ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО
ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ им. Р.Е. АЛЕКСЕЕВА
Дзержинский политехнический институт (филиал)
Кафедра «Физика и электротехника»
Пояснительная записка
Расчёт силового трёхфазного двухобмоточного трансформатора
Выполнил студент гр.
Проверил Невский
Станислав Евгеньевич
Принял с оценкой___________________
__________________________________
Дзержинск 2010
Определение основных геометрических размеров трансформатора
Расчет основных электрических параметров и испытательных напряжений
Расчет трансформатора 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:
.
Мощность на одном стержне, кВА:
,
где m – число фаз трансформатора;
с – число активных (несущих обмотки) стержней трансформатора;
S – номинальная мощность трансформатора, кВА.
Так как в курсовом проекте рассматривается трехфазный двухобмоточный силовой трансформатор, то примем следующие значения коэффициентов: m = 3 и c = 3. Тогда мощность одной фазы трансформатора и мощность на одном стержне трансформатора будут равны:
,
.
Далее необходимо определить номинальный (линейный) ток обмотки ВН и НН трехфазного трансформатора, который определяется по формуле:
,
где S – мощность трансформатора, кВА;
U – номинальное линейное напряжение соответствующей обмотки, В.
Фазный ток обмотки одного стержня для соединения обмоток в «звезду» определяется по формуле:
Фазный ток обмотки одного стержня для соединения обмоток в «треугольник» определяется по формуле:
,
Фазные напряжения для соединения обмоток 
трехфазного трансформатора определяются по формулам:
;
.
где U – номинальное линейное напряжение соответствующей обмотки, В.
Потери короткого замыкания, указанные в задании, дают возможность определить активную составляющую напряжения короткого замыкания:
, 
Реактивная составляющая при заданном u к определяется по формуле:
, 
Определение основных размеров трансформатора
Расчет основных размеров трансформатора начинается с определения диаметра стержня по формуле:
.
Расчет и выбор величин, входящих в формулу, рекомендуется производить в следующем порядке:
1. Мощность обмоток одного стержня трансформатора была определена в разделе 1.1:
.
2. Ширина приведенного канала рассеяния трансформатора a р при определении диаметра стержня еще не известна и может быть определена по формуле:
,
Размер a 12 канала между обмотками ВН и НН определяется, как изоляционный промежуток и может быть выбран по испытательному напряжению обмотки ВН. Для данного класса напряжений первичной и вторичной обмотки выберем по специальным таблицам испытательное напряжение для одноминутного испытательного напряжения промышленной частоты для линейного ввода относительно земли и других обмоток. Так для первичной обмотки испытательное напряжение будет равным 35 кВ, для вторичной – 18 кВ. Изоляционный промежуток между обмотками ВН и НН, выраженный в метрах, принимается равным a 12 = 0,02 м для данного испытательного напряжения обмотки ВН.
Суммарный приведенный радиальный размер обмоток ВН и НН 
при определении диаметра стержня может быть приближенно найден по формуле:
где k для данного класса напряжения и мощности трансформатора:
.
Ширина приведенного канала рассеяния трансформатора будет равна:
3. Значение β приближенно равно отношению средней длины витка двух обмоток l в трансформатора к их высоте l и определяет соотношение между шириной и высотой трансформатора. Значение β выбирается в зависимости от мощности трансформатора и класса напряжения. Примем значение β = 2,17.
4. Коэффициент приведения идеального поля рассеяния к реальному полю (коэффициент Роговского) при определении основных размеров можно приближенно принять kp = 0,95.
5. Частота f = 50 Гц – из задания на курсовое проектирование.
6. Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания, u p была определена ранее up = 5,401 %.
7. Индукция в стержне Вс выбирается в зависимости от марки стали и от мощности трансформатора.
По справочным данным выбираем ориентировочный диаметр стержня магнитной системы. В зависимости от мощности трансформатора, он будет равен 
. Число ступеней в сечении стержня равняется 9. Коэффициент заполнения площади круга (
) также находим по таблице: 
.
Выбираем марку стали 3406 ГОСТ 21427.1–83, вследствие этого магнитную индукцию в стержнях трансформатора номинальной мощностью 
примем равной B с = 1,65 Тл.
8. Коэффициент заполнения активным сечением стали площади круга, описанного около сечения стержня – k с – зависит от выбора числа ступеней в сечении стержня, способа прессовки стержня и размеров охлаждающих каналов, толщины листов стали и вида междулистовой изоляции. Общий коэффициент заполнения – k c – равен произведению двух коэффициентов:
В свою очередь коэффициенты: k кр – отношение площади активного сечения стержня к площади ступенчатой фигуры, примем равным k кр = 0,929; и k 3 – коэффициент заполнения, примем равным k з = 0,96. Тогда общий коэффициент заполнения будет равен:
.
После определения и выбора всех значений, входящих в формулу, по этой формуле рассчитывается диаметр стержня:
.
Если полученный диаметр d не соответствует нормализованной шкале диаметров, то следует принять ближайший диаметр по нормализованной шкале dH и определить значение βн, соответствующее нормализованному диаметру. Нормализованное значение диаметра стержня будет равно d н = 0,31 м (так как мощность трансформатора менее 4000 кВА, то поперечных каналов нет). Пересчет значения βн производиться по формуле:
,
.
Второй основной размер трансформатора — средний диаметр канала между обмотками d 12 — может быть предварительно приближенно определен по формуле:
При расчете d 12 радиальные размеры осевых каналов a 01 между стержнем и обмоткой НН и а 12 между обмотками НН и ВН определяются из условий электрической прочности главной изоляции трансформатора по испытательным напряжениям обмоток НН и ВН соответственно будут равны a 01 = 0,0175 м и а 12 = 0,02 м.
Радиальный размер обмотки НН а 1 может быть приближенно подсчитан по формуле:
где 
определяется приближенно; коэффициент k может быть принят равным 1,4 для данной мощности трансформатора и вида магнитной системы.
.
.
Третий основной размер трансформаторов — высота обмотки, м, определяется по формуле:
,
.
Также определим расстояние между обмотками высшего напряжения, которое будет равно a 22 = 0,018 м для данного типа мощности и испытательного напряжения.
Необходимо определить расстояние от обмотки до ярма. Оно определяется в зависимости от мощности трансформатора и испытательного напряжения. Так как в курсовом проекте рассчитывается силовой трансформатор, то расстояние от обмоток ВН и НН до ярма будут равны. Для данного задания примем это расстояние равным 
.
После расчета основных размеров трансформатора подсчитывается активное сечение стержня, т. е. чистое сечение стали, м2:
, 
Электродвижущая сила одного витка определиться по формуле:
.
