Проектирование преобразовательного трансформатора типа ТМПЖ–10000/35

Проектирование преобразовательного трансформатора типа ТМПЖ–10000/35

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

ЗАДАНИЕ  5

. Предварительный расчёт магнитопровода

.1 Выпрямленное напряжение холостого хода

.2 Средняя мощность выпрямленного тока

.3 Номинальная мощность первичной обмотки

.4 Номинальное фазное напряжение обмотки высокого напряжения

.5 Номинальное фазное напряжение обмотки низкого напряжения

.6 Номинальный фазный ток обмотки высокого напряжения

.7 Номинальный фазный ток обмотки низкого напряжения

.8 Предварительное число витков обмотки низкого напряжения        

.9 Предварительное число витков обмотки высокого напряжения

.10 Намагничивающие силы обмоток

.11 Расчёт высоты стержня

.12 Расчёт диаметра стержня

. КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЁТ ОБМОТОК

.1 Расчёт обмотки высокого напряжения

.1.1 Высота обмотки

.1.2 Сечение витка обмотки высокого напряжения  

.1.3 Предварительное число катушек обмотки высокого напряжения 

. КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЁТ ОБМОТОК

.1 Расчёт обмотки высокого напряжения

.1.1 Высота обмотки

.1.2 Сечение витка обмотки высокого напряжения  

.1.3 Предварительное число катушек обмотки высокого напряжения 

.1.4 Число витков в катушке высокого напряжения 

.1.5 Распределение витков и катушек обмотки высокого напряжения

.1.6 Внутренний диаметр обмотки высокого напряжения

.1.7 Внешний диаметр обмотки высокого напряжения

.1.8 Средний диаметр обмотки высокого напряжения

.1.9 Масса обмотки высокого напряжения

.1.10 Удельная тепловая нагрузка обмотки высокого напряжения

.2 Расчет обмотки низкого напряжения

.2.1 Сечение витка обмотки НН

.2.1 Сечение витка обмотки низкого напряжения

.2.2 Число катушек в обмотке низкого напряжения

.2.3 Число катушек в одной параллельной группе

.2.4 Число витков в катушке 

.2.5 Внутренний диаметр обмотки низкого напряжения

.2.6 Наружный диаметр обмотки низкого напряжения

.2.7 Средний диаметр обмотки низкого напряжения

.2.8 Высота обмотки низкого напряжения

.2.9 Масса меди обмотки низкого напряжения

.2.10 Удельная тепловая нагрузка обмотки низкого напряжения, Вт/ м2:

.3 Строение трансформатора

. РАСЧЕТ НАПРЯЖЕНИЙ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

.1 Электрические потери в обмотках

.2 Полные потери с учетом потерь в отводах, от вихревых токов и потоков рассеяния

.3 Активная составляющая напряжения короткого замыкания

.4 Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания

.5 Полное напряжение короткого замыкания

. ОКОНЧАТЕЛЬНЫЙ РАСЧЕТ МАГНИТОПРОВОДА

.1 Активное сечение стержня

.2 Активное сечение ярма

.3 Строение стержня

.4 Масса стержней

.5 Масса ярма

.6 Масса магнитопровода с учетом углов и других элементов

.7 Удельный расход стали

.8 Окончательное значение магнитной индукции

.9 Удельные потери в стали 

.10 Потери холостого хода (потери в стали)

.11 Активная составляющая тока холостого хода

.12 Удельная намагничивающая мощность

.13 Намагничивающая мощность  

.14 Реактивная составляющая тока холостого хода  

.15 Ток холостого хода

. РАСЧЕТ МЕХАНИЧЕСКИХ СИЛ

.1 Действующее значение установившегося тока короткого замыкания

.2 Ударный ток короткого замыкания

.3 Радиальные силы

.4 Напряжение на разрыв в проводе обмотки, мПа  

.5 Осевые силы

.6 Напряжение на сжатие

. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ

.1 Полные потери в трансформаторе

.2 Необходимая поверхность охлаждения бака и радиаторов трансформатора при тепловой нагрузке бака 600 Вт/м2       

.3 Ширина бака  

.4.Боковая поверхность бака

.5 Поверхность крышки бака

.6 Полная поверхность бака 

.7 Полная длина бака

.8 Необходимая поверхность радиаторов, их количество и тип

.9 Температура нагрева обмоток   

.10 Перегрев обмоток над окружающей средой

.11 Перегрев масла над воздухом  

.12 Превышение температуры масла в верхних слоях

.13 Температура обмотки в конце процесса короткого замыкания, когда его отключает защита (tк = 4с),

.14 Время, в течение которого температура обмотки достигнет 250°С.         39

. КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ

. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

. СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Введение

магнитопровод трансформатор обмотка ток

Выпрямление переменного тока на тяговых подстанциях электрифицированных на постоянном токе железных дорог осуществляется преобразовательным агрегатами, содержащими специальный трансформатор, полупроводниковый выпрямитель и вспомогательную аппаратуру. Питание выпрямительного агрегата осуществляется от сети трехфазного переменного тока напряжением U1=110; 35; 10; 6 кВ частотой f1 =50 Гц.

Выпрямитель осуществляет выпрямление переменного тока. Выпрямитель собран на полупроводниковых приборах. Выпрямленное напряжение Ud в зависимости от области применения (железнодорожный или промышленный транспорт, метро и городской транспорт) может составлять: 3700; 3300; 1650; 825. 600; 275 В.

Применяемый в такой схеме силовой трансформатор называется преобразовательным трансформатором. Он служит для согласования напряжения питающей сети и напряжения контактной сети, а также для разделения цепи нагрузки от питающей сети.

К вспомогательной аппаратуре относятся сглаживающий фильтр, предназначенный для уменьшения пульсаций выпрямленного тока в нагрузке (тяговые двигатели ЭПС), систему автоматического управления агрегатом, а также блок сигнализации и защиты.

Преобразовательные трансформаторы по сравнению с силовыми трансформаторами общего назначения обладают рядом отличительных особенностей.

Одной из важных особенностей является то, что вследствие вентильного действия выпрямителя каждый анод его работает только в течение части Периода переменного тока, поэтому условия работы первичной и вторичной обмоток преобразовательного трансформатора неодинаковы. Преобразовательный трансформатор питается с первичной стороны синусоидальным напряжением, а каждая фаза вторичной обмотки находится под током только часть периода, поэтому токи в первичной обмотке будут несинусоидальными.

Другой особенностью является то, что короткие замыкания тяговой сети и нагрузке у преобразовательных трансформаторов происходят значительно чаще, чем у обычных трансформаторов. Поэтому преобразовательные трансформаторы должны рассчитываться на повышенную механическую прочность обмоток и поездов, которые могли бы неоднократно выдерживать без остаточных деформаций большие механические усилия, вызванные токами аварийного короткого замыкания.

Эти особенности должны учитываться в ходе проектирования трансформатора. Проектирование включает в себя широкий круг технических вопросов. Разработка производится на основе выполнения электромагнитного, теплового и механического расчетов, обеспечивающих заданные основные электрические и эксплуатационные параметры.

Задача расчета трансформатора не имеет точного однозначного решения, так как не представляется возможным составить систему независимых уравнений первой степени, число которых равнялось бы числу определяемых неизвестных. Решение такой задачи обычно достигается путем расчета, нескольких вариантов с учетом ряда допущений и ввода в ходе расчета дополнительных величин, полученных на основании накопленного опыта в трансформаторостроении. Все подобные многовариантные расчеты проводятся с использованием современных ЭВМ. Из этих вариантов выбирается тот, который обладает наилучшими технико-экономическими показателями при минимальном расходе материалов.

ЗАДАНИЕ

1. Предварительный расчёт магнитопровода

.1 Выпрямленное напряжение холостого хода

Выпрямленное напряжение холостого хода рассчитывается по формуле:

,       (1)

где Ud - номинальное выпрямленное напряжение

uk -напряжение короткого замыкания

=3650,3 В.

.2 Средняя мощность выпрямленного тока

Средняя мощность выпрямленного тока вычисляется по формуле:

где Id -номинальный выпрямленный ток

3650,3·1700·10-3 = 6205,5 кВт.

.3 Номинальная мощность первичной обмотки

Номинальная мощность первичной обмотки определяется по следующей формуле:

     (2)

где kP -коэффициент, зависящий от схемы выпрямленного агрегата; (kP =1,05)

6205,5·1,05 = 6515,8 кВА.

.4 Номинальное фазное напряжение обмотки высокого напряжения

Номинальное фазное напряжение обмотки высокого напряжения (сетевой) для схемы Δ определяется из соотношения U1ф = U1, следовательно U1ф =35 кВ.

.5 Номинальное фазное напряжение обмотки низкого напряжения

Номинальное фазное напряжение обмотки низкого напряжения (вентильной) определяется по формуле:

    (3)

где kU -коэффициент, зависящий от схемы выпрямительного агрегата и схемы соединения обмотки низкого напряжения трансформатора; при мостовой схеме выпрямления и схеме соединения фаз обмотки звездой kU = 2,34.

1560 В.

1.6 Номинальный фазный ток обмотки высокого напряжения

Номинальный фазный ток обмотки высокого напряжения рассчитывается по формуле:

(4)

62 А.

.7 Номинальный фазный ток обмотки низкого напряжения

Номинальный фазный ток обмотки низкого напряжения определяется по формуле:

   (5)

где коэффициент, зависящий от схемы выпрямительного агрегата и схемы соединения обмотки низкого напряжения; при мостовой схеме выпрямления и соединении обмоток низкого напряжения звездой 0,816.

1387,2 А.

.8 Предварительное число витков обмотки низкого напряжения

Предварительное число витков обмотки низкого напряжения определяется исходя из значений фазного напряжения обмотки и напряжения, приходящегося на один виток uв/в. Выбор значения uв/в производим по кривой (см. стр.9 [1]) в зависимости от номинальной мощности трансформатора. При этом предварительное число витков обмотки низкого напряжения составит;

.

Вторичная обмотка низкого напряжения в преобразовательных трансформаторах выполняется с параллельными ветвями, поэтому необходимо, чтобы число витков было чётным и делилось без остатка на число катушек в одной параллельной группе, которое также должно быть чётным.

При S1 = 6515,8 кВА получаем uв/в = 45 В/вит;

34,67.

Принимаем w2 =35 витков

При окончательном расчёте обмотки низкого напряжения возможно потребуется корректировка витков w2, а затем и витков w1 с соответствующей корректировкой предыдущего расчёта.

44,6 В/вит.

1.9 Предварительное число витков обмотки высокого напряжения

Предварительное число витков обмотки высокого напряжения определяется по формуле:

785,2.

Принимаем 785 витков.

.10 Намагничивающие силы обмоток

Первой определяем намагничивающую силу обмотки высокого напряжения, по формуле:

48670 А.

Далее рассчитываем намагничивающую силу для обмотки низкого напряжения.

48237 А.

В результате результирующая сила получается:

96907 А.

.11 Расчёт высоты стержня

Высоту стержня определяем по формуле:

  (6)

где Ас -линейная нагрузка стержня; определяется по графику, в зависимости от номинальной мощности (см. стр. 10 [1]) трансформатора и напряжения первичной обмотки.

При S1 = 6515,8 кВА получаем Ас = 780 А/см

124,2 см.

.12 Расчёт диаметра стержня

Расчёт диаметра стержня производится по формуле:

        (7)

Вс - магнитная индукция в стержне; выбирается в зависимости от марки стали и мощности трансформатора; для трансформаторов данного класса Вс = 1,55 - 1,65 Тл;

kс - коэффициент заполнения стали; выбирается в зависимости от толщины листов и марки стали kс =0,93 - 0,97;

kкр - коэффициент заполнения круга; зависит от диаметра стержня и мощности трансформатора kкр = 0,85 - 0,92.

Для уменьшения расхода стали диаметр стержня принимают стандартным (по нормам СЭВ).

43,6 см.

Принимаем dс = 45 см.

Известно, что E1 = 4,44f1 ·w1·Ф или E1 = 4,44f1 ·w1·Вс· Qc. Если f1 и E1 постоянные величины, а Вс выбирается при расчёте, то w1  и Qc могут изменятся в широком диапазоне. Так, например увеличение w1 приводит к уменьшению Qc и наоборот.

Сталь на порядок дешевле материала обмоток, поэтому в силовых трансформаторах данные габаритов масс стали обычно больше массы меди в 2 - 4 раза. При этом в оптимально спроектированных трансформаторах имеется следующее соотношение высоты и диаметра стержня:

В нашем случае 2,76 что удовлетворяет требованиям.

2. КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЁТ ОБМОТОК

Основными требованиями, предъявляемыми к обмоткам силовых трансформаторов, является электрическая и механическая прочность, нагревостойкость.

Изоляция обмоток и других частей трансформатора должна выдерживать без повреждений коммутационные и атмосферные перенапряжения.

Для преобразовательных трансформаторов данной группы обычно проводом прямоугольного сечения, который располагается большим размером к стержню - «плашмя». Чтобы улучшить охлаждение обмоток они выполняются с аксиальными и радиальными масляными каналами. Аксиальные масляные каналы образуются рейками, устанавливаемыми на бекелитовый изолирующий цилиндр с таким расчётом, чтобы средняя длина по окружности между рейками lmax не превышала 15 см. Ширина рейки принимается впр = 2 ÷ 4 см, а величина масляного канала (толщина рейки) ац = 0,6÷ 3 см.

Радиальные каналы создаются за счёт меж катушечных прокладок, закреплённых на рейках. Ширина прокладок 2 ÷ 6 см, высота масляных каналов (толщина прокладок) hк = 5 ÷ 8 мм. Рейки и прокладки выполняются из электрокартона.

Обычно для преобразовательных трансформаторов применяют катушечную обмотку.

.1 Расчёт обмотки высокого напряжения

В преобразовательных силовых трансформаторах на стержне располагают обмотку низкого напряжения. На рисунке 1 схематично показано расположение обмоток и главной изоляции трансформатора и изоляционные расстояния обмоток высокого и низкого напряжения с учётом норм электрической прочности и особенностей конструкци преобразовательных трансформаторов.

.1.1 Высота обмотки

Высота обмотки трансформатора определяется по формуле:

мм.   (8)

.1.2 Сечение витка обмотки высокого напряжения

мм2. (9)

где    D1 - плотность тока в обмотке, D1 = 2,8 А/мм2;

По технологическим соображениям сечение витка не должно быть более 35 мм2, поэтому при требуемых больших сечениях обмотку выполняют из двух или иногда трех параллельных проводников. При значениях тока I1ф более 300 А обмотка ВН выполняется с параллельными ветвями, так как выполнить обмотку четырьмя и более проводниками параллельно технически очень сложно.

При прямоугольных проводах высокая сторона провода В не должна превышать размера

где    k - коэффициент, учитывающий вытеснение тока; при частоте f1= 50 Гц принимается k = 1;

q - тепловая нагрузка обмотки; для трансформаторов данного класса принимается

q = 1000- 1200 Вт/ м2.

Исходя из опыта проектирования и принимаемых нагрузок получаем значение в = 12 - 15 мм. Кроме того, по технологическим соображениям необходимо, чтобы отношение высоты к ширине провода составляло в/а = 3 - 5.

Исходя из перечисленного выбираем проводник для обмотки ВН; принимаем один проводник

мм2,

тогда фактическая плотность тока в обмотке ВН составит

А/мм2.

.1.3 Предварительное число катушек обмотки высокого напряжения

Предварительное число катушек обмотки высокого напряжения определяется по формуле:

(10)

где    hk1 - высота масляного канала; принимаем hk  = 6 мм;

 - высота провода с изоляцией;

Принимаем 44 катушки

2.1.4 Число витков в катушке ВН

витков     (16)

Принимаем WK1 = 11витков, тогда число катушек обмотки ВН составит

Принимаем nK1 = 46 катушек.

.1.5 Распределение витков и катушек обмотки ВН

Для повышения надёжности трансформатора при атмосферных и коммутационных перенапряжениях первые к ярму катушки выполняются с усиленной изоляцией, а чтобы радиальные размеры этих катушек не били бы больше основных, число витков в этих катушках уменьшается.

При U1 = 35 кВ принимаем 4 катушки с усиленной изоляцией (по две катушки с обеих сторон обмотки).

Размеры основной катушки:

осевой  = 11,6 мм;

радиальный а1= 1,05Wk1m1,       (17)

где    m1 - число параллельных проводников;

 - ширина провода с изоляцией;

мм

Размер катушки с усиленной изоляцией не должен превышать размер основной катушки, поэтому число витков в катушке с усиленной изоляцией должно быть:

    (18)

Принимаем Wkу = 10, при этом радиальный размер катушки с усиленной изоляцией составит:

мм         (19)

На рис.1 представлен эскиз основной катушки обмотки ВН

а1 =38,115

Рис. 1

Распределение витков и катушек обмотки ВН:

катушки с усиленной изоляцией nку = 4, Wку = 10, Wу = 40

катушки основные , 11, 462

катушки дополнительные nд = 1, Wкд = 1, Wд = 1

Итого число катушек47, число витков 503

Осевой размер обмотки ВН

высота меди мм;

усиленные каналы мм;

нормальные каналы мм

Итого  мм;

Усадка изоляции составляет 3-5% от величины изоляции прокладок мм

Итого высота обмотки ВН мм.

2.1.6 Внутренний диаметр обмотки ВН

 мм.        (20)

.1.7 Внешний диаметр обмотки ВН

мм.       (21)

.1.8 Средний диаметр обмотки ВН

мм.      (22)

.1.9 Масса обмотки ВН

кг (23)

где    П1 - сечение провода обмотки, см2

Д1ср - средний диаметр обмотки, см

g- плотность меди; g = 8,9 г/см3

C учетом изоляции и отводов масса обмотки ВН составит

 кг.

.1.10 Удельная тепловая нагрузка обмотки ВН

 ,         (24)

где    К3К1- коэффициент закрытия катушки обмотки ВН;

      (25)

где    впр- ширина рейки; принимаем впр = 3 см;

ппр- число прокладок;

    (26)

Принимаем ппр = 10

где    Кq- коэффициент, учитывающий добавочные потери; для трансформаторов данного класса Кq= 1,03 - 1,1, принимаем Кq = 1,1

Р1- периметр катушки обмотки ВН

мм        (27)

Вт/м2.

Допустимая нагрузка преобразовательных трансформаторов данного класса находится в пределах q= 1000- 1200 Вт/м2.

Полученное значение тепловой нагрузки q1= 672,9 Вт/м2 удовлетворяет требованиям проектирования.

.2 Расчет обмотки НН

Обмотка НН выполняется с большим числом параллельных групп, так как номинальный ток обмотки НН значительно больше по отношению к току обмотки ВН.

.2.1 Сечение витка обмотки НН

мм         (28)

Ранее отмечалось, что максимальное значение сечения одного провода выбирается не более 35 мм2, поэтому определяем число параллельных групп при выполнении обмотки двумя параллельными проводниками

.    (29)

Принимаем N = 6 предварительно, так как необходимо, чтобы число катушек в параллельной группе было четным. Этого можно достигнуть, если рассматривать несколько вариантов за счет изменения размеров провода в и а и числа N.

При наших условиях имеем:

мм2      (30)

Принимаем два параллельных проводника

мм2

Фактическая плотность тока в обмотке НН

А/мм2.         (31)

.2.2 Число катушек в обмотке НН

.    (32)

.2.3 Число катушек в одной параллельной группе

. (33)

Принимаем

Уточняем число катушек обмотки НН

.(34)

2.2.4 Число витков в катушке

.        (35)

Принимаем 5.

Уточняем число витков обмотки НН

(36)

Уточняем значение Uв/в

В/вит.

В нашем случае корректировка числа витков обмотки ВН не требуется, так как предварительное и окончательное значения числа витков обмотки НН совпадают.

Размеры катушки НН:

осевой мм;

радиальный мм       (37)

.2.5 Внутренний диаметр обмотки НН

,       (38)

где    а12- расстояние между обмоткой ВН и обмоткой НН одной фазы;

мм;  (39)

мм.

.2.6 Наружный диаметр обмотки НН:

мм.     (40)

.2.7 Средний диаметр обмотки НН

мм.   (41)

а2 =48,51

Рис. 3

2.2.8 Высота обмотки НН

высота меди  мм;         (42)

масляные каналы  мм;       (43)

Итого  мм;

Усадка 5% толщины изоляции мм

Итого высота обмотки НН мм.

.2.9 Масса меди обмотки НН

кг. (44)

С учетом изоляции и отводов масса меди обмотки НН составит:

кг.

Удельный расход меди:

кг/кВА.      (45)

В серийно выпускаемых трансформаторах удельный расход меди составляет

,25 - 0,5 кг/кВА.

.2.10 Удельная тепловая нагрузка обмотки НН, Вт/ м2:

, (46)

где    КЗК2 - коэффициент закрытия катушки НН

  (47)

где    - число прокладок для обмотки НН;

(48)

Принимаем 13

мм

Вт/м2.

.3 Строение трансформатора

Диаметр стержня         dc = 42см

Цилиндр ВН:

Внутренний диаметр цилиндра      43 см

Толщина цилиндра       0,6 см

Наружный диаметр цилиндра         44,2 см

Масляный канал между обмоткой ВН     2 см

Обмотка ВН:

Внутренний диаметр    42,6 см

Радиальный размер катушки 38,1 см

Наружный диаметр      50,3 см

Масляный канал  2 см

Цилиндр НН:

Внутренний диаметр    82,4 см

Толщина цилиндра       0,6 см

Наружный диаметр      83,6 см

Масляный канал  0,6 см

Обмотка НН

Внутренний диаметр    56,6 см

Радиальный размер катушки 36,75 см

Наружный диаметр      64 см

Высота обмотки ВН     812 мм

Высота обмотки НН     742,2 мм

Высота стержня

по обмотке ВН мм;

по обмотке НН мм

Окончательную высоту стержня принимаем по максимальному значению, 1070мм

Отношение

Расстояние между осями стержней

см

3. РАСЧЕТ НАПРЯЖЕНИЙ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

.1 Электрические потери в обмотках

Электрические потери в обмотках определяются следующим образом:

Вт;

Вт.

.2 Полные потери с учетом потерь в отводах, от вихревых токов и потоков рассеяния

Полные потери с учетом потерь в отводах, от вихревых токов и потоков рассеяния определяется следующим образом:

Вт.

.3 Активная составляющая напряжения короткого замыкания

Активная составляющая напряжения короткого замыкания определяется по формуле:

%.

3.4 Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания

 ,     (18)

где    ширина приведенного канала рассеяния;

см;        (19)

где    средний диаметр между обмотками ВН и НН

см;

%.

.5 Полное напряжение короткого замыкания

%

Значение подписано преподавателем.

4. ОКОНЧАТЕЛЬНЫЙ РАСЧЕТ МАГНИТОПРОВОДА

Окончательный расчет магнитопровода проводим по упрощенной методике при помощи таблиц, из которых при диаметре стержня определяем сечение стержня, ярма и строение стержня.

При dc= 45 см имеем см2, см2.

.1 Активное сечение стержня

Активное сечение стержня определяется по формуле:

см2.

.2 Активное сечение ярма

Активное сечение ярма рассчитывается по следующей формуле:

см2.

.3 Строение стержня

Стержень состоит из 10 пакетов и формируется следующими пластинами (ширина  толщину) 410´38, 395´17, 385´15, 368´17 310´16, 295´12, 270´7, 230´12, 215´6, 175´9 см.

По полученным данным необходимо построить эскиз сечения стержня (рис. 4) и строения магнитопровода (рис. 5).

Ниже представлены формулы, по которым рассчитываются высота и ширина магнитопровода.

Высота магнитопровода см;

Ширина магнитопровода cм.

.4 Масса стержней

Масса стержней определяется по следующей формуле:

, (20)

где    плотность стали: принимаем 7650 кг/м3;

 кг.

.5 Масса ярма

Масса ярма определяется по формуле, представленной ниже:

      (21)

где    число стержней;

кг.

4.6 Масса магнитопровода с учетом углов и других элементов

Масса магнитопровода с учётом углов и других элементов определяется по формуле:

кг.

4.7 Удельный расход стали

Удельный расход стали для трансформатора определяется следующим образом:

кг/кВА,

В серийно выпускаемых трансформаторах этот показатель составляет 0,8 - 1,5 кг/кВА.

.8 Окончательное значение магнитной индукции

Окончательное значение магнитной индукции рассчитывается по формуле:

Тл;

Тл.

.9 Удельные потери в стали

Удельные потери в стали определяются по табл.4 (1) исходя из значения индукции в стержне.

При 1,48 Тл получаем = 2,41 Вт/кг

4.10 Потери холостого хода (потери в стали)

Потери холостого хода (потери в стали) определяются по формуле:

 Вт.

.11 Активная составляющая тока холостого хода

Активная составляющая тока холостого хода рассчитывается по формуле:

 А;

В процентах:

 %.

4.12 Удельная намагничивающая мощность

Удельная намагничивающая мощность определяется по табл. 4 исходя из значения индукции в стержне.

При 1,48 Тл получаем = 3,45 Вт/кг.

.13 Намагничивающая мощность

Намагничивающая мощность определяются по формуле:

Вт.

4.14 Реактивная составляющая тока холостого хода

Реактивная составляющая тока холостого хода рассчитывается по формуле:

А;

В процентах:

.15 Ток холостого хода

Ток холостого хода определяется по формуле:

А;

В процентах:

%.

Ток холостого хода в серийно выпускаемых трансформаторах данного класса составляет 0,3 - 3,5 % от номинального тока Iн.

5. РАСЧЕТ МЕХАНИЧЕСКИХ СИЛ

Определение механических сил в обмотках трансформатора производится отдельно в осевом и радиальном направлениях.

Процесс короткого замыкания, являющийся аварийным режимом, сопровождается многократным увеличением тока в обмотках трансформатора по сравнению с номинальными токами, повышенным нагревом обмоток и ударными механическими силами, действующими на обмотки и их части.

Согласно ГОСТ 11677-85 наибольшая продолжительность короткого замыкания принимается длительностью до 4 с.

5.1 Действующее значение установившегося тока короткого замыкания

А;

Для уменьшения величины тока короткого замыкания в силовых трансформаторах напряжение короткого замыкания лучше иметь несколько больше, но при этом увеличиваются потери, то ость уменьшается коэффициент полезного действия. Окончательный выбор производится на основании технико-экономического обоснования.

.2 Ударный ток короткого замыкания

Ударный ток короткого замыкания определяется по формуле:

А;    (22)

где    КМ - коэффициент, учитывающий апериодическую составляющую тока короткого замыкания;

;

.3 Радиальные силы

Радиальные силы Fp стремятся оттолкнуть одну обмотку от другой. Внутренняя обмотка под действием этой силы сжимается, а наружная - растягивается.

, Н         (23)

где    средняя длина витка обмотки, см;

 см;  (24)

где    высота обмотки, см; см;

коэффициент Роговского;

 Н.

5.4 Напряжение на разрыв в проводе обмотки, мПа

мПа.

Для данного класса трансформаторов максимально допустимое напряжение не должно превышать 150 мПа.

.5 Осевые силы

Осевые сжимающие силы действуют на межкатушечную изоляцию (прокладки):

Н;

где    величина, определяющая разность высот обмоток, см;

 см;

где    m - величина, зависящая от расположения обмоток; в нашем случае m = 1;

см;

Н;

Результирующая сжимающая сила:

Н.

5.6 Напряжение на сжатие

,

где    ширина прокладки, мм;

Допустимое значение составляет 35 - 40 мПа.

мПа.

Расчетное значение  больше 40 мПа. Увеличим число прокладок: nпр=42

=38,2 мПа

6. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ

Тепловой проверочный расчет трансформатора производится для установившегося режима работы, а также в конце процесса короткого замыкания. Расчетные значения перегревов не должны превышать допустимые по ГОСТу.

.1 Полные потери в трансформаторе

 Вт.

6.2 Необходимая поверхность охлаждения бака и радиаторов трансформатора при тепловой нагрузке бака 600 Вт/м2

м2.

Поверхность бака обычно составляет только небольшую часть этой поверхности, однако определим её.

.3 Ширина бака

;

где    расстояния от обмотки НН до стенки бака; зависит от напряжения обмотки и конструкции отводов.

Принимается в диапазоне 2 -20 см.

 см.

.4 Боковая поверхность бака

,

где    коэффициент, учитывающий закрытие бака; ;

высота бака;

м;

где    Н - высота магнитопровода;Б - зависит от величины напряжения, конструкции выводов и других элементов; принимается hБ = 50-100 см;

А - прямая часть бака;

см;

м2.

.5 Поверхность крышки бака

где    коэффициент закрытия крышки бака; 0,4-0,5;

м2.

6.6 Полная поверхность бака

м2.

6.7 Полная длина бака

м.

6.8 Необходимая поверхность радиаторов, их количество и тип

м2.

С учетом длины и ширины бака, а также его высоты выбираем необходимое количество радиаторов и их тип.

В соответствии с табл.5 выбираем двойные радиаторы шириной 598 мм. При длине бака 2,25 м возможно разместить по два радиатора с каждой стороны бака, при этом необходимая поверхность охлаждения каждого из них будет составлять

м2.

По табл. 5 выбираем радиатор площадью S = 16,5 м2 с расстоянием между осями патрубков 1500 мм.

Исходя из выбранного радиатора имеем:

м2;

м2.

Действительная тепловая нагрузка бака составит

 Вт/м2.

6.9 Температура нагрева обмоток

Пользуясь графиками, представленными на рис.13 и 14 (1). По значению тепловой нагрузки бака  Вт/м2 имеем :

Для обмотки ВН при  747,8   Вт/м2       

Для обмотки НН при  770,4  Вт/м2       

6.10 Перегрев обмоток над окружающей средой

для обмотки ВН:

°С;

для обмотки НН:

Для применяемой изоляции класса «А» максимальный перегрев обмоток, согласно ГОСТ, допускается 110°С.

.11 Перегрев масла над воздухом

В соответствии с графиком рис.13 (1) по тепловой нагрузке бака Вт/т имеем:

6.12 Превышение температуры масла в верхних слоях

где    коэффициент, зависящий от конструкции; для трубчатых баков и баков с радиаторами ;

°С.

По ГОСТ превышение температуры масла не должно превышать значения 60°С.

6.13 Температура обмотки в конце процесса короткого замыкания, когда его отключает защита (tк = 4с)

,

где    начальная температура обмотки; принимается 90°С.

Допустимая температура при коротком замыкании для трансформаторов с масляным охлаждением при медных обмотках и классе изоляции «А» составляет 250°С.

°С

В нашем случае < 250, что допустимо.

6.14 Время, в течение которого температура обмотки достигнет 250°С.

 c.

7. КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ

.

8. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Преобразовательный трансформатор типа ТМПЖ-10000/35 двухобмоточный. Обмотки выполнены прямоугольным проводом с масляными каналами в радиальном и аксиальном направлениях.

Первичная обмотка ВН имеет одну ветвь с одним проводником. Вторичная обмотка НН имеет 6 параллельных ветвей с 8 катушками в каждой параллельной группе.

Магнитопровод выполнен из листов электротехнической стали толщиной 0,35 мм.

Основные размеры магнитопровода:

Бак гладкий с шестью одинарными навесными радиаторами и расширителем. Общие габариты бака:

Длина   2,25 м

Высота 2,6 м

Ширина  В = 0,84 м

Напряжение короткого замыкания Uk = 5,08 %

Ток холостого хода IO= 0,62 А, или iO = 0,49 %

Температура перегрева обмоток:

ВН t1= 103°С     НН t2= 100С

Максимальный КПД h= 98,8%

Основные удельные показатели:

 0,32кг/кВА

 кг

1,17 кг/КВА

Таким образом, спроектированный трансформатор удовлетворяет требованиям ГОСТа и соответствует заданию на проектирование.

9. СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Г.Л. Болдырев, М.Б. Матвеев «Проектирование преобразовательных трансформаторов». Методические указания. СПб.- ЛИИЖТ 1992г. (Л.1)