Дымков А.М. Расчет и конструирование трансформаторов

Подождите немного. Документ загружается.

7,65•1,6•21,5(29,5—21,5) 10

-3

=2 кГ

7,65•3,6•17,5(29,5— 17,5) 10

-3

=6 кГ

7,65•2,4•13,5(29,5— 17,5) 10

-3

=3 кГ

ст

=1613кГ

Вес ярм

ст

=γF

•4МО•10

-3

=7,65•600•4•57•10

-3

=1050 кГ

Рисунок 18.3 Определение длины стержней и ярма при многоступенчатых ярмах.

Вес углов стержня и ярма

= G

ст.у.

+ G

Я.у.

= γF

СТ

•2с

+ γF

•2с

=7,65•590•2•29,5•10

-3

+7,65•600•2•29,5•10

-3

=266+271=537 кГ

Общий вес электрической стали

= G

CТ.

+ G

=1613+1050=2663 кГ.

Расчет веса обмоточной меди. Обмотка НН

НН

= mγπS

-6

= 84 • 34,9 • 360 • 282 • 10

-6

= 298 кГ.

Обмотка ВН

= 84 • 10,5 •500 • 949• 10

-6

= 418 кГ,

= 84 • 10,5 •500 • 904• 10

-6

= 398 кГ (для расчета потерь короткого

замыкания).

Общий вес обмоточной меди

= G

+ G

= 298+418 = 716 кГ.

Расчет характеристик

Расчет потерь и тока холостого хода. Потери холостого хода

= l,lp

+ (K

— l)G

CT.У

]+ 1,1p

+ (К

— 1)G

я у

] =

=1,1• 1,91 (1613 + 0,5• 266) + 1.1• 1,82(1050 +0,5•271) = 3660 + 2370 = 6030

вт.

Намагничивающий ток

=(q

ст

+ q

ст

з.ст

ст

+ n

з.я

)10S=

=(25•1613+20.7•1050+3•3.72•590+4•3.39•600)/(10•2500)=3.07%

Активная составляющая тока холостого хода

/10S=6030/(10•2500)= 0,24%.

Ток холостого хода

Расчет потерь короткого замыкания. Обмотка НН

=2.4δ

=2,4•3,78

•298•1,03=10500 вт

Обмотка ВН

ВH

=2,4•3,92

•298•1,03=14900 вт

Потери в отводах НН

отв

=(S/100)•(I

фНН

/100)=(2500/100)•(132/100)=33 принимаем за 50 вт.

Потери в стенках бака

= 0,007 •S

1.5

= 0,007 • 2500

1.5

= 875 ≈900 вт.

Потери короткого замыкания

=Р

кНН

+Р

кВН

+Р

отв

+Рб= 10 500 + 14 900 + + 50 + 900 = 26 350 вт.

Расчет напряжения короткого замыкания. Активная составляющая

/10S=26350/(10•2500)=1.05%

Напряжение рассеяния

Δ=4+(2.4+3.6)/3=6 см

=1-(4+2.4+3.6)/(π82,5)=0,961,

u’

=(132•282•42.4•6•0.961)/(806•82.5•22.3)=6.13%,

=1.05u’

=1.05•6.13=6.44%

Напряжение короткого замыкания

Расчет изменения напряжения:

а)при cosφ

= 0,8

Δu= 1,05 • 0,8 + 6,44 • 0,6 + (6.44•0,8-1,06 •0,6)

/200=0.84+3.86+0.1=4.8% _

б)при при cosφ

= 1

Δu=1.05+6.44

/200=1.26%

Расчет коэффициента полезного действия:

а)при cosφ

= 0,8

η=(1-(6030+26350)/(2500•0.8•10

+6030+26350))•100=98.4%

б)при при cosφ

= 1

η=(1-(6030+26350)/(2500•10

+6030+26350))•100=98.72%

§18.7. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА МОЩНОСТЬЮ 2500 ква

Расчет перегрева обмотки НН. Коэффициент закрытия поверхности катушек прокладками

=πD

/( πD

-nc)= π•360/(π•360-8•40)=1,4.

Периметр сечения катушки

p=2(a

из

)= 2(24+ 11,3) = 70,6 мм.

Удельная тепловая нагрузка поверхности обмотки НН

oHH

=21,4IωδK

/p=21,4•132•6•3.78•1.4•1.03/70.6=1230 вт/м

Перегрев обмотки над маслом

оНН

=0,41 q

oHH

0,6

=0,41• 1230

0,6

= 0,41•70 = 28,6°С.

Поправка на перегрев в зависимости от размеров масляного канала (6 х 24 мм) принимается по табл. 10.2

Δτ

о2

=К

КАН

•q

оНН

•10

-3

=-3,9•1230•10

-3

=-4,8° С

Окончательное значение перегрева обмотки НН

28,6 — 4,8 = 23,8 ≈ 24° С.

Расчет перегрева обмотки ВН. Коэффициент закрытия поверхности катушек прокладками

= π•500/(π•500-8•40)=1,26

Периметр сечения катушки

p=2(6,4+36) = 84,8 мм.

Удельная тепловая нагрузка поверхности обмотки ВН

oВH

==21,4•41,2•15•3.92•1,26•1.02/84,8=790 вт/м

Перегрев обмотки ВН над маслом

оВН

==0,41• 790

0,6

= 0,41•55 = 19,7°С.

Поправка на перегрев принимается по табл. 10.2

Δτ

о2

=-3,9•790•10

-3

=-1,8° С.

Окончательное значение перегрева обмотки ВН

19,7 — 1,8 = 17,9 ≈ 18° С.

Расчет перегрева масла. Определяем размеры бака:

длина бака

А = 2МО + D

+ 2• 75 = 2• 570 + 536 + 2 • 75 = 1826≈1850 мм;

ширина бака

S = D

+ 2• 150 = 570 + 2• 150 = 870 мм;

высота бака

= Н + 2с

+ Н

я. к

+ 50 = 975 + 2• 295 + 470 4- 50 = 2085 мм.

Так как для данной мощности применяются радиаторные баки, то следует принять минимальную высоту

бака по табл. 10.6, т. е. 2225 мм;

Рисунок 18.4 Размещение радиаторов на баке трансформатора мощностью 2500 вт

периметр стенки бака

= πВ + 2 (А — В) = π •870 + 2 (1850 — 870) = 4690 мм;

поверхность боковой стенки бака

6.с

= р

= 4,69 •2,225 = 10,4 м

;

поверхность крышки

кp

= π/4•B

+ (А — В) В = π/4•0.872 + (1,85 — 0,87) 0,87 = 1,44 м

Определяем необходимую поверхность охлаждения

охл

=(Р

+Р

)/q

=(6030+26350)/540=60 м

Требуемая поверхность радиаторов

рад

= s

охл

-s

б.с.

-0.75s

кр

=60-10,4-0,75•1,44=48,5 м

Берем 5 одинарных радиаторов 188/9,4.

Пользуясь данными рис. 10.13, проверяем размещение радиаторов на стенке бака (рис. 18.4).

Полная эффективная поверхность охлаждающего устройства

охл

'= 10,4+ 5•9,45+ 1,08 = 59,7 м

Удельная тепловая нагрузка поверхности бака

=(Px+Pk)/s

охл

'= 32380/59.7=542 вт/м

Средний перегрев масла

мас

= 0,262q

0,8

= 0,262 •542

0.8

=0,262• 155 = 40,6° С.

Перегрев верхних слоев масла (без поправки по табл. 10.3)

в.смас

=1,2τ

мас

= 1,2•40,6 = 48,7

С.

Высота центра потерь

= ½•Н + с

+ 50 = ½•975 + 295 + 50 = 832,5 мм.

Высота центра охлаждения

охл

=1/2•Нб=112,5 мм.

Отношение Н

/Н

охл

=832,5/1112,5=0,75.

Поправка на перегрев верхних слоев масла по табл. 10.3

Δτ

мас

= 4,8°С.

Окончательно перегрев верхних слоев масла будет

в.с.мас

= 48,7+4,8 = 53,5° С.

Перегрев обмотки НН над воздухом

НН

=τ

оНН

+τ

мас

= 24 + 40,6 = 64,6° С < 65° С.

Перегрев обмотки ВН над воздухом

ВН

=τ

оВН

+τ

мас

=18+40,6=58,6° С < 65° С.

Рассчитанные перегревы масла и обмоток не превышают допустимых норм.

§ 18.8. РАСЧЕТ МЕХАНИЧЕСКИХ УСИЛИЙ В ОБМОТКАХ ТРАНСФОРМАТОРА

МОЩНОСТЬЮ 2500 ква

Максимальное радиальное усилие [по (7.4)]

= 12,8 (Iω)

(πD

)•10

-8

= 12,8 (132•282)

(π42,4/82,5)•10

8=285 кГ.

То же, при коротком замыкании [по (7.5)]

p.к.

= F

(100/u

)

=285•1.6

(100/6.5)

=173000 кГ,

где

Осевое усилие внутри обмоток [по (7.6)]

’=F

Δ/(2H

)=285•6/(2•82.5)=10.4 кГ

Осевое усилие от несимметричного расположения намагничивающих сил по высоте обмотки [по (7.7)]

'' = F

/(H

m)=285•11.9/(30.1•0.961•4)=10.4 кГ

где Н

= 8•6,4 + 7• 6+ 1 •16= 119 мм= 11,9 см (на ступени— 5 %);

=(B-b)/2=(87-26,8)/2=30,1 см

Общее осевое усилие F

будет (для обмотки ВН) суммой осевых усилий F'

и F

ос

’’, [по (7.8)]

= F'

+ F

ос

’’= 10,4 + 29,2 = 39,6 кГ

При коротком замыкании осевое усилие возрастает пропорционально квадрату кратности тока короткого

замыкания с учетом постоянной слагающей тока

ос. к

= 39,6 • 606 = 24 000 кГ.

Площадь опоры прокладок из электрокартона в обмотке ВН

пp

= nc

=8 •4• 3,6= 115 см

Наибольшее удельное давление на прокладки 24 000

σ= F

ос. к

/ s

пp

=24000/115=209 кГ/см

, что является допустимым.

§18.9. ГРАФИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

В объем курсового проекта, кроме расчета силового трансформа тора, входит также выполнение чертежей

основных узлов трансформатора — магнитопровод (остов) и обмотка ВН и НН (установка).

Рисунок 18.5 Установка обмоток трансформатора мощностью 1000 ква, 10 кв.

Чертеж остова должен иметь не менее двух проекций остова и выполненные отдельно сечения стержня и

ярма, на которых должны быть показаны элементы их прессовки (стяжки).

Чертеж установки обмоток должен иметь две проекции обмоток ВН и НН, насаженных друг на друга, с

деталями крепления их на стержне и опорной изоляцией на ярмах. Кроме того, должен быть показан (в

разрезе) вывод концов обмотки НН, общее расположение выводных концов и схема соединения обмоток.

Желательно также показать отдельные детали, например место перехода и его изоляцию у непрерывной

обмотки и т. п.

Рисунок 18.6 Остов трансформатора мощностью 1000 ква, 10кв

Оба чертежа должны быть выполнены по всем правилам машиностроительного черчения с соблюдением

масштабов, заполнения спецификации и т. д.

В качестве примера на рис. 18.5 и 18.6 приводятся выполненные учащимся чертежи установки обмоток и

остова силового трансформатора мощностью 1000 ква, 10 кв, по заданию для расчета § 18.2.

ЛИТЕРАТУРА

В. Е. Китаев. Трансформаторы. «Высшая школа».1967.

П. М.Тихомиров. Расчет трансформаторов. «Энергия», 1968.

А. В. Сапожников. Конструирование трансформаторов. Госэнергоиздат, 1956.

М. М. Кацман. Электрические машины и трансформаторы. «Высшая школа», 1971.

М. П. Костенко и Л. М. Пиотровский. Электрические машины. «Энергия», 1964.

А. М. Годунов. Охлаждающие устройства масляныхтрансформаторов. «Энергия», 1964.

В. В. Порудоминский. Трансформаторы с переключением под нагрузкой. «Энергия», 1965.

П. М. Тихомиров. Расчет трансформаторов для дуговых электрических печей. Госэнергоиздат, 1959.

Е. А. Каганович. Испытание трансформаторов малой и средней мощности на напряжение до 35 кв

включительно. «Энергия», 1969.

Содержание

Введение

§ 1. Развитие электротехники и роль русских ученых в изобретении

§ 2. Состояние отечественного трансформаторостроения до Октябрьской

революции и его развитие в годы Советской власти

§ 3. Основная роль трансформатора в распределении электрической

энергии

Глава I. Общие вопросы проектирования силовых

трансформаторов

§ 1.1. Принцип действия трансформатора и основные его части

§ 1.2. Общее устройство силовых трансформаторов

§ 1.3. Основные материалы, применяемые в трансформаторостроении

§ 1.4. Влияние величины мощности трансформатора на его размеры, вес,

потери и другие характеристики.

§ 1.5. Классификация силовых трансформаторов по ГОСТам. Разделение по

габаритам. Обозначение типов

Глава II. Основные требования к расчету силовых

трансформаторов

§ 2.1. Объем задания по расчету силового трансформатора.

§ 2.2. Нормативы ГОСТов на силовые трансформаторы. Допуски на

задаваемые величины.

§ 2.3. Схемы и группы соединений.

§ 2.4. Выбор основных размеров (модели) магнитопровода.

§ 2.5. Теория соразмерности и использование заводского опыта расчета для

выбора модели.

Глава III Электромагнитный расчет трансформатора.

§3.1. Расчет магнитопровода — определение диаметра, сечения, числа

ступеней стержня и ярма, коэффициента заполнения.

§ 3.2. Расчет обмоток. Расчет токов, числа витков и выбор размера

проводов