Расчет основных размеров трансформатора

Расчет силового

Трансформатора

 

 

Выполнил:

студент группы 26 ИЭ

Богачев О.В.

Проверил:

Боцман В.В.

 

БЕЛГОРОД 2012

 

 

Техническое задание

Данные на проект двухобмоточного трансформатора:

1)полная мощность трансформатора S=2 кВт;

2)число фаз m =3;

3)частота f=50 Гц;

4)номинальное линейное напряжение обмотки высшего напряжения U₂=0,38 кВ;

5)номинальное линейное напряжение обмотки низшего напряжения U₁=42 В;

6)пределы регулирования напряжения ±2×2,5%;

7)схема соединения обмоток Y/Z;

8)режим нагрузки – продолжительный;

9)характер установки – наружная, под открытым небом.

Дополнительные параметры:

1)напряжение короткого замыкания u_k=16%;

2)потери короткого замыкания P_k=300 Вт;

3)потери холостого хода P_x=280 Вт;

4)ток холостого хода i₀=1,0%.

 

 

Расчет трансформатора

Определение основных электрических величин

1.1 Находим основные электрические величины.

Мощность одной фазы трансформатора, кВ·А:

S_ф=S/m

Мощность на одном стержне, кВ·А;

S^`=S/c,

где S – номинальная мощность трансформатора, кВ·А;

m – число фаг;

с – число активных стержней трансформатора (с= 3 для трехфазного трансформатора).

Номинальный (линейный ток) ток обмотки ВН однофазного трансформатора, А:

= =3 А;

Номинальный ток обмотки НН однофазного трансформатора, А:

где U – номинальное линейное напряжение соответствующей обмотки, В.

Фазный ток обмоток одного стержня:

ВН: I_ф2=I₂=3А; НН: I_ф1=I₁=27,5 A.

Фазные напряжения трехфазного трансформатора:

ВН:

НН:

Т.к. схема соединения нижнего напряжения зигзаг, то напряжение двух частей такой обмотки на одном стержне будет определяться по следующей формуле:

1.2 Класс напряжения обмотки трансформатора совпадает с классом напряжения сети, в которую обмотка включается.

Классом напряжения трансформатора считают класс напряжения обмотки ВН. В соответствии с классом напряжения определяется и величина испытательного напряжения.

Выбираем испытательное напряжение ВН – 3 кВ; НН – 3 кВ.

По испытательному напряжению определяем минимальные расстояния обмоток и размеры изоляционных прокладок, см:

a₀₁ = 1,0; l₀₁ = 1,5; δ₀₁ – картон 2×0,5 мм;

a₀₂ = 1,0; l₀₂ = 1,5; δ₁₂ – картон 2×0,5 мм.

a₂₂ = 1,0;

1.3 Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания, %:

u_p = = =5,6%,

u_a= = = 15%

где P_k – потери КЗ, Вт;

S – полная мощность трансформатора, кВ·А.

Расчет основных размеров трансформатора

2.1 Выбираю плоскую магнитную систему стержневого типа со стержнями, имеющими сечение в форме симметричной ступенчатой фигуры, вписанной в окружность и с концентрическим расположением обмоток.

Магнитная шихтованная система с косыми стыками пластин крайних стержней и ярм и с прямыми стыками центрального стержня и ярм:

Рис.1 Схема расположения стержней и ярм

2.2 Индукция в стержне В_с:

Выбираю сталь марки Э320, при этом принимаем В_с = 1,15 Тл.

Ширина приведенного канала рассеяния трансформатора:

a_p = a₁₂ + (a₁ + a₂)/3,

Приведенная ширина двух обмоток:

(a₁ + a₂)/3≈k· =0,98 см,

где k – коэффициент, выбираемый из табличных данных, зависит от мощности трансформатора и напряжения обмотки ВН:

для алюминиевых обмоток k_a = 1,25·k_M = 1,085.

После чего определяем:

a_p = 1+0,98 = 1,98 см.

Выбор β=πd₁₂/l (ориентировочно). Исходя из табличных данных принимаем β=1,3.

Коэффициент приведения идеального поля рассеяния к реальному принимаем k_p=0,95.

Коэффициент заполнения активным сечением стали площади круга, описанного около сечения стержня:

k_c= k_кр ·k_з=0,851·0,93=0,79,

где k_кр – выбирается из таблиц, принимаем k_кр=0,851;

k_з – коэффициент заполнения, для листовой стали при однократной лакировке принимаем k_з= 0,93.

Диаметр окружности, в которую вписано ступенчатое сечение стержня:

d=16· =16·0,41=6,6 см.

Принимаем d_н=7 см.

Пересчитываем значение β:

β _н=β ⁴=1,6.

Средний диаметр канала между обмотками

d₁₂=d+2a₀₁+2a₁+a₁₂,

где величины a₀₁ и a₁₂ – определяются напряжением обмоток.

Радиальный размер обмотки НН:

а₁≈К₁ =1,078,

где К₁ – для трансформаторов S=25 – 630,кВА и меньше К₁=1,1.

От сюда определяем:

d=7+2∙1+2∙1,078+1=12,2 см.

Средний диаметр канала между обмотками можно определить и так:

d₁₂≈α∙d=1,8∙7=12,6,

где α – коэффициент для сухих трансформаторов с естественным воздушным охлаждением с алюминиевой обмоткой выбирается 1,8 – 1,7.

Радиальный размер обмотки ВН:

2а₂=bd=0,33∙7=2,31 см,

а₂=2,31/2=1,155 см,

где b – коэффициент для сухих трансформаторов с естественным воздушным охлаждением с алюминиевой обмоткой и рабочим напряжением до 0,5 кВ принимаем b=0,33.

Высота обмотки:

l=π∙d₁₂/β= =23,9 см.

Активное сечение стержня:

F_c=k_з∙F_FACT= k_з∙k_кр =30,4 ,

где F_FACT – фактическая площадь сердечника.

ЭДС витка, В:

u_B=4,44f∙B_c∙F_c∙10^-4=0,77 В.

 

Расчет обмоток НН и ВН

3.1 Выбор типа обмоток.

В трехфазном и многофазном трансформаторе под обмоткой понимают совокупность соединяемых между собой обмоток одного напряжения всех фаз. Выбираю концентрический тип обмоток.

3.2 Расчет обмоток НН

Ориентировочное сечение витка обмотки

F=I_c/Δ_cp=27,5/4,2=6,5мм²,

где Δ_ср – средняя плотность тока, А/мм².

Для алюминия

Δ_ср=0,463k_D =4,2 A/мм².

Из приложений выбираю провод АПБ сечением F=6,68 мм², а=1,85мм, b=5,1мм, с изоляционным слоем 0,5 мм на две стороны.

Число витков на одну фазу одной части обмотки НН:

w₁= = =18 витков.

Обмотку выполняем в 1 слой.

Ориентировочный осевой размер витка, см:

h_B1= = =1,2 см.

После этого определяем действительную плотность тока в обмотке Δ₁:

Δ₁= I_c/F₁=27,5/6,68=4,1 А/мм²,

где F₁ – сечение выбранного провода, мм².

Уточняем ЭДС одного витка:

u _B=U_ф1/ w₁=14,05/18=0,78 В.

Действительная индукция в стержне, Тл:

B_c= =1,16 Тл.

Радиальный размер обмотки:

а₁=n∙a`+(n – 1)a₁₁=1∙5,6+(1-1)∙10=5,6мм=0,56см,

где n – число слоев обмотки;

a` - толщина провода, выбранного для изготовления обмотки, в радиальном направлении с учетом толщины изоляции;

a₁₁ – радиальный размер канала между слоями (1 см).

3.3 Расчет обмотки ВН

3.3.1 Регулировочные ответвления на обмотках ВН служат для поддержания напряжения у потребителей электрической энергии на одном уровне при колебаниях нагрузки.

В сухих трансформаторах применяется регулирование напряжения ВН на ±2х2,5%.

 

Выбираю следующую схему регулирования:

 

3.3.2 Число витков обмотки ВН необходимых для получения номинального напряжения и для напряжений всех ответвлений:

w_н2=w₁ =36∙ =282 витка.

Для получения номинального напряжения и для напряжений всех ответвлений, обмотка ВН должна быть рассчитана на такие напряжения:

U_(-5%)=220∙1,05=231 В;

U_(-2,5%)=220∙1,025=225,5 В;

U_н=220 В;

U_(+2,5%)=220∙0,975=214,5 В;

U_(+5%)=220∙0,95=209 В.

Напряжение на одной ступени регулирования обмотки ΔU=5,5%.

Число витков на одной ступени регулирования при соединении обмоток ВН в звезду:

w_p= ≈4 витка.

Плотность тока в обмотке ВН:

Δ₂=2 Δ_ср - Δ₁=2∙4,2 – 4,1=4,3 А/мм².

Сечение витка обмотки ВН, мм², предварительно определяем по формуле:

F₂=I₂/ Δ₂=3/4=0,7 мм².

Из приложений выбираем провод АПБ сечением 1,43 мм², диаметром 1,35мм, с толщиной изоляции 0,4 мм.

Число витков в слое:

w_сл2=l/(k_y∙ ) – 1=239/(1,2∙1,75) – 1=120 витков,

где k_y – коэффициент укладки, принимаем равным 1,05-1,15.

Число слоев в обмотке:

n_сл2= = =1,2≈2 слоя.

w_2B= w_н2/2+ w_p=145;

w_2H= w_н2/2 - w_p=137

Рабочее напряжение двух слоев, В:

U_сл=2 w_сл2∙ u_B=2∙120∙0,78=187,2 В.

3.3.3 Выбор межслойной изоляционной бумаги.

Для сухого трансформатора размер канала между слоями принимаем равным

1 см. Из таблицы в зависимости от полученного рабочего напряжения выбираем тип материала - кабельная бумага (толщина 1х0,2 мм).

Радиальный размер обмоток (две катушки), см:

a₂= ∙n_сл2+δ_сл(n_сл2 – 1)+a₂₂=1,75∙2+1∙0,2∙(2-1)+10=13,7мм=1,37см,

где δ_сл – толщина межслойной изоляции;

a₂₂ – радиальный размер канала между слоями.