Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора

Задание на курсовое проектирование Введение

1. Расчет основных электрических величин

2. Выбор изоляционных расстояний и расчет основных размеров трансформатора

2.1 Выбор изоляционных расстояний

3. Расчет обмоток трансформатора

3.1 Расчет обмоток низкого напряжения

3.2 Расчет обмоток высшего напряжения

4. Определение параметров короткого замыкания

5. Расчет магнитной системы

5.1 Определение размеров и массы магнитопровода

5.2 Расчет потерь холостого хода

5.3 Расчет тока холостого хода

6. Тепловой расчет трансформатора

7. Расчет массы трансформатора

Список используемой литературы

Задание на курсовое проектирование

Согласно заданию необходимо спроектировать трехфазный масляный двухобмоточный трансформатор, имеем следующие данные:

— номинальная полная мощность S_н = 750 кВА;

— число фаз m = 3;

— номинальные линейные напряжения обмоток высшего и низшего напряжения = 3 / 0,69 кВ;

— частота напряжения f = 50 Гц;

— номинальные потери холостого хода Р_о = 2500 Вт;

— номинальные потери короткого замыкания Р_к = 9500 Вт;

— номинальное напряжение короткого замыкания U = 5,5%;

— номинальный ток холостого хода i_о = 5,1%

Развитие электротехники первоначально происходило по линии применения постоянного тока. Между тем бурно развивающаяся в XIX в. промышленность требовала все более мощные источники электрической энергии и передачи ее от мест получения до потребителя. Однако постоянный ток, несмотря на многие его положительные качества, не удовлетворяет этим требованиям, так как не может получаться в генераторах большой мощности и передаваться на большие расстояния. Передаче энергии по линиям большой протяженности препятствовала невозможность повышения напряжения генератора сверх определенного предела. Такое повышение является необходимым во избежание больших потерь энергии в линии. Кроме того, непосредственное использование электрического тока при высоком напряжении в ряде случаев, например для освещения, оказалось бы невозможным по условиям безопасности.

В связи с этим применение переменного тока стало все больше привлекать внимание ученых-электротехников, в чем большую роль сыграли русские электротехники того времени, впервые открывшие метод трансформирования переменного тока и показавшие возможность его практического использования.

Первый шаг в получении трансформации сделал в 1877 г. русский ученый П. Н. Яблочков, который построил установку с последовательно соединенными индукционными катушками, вторичные обмотки которых питали им же изобретенные «свечи Яблочкова». Таким образом, индукционные катушки представляли по существу трансформаторы.

Вслед за этим трансформатор был усовершенствован русским изобретателем Н. Ф. Усагиным (1882 г.) и немецким инженером Дери (1885 г.).

Следующим этапом развития применения переменного тока было изобретение русским электротехником М.О. Доливо-Добровольским трехфазной системы переменного тока (1889 г.) и трехфазного трансформатора (1891 г.).

С этого времени благодаря найденным практическим решениям проблем — трехфазного электродвигателя и трансформирования переменного тока — начинается бурный рост использования электрической энергии в промышленности. Одновременно с этим стало увеличиваться значение мощности изготовляемых трансформаторов и росло напряжение, получаемое с их помощью.

Трансформаторы сами электрическую энергию не производят, а только ее трансформируют, т. е. изменяют величину электрического напряжения. При этом трансформаторы могут быть повышающими, если они предназначены для повышения напряжения, и понижающими, если они предназначены для понижения напряжения. Но принципиально каждый трансформатор может быть использован либо как повышающий, либо как понижающий в зависимости от его назначения, т. е. он является обратимым аппаратом.

Силовые трансформаторы обладают весьма высоким коэффициентом полезного действия (к. п. д.), значение которого составляет от 95 до 99,5%, в зависимости от мощности. Трансформатор большей мощности имеет соответственно и более высокий к. п. д.

1.Расчет основных электрических величин

1.1 Мощность одной фазы и одного стержня, кВА

S =

Где Sмощность трехфазного трансформатора, кВА; m — число фаз

= 250 кВА;

1.2 Номинальная линейные токи на сторонах ВН и НН, А

I =,

Где U — номинальные линейное напряжение, В;

I_ном. вн = = 144,5 А

I_{ном НН} = _{= 630,25 А}

1.3 Фазные токи на сторонах ВН и НН, А

При схеме соединения «звезда» фазные токи равны линейным токам

I _{ф ВН = 144.5 А}

I_{ф НН = 630,25 А}

1.4 Фазные напряжения обмоток ВН и НН при схеме соединения «звезда» равны, В

Uф.ВН = = 1734,1 В

U_ф НН = = 398.84 В

2. Выбор изоляционных расстояний

2.1 Выбор изоляционных расстояний

Выбираем испытательные напряжение по табл.5.1 «1» для обмотки: ВН U_{исп. ВН} =18 кВ; для обмотки НН U_исп.НН = 5 кВ.

По таблице 4.1 «1» выбираем тип обмоток. Обмотка ВН при напряжении 3кВ и токе 144,5 А — многослойная — многослойная цилиндрическая из медного прямоугольного провода; обмотка НН при напряжении 0.69 кВ и токе 630.25 А — однослойная цилиндрическая из медного прямоугольного провода.

Для испытательного напряжения обмотки ВН U_{исп. ВН} =18 кВ по таблице 5.3 «1» находим изоляционные расстояния а₁₂ = 0.9 см., h_о =2 см,

а₂₂ = 0,8; для обмоток НН U_исп.НН = 5 кВ по таблице 5.8 «1» находим

а₀₁ = 1.5 см .

2.2 Расчет основных размеров трансформаторов

2.2.1 Определяем диаметр стержня, см;

Д_{o = ,}

Где а_р - ширина приведенного канала расстояния трансформатора,

а_{р =} а₁₂ + (а₁ +а₂)/3

(а₁ + а₂)/ 3 ^.К_р ^.,

К_кр — коэффициент канала расстояния, принимаем 0,8 табл. 6.3 «1».

(а₁ + а₂) / 3 = 0.8 =0,8 ^.3,98 = 3,18 см А_р = 0,9 + 3,18 = 4,08 см

U_р — реактивная составляющая короткого замыкания, %,

U_р =

U_a = P_k /10 ^. S = =0,33%

U_P = =5,35%

— отношения основных размеров, принимаем = 1,2, табл. 6,1(1);

К_р — коэффициент приведения идеального поля расстояния к реальному полю, принимаем К_р = 0,95

К_З — коэффициент заполнения сталью, принимаем К_з = 0,9;

В_с — магнитная индукция в стержне, принимаем В_с =1,65 Тл.

Д_о = 16=18,9 см

Принимаем нормализованный диаметр Д_о = 20 см, где П_ф.с = 278 см²

П_с по таблице 3.2(1) выбираем сталь марки 3405 толщиной: 0,3 мм с жаростойким покрытием с отжигом и коэффициентом заполнения сечения стержня (ярма) К_з = 0,96.

2.2.2 Определяем ЭДС витка, В

U_в = 4,44 ^. f ^.В_с ^. П_с ^.10^-4,

Где П_с — активное сечение стержня, см,

П_с = П_ф.с ^. К_з = 278 ^. 0,96 = 266,9 см²

U_в = 4,44 ^.50 ^. 1,65 ^. 266,9 ^.10^-4=9,78 В.

2.2.3 Определим высоту обмотки, см,

Н_о = Д₁₂ / ,

Где Д₁₂ -средний диаметр между обмотками,

Д₁₂ = а_ср. ^.Д_о

а_ср. — для медных проводов а_ср. = 1,35 1,4 принимаем 1,4

Д₁₂ = 1,4 ^. 20 = 28 см Н_о = = 73,27 см.

3. Расчет обмоток

3.1 Расчет обмоток НН

3.1.1 Число витков на одну фазу обмотки НН,

_нн = U_ф.нн / U_{в. =} 398,84 / 9,78 = 40,78, принимаем 41.

3.1.2 Уточняем ЭДС одного витка, В

U_в. = U_ф.нн / _нн = 2398,84 / 41 =398,84 В

3.1.3 Действительная индукция в стержне, Тл, В_с = U_в ^. 10⁴ / 4,44 ^.f ^. П_с = 9,78 ^. 10⁴ / 4,44 ^. 50 ^.266,9 = 1,65 Тл

3.14 Рассчитаем ориентировочное сечение витка, мм П_в.нн = I_ф.нн /

Рис. 1 Основные размеры трансформатора.

Где-средняя плотность тока, принимаем =2,8 А/мм² по табл.7.1(1)

П_нн = 630,25 / 2,8 = 225,09 мм²

3.1.5 Определим число витков в одном слое,

_сл. = _нн = 41

3.1.6 Ориентировочный осевой размер витка, см

h_в = Н_о / (_сл. +1) = 73,27 / (41 + 1) =1,74 см

Рис. 2 Определение осевого размера витка и радиального размера для витковой обмотки: а — одноходовой; бдвухходовой.

Выбираем по табл.7.2(1) провод для многослойной цилиндрической обмотки прямоугольного сечения:

ПБ3 = 3 ^. 75,64 мм² = 226,92 мм², т. е. три провода в витке П_в.нн = 226,92 мм²

3.1.7 Уточняем плотность тока, А/мм²

Рис. 3 Определение радиальных размеров обмотки.

_нн = I _ф.нн /П_в.нн 630,25 / 226,92 А/мм².

3.1.8 Уточняем высоту обмотки, см Н_о = h_в (_сл. + 1) +1 1,74(41 + 1) + 1 =74,08 см.

3.1.9 Определяем радиальный размер обмотки, см, а₁ = а^/ = 4,25 см.

3.1.10 Внутренний диаметр обмотки, см, Д^/₁ = Д_о + 2а₁ =18,9 + 2 ^. 4,25 = 27,4 см.

3.1.11 Наружный диаметр, см, Д^//₁ = Д^/₁ + 2а₁ = 27,4 + 2 ^. 4,25 = 35,9 см.

3.2 Расчет обмотки ВН

3.2.1 Число витков на одну фазу обмотки ВН на основном ответвлении,

_вн = _нн ^. U_ф.вн / U_ф.нн = 41 ^. 1734,1 / 398,84 = 178,26 = 178.

3.2.2 Число витков на одной ступени регулирования,

_р = 2,5_вн / 100 = 2,5 ^. 178 / 100 = 4,45 =5.

3.2.3 Число витков на ответвлениях,

+ 5% _вн = _н.вн + 2_р = 178 + 2 ^. 5 = 188

+ 2,5% _вн = _н.вн + _р = 178 + 5 = 183,

Номинальное напряжение

_н.вн = 178

— 2,5% _вн = _н.вн — _р = 178 — 5 = 173

— 5% _вн = _н.вн — 2_р = 178 — 2 ^. 5 =168.

3.2.4 Ориентировочная плотность тока А/мм²,

_вн = 2- I_нн = 2 ^. 2,8 — 2,8 = 2,8 А/мм²

3.2.5 Ориентировочное сечение витка, мм²,

П_в.вн = I_ф.вн / _вн = 144,5 / 2,8 = 51,6 мм²,

Выбираем многослойную цилиндрическую обмотку из прямоугольного провода по табл.5.2(2)

ПБ ав = 14,0 5,6.

3.2.6 Полное сечение витка, мм²,

П_в = п_пр.П_пр,

Где n_пр. - число параллельных проводов;

П_пр. — сечение одного провода, табл.5.2 (2),

П_в = 3^. 14,0 5,6 = 3 ^. 78,4 = 235,2 мм².

3.2.7 Уточняем плотность тока, А/мм²,

_вн = I_ф.вн / П_в = 144,5 / 235,2 = 0,6 А/мм².

3.2.8 Вычислим число витков в слое,

_сл. = Н_о / (n_пр. ^. d^/) — 1 = 73,27 / (3 ^. 5,6) — 1 = 4,6 5.

3.2.9 Определим число слоев в обмотке,

n_сл. = _вн / _сл. =178 / 41 = 4,34, принимаем 5.

3.2.10 Рабочее напряжение двух слоев, В,

U_м сл. = 2_сл. ^. U_в = 2 ^. 41 ^. 9,78 = 801,96 В

Межслойную изоляцию по табл.5.5 (1) выбираем в два слоя кабельной бумаги — 0,12 мм, выступ изоляции на торцах обмотки 1 см на одну сторону.

3.2.11 Радиальный размер обмотки, см, а₂ = d^/_сл. + _м сл.(n_сл. - 1),

где _м сл.— число слоев и толщина кабельной бумаги, табл.5.5 (1),

а₂ = 5,6 ^. 5 + 0,012 ^. 2(5 -1) =28,096 см 28 см.

3.2.12 Внутренний диаметр обмотки, см, Д^/₂ = Д^//₁ + 2а₁₂ = 35,9 + 2 ^.0,9 = 37,7 см.

3.2.13 Наружный диаметр обмотки, см Д^//₂ = Д^/₂ + 2а₂ = 37,7 + 2 ^. 28 = 93,7 см.

4. Определение параметров короткого замыкания

4.1 Определение потерь короткого замыкания

4.1.1 Основные потери обмотки НН, Вт, Росн. НН = 2,4 _нн ^.М_м нн ,

Где М_м нн — масса металла обмотки НН, кг,

М_м нн =28 ^. с ^.. _нн ^. П_в нн ^. 10^-5 = 28 ^. 3 ^{. .} 41 ^. 226,92 ^. 10^-5 =247,35 кг. Р_{осн НН} = 2,4 ^. 2,8^{2 .} 247,35 = 4654,14 Вт.

4.1.2 Основные потери обмотки ВН, Вт, Р_{осн ВН} = 2,4_нн ^.М_м вн

Мм вн = 28 ^.3 ^{. .} 178 ^. 235,2 ^.10^-5 = 2310,48 кг Р_{осн вн} = 2,4 ^. 0,6^{2 .} 2310,48 = 1996,25 Вт.

4.1.3 Добавочные потери в обмотке НН, К_д нн = 1+ 0,095_д². а^{4 .}(h² -0,2),

Где _д= bm К_р / Н_о

b -размер проводника, парралельный направлению линий магнитной индукции осевой составляющей поля рассеивания,

m — число проводников в обмотке, К_р -коэффициент приведения поля рассеяния, К_р = 0,95

= 0,22

а — размер проводника, перпендикулярный направлению линии магнитной индукции осевой составляющей поля рассеяния,

n — число проводников обмотки,

К_д.нн = 1+ 0,095 ^. 0,22^{2 .} 0,45⁴(3 — 0,2) = 1,001.

Рис. 4 ак расчету массы обмоток; б — к определению добавочных потерь в обмотках.

4.1.4 Добавочные потери в обмотке ВН К_д вн = 1 + 0,044 ^. _д1^{2 .} d^{4 .} n²,

Где = bm ^.К_р /Н_о, d — диаметр проводника;

_д1 = 14 ^. 5^. 0,95 / 73,27 = 0,26

К_д вн =1 + 0,044 ^. 0,26^{2 .} 5,6^{4 .}3² = 2,74

4.1.5 Длинна отводов для схемы соединения «звезда» ВН и НН имеют одинаковую длину, см,

l_отв.ВН = l_отв.НН = 7,5Н_о = 7,5 ^. 73,27 = 549,5 см

4.1.6 Масса отводов НН, кг, М_отв.НН = _м ^.П_в.НН ^. l_отв.НН ^. 10^-8,

Где — плотность металла отводов,

_м = 8900 кг/м³

М_отв.НН = 8900 ^. 226,92 ^. 549,5 ^. 10^-8 = 11,09 кг

4.1.7 Потери в проводах НН, Вт, Р_отв.НН = 2,4 ^. М_отв.НН = 2,4 ^. 2,8^{2 .}11,09 =208,67 Вт

4.1.8 Масса отводов ВН, кг М_отв.ВН = _м ^. П_в.ВН ^. l_отв.ВН ^. 10^-8 = 8900^. 235,2 ^. 11,09 ^. 10^-8 = 0,23 кг

4.1.9 Потери в отводах ВН, Вт, Р_отв.ВН =2,4_вн^{2 .} М_отв.ВН = 2,4 ^. 2,8^{2 .}0,23 = 4,3 Вт

4.1.10 Потери в стенках бака и других элементах конструкции, Вт Р = 10 ^.К ^. S,

Где К — принимаем К = 0,015

S — полная мощность трансформатора, кВА,

Р = 10 ^. 0,015 ^. 750 = 112,5 Вт.

4.1.11 Полные потери короткого замыкания, Вт, Р_к = К_дНН ^. Р_осн.НН + К_дВН ^.Р_осн.ВН + Р_отв.ВН + Р_отв.НН + Р =

= 1,001 ^. 4654,14 + 1996, ^. 2,74 + 208,67 + 4,3 +112,5 10 453,98 Вт или 1098 ^. 100% / 600 = 174,2%

4.2 Расчет напряжения короткого замыкания

Рис. 5 Поле рассеяния двух концентрических обмоток: 1- обмотка ВН; 2- обмотка НН; 3- ярмо; 4- стержень; 5- поток рассеяния.

4.2.1 Расчет активной составляющей, %,

Uа = Р_к / (10S) =10 453,98 / 10 ^. 750 =1,39%

4.2.2 Расчет реактивной составляющей, %,

U_р = 7,92 ^. f ^. S^{| .}а_р ^.К_р ^.К_q ^. 10^-3/ U,

Где = Д₁₂ / Н_о

Д₁₂ = Д^//₁ + а₁₂ = 35,9 + 0,9 = 36,8 см

= 3,14 ^. 36,15 / 73,27 = 1,55

а_р — ширина приведенного канала расстояния, см,

а_р = 0,9 + = 11,65 см

К_q - коэффициент учета неравномерного распределения витков по высоте К_q = 1,

К_р — коэффициент, учитывающий отклонения реального поля рассеяния от идеального параллельного,

К_р 1;

= (а₁₂ + а₁ + а₂) /Н_о == 0,14

К_р = 1- 0,14 = 0,86

U_р = = 16,13%

4.2.3 Напряжение короткого замыкания, %,

Рис. 6 Продольное и поперечное поля в концентрических обмотках: 1и 2- обмотки внутренняя и наружна

U_к = = = 16,13% Или = 358,5 В

4.3 Расчет механических сил в обмотках

4.3.1 Установившейся ток короткого замыкания, А,

Iк.у. = I_ном.ВН ^. 100 / U_к == 895,8 А

4.3.2 Мгновенное максимальное значение тока короткого замыкания, А,

i_к.max = 1,44 ^. K_max ^. I_кy,

где K_max - коэффициент учитывающий периодическую составляющую тока КЗ.

K_max = 1 + e ^-U_a ^U_p = 1+ e ^- = 0,27

I_к.max = 1,41 ^. 0,27 ^. 895,8 = 341 А

4.3.3 Радиальная сила, Н,

F_p = 0,628(i_к.max ^. _BH)^2.К_р ^. 10^-6 = 0,628(341 ^. 178)^{2 .} 1,55 ^. 0,86 ^. 10^-6 =

= 3168,45 Н.

4.3.4 Полная осевая сила, Н,

F_ос.д = (F_р ^. а_р) / 2Н_о = = 251,89 Н.

Рис. 6 Осевые силы: аопределение h_х; приближенное определение l_а.р.:

1- обмотка НН; 2- обмотка ВН; 3- стержень; 4- прессующее кольцо; 5- ярмовая балка; 6- стенка бака.

Согласно рис. вторая составляющая осевой силы, равна = 0, т.к. регулировочные витки располагаются по высоте всего наружного слоя.

4.4 Расчет обмоток на магнитную прочность

Рис. 6 К определению механических напряжений.

4.4.1 Напряжение на сжатие в проводе обмотке НН, МПа,

_сж.р= F_р / 2_НН ^. П_в.НН = = 0,24 МПа или _сж.р.д= = 0,008%

4.4.2 Напряжение сжатия на прокладках обмотки НН, МПа

_сж.= F_ос.д / (n _пНН ^. a₁ ^.b_пНН),

где n_п — число прокладок по окружности обмотки;

a₁ - радиальный размер обмотки, мм;

b_п — ширина прокладки, мм

_сж = = 1.48 МПа или _сж.д = = 7,4% допустимого.

4.5 Расчет температуры нагрева обмоток при коротком замыкании

4.5.1 Температура обмотки через t_к = 4сек. Возникновения короткого замыкания, ^оС,

V_к.а = (670t_к / (12,5 ^. (U_к/ I_ВН)² — t_к)) + V_н,

Где t_к - наибольшая продолжительность короткого замыкания,

V_н — начальная температура обмотки, V_н = 90^оС.

V_к.а = + 90 = 96,5⁰С,

Что ниже допустимой температуры для медных обмоток

V_к.а 250⁰С, табл.8.1(1).

4.5.2 Время достижения температуры 250⁰С, с,

t_к 250 = 2,5 (U_к / _ВН)² = 82,96 с.

5. Расчет магнитной системы

5.1 Определение размеров и массы магнитопровода

Выбираем трехфазную конструкцию магнитной системы с косыми стыками на крайних стержнях и прямыми на среднем. Прессовку стержня осуществляем расклиниванием с обмоткой, ярма — ярмовыми балками без бандажей.

5.1.1 Рассчитываем расстояние между осями обмоток, см, А = Д^//₂ + а₂₂ = 93,7 +0,8 = 94,5 см принимаем 95.

По табл. 9.1(1) определяем сечения стержня, ярма и объема угла:

П_ф.с. = 278 см²; П_я = 279 см²; h_я =17,5 см; V_у =4,69 дм².

5.1.2 Определим высоту окна, см, Н = Н_о +h^| _о +h^|| _о = 73,27+ 2 + (1,5+1,8) = 78,57 cм, принимаем 79.

5.1.3 Масса угла, кг, М_у =V _у ^. _ст.^. К_з,

Где V _у — объем угла, дм²; К_з - коэффициент заполнения сечения сталью; _ст — плотность электротехнической стали, _ст = 7850 кг/см²

М_у = 4,69 ^. 7,65 ^. 0,96 = 34,44 кг

5.1.4 Масса стержней, кг, М_с = с ^. П_ф.с^.К_з. ^.(Н + h_я) _ст^. 10^-3 — с^. М_у,

Где с — число стержней магнитной системы;

П_ф.с — площадь поперечного сечения стержня, см;

h_я — высота ярма.

М_с = 4 ^.278 ^.0,96 ^.(79 +17,5) ^. 7,65 ^. 10^-3 — 3 ^. 34,44 = 487,73 кг

5.1.5 Масса ярма, кг, М_я = 4 П_ф.я ^.К_з ^. А ^. _ст ^. 10^-3 — 4 М_у,

Где П_ф.я — площадь поперечного сечения ярма, см²

Мя = 4^. 279 ^. 0,96 ^. 95 ^.7,65 ^.10^-3 — 4^.34,44 = 640,85 кг

5.1.6 Масса стали магнитопровода, кг, М_ст. = М_с + М_я + 6 М_у = 487,73 + 640,85 + 6 ^.34,44 = 1335,22.кг.

5.2 Расчет потерь холостого хода

Вс =1,65 Тл; В_я = В_с ^. П_ф.с / П_ф.я = = 1,64 Тл

Среднее значение индукции в углах возьмем равным индукции в стержне В_у = В_с = 1,64 Тл.

Из табл.9.2(1) находим значение удельных потерь и из табл.9.3(1) коэффициент увеличения потерь для углов с прямыми и косыми стыками:

Р_с =1,238 Вт/кг; Р_я = 1,260 Вт/кг; К_пр.= 2,61; К_к = 1,59.

5.2.1 Определим потери в магнитопроводе, Вт, Р_о = К₁ (М_ср_с + М_яр_я + М_у(К_прn _пр. + К_кn _к)),

Где К₁ — коэффициент, учитывающий добавочные потери в магнитопроводной системе;

n _пр. и n _к — числа углов с прямыми и косыми стыками.

Р_о = 1,1(487,73 ^.1,238 +640,87 ^. 1,26 + 34,44 ^{. .}(2 ^. 2,61 + 4 ^. 1,59))= 2100,33 Вт

Потери получились меньше нормированных ГОСТ 11 920;85 на

= -0,8%.

5.3 Расчет тока холостого тока

5.3.1 Средняя индукция в косом стыке, Тл, Вк.з. = (В_с + В_я) / 2 = = 1,16 Тл

Из табл. 9.2(1) находим значение удельных намагничивающих мощностей стержней, ярм, прямого и косого стыков и из табл. 9.3(1) — коэффициенты увеличения намагничивающей мощности для углов с прямыми и косыми стыками:

q_с = 1,84 Вт/кг; q _я = 1,775 Вт/кг; q _к.з. =0,298 В^.А/см²; q _з.с. = 2,240 В^.А/см²;

q_з.я = 2,176 В^.А/см²; К^/_пр = 13,4; К_к = 2,48.

5.3.2 Полная намагничивающая мощность, ВА,

Q_x = К₂^/(М_с q_с + М_я q _я + М_у (n _пр К_пр^/ + n _кК_к^/) + n _з.я q_з.я ^. П_з.я +n _з.с q _з.сП_з.с + n _з.к ^. q _к.з.) = 1,65(487,73 ^. 1,84 + 640,85 ^. 1,775 + 34,44^. (2 ^. 13,4 + 4 ^. 2,48) + 2 ^.2,176 ^.279 + 2,24 ^. 278 + 4 ^{. . .} 0,298) = 10 942,81 В^.А.

5.3.3 Относительное значение тока холостого хода, %,

i₀ = Q_х / (10S) = = 1,45%

5.3.4 Относительное значение реактивной составляющей тока холостого хода, %,

i_{о, а} = P_о / (10S) = = 0,28%

5.3.5 Относительное значение реактивной составляющей тока холостого хода, %,

i = = =14,8%

5.3.6 Коэффициент полезного действия при номинальной нагрузке, %,

= = = 98,3%.

6. Тепловой расчет трансформатора

6.1 Удельная тепловая нагрузка обмотки НН, Вт/м²

qоНН = (21,4 ^.I_кат. ^. _кат. ^{. .} К_д) / (К_зак. ^.Н_о ^. n_пов.),

где I_кат. — ток проходящий через катушку, А;

_кат. — число витков в катушке;

К_д — коэффициент учитывающий добавочные потери;

n_пов — число теплоотдающих поверхностей К_зак. — коэффициент закрытия.

К_зак. = 1 ;

К_зак. = 1-= 0,84

q_оНН = = 2518,245 Вт/м²

6.2 Удельная тепловая нагрузка обмотки ВН, Вт/м²

Кзак. = 1- (2nВ / (Д₂^/ +Д₂^//)) = 1-(2^. 4 ^.8/ 3,14(37,7+93,7))= 0,85 Вт/м²

qоВН =21,4 ^.144,5 ^. 178 ^. 2,8 ^. 2,74/ 0,85 ^. 73,27 ^. 3 = 2260,166 Вт/м²

6.3 Привышение температуры обмоток ВН и НН над температурой масла, ^оС, табл. 10.3 (1)

_омНН = 0,159 ^. q_оНН^0,7 = 0,159 ^. 2518,24^0,7 = 38,2^оС

_омВН = 0,159 ^. q_оВН^0,7 = 0,159 ^.2260,17^0,7 = 35,4^оС.

6.4 Находим ширину бака, см

Вб = Д^//₂ +2а_об,

Где Д^//₂ — наружный диаметр обмотки;

а_об — изоляционное расстояние от внешней обмотки до стенки бака, принимаем 6 см, по табл.10.7 (1),

В_б = 93,7 + 2 ^. 6 = 105,57 см, принимаем 106 см.

6.5 Определим длину бака, см

Аб = 2А + В_б,

Где, А — расстояние между осями стержней магнитопровода, см, А_б = 2 ^. 95 + 106 = 296 см.

6.6 Определим глубину бака, см

Нб = Н + 2 h_я + h_я кр ,

Где Н — высота окна, см;

h_я — высота ярма, см;

h_я кр — сумма расстояний от магнитопровода до дна и крышки бака, принимаем 20 см по табл.10.7 (1)

Н_б = 78,57 + 2 ^.17,5 +20 = 133,57 см.

6.7 Поверхность гладкого овального бака и крышки, м²

Пб = (2(А_б — В_б) + рВ_б) = (2(296 — 106) + 3,14 ^. 106) = 9,5 м²

6.8 Определяем допустимое среднее превышение температуры масла над воздухом из условия, чтобы температура наиболее нагретой катушки обмоток превышала темтературу воздуха не более, чем допускает ГОСТ 11 677–85, т. е

_м = 65⁰С —_о.м = 65 — 38,2 = 26,8^оС

6.9 Для этого превышения температуры, определяем превышение температуры в верхних слоях масла

_мВВ = 1,2 _мВ + _м, где _м — поправка, _м = (а_ц — 0,48) / 0,03,

а_ц — отношение высоты центра потерь (активной части) высота центра охлаждения бака.

а_ц = Н_n / Н_охл. = (Н + h_я) /(2Н_б — Н _о.р — 30) = = 0,75

_м = = 9^оС _мВВ = 1,2 ^. 26,8 + 9 = 41,2 41^оС

По табл. 10.6 (1) определяем q_б = 551Вт/м².

6.10 Потери отводимые с поверхности бака, Вт

Qб = (П_б + 0,75П_кр.) = 9,5 + 0,75 ^. 2,9 = 11,67 Вт

6.11 Потери отводимые с поверхности радиаторов, Вт

Qр =Р_о +Р_к — Q_б = 210,33 + 10 453,98 — 11,67 =10 652,64 Вт.

6.12 Необходимая поверхность радиаторов, м²

Пр = Q_р / q_б = = 23,67 м²

По табл. 10.8 (1) выбираем два радиатора Н_р =1295 мм; Н_ор = 1100 мм;

С тремя рядом труб П_р =13,05 м²; М_р = 148 кг; М_тр = 81 кг.

7. Расчет массы трансформатора

7.1 Масса активной части, кг

Ма.ч. = 1,2(М_пр + М_ст.),

Где М_пр — масса провода, кг

М_пр = 1,06(М_мНН + 1,05 М_мВН + М_отвНН + М_отвВН) = 1,06(247,35 + 1,05 ^. 2310,48 + 11,09 ^. 0,23) = 2845,7 кг М_а.ч. = 1,2(2845,7 + 487,73) = 4000 кг.

7.2 Масса бака с радиаторами, кг

Мб = _ст ^. V_б.ст + М_р, Где _ст = 7890 кг/м³

V_б.ст =

= П_б + П_кр +П_д = 9,5 + 2,9 + 2,9 = 15,3, где П_кр = 2,9

_ст — толщина стали бака, _ст = 10 мм

V_б.ст. = 15,3 ^. 0,01 = 0,153

М_б = 7850 ^. 0,153 + 2 ^. 148 = 426,05

7.3 Общая масса масла, кг

Мм = 1,05(0,9(V_б — V_а.ч.) + М_тр ^. 10³ ,

где V_б — объем бака, м³;

V_б = П_д Н_б = 2,9 ^. 1,33 = 3,86 м³

Vа.ч — объем активной части, м³

Vа.ч = М_а.ч. / _а.ч. = =0,72 м³

М_тр — масса масла в элементах системы охлаждения

М_м = 1,05(0,9(3,86 — 0,72) +2 ^.0,148) = 3,27 кг

7.4 Масса трансформатора, кг

Мтр = М_а.ч + М_м + М_б = 4000 + 3,27 + 426,05 = 4429,3 кг = 4,429 т

Список используемой литературы

1. Гончарук А. И. Расчет и конструирование трансформаторов, М. Энергоиздат, 1990.

2. Тихомиров П. М Расчет трансформаторов, учебное пособие для ВУЗов, М. Энергоиздат, 1986.

3. Васютский С. Б. Вопросы теории и расчета трансформаторов, Л. Энергия, 1970.

4. Вольдек А. И. Электрические машины, учебник для студентов высших технических учебных заведений, Л. 1966.

5. Дымков А. М. Расчет и конструирование трансформаторов, М. Высшая школа, 1971.