Курсовая777

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
Расчет трехфазного трансформатора типа
ТМ1000/35
Актуальность темы
Самым распространенным применение трансформаторов является
использование их при передаче электроэнергии. Используемые силовые
трансформаторы способны повышать напряжение до 500 кВт. В электросетях
трансформаторы эффективно выполняют свои функции, например, напряжение
они могут регулировать как в автоматическом режиме, так и под нагрузкой.
Существует множество видов трансформаторы, которые являются как общими
для разных отраслей, так и специальными. Так трансформаторы используются
не только в энергетической промышленности. Даже в строительстве,
транспорте, специальных видах промышленного производства и т.д.
используются трансформаторы как неотъемлемая часть производства. Широко
используются измерительные и испытательные трансформаторы. Силовые
трансформаторы имеют большую долю в структуре видов используемых
трансформаторов. Они занимают больший удельный вес и в самом
трансформатороостроении, но также активно производятся различные
аппараты, используемые, например, в линиях электропередач. Каждый
производимый трансформатор имеет свои особенности. К тому же каждая
произведенная единица может иметь вес от нескольких десятков килограмм до
нескольких десятков сотен. Вес трансформатора определяется его мощностью,
так небольшая мощность соответствует небольшому весу трансформатора.
Объект исследования
Трансформатор - статическое электромагнитное устройство, имеющее две или
более индуктивно связанные обмотки на каком-либо магнитопроводе и
предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции
одной или нескольких систем (напряжений) переменного тока в одну или
несколько других систем (напряжений), без изменения частоты.
Предмет исследования
Параметры трансформатора, его конструктивные части, внешний вид и вид в
разрезе.
1
Цель работы – расчет трансформатора марки ТМ 1000/35, выбор его
конструктивных частей.
Задачи.
Рассчитать основные электрические величины и определить конструкцию
обмоток, определить изоляционные расстояния, рассчитать основные
коэффициенты, составить таблицу β, определить основные размеры, рассчитать
обмотки трансформатора, рассчитать ток холостого хода, выполнить чертеж
трансформатора ТМ 1000/35.
Используемые теоретические и законодательно-нормативные источники.
1. Трансформаторы: Метод. пособ. / Самар. гос. техн. ун-т; Сост. Э.Т. Галян.
Самара, 2007. 101 с. [3]
http://em.samgtu.ru/sites/em.samgtu.ru/files/pictures/transform.pdf
2. http://zaryad.com/2011/05/10/znachenie-transformatora-v-sovremennoyenergetike/
3. https://energo-zavod96.ru/oborudovanie/silovye-maslyanyetransformatory/silovye-maslyanye-transformatory-35-kv/transformatory-tmklass-napryazheniya-35kv/transformator-tm-1000-35
2
Оглавление
Актуальность темы .............................................................................................. 1
Объект исследования ........................................................................................... 1
Предмет исследования......................................................................................... 1
Цель работы .......................................................................................................... 2
Задачи. ................................................................................................................... 2
Используемые теоретические и законодательно-нормативные источники... 2
Исходные данные для расчета. ........................................................................... 4
Расчет трансформатора. ...................................................................................... 4
ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ. ........................................ 4
2. РАСЧЁТ ОСНОВНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН И ОПРЕДЕЛЕНИЕ
КОНСТРУКЦИИ ОБМОТОК. ............................................................................ 4
3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИЗОЛЯЦИОННЫХ РАССТОЯНИЙ. .............................. 7
4. РАСЧЁТ ОСНОВНЫХ КОЭФФИЦИЕНТОВ. ........................................... 10
Таблица 4.1. .............................................. Ошибка! Закладка не определена.
Таблица β. ........................................................................................................... 14
Графики к таблице 4.1. ............................ Ошибка! Закладка не определена.
5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ. ............................................. 17
6. РАСЧЕТ ОБМОТОК ТРАНСФОРМАТОРА. ............................................. 18
6.1. РАСЧЕТ ОБМОТОК НН. ........................................................................... 18
6.2. РАСЧЕТ ОБМОТОК ВН. ........................................................................... 21
6.2.2. РАСЧЕТ МНОГОСЛОЙНОЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ОБМОТКИ ИЗ
ПРЯМОУГОЛЬНОГО ПРОВОДА. .................................................................. 22
7. РАСЧЕТ ТОКА ХОЛОСТОГО ХОДА. ....................................................... 24
Заключение. ........................................................................................................ 24
Спецификация к чертежу. ................................................................................. 25
Чертеж. ................................................................................................................ 26
3
Исходные данные для расчета.
Данные - Вариант № 2;
Модель = ТМ1000/35(масляный); НН(U1) = 0,4кВ; ВН(U2)=20,00кВ;
Соединение Y/Yн-0; Регулятор РПН ±4х2,5% или ±6х1,5%; m=c=3(число
фаз+стержней); S=1000кВ*А; Рх=2000; Рк=11600; i0=1,4%; uk=6,5%.
Расчет трансформатора.
ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ.
Модель = ТМ1000/35(масляный); НН(U1) = 0,4кВ; ВН(U2)=20кВ; Соединение
Y/Yн-0; Регулятор РПН ±4х2,5% или ±6х1,5%; m=c=3(число фаз+стержней);
S=1000кВ*A; ; Рх=2000; Рк=11600; i0=1,4%; uk=6,5%.
2. РАСЧЁТ ОСНОВНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН И
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ ОБМОТОК.
2.1. Мощность одной фазы трансформатора Sф=S/m=1000/3 =333 (кВ*А)
2.2. Мощность одного стержня трансформатора S`=S/c=1000/3=333 (кВ*А)
2.3. Номинальные линейные токи трансформатора
I1(НН) =
S∗103
U1∗√3
=
1000∗103
0,4∗103 ∗√3
=1443,375(А); I2(ВН) =
S∗103
U2∗√3
=
1000∗103
=28,867(А)
20∗103 ∗√3
2.4. Фазный ток на стороне ВН(U2) при соединении в Y
Iф2=I2=28,867(А)
2.5. Фазный ток на стороне НН(U1) при соединении в Y
Iф1 = I1= 1443,375(А)
2.6. Фазное напряжение на стороне ВН(U2) при соединении в Y
4
Uф2 
𝑈2 20000
√3
=
√3
=11547,010(В)
2.7. Фазное напряжение на стороне НН(U1) при соединении в Y
U1
Uф1 
√3
=
400
√3
230,94(В)
По табл. П1.4 определяем испытательные напряжения для обмоток
трансформатора.
Для обмотки ВН: Uисп2(кВ)=55(кВ);
Для обмотки НН: Uисп1(кВ)=5(кВ)
По табл. П1.5 выбираем тип обмоток и схемы ответвлений (рис.2.2) [1]:
обмотка ВН при полученных значениях U2 и I2 и обмотка НН при полученных
значениях U1 и I1.
б)
Рис.2.2
5
Для испытательного напряжения обмотки ВН Uисп 2 (кВ) по табл. П1.6
находим изоляционные расстояния ℓ02(м); а12(м); а22(м) (см. рис. 2.1 и 3.3).
Все линейные величины необходимо перевести в метры.
ℓ02(м)=0,05(м); а12(м)=0,02 (м)(примечание); а22(м)=0,018(м)
6
Для испытательного напряжения обмотки НН Uисп 1 (кВ) по табл. П1.7
находим изоляционное расстояние а01 (м).
а01 (м)=0,005(м)
3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИЗОЛЯЦИОННЫХ РАССТОЯНИЙ.
3.1. Ширина приведённого канала рассеяния для алюминиевого провода
а1 + а2
4
4
= 1,25 ∗ 𝑘 ∗ 10−2 ∗ √𝑆` = 1,25 ∗ 0,65 ∗ 10−2 ∗ √333 = 0,034(м);
3
a1=0,033; a2=0,033
ар = а12 +
а1+а2
3
= 0,027 + 0,022=0,054(м)
3.2. Активная и реактивная составляющие напряжения короткого замыкания
(Pk=11600Вт; uk=6,5%)
𝑢𝑎 =
𝑃𝑘
10∗𝑆
=
11600
10∗1000
=1,16; 𝑢𝑝 = √𝑢𝑘 2 − 𝑢𝑎2 = √6,52 − 1,22 = 6,395
Согласно указаниям [1, §2, 3] выбираем трёхфазную шихтованную магнитную
систему с косыми стыками в крайних стержнях и прямыми стыками на среднем
стержне (рис. 3.1, 3.2).
7
Выбор способа прессовки стержней и ярм производим по табл. П1.9.
Материал магнитной системы – холоднокатаная текстурованная рулонная сталь
марки 3404 толщиной 0,35 мм.
Прессовка стержней бандажами из стеклоленты (рис. П1.1, б); прессовка ярмбалками, стянутыми стальными полубандажами и внешними шпильками
(рис. П1.2, б); Форма сечения ярма-с числом ступеней на одну- две меньше
числа ступеней стержня; коэффициент усиления ярма= 1,015-1,025(1,020)
Индукцию Вс в стержне рекомендуется принять по табл. П1.10. Вс=1,6(Тл)
По табл. П1.11 принимаем nc – число ступеней стержня, kкр – коэффициент
заполнения круга, d – диаметр стержня, kз – коэффициент заполнения чистой
сталью. (без прессующей пластины)
nc=8; kкр=0,927; d=0,24(м); kз=0,927
Относительные удельные потери, 100%; относительная цена, 100%;
относительное число пластин в пакетах равной толщины = 100
8
Коэффициент заполнения сталью kс= ккр∙kз= 0,925∙0,97=0,899
Число ступеней ярма nя принимаем по табл. П1.13. nя=6; ая=135(мм)
Коэффициент усиления ярма где Пфя и Пфс – по табл. П1.14.
Пфя=425,6(см2); Пфс=419,3(см2); Vy=8428(м3);
kя  Пфя/Пфс 425,6/419,31,015
Индукция в ярме где число зазоров на прямом стыке – 3, на косом – 4
Bя  Bс / kя 1,6 / 1,015=1,576
Индукция в зазоре на прямом стыке B``з=Bc=1,6(Тл)
𝐵𝑐
Индукция в зазоре на косом стыке B`з 
√2
1,6
 1,131(Тл)
√2
Удельные потери в стали определяем по табл. П1.15
pc=1,295 (Вт/кг); pя=1,22 (Вт/кг)
Удельные намагничивающие мощности находим по табл. П1.16 в соответствии
с индукцией на каждом из этих участков
qc= 1.775(В∙А/кг); qя= 1,62 (В∙А/кг)
Для зазоров на прямом стыке qз = 25100(В∙А/м2 )
Для зазоров на косом стыке qз =3500(В∙А/м2 )
По табл. П1.17 находим коэффициент, учитывающий отношение основных
потерь в обмотках к потерям короткого замыкания kД, по табл. П1.18, П1.19 –
постоянные коэффициенты а и b (безразмерные величины) для обмоток.
kД= 0,93; a= 1,484; a2=0,04; b=0,4
(коэффициент Роговского) kр=0,95
9
диапазон изменения (1,2-3,0) согласно табл. П1.20.
4. РАСЧЁТ ОСНОВНЫХ КОЭФФИЦИЕНТОВ.
Согласно (3.30), (3.36), (3.43), (3.44), (3.52) и (3.65) [1] находим коэффициенты.
𝑆`∗𝑎𝑝∗𝑘𝑝
4
4
333∗0,054∗0,95
𝐴 = 0,507 ∗ √
=0,507 ∗ √
=0,203
𝑓∗𝑢𝑝∗𝐵𝑐 2 ∗𝑘𝑐 2
50∗6,395∗1,62 ∗0,8992
A1=5,663*104 ∗ 𝑘𝑐 ∗ 𝐴3 ∗ 𝑎=5,663*104 ∗ 0,899 ∗ 0,2033 ∗ 1,484 =640,916(кг)
A2=3,605*104 ∗ 𝑘𝑐 ∗ 𝐴2 ∗ 𝑙02 =3,605*104 ∗ 0,899 ∗ 0,2032 ∗ 0,05 =67,407(кг)
B1 = 2,4 ∗ 104 ∗ 𝑘𝑐 ∗ 𝑘я ∗ 𝐴3 ∗ (𝑎 + 𝑏 + 𝑒) = 2,4 ∗ 104 ∗ 0,899 ∗ 1,015 ∗ 0,2033 ∗
(1,484 + 0,4 + 0,41)=426,189(кг)
B2 = 2,4 ∗ 104 ∗ 𝑘𝑐 ∗ 𝑘я ∗ 𝐴2 ∗ (𝑎12 + а22) = 2,4 ∗ 104 ∗ 0,899 ∗ 1,015 ∗
0,2032 ∗ (0,02 + 0,018)=34,618 (кг)
Для трансформаторов с алюминиевыми обмотками
𝐶1 = 1,2 ∗ 10−2 ∗
𝑆∗𝑎2
𝑘Д∗𝑘𝑐 2 ∗𝐵𝑐 2 ∗𝑢𝑎∗𝐴2
1000∗1,4842
0,93∗0,8992 ∗1,62 ∗1,16∗0,2032
= 1,2 ∗ 10−2 ∗
=284,567(кг)
М = 0,152 ∗ 10−6 ∗ 𝑘к. з2 ∗ 𝑘Д ∗ 𝑘𝑝 ∗
𝑃𝑘
𝑎∗𝐴
= 0,152 ∗ 10−6 ∗ 33,812 ∗ 0,93 ∗ 0,95 ∗
𝑘к. з = 1,41 ∗
100
𝑢𝑘
∗ (1 + 𝑒
−𝜋∗𝑢𝑎
𝑢𝑝
100
11600
= 5,884(МПа)
1,484 ∗ 0,203
) = 1,41 ∗ 6,5 ∗ (1 + 0,41
−3,14∗1,16
6,386
) =33,81
Минимальная стоимость активной части для рассчитываемого трансформатора
Ku.р1,13 – для алюминиевого провода, ko,c.= 2,36 – по табл. П1.21.
2∗(𝐴2+𝐵2)
B=
3∗𝐵1
=
2∗(67,407+34,618)
3∗426,189
=0,159
10
C=
𝐴1
=
640,916
3∗𝐵1 3∗426,189
2
𝐶1
3
𝐵1
D= ∗
=0,501
∗ 𝑘𝑜. 𝑐 ∗ 𝑘𝑢. 𝑝 =
2
3
∗
284,567
426,189
∗ 2,36 ∗ 1,13=1,187
𝑥 5 + 𝐵 ∗ 𝑥 4 − 𝐶 ∗ 𝑥 − 𝐷 = 0; 𝑥 5 + 0,159 ∗ 𝑥 4 − 0,501 ∗ 𝑥 − 1,187 = 0
=x4=1,2174=1,409; X=1,09
Предельные значения  по плотности тока J для трансформаторов с
алюминиевыми обмотками
Xj=2,7*√
3
Xσ=√
𝜎𝑝
𝑀
12,75∗𝐶1
𝑘Д∗𝑝𝑘
3
=2,7*√
12,75∗284,567
0,93∗11600
=1,566; j=xj4=1,5524=6,011
25
=√
=1,62; σ= Xσ 4= 1,62 4=6,881;
5,884
где допустимое механическое растягивающее напряжение для обмоток из
алюминия 𝜎𝑝 ≤ 25 МПа
Масса угла магнитной системы равна Gy=0,492*104*kc*kя*A3*x3=K1*x3
=0,492*104*0,899*1,015*0,2033*1,0893=49,254
K1=38,08;
Активное сечение стержня
Пс=0,785*kc*A2*x2=K2*x2=0,785*0,899*0,2032*1,0892=0,034
K2=0,029
Площадь зазора на прямом стыке П``З  Пс=0,034
Площадь зазора на косом стыке П`з= Пс*√2= 0,029*√2=0,049
K3=kп,д*pc=1,295*1,1=1,631(без отжига пластины);
K4=kп,д*pя=1,26*1,22=1,537;
11
K5= kп.д* Kп.y*pя*(0,5 ∗
𝑝𝑐
𝑝я
−
6
Kп,y
+ 0,5)= 1,26* 10,18*1,22*(0,5 ∗
1,295
1,22
−
6
10,18
+
0,5)=6,906;
Kп,д= 1,26; Kп,y= 10,18;
Gя=B1*x3+B2*x2=426,189*1,0893+34,618*1,0892=592,26;
Gc=A1/x+A2*x2=640,916/1,089+67,407*1,089 2=668,279;
Для магнитной системы потери холостого хода по рис. 3.2
Px=K3*Gc+K4*Gя+K5*Gy=1,631*668,279+1,537*592,26+6,9*49,254= 2341,028
K6=k`т,д* k``т,д*qc=1,55*1,07*1,775=2,739;
k`т,д=1,55(без отжига пластин);
kт,д 1,07;
K7=k`т,д* k``т,д*qя=1,55*1,07*1,62=2,08
K8= k`т,д* k``т,д*qя*(0,5* kт,y* kт,пл*(1/qя+1)-6)= 1,55* 1,07*1,62*(0,5* 42,45*
1,5*(1/1,62+1)-6)=94,623;
kт,y= 42,45; kт,пл=1,5;
K9=0,785*kc*A2* kт,д*(qз`*4+qз``*3) =0,785*0,899*0,2032*
1,07*(3500*4+25100*3)=2805,02;
q3=23500 ВА/м2; nз=6; Намагничивающая мощность
Qx=K6*Gc+K7*Gя+K8*Gy+K9*x2=2,279*668,279+2,08*592,26+94,623*49,254+
2805,02*1,0892=10745,223
Определяем основные размеры трансформатора
d  A x 0,203 1,089=0,222
d12  a  A x=1,484* 0,203 1,089=0,33
12
l    d12 /  3,14  0,33 / 1,408=0,735
2a2  b d 0,32 0,2220,089
C=d12+a12+2a2+a22=0,33+0,02+0,089+0,018=0,457
Таблица 4.1
β
X=β^(1/4)
X^2=β^(1/2)
X^3=β^(3/4)
A1/X
A2*X^2
1,2
1,04663514
1,09544512
1,14653135
515,90411
68,6701602
Gc=A1/X+A2*(X^2)
B1*(X^3)
B2*(X^2)
584,57427 575,7785499 570,572842 550,275414 536,342001 526,306866 518,860494
407,333425 437,5166277 457,2567669 552,100949 641,772532 727,434887 809,850875
35,2666642 36,98798943 38,09235096 43,1926661 47,751289 51,9111241 55,7614921
Gя=B1*(X^3)+B2*(X
^2)
Gст=Gc+Gя
Gy=К1*(Х^3)
K3*Gc
K4*Gя
K5*Gу
Px=K3*Gc+K4*Gя+K
5*Gy
Пс=К2*(Х^2)
K6*Gc
K7*Gя
K8*Gy
K9*(X^2)
Qx=K6*Gc+K7*Gя+
K8*Gy+K9*(X^2)
i0=(Qx/10)*S(%)
G0=C1/(X^2)
1,03*G0
Gпр=1,1*1,03*G0
R o,c*Gпр=2,36*Gпр
С а,ч=R o,c*Gпр+Gст
J=((kд*Рк)/(K*G0))
^(1/2)*10^6
σp=M*(X^3)
d=A*X
d12=a*d
l=π*(d12/β)
C=d12+a12+2a2+a22
1,32
1,071873374
1,148912529
1,231488749
503,7566783
72,0218716
1,4
1,087757306
1,183215957
1,287051801
496,4005917
74,1722503
1,8
1,15829219
1,34164079
1,55401204
466,171988
84,1034265
2,2
1,21788329
1,4832397
1,80641284
443,362165
92,9798364
2,6
1,26982343
1,61245155
2,04752876
425,227127
101,079739
3
1,31607401
1,73205081
2,27950706
410,283438
108,577057
442,600089
1027,17436
39,2034517
739,486452
559,889113
207,296092
474,5046171
1050,283167
42,10840783
728,3598656
600,2483407
222,6566281
495,3491179
1065,92196
44,00828038
721,7746451
626,6166341
232,7025842
595,293615
1145,56903
53,1364763
696,098399
753,046423
280,969746
689,523821
1225,86582
61,7668399
678,472632
872,247633
326,604519
779,346011
1305,65288
70,0113389
665,778186
985,872704
370,198957
865,612367
1384,47286
77,943394
656,358525
1094,99964
412,141285
1506,67166
0,02990628
1182,18455
800,164309
4719,519
2307,18004
1551,264834
0,031365975
1164,396961
857,8436112
5069,232995
2419,790842
1581,093863
0,032302478
1153,869458
895,5278004
5297,949708
2492,039266
1730,11457
0,03662757
1112,82197
1076,21466
6396,85024
2825,70692
1877,32478
0,0404933
1084,64443
1246,57081
7435,81909
3123,93654
2021,84985
0,04402086
1064,35038
1408,95783
8428,33551
3396,07707
2163,49945
0,04728599
1049,29158
1564,91636
9383,23829
3647,97195
9009,0479
0,90090479
485,626279
500,195067
550,214574
1298,50639
2325,68075
9511,26441
0,951126441
463,0264893
476,917284
524,6090124
1238,077269
2288,360436
9839,386233
0,983938623
449,60257
463,0906471
509,3997118
1202,18332
2268,10528
11411,5938
1,14115938
396,512196
408,407562
449,248318
1060,22603
2205,79506
12890,9709
1,28909709
358,658776
369,41854
406,360394
959,010529
2184,87635
14297,7208
1,42977208
329,91809
339,815632
373,797196
882,161382
2187,81426
15645,4182
1,56454182
307,137027
316,351137
347,986251
821,247553
2205,72041
42807,0409
3,20689717
0,20605809
0,28848132
0,75485945
0,4042933
43839,27654
3,444526646
0,211026906
0,295437668
0,773061899
0,411249645
44488,92426
3,599938878
0,214154082
0,299815715
0,784517788
0,415627692
47373,7782 49811,035 51935,3703 53827,0042
4,34663807 5,05261388 5,72702543 6,37587863
0,22804076 0,23977286 0,24999866 0,25910432
0,31925706 0,335682 0,34999813 0,36274605
0,83538931 0,8783679 0,91582843 0,94918551
0,43506904 0,45149398 0,4658101 0,47855803
13
Таблица β.
Рис. 4.2. График значений Рх по табл. 4.1
Рис. 4.3. График значений i0 по табл. 4.1
14
Рис. 4.4. График значений J по табл. 4.1
Рис. 4.5. График значений Gст по табл. 4.1
15
Gя
1200
1000
800
600
Gя
400
200
0
1,2
1,32
1,4
1,8
2,2
2,6
3
Рис. 4.6. График значений Gя по табл. 4.1
Рис. 4.7. График значений Gс по табл. 4.1
16
Са.ч
2100
2050
2000
1950
Са.ч
1900
1850
1800
1750
1,2
1,32
1,4
1,8
2,2
2,6
3
Рис. 4.8. График значений Са,ч по табл. 4.1
Са.ч.=1878,102 (β=1,4); Px=2341;
d=0,22; I0=1,07; X=1,087; X2=1,183; X3=1,287
5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ.
5.1. Диаметр стержня: d  A x=0,203*1,087=0,221 (м)
5.2. Активное сечение стержня: Пc=К2*x2 =0,029*1,183=0,035(м2).
5.3. Средний диаметр обмотки: d12 ad=1,484*0,22 =0,329(м2)
5.4. Высота обмоток: l    d12 /  =3,14*0,329/1,4=0,738 (м).
5.5. Высота стержня: lc  l  2l0=0,738+2*0,05=0,838 (м)
5.6. Напряжение одного витка предварительно:
uв4,44*f*Пс*Вс=4,44*50*0,034*1,6=12,337(В)
5.7. Число витков на одну фазу обмотки НН: W1=Uф1/uв=230,94/12,337=18
5.8. Уточнённое напряжение одного витка uв=Uф1/W1=230,94/18=12,83(В)
5.9. Действительная индукция в стержне Всuв/ (4,44*f*Пс)=
12,83/(4,44*50*0,034)=1,69
17
5.10. Средняя плотность тока для алюминиевых обмоток
Pk∗uв
Jcp=0,463*kд*
S∗d12
11600∗12,83
*104=0,463*0,93*
1000∗0,329
*104=2,476*106=1877994 (A/м2)
Допустимая плотность тока в обмотках из алюминия: J доп 2,7106( А/м2)
1,877*106 2,7106( А/м2)
Расчет обмоток трансформатора начинают с обмотки низшего напряжения НН,
располагаемой между стержнем и обмоткой ВН.
6. РАСЧЕТ ОБМОТОК ТРАНСФОРМАТОРА.
6.1. РАСЧЕТ ОБМОТОК НН.
6.1.1. РАСЧЕТ ДВУХСЛОЙНЫХ И ОДНОСЛОЙНЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ
ОБМОТОК ИЗ ПРЯМОУГОЛЬНОГО ПРОВОДА
Число слоев обмотки (рис. 6.2) выбирается обычно равным двум. Для
трансформаторов мощностью на один стержень до 6-10 кВ∙А обмотка может
быть намотана в один слой и в редких случаях для более мощных
трансформаторов – в три слоя.
Для двухслойной обмотки число витков в одном слое: wсл1=w1/2=18/2=9
18
Ориентировочный осевой размер витка
hв1=l1/(wсл1+1)=0,785/(9+1)=0,078 м
Ориентировочное сечение витка П`1=I1/(Jcp*10^-6)=
1443,375
1877994,6∗10−6
=76,857 (мм 2)
Значение большего из двух размеров поперечного сечения провода
для алюминиевого провода b≤
q∗kр
1,72∗J2 ∗10−8
=
800∗0,8
1,72∗1877994,62 ∗10−8
=0,01 м;
где kp=0,8 – для цилиндрических обмоток;
q=800 Вт/м2 – для алюминиевых обмоток;
При этом необходимо соблюдать следующие правила:
а) число параллельных проводов nв1 не более 4-6 при намотке плашмя и не
более 6-8 при намотке на ребро;
б) все провода имеют одинаковые размеры поперечного сечения;
в) радиальные размеры всех параллельных проводов витка равны между собой;
г) радиальные размеры проводов не выходят за предельные размеры,
найденные по формулам и кривым рис. 6.3 по предельному q (обычно для
масляных трансформаторов q 1200 Вт/м2 и в редких случаях q 1400 Вт/м2 );
д) при намотке на ребро отношение радиального размера провода к осевому
его размеру не менее 1,3 и не более 3;
е) расчетная высота обмотки ( 1) hв1 wсл1  на 5-15 мм меньше l (см. рис. 2.1).
19
По ориентировочному сечению витка выбираем марку провода, число
параллельных проводов и его размеры с изоляцией и без нее по табл. 5.2 из [2].
Размеры провода записываются в мм.
Марка провода ∙ 𝑛в1 ∙
a∙b
a′∙b′
= AПБ ∙ 6 ∙
4,5∙ 18
4,7∗18,2
nв1=6; Полное сечение витка из nв1 параллельных проводов определяется по
формуле: П1=nв1*П`1*10−6 =6*76,8*10−6 =0,0004 (м2)
Полученная плотность тока J1=I1/П1=1443,37/0,0004=3129991 (А/м2)
Осевой размер витка определяется по рис.6.1:
hв1=nв1*b`*10−3 =6*0,0182*10−3 = 0,109 (м)
20
Осевой размер обмотки l1=hв1*(wсл1+1) + (0,005…0,015)=
0,192*(9+1)+0,01=1,2 (м)
Радиальный размер обмотки (обозначения по рис. 6.1)
6.11 двухслойной: a1=(2a`+a11) *10^-3 = (2*4,5+2,5) *10^-3= 0,012(м)
Радиальный размер канала a11 при 1 U1  кВ выбирается по условиям изоляции
не менее 4 мм.
Внутренний диаметр обмотки a01=5
D1  d  2*а01*10^-3=0,22+2*5/1000=0,221 (м)
Наружный диаметр обмотки
D1 D 1 2а1=0,232 +2*0,012=0,245 (м)
Полная охлаждаемая поверхность обмотки НН для всего трансформатора
kз  0,75
П01 с *kз*π*(D1  D1) l1=3*0,75*3,14*(0,221+0,245)* 0,001= 7,939(м2)
6.2. РАСЧЕТ ОБМОТОК ВН.
Число витков при номинальном напряжении
Wн2=W1*
Uф2
Uф1
11547,01
=18*
230,94
=950
Число витков на одной ступени регулирования напряжения при соединении
обмотки ВН в звезду
Wp=
ΔU
=
800
uв∗√3 12,83∗√3
=37
21
При четырех ступенях:
верхние ступени напряжения: w2  wн2  2wр= 950+2*37=1024
верхние ступени напряжения: wн2  wр=950+37=987
при номинальном напряжении: wн2=950
нижние ступени напряжения: wн2  wр= 950-37=913
нижние ступени напряжения: wн2  2wр=950-2*37 =886
l2(ВН)=l1(НН)= 1,2(м)
Плотность тока в обмотке ВН предварительно
J2 2*J ср –J1 =(2*1,877-3,129)*10^6=0,626*106 (А/м2 )
Сечение витка обмотки ВН предварительно
П`2=
I2
J2∗10−6
=28,867
28,867
0,626∗106 ∗10−6
=46,11 (мм2)
Для алюминиевого провода
b≤
q∗kр
1,72∗𝐽2 ∗10−8
=/
750∗0,8
1,72∗6259982 ∗10−8
=0,09 (м),
где kp= 0,8 – для цилиндрических обмоток
=750 Вт/м2 – для алюминиевых обмоток.
6.2.2. РАСЧЕТ МНОГОСЛОЙНОЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ОБМОТКИ ИЗ
ПРЯМОУГОЛЬНОГО ПРОВОДА.
q  1200...1400 (Вт/м2); добавочные потери (от 5 до 20%).
22
Общий суммарный радиальный размер проводов, необходимый для получения
полного сечения всех витков обмотки, для обмотки ВН; koc=0,93;
П2  П`2*10−6 =46,11 *10−6 =4,6*10−5
b=
w2∗П2
1022∗4,6∗10−5
l2∗koc
1,2∗0,93
=
=0,042(м)
обмотку следует разделить на две концентрические катушки так, чтобы у
каждой из них суммарный размер был не больше допустимого.
Марка провода × nв2*
a∗b
a`∗b`
3,75∗12,5
=АПБ*7*
4∗12,7
Полное сечение витка П2  nв2 *П2/10^6 =7*46,1 *10−6 ==0,000032 м2
Полученная плотность тока J2=I2/ П2=28,867/0,00032=894283,15 (А/м2 )
Число витков в слое wсл2=
l2
nв2∗b`
∗ 103 − 1=
1,2
7∗12,7
∗ 103 − 1=134
Число слоев в обмотке nсл2=w2/wсл2=1024/134=8
Рабочее напряжение двух слоев U мсл=2*wсл2*uв=2*134,11* 12,83=3320,057 В
23
7. РАСЧЕТ ТОКА ХОЛОСТОГО ХОДА.
полный фазный ток холостого хода равен Ix=
Qx
m∗Uф
=
10708,05
3∗230,94
= 15,46А
Относительное значение тока холостого хода в процентах номинального тока
i0=
Qx
10∗S
=
10708,05
10∗1000
= 1,07 %
Активная составляющая тока холостого хода, фазное значение
Ixa =
Px
m∗Uф
=
2336,26
=3,372 A
3∗230,94
и в процентах номинального тока i0a=
Px
=
2336,26
10∗S 10∗1000
= 0,234%
Реактивная составляющая – соответственно
Ixp=√ Ix 2 − Ixа2 =√15,462 − 3,3722 = 15,083A
I0p =√ I02 − I0а2 =√1,07 2 − 0,2342 =1,045 %
Заключение.
Величина β для данного трансформатора составляет 1,4 из-за потерь холостого
хода. В первичной обмотке(НН) трансформатора 18 витка во вторичной(ВН)
1024 витка. Обмотку следует разделить на две концентрические катушки. Тип
обмотки – цилиндрическая многослойная из прямоугольного медного провода.
Материал магнитной системы – холоднокатаная текстурованная рулонная сталь
марки 3404 толщиной 0,35 мм. Прессовка стержней бандажами из стеклоленты
(рис. П1.1, б); прессовка ярм-балками, стянутыми стальными полубандажами и
внешними шпильками. Число зазоров на прямом стыке 3 на косом 4.
24
Спецификация к чертежу.
25
Чертеж.
26