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 uk=16%;

2)потери короткого замыкания Pk=300 Вт;

3)потери холостого хода Px=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:

Sф=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: Iф2=I2=3А; НН: Iф1=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, %:

up = = =5,6%,

ua= = =15%

где Pk – 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 Вс:

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

Ширина приведенного канала рассеяния трансформатора:

ap = 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 ka = 1,25·kM = 1,085.

После чего определяем:

ap = 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 kp=0,95.

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

kc= kкр ·kз=0,851·0,93=0,79,

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

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

Диаметр окружности, в которую вписано ступенчатое сечение стержня:

d=16· =16·0,41=6,6 см.

Принимаем dн=7 см.

Пересчитываем значение β:

β н 4=1,6.

Средний диаметр канала между обмотками

d12=d+2a01+2a1+a12,

где величины a01 и a12определяются 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:

2=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:

Fc=kз∙FFACT= kз∙kкр =30,4 ,

где FFACTфактическая площадь сердечника.

ЭДС витка, В:

uB=4,44f∙Bc∙Fc∙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=Iccp=27,5/4,2=6,5мм2,

где Δср – средняя плотность тока, А/мм2.

Для алюминия

Δср=0,463kD =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:

hB1= = =1,2 см.

После этого определяем действительную плотность тока в обмотке Δ1:

Δ1= Ic/F1=27,5/6,68=4,1 А/мм2,

где F1сечение выбранного провода, мм2.

Уточняем ЭДС одного витка:

uB=Uф1/ w1=14,05/18=0,78 В.

Действительная индукция в стержне, Тл:

Bc= =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:

wн2=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;

Uн=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:

wp= ≈4 витка.

Плотность тока в обмотке ВН:

Δ2=2 Δср - 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:

wсл2=l/(ky ) – 1=239/(1,2∙1,75) – 1=120 витков,

где kyкоэффициент укладки, принимаем равным 1,05-1,15.

Число слоев в обмотке:

nсл2= = =1,2≈2 слоя.

w2B= wн2/2+ wp=145;

w2H= wн2/2 - wp=137

Рабочее напряжение двух слоев, В:

Uсл=2 wсл2∙ uB=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= ∙nсл2сл(nсл2 – 1)+a22=1,75∙2+1∙0,2∙(2-1)+10=13,7мм=1,37см,

где δсл – толщина межслойной изоляции;

a22 – радиальный размер канала между слоями.