- •Введение
- •1.Задание на проектирование.
- •2. Предварительное оптимизационное проектирование и проектные исследования
- •2.1 Предварительное определение конструктивных и энергетических показателей трансформаторов
- •2.1.1. Конструктивные параметры магнитной системы и выбор величины индукции в стержне
- •2.1.2. Определение изоляционных промежутков
- •2.1.3. Определение коэффициента заполнения обмоток проводниковым материалом
- •2.1.4 Обмоточный конструктивный коэффициент -
- •2.1.5 Выбор коэффициента закрытия поверхности обмоток и удельной тепловой нагрузки обмоток
- •2.2. Критерии оптимальности трансформатора и определение начальных значений управляемых переменных.
- •2.2.1. Математическая модель критерия приведенных затрат на трансформацию электрической энергии.
- •2.2.2. Математическая модель критерия капитализированных затрат.
- •2.2.2.1. Оценка удельной капитализированной стоимости потерь холостого хода
- •2.2.2.2. Оценка капитализированной стоимости нагрузочных потерь
- •2.3 Основные уравнения расчетной математической модели трансформатора.
- •2.4. Алгоритм предварительного расчёта основных размеров и параметров трансформатора.
- •3. Методика применения программного комплекса “Аметист” для автоматизированного синтеза, анализа и оптимизации трансформаторов.
- •3.1. Общие сведения
- •Система управления сапр “Аметист”
- •3.2.3. Предварительный расчет
- •3.2.4. Оптимизация электромагнитных показателей
- •3.2.4.1. Оптимизация электромагнитных показателей по одной управляемой переменной
- •3.2.4.2. Оптимизация электромагнитных показателей по двум управляемым переменным
- •3.3. Синтез и оптимизация обмоток
- •4. Автоматизация процесса оптимизации параметров трансформаторов
- •4.2. Алгоритм процесса оптимизации методом циклического покоординатного спуска.
- •4.3. Методика автоматизированного синтеза и оптимизации трансформаторов на основе метода цпс.
- •5. Детальное проектирование трансформаторов.
- •5.1. Объём детального проектирования и его последовательность.
- •5.2. Раскладка, детальное конструирование и расчет обмоток.
- •5.2.1. Определение фазных напряжений и токов обмоток:
- •5.2.2. Определение чисел витков обмоток ( на одну фазу ):
- •Расчёт плотностей токов в обмотках нн и вн
- •Раскладка обмотки нн
- •5.2.5. Раскладка обмотки вн
- •5.2.6. Определение площади поверхностей охлаждения обмоток
- •5.2.7. Определение массы обмоток, расчёт основных и добавочных потерь короткого замыкания
- •5.3. Определение основных параметров мс, потерь в стали и тока холостого хода.
- •5.4. Расчёт механических напряжений в обмотках от радиальных усилий
- •5.5. Тепловой расчёт обмоток
- •5.6 Тепловой расчет бака.
- •5.7. Экономический расчёт
- •Пример предварительного оптимизационного расчёта трансформатора.
- •6.2. Предварительный расчет основных размеров и конструктивных показателей трансформатора.
- •Пример детального расчёта трансформатора.
- •7.1. Определение фазных напряжений и токов .
- •7.2 Определение конструктивных параметров мс и размеров изоляции в окне.
- •7.3 Определение числа витков обмоток:
- •7.4. Расчёт среднего значения плотности тока в обмотках. Определение плотности тока в обмотках нн и вн.
- •Расчёт обмотки вн.
- •7.7. Определение площадей поверхности охлаждения обмоток.
- •Определение массы обмоток, основных и добавочных потерь в обмотках, отводах, и баке. Проверка величины напряжения короткого замыкания.
- •7.9. Определение массы стали мс, определение потерь в стали и тока холостого хода.
- •7.10. Расчет механических напряжений в обмотках
- •7.11. Тепловой расчет обмоток
- •7.12. Тепловой расчет бака
- •7.13. Экономический расчет
- •Приложение а
- •Приложение б Основные данные обмоточных проводов круглого и прямоугольного сечений
- •Додаток в Форми вихідних даних для проектних досліджень Таблиця в1. Вихідні дані досліджуваного трансформатора
- •Таблиця в2. Конструктивні дані досліджуваного трансформатора
- •Таблиця в3. Техніко-економічні дані
1.Задание на проектирование.
1.1 Полная номинальная мощность трансформатора - , кВ·А.
Рассматриваются трансформаторы со следующей шкалой мощностей: 25, 40, 63, 100, 160, 250, 400, 630, 1000, 1600, 2500 кВ·А
1.2 Число фаз - m .
1.3 Частота – f, Гц.
1.4 Номинальные линейные высшие и низшие напряжения обмоток Uл1 и Uл2, (В) для указанных трансформаторов приняты:
для обмоток ВН – 35, 20, 10 и 6 кВ;
для обмоток НН – 0,69, 0,4 и 0,23 кВ. Могут быть заданы и нестандартные величины напряжений обмоток.
1.5 Схема и группы соединений обмоток.
Стандартными схемами и группами соединений для трехфазных
трансформаторов являются:
; ;.
1.6 Напряжение короткого замыкания - , %.
1.7 Материал обмоток – алюминий, медь.
1.8 Материал магнитной системы– электротехническая сталь марок 3404, 3405, 3406, 3407, 3408 толщиной 0,27, 0,3 или 0,35 мм с термостойким магниефосфатным покрытием.
1.9 Критерий оптимальности.
В качестве обобщенного критерия обычно используют приведенные затраты на трансформацию электроэнергии (Зп), либо критерий капитализированных затрат (Зк). В качестве критериев могут быть заданы также минимум массы активных материалов, минимум расхода проводниковых или магнитных материалов, минимум потерь энергии, минимум стоимости трансформатора, максимальный коэффициент заполнения обмоток проводниковым материалом и т.д.
1.10 Проектные исследования.
Выполнение проектных исследований (проектного анализа) необходимо для более глубокого изучения студентами методики автоматизированного синтеза электромагнитных преобразователей (ЕМП) и влияния технико-экономических требований, проектных ограничений, параметров и критериев на свойства силовых трансформаторов.
В зависимости от постановки задачи на проектирование трансформатора (курсовой проект, дипломный проект, изучение методов оптимизации, лабораторная работа) или целей проектных исследований может быть необходимым решение следующих задач проектного анализа:
– исследование влияния цен применяемых электротехнической стали и обмоточных проводов на размеры и параметры трансформатора;
– исследование влияния отношения потерь короткого замыкания к потерям холостого хода () на размеры и параметры оптимального трансформатора;
– исследование влияния отношения стоимостей системы обмоток и магнитной системы (x) на оптимальные значения электромагнитных нагрузок и потерь;
– определение зависимости геометрических размеров и параметров трансформатора от величины напряжения короткого замыкания, от класса напряжения, от класса нагревостойкости изоляции и т.д.
2. Предварительное оптимизационное проектирование и проектные исследования
Предварительное оптимизационное проектирование предусматривает выбор стоимостных показателей для расчетов критериев оптимальности и определения начальных значений основных управляемых переменных (параметров) математической модели в зоне их оптимальных значений по заданным критериям. Для этого в математической модели должны быть отражены особенности конструктивного исполнения МС и обмоток трансформатора, конструктивные показатели, а также заданные технические требования (гарантированные функциональные показатели), которые задаются как исходные данные для оптимизационного расчета на ПЭВМ.
В качестве таких конструктивных и технических показателей служат основные размеры изоляционных промежутков, технические решения по конструктивному исполнению МС и обмоток (типы обмоток и число концентров), коэффициенты заполнения обмоток проводниковым материалом () и поперечного сечения МС активной электротехнической сталью () , марка применяемой электротехнической стали, тип обмоточного провода и другие показатели, характеризующие конструктивные особенности трансформатора.
Результаты предварительного оптимизационного проектирования служат исходными данными для проектных исследований и заключительного этапа проектирования – этапа детального проектирования трансформатора.
Последовательность и методика определения необходимых расчетных коэффициентов и других исходных данных для оптимизационных расчетов и алгоритм оптимизационного расчета рассматриваются ниже.