,928
Kз=0,97
Попередня величина індукції у стрижнях масляних трансформаторів відповідно з рекомендаціями: Вс = 1,6 Тл.
Коефіцієнт β, пов’язуючи середню довжину окружності каналу розсіяння між обмотками трансформатора і висоту обмотки , обираються по [табл. 2.7]:
β = 2.
- Попередній діаметр стрижня, м:
де Kр – коефіцієнт приведення ідеального поля розсіяння до реального поля (коефіцієнт Роговського); Kр=0,95.
Кінцевий діаметр стрижня dн=0,2 м.
- Визначаємо значення βн , яке відповідає нормалізованому діаметру
2.6 Радіальний розмір обмотки НН а1, м:
де K1=1,1
- Середній попередній діаметр каналу між обмотками, м:
2.8 Висота обмотки трансформатора, м:
2.9 Активний переріз сталі стрижня, м2:
Кс – коефіцієнт заповнення круга сталлю.
2.10 Електрорушійна сила витка, В:
f1 – частота напруги.
Вс - індукції у стрижнях масляних трансформаторів
2.11 Число витків фази обмоток НН та ВН:
Округлюємо до цілого W1=40 W2=575
2.12 Середня щільність струму в обмотках, А/м2:
деКд=0,93 – коефіцієнт додаткових утрат
- Орієнтовний переріз проводу обмотки НН та ВН, м2:
Враховуючи рекомендації обирається тип обмоток НН та ВН.
ВН – циліндрична багатошарова з круглого дроту;
НН – циліндрична багатошарова з прямокутного дроту;
Рисунок 2.1 - Основні розміри трансформатора.
Рисунок 2.2 – Головна ізоляція обмоток ВН і НН
3. ВИБІР КОНСТРУКЦІЙ ТА РОЗРАХУНОК ОБМОТОК
3.1 Розрахунок обмоток НН:
Визначивши число витків на одну фазу, отримане значення округлюємо до найближчого цілого числа, яке може бути парним або непарним.
Після округлення числа витків слід знайти напругу одного витка, В:
а також дійсну індукцію у стрижні, Тл:
Число витків W1=40;
Щільність струму з попереднього розрахунку Jср= 2,9 МА/м2
Згідно [табл. 3,9] за потужністю трансформатораS= 630 кВА, струму обмотки I1=525 A та її потужності Uф= 0,4кВ обираємо конструкцію циліндричної обмотки з прямокутного дроту марки АПБ.
Число слоїв обмотки: 
- Визначаємо орієнтовне число витків у шарі:
- Орієнтовний розмір одного витка, м :
- Якщо попередній перетин проводу перевищує 75мм2 (
), то він набирається з декількох рівнобіжних проводів перетину 
- Орієнтовне число елементарних проводів
3.1.6 Необхідний переріз звичайного дроту, м2:
- Орієнтовна висота елементарного провідника, з якого набирається виток обмотки, з ізоляцією, м
- Орієнтовна висота елементарного провідника без ізоляції, м
- двостороння товщина ізоляції
- По розміру b(мм) та Пел1 (мм2) по [таб. 3.2] обирається реальний дріт
Рисунок 3.1 - Визначення висоти витка
Характеристика витка записується у вигляді
Марка дроту
де a та b – розміри елементарного дроту без ізоляції, мм;
a` та b` – розміри елементарного дроту з ізоляцією, мм.
Елементарні дроти розміщуються по висоті обмотки плазом (більшою стороною).
3.1.10 Уточнюємо висоту витка,м
3.1.11 Уточнюємо число витків у шарі
3.1.12 Фактичний переріз витка, м2:
3.1.13 Дійсна щільність струму, МА/м2:
Отримане значення знаходиться в межах 2,2÷3,5 МА/м2.
3.1.14 Осьовий розмір витка, м
3.1.15 Остаточний осьовий розмір обмотки, м:
3.1.16 Радіальний розмір обмотки, м
де a` – радіальний розмір проводу з ізоляцією, мм;
nш – кількість шарів;
a11=6 – радіальний розмір каналу.
3.1.17 Внутрішній діаметр обмотки, м:
3.1.18 Зовнішній діаметр обмотки, м:
3.1.19 Поверхня охолодження гвинтової обмотки НН при відсутності охолоджуючого каналу, м2:
3.1.20Орієнтовна щільність теплового потоку обмотки НН, Вт/м2:
3.2 Розрахунок обмоток ВН:
Багатошарова циліндрична з круглого дроту.
Рисунок 3.2 - Багатошарова циліндрична з круглого дроту.
3.2.1 Кількість витків обмотки вищої напруги, необхідних для отримання номінальної напруги:
3.2.2 Число витків на ступені регулювання:
Для трифазного трансформатора кількість витків обмотки вищої напруги дорівнює:
W2=Wн2+Wр=577+14=591
3.2.2 Орієнтовна щільність струму в обмотках, МА/м2
3.2.3 Орієнтовний переріз витка обмотки, м2:
3.2.4По орієнтовному перерізу витка обмотки й асортименту обмоткових проводів для трансформаторів [табл. 3.1] підбирається дріт потрібного перерізу.
Марка дроту
де 
– число паралельних провідників.
3.2.5 Повний переріз витка, м2:
де 
– переріз одного дроту, м2.
3.2.6 Отримана щільність струму, МА/м2 (повинна бути в допустимому діапазоні):
3.2.7 Число витків у шарі:
де 
=0,439 – висота обмотки ВН, м.
3.2.8 Число шарів в обмотці з урахуванням витків для регулювання напруги
округляється до більшого числа.
3.2.9 Робоча напруга двох шарів, В:
По [табл. 3.12] обирається кількість шарів кабельного паперу і загальна товщина ізоляції проміж двох шарів обмотки: 
3.2.10 Радіальний розмір обмотки, м:
3.2.11 Внутрішній діаметр обмотки (якщо екран присутній – до його внутрішньоїізоляції), м:
де а12 =0,009 по [табл. 2.2].
3.2.12 Зовнішній діаметр обмотки без екрану ,м:
Ізоляційна відстань між зовнішніми обмотками сусідніх стрижнів, м:
3.2.13 Поверхня охолодження обмотки, м2:
де c =3 – число стрижнів магнітної системи.
n =2 K=0.8
3.2.14 Орієнтовна щільність теплового потоку, Вт/м2:
4. ВИЗНАЧЕННЯ ХАРАКТЕРИСТИК КОРОТКОГО ЗАМИКАННЯ
4.1 Втрати короткого замикання
4.1.1 Повна маса металу обмоток,кг:
де Кν=28∙103;
C – число активних стрижнів;
Dcрі – середній діаметр обмоток НН та ВН, м;
Wi – число витків відповідної обмотки;
Пi– переріз витка, м2.
НН:
ВН:
4.1.2 Основні електричні втрати в обмотках, Вт:
НН:
ВН:
Jі – щільність струму відповідної обмотки, МА/м2;
Gмі – маса відповідної обмотки.
4.1.3 Маса металу відводів, кг:
НН:
З’єднання Δ: 
ВН:
З’єднання Υ: 
- переріз витка відповідної обмотки, м2;
- щільність металу обмоток: для міді–8900 кг/м3
4.1.4 Втрати у відводах, Вт:
НН:
ВН:
де K = 2,4 (для міді);
Ji- щільність струму i - обмотки, А/м2;
- маса i-обмотки, кг.
4.1.5 Втрати убаку трансформатора, Вт:
де K = 0,015 – коефіцієнт , що визначається по табл. 4.23;
Sн – повна потужність трансформатора, кВА.
4.1.6 Втрати короткого замикання трансформатора, Вт:
Pk=kд1∙Pосн1+kд2∙Pосн2+Pвід1+Pвід2+Pб=1,03∙3255+1,03∙3946+110,45+13,84+94,5=7636
де 
- коефіцієнти додаткових утрат, що приймаються в діапазоні: 1,02-1,05;
4.1.7 Відхилення дійсних втрат від заданого значення 
, %:
Знайдені дійсні втрати короткого замикання не повинні відрізнятися від заданих більш ніж на 5%.
4.2 Напруга короткого замикання.
4.2.1 Активна складова напруги короткого замикання, %:
- втрати короткого замикання, Вт,
- повна потужність трансформатора, кВА.
4.2.2 Реактивна складова напруги короткого замикання,%:
де 
та 
визначаються по фактичним параметрам трансформатора;
для трансформаторів S < 10000 кВА
4.2.3 Напруга короткого замикання, %:
4.2.4 Відхилення дійсного Uк від заданого Uк, %:
Відхилення не перевищує 5%.
4.3 Механічні сили в обмотках.
4.3.1 Сталий струм короткого замикання, А:
для трансформаторів S<1000 кВА
Обмотка НН:
ВН:
де 
- фазний струм відповідної обмотки, А;
Sн - номінальна потужність трансформатора, кВА;
Uк - напруга короткого замикання;
4.3.2 Ударний струм короткого замикання, А:
НН:
ВН:
де при 
, 
- коефіцієнт, що враховує максимально можливу аперіодичну складову струму короткого замикання.
Можна розрахувати або взяти з табл. 4.3.
4.3.3 Радіальна сила, що діє на обмотки, Н:
де 
W - повне число витків однієї з обмоток;
- миттєве максимальне значення струму цієї обмотки при короткому замиканні;
НН:
ВН:
- діє як на зовнішню обмотку, намагаючись її розтягти, так і на внутрішню, намагаючись її стиснути.
4.3.4 Сумарна осьова сила при концентричних обмотках, Н:
- направлена вниз у верхній половині та вверх у нижній половині обмотки (стиснення), та навпаки, у зовнішній обмотці.
НН:
ВН:
4.3.5 Осьова сила, що діє у місцях розриву обмоток ВН, НН через відключення регулюючих витків або котушок:
НН: F``ос=0ВН: F``ос=0
4.3.6 Напруга та розрив в проводі обмотки, МПа:
де W - число витків обмотки, для якої визначення сила;
П - площа поперечного перерізу одного витка, м2.
НН:
ВН:
4.3.7 Напруга стиснення на опорних поверхнях, МПа:
НН:
ВН:
де 
- максимальне значення осьової сили, що стискає; визначається по рис. 4,1;
n - число прокладок по колу обмотки;
a - радіальний розмір обмотки, м;
b - ширина прокладки, м – від 0,04 до 0,06.
Рисунок 4.1 - розподіл стискаючих осьових сил для даного взаємного розташування обмоток
Значення 
та 
знаходяться в діапазоні, указаному в таблиці 4.4
Таблиця 4.4. Допустимі значення 
та 
:
Матеріал |
Мідь |
S, кВА |
до 6300 |
|
25-30 |
|
18-20 |
4.3.8 Час нагріву обмоток до гранично припустимої температури
(мідь - 250ºС), с:
де 
- напруга короткого замикання, %;
J- щільність струму, А/м2.
5.1 Конструкція магнітопроводу
Плоска, шихтована магнітна система, що збирається з пластин холоднокатаної текстурованої сталі марки 3404; 0,30мм.
- Розміри пакетів обираємо по табл. 5.3 для стрижня розрахованого діаметра
. Обирається число ступенів в перерізі стрижня та ярмі
Діаметр стрижня d, мм |
Стрижень |
Ярмо |
Розміри пакетів а х в, в стрижні |
||
без пластини, що пресує |
|||||
nс,мм |
kкр,мм |
nя,мм |
ая,мм |
||
0,2 |
7 |
0,918 |
5 |
120 |
195x22 175х26 155х15 135х11 120х6 105х5 75x7 |
число ступенів стрижня;
число ступенів ярма;
ширина крайнього зовнішнього пакета;
коефіцієнт заповнення круга для стрижня.
5.1.3 Площа ступінчатої фігури перерізу стрижня по табл. 8.6. та 8.7. [1]; 
та 
, об’єм кута магнітної системи – (усе переводиться в метри).
= 0,0288
; 
= 0,0296
; 
= 0,0048
.
- Активний переріз стрижня, м2:
де 
визначається по табл. 2.2. [1].
5.1.5 Активний переріз ярма, м2:
- Об`єм сталі, м3:
Vуст = Kз∙Vy = 0,97∙0,048 = 0,046
Рисунок 5.1 – До визначення розмірів плоскої магнітної системи
5.1.7 Довжина стрижня, м: кута магнітної системи, м3:
де l - висота обмотки, м;
та 
- відстань від обмотки до верхнього та нижнього ярма, табл.4.5[1].
5.1.8 Відстань між осями стрижнів, м:
5.1.9 Маса частин ярма, що містяться між осями граничних стрижнів, кг
де c = 3 – число активних стрижнів;
- активний переріз ярма, м2.
щільність трансформаторної сталі
5.1.10 Маса сталі кута при багатоступінчатій формі перерізу, кг:
5.1.11 Маса сталі у частках ярма, кг:
5.1.12 Маса сталі ярма, кг:
5.1.13 Маса сталі стрижнів біля вікна магнітної системи, кг:
Де С = 3 – число стрижнів;
- довжина стрижня, м; щільність трансформаторної сталі
5.1.14 Маса сталі в місцях стику пакетів стрижня та ярма, кг:
де 
- ширина ярма, що стикується, м.
5.1.15 Маса сталі стрижнів, кг:
5.1.16 Загальна маса сталі, кг:
5.2 Визначення втрат холостого ходу.
5.2.1 Фактична індукція в стрижні, Тл:
5.2.1 Фактична індукція в ярмі, Тл:
5.2.3 Індукція в стику косому, Тл:
5.2.4 Площа перерізу стрижня на косому стику, м2:
Питомі втрати для стрижнів, ярма та стиків визначаються по 8.10 [1].
Pc = 1,278 Вт/кг; Pзс = 990 Вт/м2;
Ря = 1,278 Вт/кг; Рзя = 990 Вт/м2;
Ркос = 708 Вт/м2;
5.2.5 Втрати холостого ходу, Вт:
де Кпр, Кпз, Кпя, Кпп, Кпш - коефіцієнти, що визначаються по табл. 8.12;
Кпр = 1,15 Кпз = 1 Кпя = 1,06 Кпп = 1,06 Кпш = 1,01
Кпу= 10,45 - по табл. 8.13. [1];
- береться відповідно з конструкцією магнітопроводу:
5.2.6 Відхилення фактичних втрат холостого ходу від заданого ,%:
5.3 Визначення струму холостого ходу.
5.3.1 По табл. 8.17 [1] знаходяться питомі намагнічуючі потужності.
qкосз=4000 В
А/м2qсз=23500 В
А/м2qяз=23500 В
А/м2
5.3.2 Намагнічуюча потужність холостого ходу:
де Ктр, Ктз, Ктпл, Ктп, Ктш - коефіцієнти, що визначаються по табл. 8.12 та 8.21 [1]
Ктр = 1,49 Ктз = 1,1 Ктпл = 1,50 Ктп = 1,045 Ктш = 1,04 Ктя = 1,1
Кту = 42,45– коефіцієнт, що визначається по табл. 8.20 [1].
5.3.3 Реактивна складова струму холостого ходу, %:
5.3.4 Активна складова струму холостого ходу, %:
5.3.5 Повний струм холостого ходу, %:
5.3.6 Відхилення фактичної величини струму холостого ходу від заданої, %:
6. ТЕПЛОВИЙ РОЗРАХУНОК ТРАНСФОРМАТОРА
6.1 Тепловий розрахунок обмоток
Тип баку силового масляного трансформатору – бак з гладкими стінками таб.9.4.
6.1.1 Внутрішній перепад температури в обмотці НН, 0C:
6.1.2 Перепад температури на поверхню обмотки НН, 0C:
6.1.3 Середнє перевищення температури обмотки HH над температурою масла, 0C:
6.1.4 Внутрішній перепад температури в обмотці ВН, 0C:
Обмотка циліндрична з круглого проводу
де p – втрати 1м3 обсягу обмотки, Вт/м3:
де Кр – 1,68 для міді;
a, a` - розміри проводу в напрямку потоку тепла, м;
b, b` - розміри проводу в перпендикулярному напрямку, м;
δм.с. – товщина міжшарової ізоляції [I, таб.4.7];
a2 – радіальний розмір обмотки, м;
λср. – середня теплопровідність обмотки, Вт/м×°C;
λмс – теплопровідність міжшарової ізоляції по [I, таб.9.1];
6.1.5 Перепад температури у ОВН під температурою масла, 0С:
Θом2= 0,285∙q20,6 = 0,285∙10050,6 = 18,03
6.1.6 Перепад температури у ВН під температурою масла, 0С:
Θмср2= Θом2 + Θ02 = 18,03+3,666 = 21,7
6.1.7 Допустиме перевершення температури масла над повітрям, 0С:
Θмв = 60-Θмср1 = 60-21,9 = 38,1
6.1.8 Допустиме перевершення температурі стінки бака над температурою повітря, 0С: Θбв= Θмв– Θмб= 38,1-5,1 = 33
де 
- перепад температури між маслом та стінкою бака 5 – 6 оС
6.1.9 Температура масла в верхніх шарах, 0С:
6.2 Тепловий розрахунок баку.
Рисунок 6.1 – До визначення основних розмірів баку
Через те, що втрати в трансформаторі пов'язані з його потужністю, то при виборі конструкції баку необхідно орієнтуватися на потужність трансформатора табл. 9.4[1]:
S1= 65 мм - ізоляційна відстань від відводу ОВН до власної обмотки і рівна йому відстань S2 до стінки баку по табл. 4.11[1];
d1 = 20 мм – діаметр ізольованого відводу ОВН при ;
S3= 68 мм – відстань від відводу ОНН до ОВН по табл. 4.12[1];
S4= 65 мм – відстань від відводу ОНН до стінки бака по табл. 4.11[1];
d2 – діаметр ізольованого відводу ОНН рівний d1.
Визначення цих відстаней виробляється окремо для відводів сторони ВН і НН.
6.2.1 Мінімальна ширина баку, м:
B = D2’’+(S1 + S2+d1+S3+S4+d2)∙10-3
B = 0.326 + (65 + 65 + 20 + 68 + 65 + 20) × 
= 0,64
6.2.2 Мінімальна довжина баку, м:
A=2∙C + D2” + 2∙S5 = 2∙0,335 + 0,326 + 2∙0,153 = 1,3;
S5 = (S3 + d2 + S4 ) ∙
=( 68 + 20 + 65) ∙
= 0,153;
де C – відстань між осями стрижнів, м;
D2’’– зовнішній діаметр ОВН, м;
S5 – відстань від зовнішньої поверхні ОВН до стінки бака.
6.2.3 Висота активної частини трансформатора, м:
Hач =lc+2hя+n =0,499+ 2∙0,25 + 0,04 = 1,039;
де n – товщина підкладки під нижнє ярмо, 30 - 50 мм.
6.2.4 Загальна глибина баку, м:
Нб = Нач + Няк = 1,039 + 0,4 = 1.439;
де Hяк – відстань від верхнього ярма до кришки баку, визначається потаб.9.5[I]
Бак з навісними радіаторами.
6.2.5 Габаритні розміри радіатора,м:
Приймаємо радіатор розміром 1100 мм;
Відстань між осями фланців: С1=0,085м; С2=0,1м;
Для установки цих радіаторів висота повинна бути прийнята:
Нб = Ар+С1+С2 = 1,1+0,085+0,1=1,285 м
6.2.6 Поверхня конвекції гладкої стінки бака, м2:
6.2.7 Орієнтовна поверхня випромінювання бака с радіаторами, м2:
Пи = К×Пкгл = 1,5×4,79 = 7,19
де К- коефіцієнт, враховуючий оснащення бака;
для бака с начепленими радіаторами він дорівнює 1,2 – 1,5;
- Орієнтована необхідна поверхня конвекції для заданого значення
, м2:
Поверхня конвекції складається:
- із поверхні гладкого бака
; - поверхні кришки бака Пккр, м2 ;
Поверхня конвекції радіаторів, м2 ;
- Поверхня конвекції радіаторів приведених к поверхні гладкої стінки, м2;
де Kф = 1,26 (по таблиці 9.6);
Птр= 4,961 м2,Пк.к= 0,34 м2– визначаються по таблиці 9.9 и 9.10;
- Необхідне число радіаторів:
Приймаємо6 радіаторів.
- Поверхня конвекції бака, м2;
- Поверхня випромінювання після виконання ескізу розташування радіаторів на стінках баку, м2:
6.3Розрахунок перевищень температури обмоток і масла трансформатора
- Середнє перевищення температури стінки бака в порівнянні з температурою навколишнього повітря, 0С
6.3.2 Середнє перевищення температури масла поблизу стінки бака,0С:
6.3.3 Перевищення середньої температури масла в порівнянні з температурою повітря, 0С:
мв = 
мб + 
бв = 8,36+27,4=35,76;
6.3.4 Перевищення температури масла у верхніх шарах у порівнянні з температурою повітря, 0С,
мвв = 1.2∙Θмв< 60 0С = 1,2∙35,76 = 42,9
6.3.5 Перевищення середньої температури обмоток у порівнянні з температурою повітря, 0С:
Для ООН: Θов1 = Θмср1 + Θбв +Θмб = 21,9 + 27,4 + 8,36 = 57,66
Для ОВН: Θов1 = Θмср2 + Θбв +Θмб = 21,7 + 27,4 + 8,36 = 57,46
Перевищення температури масла у верхніх шарах Θмвв42,9 0С <60 0С і обмоток Θов157,660С< 650С, Θов257,46< 65 0С лежать у межах припустимого нагрівання по ГОСТ 11677-85.
Рисунок 6.2 – Розміщення радіаторів.
7. ВИЗНАЧЕННЯ МАСИ КОНСТРУКЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ І
МАСЛА ТРАНСФОРМАТОРА
7.1 Маса активної частини трансформатора, кг :
Gач = 1.2∙(Gпр +Gcm) =1.2∙(353,14+704,4) = 1269
де Gпр= Gм1+Gм2+Gв1+Gв2 = 151,556+195,75+5,143+0,69=353,14 кг – маса проводів обмоток з відводами;Gcm – маса сталі магнітопроводу.
7.2 Маса баку трансформатора, кг:
Gб = γcm∙Пб∙δ = 7650∙5,78∙4∙10-3 = 176,8
де Пб=
=
= 1,439∙(2∙(1,3-0,64)+3,14∙0,64)+2∙0,64∙(2∙0,335+0,25∙3,14∙0,64) = 6,3 м2 – повна поверхня бака, кришки і дна, м2, δ - товщина стінки бака.
7.3 Маса труб системи охолодження, кг:
Gтр = nр∙Gст.р = 6∙67,14 = 402,84
де Gст.р = 67,14 – обирається по табл. 9.9
7.4 Об’єм активної частини трансформатора, м3:
Vач = Gач / γач = 1269/5,5∙103 =0,231
де γа.ч. – середня щільність активної частини:
(5,5 – 6 )103 кг/м3 – для мідних обмоток;
7.5 Об’єм баку трансформатора, м3:
Vб = (2∙C + 0.25∙π∙B)∙B∙Hб = (2 0,335 + 0,25∙3,14∙0,64) ∙0,64∙1,439 = 1,08
7.6 Вага масла в баку, кг:
Gмб = 0,9∙(Vб – Vач) ∙103 = 0.9 (1,08– 0,231) ∙103 = 764,3
7.7 Маса масла в радіаторі, кг:
Gм.тр = nр∙Gмр = 6∙53 = 318, де Gмр=53 – обирається за табл. 9.9
7.8 Загальна вага масла в трансформаторі, кг:
Gм = 1,05∙(Gмб + Gм.тр) = 1,05∙ (764,3 + 318) = 1136
7.9 Маса ізоляційного картону, кг:
Gк = К∙Gпр = 0,12∙353,14 =42,4
де K=0,12– коефіцієнт використання картону, визначається по табл. 7.2[2].
7.10 Загальна маса трансформатора, кг:
Gтран = 1,2∙(Gач + Gб + Gм + Gк ) =1,2 (1269+176,8+1136+42,4) = 3170
8. ЗВЕДЕНІ ДАНІ РОЗРАХУНКУ ТРАНСФОРМАТОРА
- Номінальні дані:
Sн = 630 кВ∙А; U1н = 0,4 кВ; U2н = 10 кВ.
- Схема і група з'єднання: Y/∆-11.
Основні геометричні дані і співвідношення, м:
dн = 0,2; l1 = l2 = 0,439; βн = 2,12; d12 = 0,293; а1 = 0,027; а2 = 0,012; а12 = 0,009; c = 3
- Дані обмоток:
Uв = 10 В; W1 = 40; W2 = 591; П1 = 175,5∙10-6 м2; П2 = 12,55∙10-6 м2.
- Тип обмоток:
А) Низької напруги: циліндрична багатошарова з мідного прямокутного
проводу;
Б) Високої напруги: циліндрична багатошарова з мідного круглого дроту проводу.
- Електромагнітні навантаження:
Bc = 1,6 Тл; Bя = 1,6 Тл; J1 = 2,991∙106 А/м2; J2 = 2,898∙106 А/м2.
- Електромагнітні навантаження:
Bc = 1,6 Тл; Bя = 1,6 Тл; J1 = 2,991∙106 А/м2; J2 = 2,898∙106 А/м2.
- Параметри холостого ходу і короткого замикання:
P0 = 1663 Вт; I0 = 1,94 %; Pk = 7636 Вт; Uk = 5,49 %.
- Габаритні розміри:
A = 1,3 м; В = 0,64 м; Hб = 1,285 м.
- Дані теплового розрахунку:
q1 = 1072 Вт/м2; q2 = 1005 Вт/м2; Θов1 = 58,73 оС; Θов2 = 58,53 оС.
- Результати економічної оцінки трансформатора:
Gст = 0,7 т; Gпр = 0,35 т; Gм = 1 т; Gтр = 3т.
ВИСНОВКИ
У курсовому проекті були проведені розрахунки по проектуванню силового трансформатора з заданими параметрами з алюмінієвими обмотками.Були проведені розрахунки відповідно до загальноприйнятої методики, викладеної в [1] і [2]. При розрахунку враховувалися і нові розробки по даній проблемі.
Були розраховані основні параметри та розміри трансформатору, параметри обмоток і основні електричні величини. Через те, що мали місце погрішності при обчисленнях, а також інші особливості, розрахункові величини відрізняються від заданих.
Так, розрахункове значення Рк = 7636Вт, задане значення Ркз = 7600 Вт, відхилення складає 0,47 %. Розрахункове значення Uк= 5,49% відрізняється від заданої Uкз = 5,5% на –0,03%.
Перепад температури в обмотках ВН і НН знаходяться в межах норми. Охолодження трансформатора здійснюється двома начіпними радіаторами з прямими трубами.
У цьому розрахункові дані трансформатора задовольняють усім вимогам і він може бути застосований у виробництві.
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ
1. Тихомиров П.М. Расчет трансформаторов//Для студентов ВУЗов. — М., 1986. — С. 3–526.
2. Апухтін О.С. , Мельник А.А.//Розрахунок трансформатора.— Донецьк, 2009. — С. 5–194.