Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

3218_EI

.pdf
Скачиваний:
18
Добавлен:
15.03.2016
Размер:
4.14 Mб
Скачать

3218

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

Кафедра «Электротехника»

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

Методические указания к выполнению курсовой работы «Проектирование силового трансформатора с масляным охлаждением» для студентов специальности 190901.65 «Электроснабжение железных дорог» очной и заочной форм обучения

Составитель: А.А. Ионов

Самара

2013

1

УДК 621.3.013

Электрические машины : методические указания к выполнению курсовой работы «Проектирование силового трансформатора с масляным охлаждением» для студентов специальности 190901.65 «Электроснабжение железных дорог» очной и заочной форм обучения / составитель : А. А. Ионов. – Самара : СамГУПС, 2013. – 56 с.

Изложена методика выбора основных размеров трехфазного трансформатора, расчет обмоток высокого и низкого напряжений, расчет магнитной системы и потери мощности в трансформаторе, а также тепловой расчет, порядок определения масс активных частей и трансформатора в целом.

Утвержденыназаседаниикафедры«Электротехника» 17 апреля2013 г., протокол№7. Печатаются по решению редакционно-издательскогосовета университета.

Составитель: Ионов Андрей Андреевич

Рецензенты: к. т. н., доцент, зав. кафедрой «Электроснабжение железнодорожного транспорта» СамГУПС М. А. Гаранин; д. т. н., профессор, зав. кафедрой «Мехатроника в автоматизирован-

ных производствах» СамГУПС О. А. Кацюба

Под редакцией составителя Компьютерная верстка: Е.А. Ковалева

Подписано в печать 17.05.2013. Формат 60x90 1/16. Усл. печ. л. 3,5. Заказ 74.

© Самарский государственный университет путей сообщения, 2013

2

 

Оглавление

 

Введение.......................................................................................................................................

4

Задание на курсовую работу и программа ее выполнения.....................................................

5

Содержание пояснительной записки по курсовой работе......................................................

6

Требования к оформлению пояснительной записки................................................................

6

Методические указания к расчету трансформатора................................................................

7

1.

Расчет основных электрических величин и главной изоляции обмоток.......................

7

2.

Выбор конструкции магнитопровода, марки стали и индукции..................................

10

3.

Определение основных размеров трансформаторов.....................................................

11

4.

Расчет и выбор конструкции обмотки ............................................................................

15

5.

Расчет обмотки низкого напряжения..............................................................................

18

 

5.1. Расчет цилиндрических обмоток из прямоугольного провода.........................

18

 

5.2. Расчет винтовой обмотки......................................................................................

20

 

5.3. Расчет непрерывной катушечной обмотки..........................................................

22

 

5.4. Расчет массы провода на обмотку........................................................................

26

6.

Расчет обмотки высокого напряжения............................................................................

27

7.

Расчет параметров короткого замыкания.......................................................................

31

8.

Расчет магнитной системы...............................................................................................

33

9.

Расчет потерь и тока холостого хода...............................................................................

35

10. Тепловой расчет трансформатора..................................................................................

38

11. Определение массы масла и трансформатора..............................................................

42

Контрольные вопросы...............................................................................................................

43

Библиографический список......................................................................................................

45

Приложение 1. Исходные данные для курсовой работы ......................................................

49

Приложение 2. Справочный материал для выполнения расчетов.......................................

51

3

ВВЕДЕНИЕ

Трансформатор (от лат. transformo – преобразовывать) – это статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанные обмотки на какомлибо магнитопроводе и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем (напряжений) переменного тока в одну или несколько других систем (напряжений) переменного тока без изменения частоты системы (напряжения) переменного тока [1].

Трансформатор осуществляет преобразование напряжения переменного тока и/или гальваническую развязку в самых различных областях применения – электроэнергетике, электронике и радиотехнике.

Знание основ проектирования электрических машин и трансформаторов необходимо инженерам-электромеханикам,эксплуатирующим энергетические установки и электропривод. Они должны знать, как проектируются электрические машины и как могут быть получены наиболее высокие их характеристики. Эти знания помогут в сознательной эксплуатации и модернизации существующих энергетических установок.

Интенсивный рост энергосистем требует дальнейшего повышения мощности и улучшения качества выпускаемых трансформаторов. Поэтому исключительно важное значение имеет вопрос о рациональном проектировании и производстве трансформаторов общего и специального назначения.

Целью курсового проектирования является изучение студентами основных методов расчета и конструктивной разработки электрической машины или трансформатора. Курсовая работа – это комплексная работа, которая требует понимания связей между показателями машины и ее размерами.

Расчет трансформатора должен тесно связываться с его конструированием. При этом аналитические вычисления сопровождаются схемами и эскизами, вычерченными в масштабе. Последнее дает возможность более наглядно и правильно оценить результаты работы отдельных звеньев и гарантирует от больших ошибок.

Задача проектирования трансформатора не имеет однозначного решения. Выполняя курсовую работу, студент должен проявить творческую инициативу в решении расчетных и конструктивных вопросов, имея в виду, что от инженера требуется умение решать самостоятельно более ответственные задачи.

Методики расчетов трансформаторов, основные справочные сведения об обмоточных проводах, электротехнических сталях, баках, охладительных системах и их расчеты взяты из книг [1–4].Основная теоретическая часть по конструированию силового масляного трансформатора представлена в [5].

4

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ И ПРОГРАММА ЕЕ ВЫПОЛНЕНИЯ

Исходные данные для расчета трансформатора приведены в Приложении 1:

тип трансформатора;

мощность трансформатора Sн, кВ·А;

номинальные линейные напряжения обмоток: высокого напряжения (ВН) Uвн и низкого напряжения (НН)Uнн, кВ;

напряжение короткого замыкания, uк, %;

ток холостого хода, i0, %;

потери мощности короткого замыкания Рк, кВт;

потери мощности холостого хода, Рх, кВт;

материал обмоток (медь – М или алюминий – А);

вид переключения обмоток (ПБН и РПН – регулирование напряжения ответвлений без возбуждения и под напряжением соответственно);

схема и группа соединения обмоток (звезда или треугольник).

Исходные данные для расчета выдаются индивидуально каждому студенту. По указанным исходным данным расчета требуется:

рассчитать силовой трехфазный трансформатор с масляным охлаждением;

выполнить эскизы основных результатов расчета.

Впрограмму расчета входит:

выбор конструкции магнитной системы и конструкции главной изоляции;

определение основных размеров трансформатора;

расчет обмоток высокого и низкого напряжений;

определение параметров короткого замыкания (потери короткого замыкания, напряжение короткого замыкания);

расчет магнитной системы, определение потерь холостого хода;

определение коэффициента полезного действия (КПД) трансформатора;

выполнение теплового расчета и расчета системы охлаждения;

определение масс активных материалов и трансформатора в целом.

Полученные в результате расчета значения величин должны отличаться от заданных не более чем на:

±5 % – напряжение короткого замыкания; ±5 % – потери короткого замыкания; ±10 % – потери холостого хода; ±15 % – ток холостого хода.

Методика расчета трансформатора изложена в [1, 2] и иллюстрируется примерами.

5

СОДЕРЖАНИЕ ПОЯСНИТЕЛЬНОЙ ЗАПИСКИ ПО КУРСОВОЙ РАБОТЕ

1.Титульный лист установленного образца.

2.Содержание.

3.Введение.

4.Исходные данные для расчета.

5.Основная (расчетная) часть с эскизами основных результатов расчета.

6.Выводы по проекту.

6.Список использованной литературы.

ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ ПОЯСНИТЕЛЬНОЙ ЗАПИСКИ

1.Пояснительную записку выполняют на писчей бумаге формата А4 на одной стороне листа с полями для заметок рецензента. Пояснительную записку разделяют на разделы и подразделы.

2.Расчетная часть должна отражать все этапы проектирования, перечисленные выше. В расчетной записке приводят краткое изложение хода расчета с обоснованием выбора конструкции узлов, а также значений тех или иных величин и коэффициентов со ссылкой на страницы, таблицы и формулы соответствующих литературных источников.

3.При изложении расчета необходимо привести формулу с буквенными обозначениями величин, затем подставить численные значения величин и лишь после этого привести числовой результат и размерность величины. Результаты расчетов округляют до трех значащих цифр. Листы, рисунки и таблицы должны быть пронумерованы.

4.Рисунки, схемы и графики, относящиеся к расчетной части, следует располагать по ходу изложения либо на листах с текстом, либо на отдельных листах стандартного формата не менее А4.

В пояснительной записке должны быть представлены в обязательном порядке следующие рисунки, графики и схемы:

– план шихтовки магнитной системы (рис. 3);

– эскиз главной изоляции обмоток ВН и НН (рис. 1 или 2 в зависимости от класса напряжения трансформатора);

– схема регулирования напряжения обмотки ВН (рис. 7 в зависимости от вида регулирования напряжения);

– эскиз основных размеров трансформатора (рис. 5).

5.Пояснительная записка должна быть выполнена в соответствии с требованиями

ЕСКД.

6

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К РАСЧЕТУ ТРАНСФОРМАТОРА

1. Расчет основных электрических величин и главной изоляции обмоток

Расчет производят для трехфазного трансформатора. Мощность одной фазы Sф и одного стержняSст, кВ·А:

Sф= Sн ; Sст= Sн ,

mф c

где mф – число фаз трансформатора (mф = 3);c – число стержней (с = 3).

Фазные напряжения Uф (В) и токиIф (А) (определяют для обмоток ВН и НН в зависимости от схем их соединения):

для соединения «звезда»

Uф

= Uл

; Iф =

Sн

 

;

3U

 

 

3

 

л

для соединения «треугольник»

Uф= Uл; Iф= 3SUнл ,

где Uл − номинальное линейное напряжение обмоток ВН и НН (прил. 1). Параметры обмотки НН напряжения будем обозначать индексом 1, а ВН – 2.

Активная uк.а и реактивнаяuк.р составляющие напряжения короткого замыкания, %:

u

к.а

=

 

Pк

; u

 

= u2

u2

,

 

 

 

 

 

10Sн

к.р

к

к.а

 

где Рк,Sн,uк – параметры трансформатора (Прил. 1).

Главная изоляция обмоток определяется, в основном, электрической прочностью при частоте 50 Гц и соответствующими испытательными напряжениями, которые зависят от напряжения обмоток и должны быть определены по табл. 1: для обмотки НН – Uисп.нн; для обмотки ВН –Uисп.вн.

Таблица 1

Класс напряжения

до

3

6

10

15

20

35

110

обмоток, кВ

1,0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Наибольшее рабочее

1,2

3,6

7,2

12

17,5

24

40,5

126

напряжение, кВ

 

 

 

 

 

 

 

 

Конструкция главной изоляции обмоток ВН и НН для испытательных напряжений от 5 до 85 кВ представлена на рис. 1, а для испытательного напряжения 200 кВ (класс напряжения 110 кВ) – на рис. 2.

Изоляцию находящихся под напряжением частей между собой и от заземленных частей трансформатора выполняют из твердых диэлектриков [1–3;5] – электроизоляционного картона, кабельной бумаги, лакотканей, дерева и других материалов. В масляных

7

трансформаторах части изоляционных промежутков, не занятые твердым диэлектриком, заполнены жидким диэлектриком – трансформаторным маслом.

Изоляцию каждой обмотки от других обмоток и от заземленных частей называют

главной изоляцией (рис. 1, 2).

Рис. 1. Конструкция главной изоляции обмоток ВН и НН (испытательное напряжение 5…85 кВ)

Рис. 2. Конструкция главной изоляции обмоток ВН и НН (испытательное напряжение 200 кВ): 1 прессующее кольцо (склеенноедревесно-слоистое);2 − цилиндрбумажно-бакелитовый;3 − цилиндр из электроизоляционного картона

8

Изоляцию между обмотками ВН и НН осуществляют жесткими бумажнобакелитовыми цилиндрами или мягкими цилиндрами из электроизоляционного картона. Выступы цилиндров lц1,lц2 за высоту (осевой размер) обмотки (рис. 1) исключают разряды по поверхности цилиндра между обмотками или с обмотки на стержень.

При испытательном напряжении 85 кВ изоляцию обмоток от ярма усиливают шайбами и подкладками из электрокартона. Между обмотками ВН соседних стержней устанавливают междуфазные перегородки из электрокартона.

Минимальные изоляционные расстояния и размеры основных изоляционных деталей главной изоляции масляных трансформаторов для испытательных напряжений 5÷85 кВ приведены: для обмоток НН – в табл. 2, для обмоток ВН – в табл. 3.

Таблица 2

Мощность транс-

l01, мм

δ01, мм

aц1,

а01,

lц1,

форматора, кВ·А

мм

мм

мм

 

 

 

 

 

 

 

 

25−250

15

2х0,5

4

400–630

 

2х0,5

5

 

 

 

 

 

 

1000–2500

 

4

6

15

18

630–1600

Принять

4

6

15

25

 

равным l02

 

 

 

 

2500–6300

4

8

17,5

25

 

для обмоток

 

 

 

 

6300 и выше

5

10

20

30

 

ВН по табл. 3

 

 

 

 

6300 и выше

5

13

23

45

Все мощности

 

5

19

30

70

Таблица 3

Мощность транс-

Uисп

ВН от

Между ВН и

Выступ

Между ВН и

форматора Sн,

ярма, мм

НН, мм

цилиндра

НН, мм

для ВН, кВ

кВ·А

l02

δш

а12

δ12

lц2, мм

а22

δ22

 

25–100

18; 25 и 35

20

9

2,5

10

8

160–630

18; 25 и 35

30

9

3

15

10

1000–6300

18; 25 и 35

50

20

4

20

18

630 и выше

45

50

2

20

4

20

18

2

630 и выше

55

50

2

20

5

30

20

3

160–630

85

75

2

27

5

50

20

3

1000–6300

85

75

2

27

5

50

30

3

10000 и выше

85

80

3

30

6

50

30

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При наличии прессующих колец расстояние от верхнего ярма l02 принимать увеличенным против данных табл. 3 для трансформаторов 1000÷6300 кВ·А на 45 мм; для трансформаторов 10000÷63000 кВ·А на 60 мм.

Изоляцию соседних витков между собой, между слоями витков, между катушками одной обмотки называют продольной изоляцией обмотки. Достаточная изоляция витков обычно обеспечивается собственной изоляцией обмоточного провода. Дополнительную изоляцию между витками применяют только для входных (крайних) катушек обмоток

9

фаз. Толщину изоляции проводов ПБ и АПБ для большинства катушек с нормальной изоляцией можно выбрать по табл. 4. Остальные размеры продольной изоляции обмоток определяют при расчете обмоток трансформатора.

 

 

Таблица 4

Марка провода

Сечение провода, мм

Размер изоляции, мм

ПБ

5,04–83,1

0,45–1,92

АПБ

6,39–99,9

0,45–1,92

Для обмотки ВН при классе напряжения 110 кВ и при Uисп = 200 кВ изоляционные расстояния указаны на рис. 2. ЗдесьНк представляет собой размер прессующего кольца, склеенного издревесно-слоистогоматериала (Нк = 60 и 80 мм при мощностях до 25000 и 40000÷80000 кВ·А соответственно).

2. Выбор конструкции магнитопровода, марки стали и индукции

Для трехфазных силовых трансформаторов мощностью до 0,1 МВ·А наибольшее распространение получила плоская шихтованная стержневая магнитная система со сборкой в переплет с 4 косыми и 2 прямыми стыками (рис. 3) [1–3;5].

Рис. 3. Плоская шихтованная стержневая

Рис. 4. Поперечное сечение стержня магнитных систем:

магнитная система (для трехфазных силовых

1 – деревянная планка;2 – обмотка;

трансформаторов мощностью до 0,1 МВ·А)

3 – деревянные расклинивающие стержни

Поперечное сечение стержня в стержневых магнитных системах обычно имеет вид симметричной ступенчатой фигуры, вписанной в окружность (рис. 4). Диаметр этой окружности d называютдиаметром стержня трансформатора, он является одним из основных размеров трансформатора. Ступенчатое сечение стержня (ярма) образуется сечением пакетов пластин. При этомпакетом называют стопу пластин одного размера. Чистое сечение стали в поперечном сечении стержня или ярма называют активным сечением стержня Пс или ярма Пя. На данном этапе расчета, когда размеры пакетов стержня еще не установлены, используют коэффициент заполнения стальюkс, равный отношению ак-

10

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Калькулятор

Сервис бесплатной оценки стоимости работы

  1. Заполните заявку. Специалисты рассчитают стоимость вашей работы
  2. Расчет стоимости придет на почту и по СМС

Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с политикой конфиденциальности и на обработку персональных данных.

Номер вашей заявки

Прямо сейчас на почту придет автоматическое письмо-подтверждение с информацией о заявке.

Оформить еще одну заявку