Электрические машины Расчет трансформатора ТМ-4000/10 (стр. 1 )

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ  «БРАТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра «Электроэнергетики и электротехники»

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА ТМ-4000/10

13.03.65-ЭП-03-КП-ПЗ

выполнил: ст-т гр.  ЭПзус-15
руководитель: доцент

Братск 2018

Содержание

Введение Задание 1. ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ И ПРИНЦИПА ДЕЙСТВИЯ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ 2. Предварительный расчёт трансформатора 2.1 Определение основных физических величин 2.2 Определение основных размеров трансформатора 3. Расчёт обмоток 3.1 Предварительный расчёт обмоток 3.2 Расчёт обмотки НН 3.3 Расчёт обмотки ВН 4. Расчёт потерь и КПД трансформатора 4.1 Основные потери в трансформаторе 4.2 Коэффициент добавочных потерь 4.3 Потери в отводах 4.4 Потери в баке 4.5 Потери КЗ 4.6 Плотность теплового потока на поверхности 5. Расчёт напряжения КЗ 5.1 Параметры схемы замещения Активная составляющая UКЗ Реактивная составляющая UКЗ Расчётное напряжение КЗ 6. Расчёт магнитной цепи 6.1  Выбор площади поперечного сечения 6.2 Активное сечение стержня 6.3 Активное сечение ярма 6.4 Индукция в стержне 6.5 Индукция в ярме 6.6 Масса стали в стержнях 6.7 Масса стали в ярме 6.8 Потери холостого хода 6.9 Ток холостого хода 6.10 Параметры схемы замещения при холостом ходе 6.11 Расчет характеристик холостого хода 6.12 Расчет потерь холостого хода 7. Тепловой расчёт трансформатора 7.1 Проверочный тепловой расчет 7.2 Тепловой расчет бака 7.3 Окончательный расчет повышения температуры 8. Расчёт массы трансформатора 8.1 Объем бака 8.2 Масса провода 8.3 Масса стали магнитопровода 8.4 Масса активной части 8.5 Объем активной части 8.6 Объем масла в баке 8.7 Масса масла в баке 8.8 Масса конструктивной стали 8.9 Масса картона в изоляции обмоток 8.10 Масса трансформатора Выводы Список литературы

ВВЕДЕНИЕ

Целью курсового проектирования является изучение основных методов расчета и конструктивной разработки трансформаторов, ознакомление с современной практикой и основными проблемами их проектирования.

Развитие энергетики невозможно без совершенствования трансформаторостроения и в первую очередь без создания и выпуска силовых трансформаторов, являющихся важнейшим элементом электрической установки, сети и системы. При проектировании силовых трансформаторов необходимо стремиться обеспечить минимальный вес, габариты, стоимость и эксплуатационные затраты, кроме того, учитывать требования к их характеристикам, определяемым в основном технологическими условиями производства, системой охлаждения, способами регулирования напряжения (ПБВ или РПН)и условиями передачи энергии к потребителям. Эти требования должны всесторонне учитываться проектировщиками силовых трансформаторов. В то же время для правильного решения проблем, возникающих в процессе эксплуатации силовых трансформаторов, необходимо уметь рассчитать ряд характеристик и параметров трансформатора по заданным номинальным показателям и основным геометрическим размерам активной части.

Курсовой проект «Трансформаторы» представляет собой расчет трехфазного силового трансформатора сухого (воздушного) или масляного охлаждения (магнитопровод трансформатора трехстержневой плоский).

Проект состоит из расчета трансформатора, который должен отвечать действующим ГОСТам, и разработки его конструкции.

1. ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ И ПРИНЦИПА ДЕЙСТВИЯ

СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

1.1. Устройство трансформатора

Рис. 1. Трехфазный двухобмоточный трансформатор, класса напряжения 10 кВ с ПБВ.

1 – газовое реле; 2- расширитель; 3 – маслоуказатель; 4 – предохранительная труба; 5 – каток; 6 – радиатор.

Современный трансформатор — сложное устройство, состоящее из большого числа узлов, деталей и металлоконструкций. Основными частями трансформатора являются магнитная система (магнитопровод) и обмотки. Магнитная система служит для локализации в ней основного магнитного поля трансформатора.

Обмотка — совокупность витков из проводников, в которой суммируются наведенные в них ЭДС для получения высшего, среднего или низшего напряжений (ВН, СН или НН) трансформатора. Обмотки трансформаторов могут быть концентрическими и чередующимися. Концентрические обмотки выполняют в виде цилиндров и располагают на стержне концентрически одна относительно другой. Такое выполнение принято в большинстве силовых трансформаторов. Чередующиеся обмотки выполняют в виде невысоких цилиндров с одинаковыми диаметрами и располагают на стержне одна над другой. Такая обмотка применяется для специальных электропечных и для сухих трансформаторов, так как обеспечивает лучшее охлаждение обмоток. Электротехническая сталь и медь (алюминий), из которых изготовлены магнитная система и обмотки с отводами, называют активными материалами.

В магнитной системе трансформатора проходит магнитный поток. Магнитопровод является конструктивной и механической основой трансформатора. Он выполнен их отдельных листов электротехнической стали, изолированных друг от друга.

Магнитная система в собранном виде с соединяющими ее деталями и ярмовыми балками образует остов трансформатора. Остов трансформатора с обмотками, отводами, элементами переключающего устройства и деталями для их механического крепления называют активной частью трансформатора.

Отводы служат для соединения обмоток с вводами и переключающим устройством, а переключающее устройство — для регулирования напряжения трансформатора. Активную часть воздушного трансформатора иногда закрывают кожухом (защищенное исполнение), который обеспечивает свободный доступ охлаждающего воздуха, защищая одновременно активную часть от попадания посторонних предметов.

Изоляция трансформатора очень важна, т. е. надежность работы трансформатора определяется в основном надежностью его изоляции. В масляных трансформаторах изоляцией является масло в сочетании с твердыми диэлектриками: бумагой, электрокартоном, гетинаксом.

Активную часть масляного трансформатора помещают в бак, заполняемый трансформаторным маслом или другим жидким диэлектриком, являющимся основной изолирующей средой и теплоносителем в системе охлаждения.

Бак состоит из дна, стенки, крышки. Бак со съемной крышкой называют баком с верхним разъемом (обычно дно бака приварено к стенке); с разъемом вблизи дна (для отделения и подъема верхней части) — колокольным (обычно крышка приварена к стенке); с уплотнениями, исключающими сообщение между внутренним объемом и окружающим атмосферным воздухом,— герметичным.

На стенках бака размещают охладители, приводной механизм, иногда контакторы переключающего устройства, а также термосифонный фильтр, коробки контактных соединений для приборов контроля и сигнализации. Крышку бака используют для установки вводов, расширителя и предохранительной трубы.

Ввода служат для присоединения обмоток трансформатора к сети, расширитель — для компенсации колебаний уровня масла в баке при изменениях нагрузки и температуры окружающей среды. Расширитель всегда размещают выше уровня крышки.

Для защиты масла в расширителе от увлажнения используют воздухоосушитель, представляющий собой сосуд (заполненный силикагелем), который сообщается с одной стороны с атмосферным воздухом, а с другой — с воздухом, заполняющим внутренний объем расширителя над «зеркалом» масла.

Для наблюдения за уровнем масла в расширителе применяют маслоуказатели либо со стеклянной трубкой или пластиной, либо стрелочный. В трубопровод расширителя помещают газовое реле, реагирующее на выделение газа при повреждении в активной части трансформатора.

Предохранительная труба (иногда называемая выхлопной) — защитное устройство, предупреждающее повреждение бака при внезапном повышении внутреннего давления и представляющее собой стальной цилиндр, один конец которого сообщается с баком, а другой закрыт стеклянным диском.

Термосифонный фильтр крепится к баку трансформатора и заполняется силикагелем или другим веществом, поглощающим продукты окисления масла. При циркуляции за счет разности плотностей горячего и холодного масла происходит непрерывная его регенерация. Количество адсорбента, засыпаемого в термосифонный фильтр трансформатора, составляет около 1 % залитого в него масла.

В крышке устанавливают гильзы для датчиков термосигнализаторов, измеряющих температуру верхних слоев масла трансформатора. Термосигнализатор имеет электроконтактное устройство, которое включается при заранее заданной температуре. Контакты термосигнализатора включают сигнальную или иную цепь, предупреждая обслуживающий персонал о недопустимом повышении температуры масла в трансформаторе.

Регулятор напряжения РПН значительно более сложен, чем ПБВ. Он состоит из контакторов, переключателей и токоограничивающих сопротивлений. Регулятор напряжения имеет форму цилиндра и погружен внутрь бака.

1.2. Принцип действия трансформатора

Принцип действия трансформатора (аналогично электрическим машинам) основан на явлении электромагнитной индукции.

Принцип действия трансформатора рассмотрим на примере простейшего однофазного двухобмоточного трансформатора, электромагнитная система которого приведена на рис. 2.

Такой трансформатор состоит из замкнутого магнитопровода и двух обмоток с числом витков W1,W2.

Магнитопровод трансформатора служит для усиления магнитной связи между обмотками.