Курсовая с практикой на тему Проект трёхфазного двухобмоточного понижающего трансформатора для питания сельских потребителей.

Содержание:

Исходные данные 4

ВВЕДЕНИЕ 5

1 Расчет основных электрических параметров 6

2 Определение исходных данных расчетов 8

2.1 Выбор схемы, конструкции и технологии изготовления магнитной системы 8

2.2 Выбор марки и толщины листов стали и типа изоляции пластин, индукции в магнитной системе 9

2.3 Выбор материала обмоток 10

2.4 Предварительный выбор конструкции обмоток 10

2.5 Выбор конструкции и определение размеров основных изоляционных промежутков главной изоляции обмоток 10

2.6 Предварительный расчет трансформатора 12

2.7 Определение диаметра стержня и высоты обмотки, предварительный расчет магнитной системы 13

3 Определение основных коэффициентов трансформаторов 14

4 Определение основных размеров 16

5 Расчет обмоток низкого и высокого напряжения 17

5.1 Обмотка НН 18

5.1 Обмотка ВН 20

6 Определение параметров короткого замыкания 23

6.1 Потери короткого замыкания 23

6.2 Напряжение короткого замыкания 23

6.3 Определение механических сил в обмотках 24

7 Расчет магнитной системы 26

8 Определение параметров холостого хода 29

8.1 Потери холостого хода 29

8.2 Расчет тока холостого хода 29

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 31

Список литературы 33

Введение:

Силовой трансформатор — это один из важнейших элементов электрической сети. Передача электрической энергии на большие расстояния от места ее производства до места потребления требует в современных сетях не менее чем пяти-шестикратной трансформации в повышающих и понижающих трансформаторах.

Трансформатор – это статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока.

В народном хозяйстве используются трансформаторы различного назначения в диапазоне мощностей от долей вольт-ампера до 1 миллиона кВА и более. Принято различать трансформаторы малой мощности с выходной мощностью 4 кВА и ниже для однофазных и 5 кВА и ниже для трёхфазных сетей и трансформаторы силовые мощностью от 6,3 кВА и более для трёхфазных и от 5 кВА и более для однофазных сетей.

Проектирование трансформатора ставит целью повышение качества трансформатора, экономия материалов и затрат на производство трансформатора, а также снижение потерь энергии при их работе. Полученный при проектировании опыт может быть полезен инженерам и техникам, работающим в области проектировании, производства, эксплуатации и ремонта трансформаторов.

Целью данной курсовой работы является проектирование трёхфазного масляного трансформатора ТМ – 25/10, соответствующего ГОСТ 12022-76.

Заключение:

В данной работе разработан силовой трехфазный масляный трансформатор мощностью 25 кВА.

В ходе выполнения работы была выбрана цилиндрическая многослойная обмотка из прямоугольного провода как на стороне НН, так и на стороне ВН. Достоинством обмотки является её хорошее заполнение окна магнитной системы и простая технология изготовления. Выбор прямоугольного провода позволил найти оптимальную плотность тока при минимальной массе металла обмотки, а также при прямоугольном сечении провода намотанная обмотка получается более компактной, а значит и механически прочней, влияя при этом на габариты трансформатора.

Отклонение напряжения короткого замыкания трансформатора составляет -1,19 %. При расчете не рекомендуется допускать его отклонение более чем на ± 5% заданного значения, в противном случае это может привести к увеличению потерь короткого замыкания.

Магнитная система представлена по ГОСТ из пластин толщиной 0,35 мм из стали 3411. Сталь плоскошихтованная холоднокатаная, что способствует уменьшению потерь потока (потоки рассеяния), но дороже в изготовлении (сложная и дорогостоящая технология). При стыке, выгоднее использовать косой стык (шесть косых стыков по углам и на среднем стержне). Применение холоднокатаной стали целесообразней с точки зрения эффективности работы трансформатора. Магнитные свойства холоднокатаной стали, существенно ухудшаются при различных механических воздействиях. Несмотря на этот недостаток холоднокатаной стали ее применение целесообразней с точки зрения эффективности работы трансформатора, т.к. трансформаторы с магнитной системой из такой стали имеют относительно малые потери и ток холостого хода, дают экономию в расходе активных, изоляционных и конструкционных материалов и являются экономичными в эксплуатации. Уменьшаются габариты трансформаторов. 

Фрагмент текста работы:

2.2 Выбор марки и толщины листов стали и типа изоляции пластин, индукции в магнитной системе

В ходе проектирования выбирается холоднокатаная электротехническая сталь марки 3411, толщиной 0,35 мм.

Пластины электротехнической стали, заготовленные для сборки магнитной системы, во избежание возникновения между ними вихревых токов должны быть надежно изолированы одна от другой. Это осуществляется нагревостойким электроизоляционным покрытием, что позволяет получить надежную и достаточно прочную изоляцию пластин, при высоком коэффициенте заполнения сечения пакета пластин сечением чистой стали. По таблице 2.2 [1] с учетом полной мощности трансформатора выбирается вид изоляционного покрытия. Покрытие − нагревостойкое.

Коэффициент заполнения равен k_з=0,96.

В соответствии с рекомендациями и исходными данными, по таблице 2.4 [1] выбирается индукция в стержнях трансформатора равная B_c=1,5 Тл.

2.3 Выбор материала обмоток

В данном курсовом согласно исходным данным проекте материал обмоток – алюминий.

2.4 Предварительный выбор конструкции обмоток

Согласно с указаниями, приведенными в таблице 5.8 [1] с учетом полной мощности трансформатора выбираются цилиндрические многослойные обмотки из прямоугольного провода на сторонах НН и ВН. Выбранные конструкции обмоток характеризуются простой технологией изготовления, однако вместе с этим обладают меньшей охлаждаемой поверхностью по сравнению с обмотками, имеющими радиальные каналы.

Простой цилиндрической обмоткой называется обмотка, сечение витка которой состоит из сечений одного или нескольких параллельных проводов, а витки и все их параллельные провода расположены в один ряд без интервалов на цилиндрической поверхности в ее осевом направлении. Обмотка, состоящая из двух или большего числа концентрически расположенных простых цилиндрических обмоток (слоев), называется двухслойной или многослойной цилиндрической обмоткой.

Содержание:

Введение 3

1. Конструктивные особенности и определение основных размеров активной части трансформатора 4

1.1. Расчёт основных электрических величин 4

1.2. Выбор материала и конструкции магнитной среды 5

1.3. Выбор материала и конструкции обмоток 5

1.4. Определение размеров главной изоляции обмоток 6

1.5. Определение диаметра стержня и высоту обмоток 7

2. Расчёт обмоток НН и ВН 8

2.1. Общие сведения 8

2.2. Расчёт обмоток НН 9

2.2.1. Общие вычисления для любого типа обмоток 9

2.2.2. Расчёт двухслойной цилиндрической обмотки из провода прямоугольного сечения 9

2.3. Расчёт обмотки ВН 10

2.3.1. Общие вычисления для любого вида обмоток 10

2.3.2. Расчёт многослойной цилиндрической обмотки из провода круглого сечения 11

3. Расчёт параметров короткого замыкания 12

3.1. Определение потерь короткого замыкания 12

3.2. Расчёт напряжения короткого замыкания 14

3.3. Определение механических сил в обмотках и нагрева обмоток при коротком замыкании 15

4. Расчёт магнитной системы трансформатора 17

4.1. Определение размеров и массы магнитной системы 17

4.2. Определение потерь холостого хода трансформатора 18

4.3. Определение тока холостого хода трансформатора 19

5. Тепловой расчёт трансформатора 20

5.1. Тепловой расчёт обмоток 20

5.2. Тепловой расчёт бака трансформатора 21

5.2.1. Гладкий бак 23

5.3. Расчёт превышений температуры обмоток и масла 23

Список использованных источников 25

Введение:

Основная часть электроэнергии переменного тока вырабатывается на размещённых вблизи источников энергоресурсов электростанциях. Выходное напряжение генераторов, вырабатывающих электроэнергию, составляет 6-35 кВ. На большие расстояния электроэнергию передают по линиям высокого напряжения 110-1150 кВ, потому что передача значительных мощностей на низких напряжениях 0,22–0,40 кВ практически невозможна, поскольку велики токи, а также сечения проводов линий электропередачи и потери мощности в них.

Чтобы повысить напряжения генераторов до напряжения линий и снизить напряжения линий до напряжения потребителей применяют силовые трансформаторы, без которых эффективная передача энергии невозможна. Как правило, в сети происходит 5–7 трансформаций напряжения, и общее число трансформаторов намного превосходит число генераторов. Для гибкого управления потоками энергии число и суммарная мощность трансформаторов каждой ступени с меньшим напряжением больше, чем предыдущей ступени с большим напряжением, поэтому суммарная мощность силовых трансформаторов в 8–10 раз больше мощности генераторов, которые установлены на электростанциях.

К силовым трансформаторам предъявляют достаточно жёсткие технико-экономические требования из-за их особой роли в процессе передачи энергии. В связи с этим при проектировании трансформаторов должны применяться новые инженерные решения, позволяющие уменьшить размеры, массу и стоимость изделия. Потерями холостого хода и короткого замыкания определяется экономичность трансформаторов в эксплуатации. Заданные потери мощности можно получить при рациональном соотношении основных размеров трансформатора; грамотном подборе современных магнитных, проводниковых, изоляционных материалов и их удельных нагрузок.

В большей степени надёжность трансформатора определяется работой вспомогательного оборудования – устройств охлаждения, регулированием напряжения, сигнализации и защиты.

Крупные специализированные научные, конструкторские и технологические подразделения трансформаторных заводов решают сложную и трудоёмкую задачу проектирования трансформаторов, используя средства современной вычислительной техники, методы математического и физического моделирования.

 

Фрагмент текста работы:

Конструктивные особенности и определение основных размеров активной части трансформатора

Расчёт основных электрических величин

Мощность одного стержня (фазы) трансформатора, кВА:

S^’=S_Ф=S_Н/m=25/3=8,33;

где S_Н – номинальная полная мощность, кВА;

т – число фаз трансформатора.

Номинальные линейные токи обмоток ВН и НН трансформатора, А:

I_(Л ВН)=S_Н/(√3∙U_ВН )=25/(√3∙6)=2,41;

I_(Л НН)=S_Н/(√3∙U_НН )=25/(√3∙0,23)=62,76;

где U_ВН, U_НН – номинальные линейные напряжения обмоток, кВ.

Фазные токи, А, и напряжения, кВ, обмоток ВН и НН трансформатора:

– соединение обмотки в «звезду с нулём» (обмотка ВН):

I_(Ф ВН)=I_(Л ВН)=2,41;

U_(Ф ВН)=U_(Л ВН)/√3=6/√3=3,46.

– соединение обмотки в «треугольник» (обмотка НН):

I_(Ф НН)=I_(Л НН)/√3=62,76/√3=36,23;

U_(Ф НН)=U_(Л ВН)=0,23.

Активная составляющая напряжения короткого замыкания, %:

u_а=(P_K∙〖10〗^3)/(10∙S_Н )=(0,62∙〖10〗^3)/(10∙25)=2,48;

где P_K – потери короткого замыкания, Вт.

Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания, %, определяется по заданному u_к и его активной составляющей:

u_р=√(u_к^2-u_а^2 )=√(〖4,2〗^2-〖2,48〗^2 )=3,39.

Определим наибольшие рабочие напряжения и испытательные напряжения с частотой f=50 Гц.

Таблица 1.1.1 – Испытательные напряжения для силовых трансформаторов

Класс напряжения, кВ до 1 6

Наибольшее рабочее напряжение, кВ 1,2 7,2

Испытательное напряжение частотой 50 Гц Uисп, кВ 5,0 25,0

 

Содержание:

Введение 3

1. Конструктивные особенности и определение основных размеров активной части трансформатора 4

1.1. Расчёт основных электрических величин 4

1.2. Выбор материала и конструкции магнитной среды 5

1.3. Выбор материала и конструкции обмоток 5

1.4. Определение размеров главной изоляции обмоток 6

1.5. Определение диаметра стержня и высоту обмоток 6

2. Расчёт обмоток НН и ВН 8

2.1. Общие сведения 8

2.2. Расчёт обмоток НН 8

2.2.1. Общие вычисления для любого типа обмоток 8

2.2.2. Расчёт двухслойной цилиндрической обмотки из провода прямоугольного сечения 9

2.3. Расчёт обмотки ВН 10

2.3.1. Общие вычисления для любого вида обмоток 10

2.3.2. Расчёт многослойной цилиндрической обмотки из провода круглого сечения 11

3. Расчёт параметров короткого замыкания 12

3.1. Определение потерь короткого замыкания 12

3.2. Расчёт напряжения короткого замыкания 14

3.3. Определение механических сил в обмотках и нагрева обмоток при коротком замыкании 15

4. Расчёт магнитной системы трансформатора 17

4.1. Определение размеров и массы магнитной системы 17

4.2. Определение потерь холостого хода трансформатора 18

4.3. Определение тока холостого хода трансформатора 18

5. Тепловой расчёт трансформатора 20

5.1. Тепловой расчёт обмоток 20

5.2. Тепловой расчёт бака трансформатора 21

5.2.1. Гладкий бак 22

5.3. Расчёт превышений температуры обмоток и масла 23

Список использованных источников 24

Введение:

Введение

Основная часть электроэнергии переменного тока вырабатывается на размещённых вблизи источников энергоресурсов электростанциях. Выходное напряжение генераторов, вырабатывающих электроэнергию, составляет 6-35 кВ. На большие расстояния электроэнергию передают по линиям высокого напряжения 110-1150 кВ, потому что передача значительных мощностей на низких напряжениях 0,22–0,40 кВ практически невозможна, поскольку велики токи, а также сечения проводов линий электропередачи и потери мощности в них.

Чтобы повысить напряжения генераторов до напряжения линий и снизить напряжения линий до напряжения потребителей применяют силовые трансформаторы, без которых эффективная передача энергии невозможна. Как правило, в сети происходит 5–7 трансформаций напряжения, и общее число трансформаторов намного превосходит число генераторов. Для гибкого управления потоками энергии число и суммарная мощность трансформаторов каждой ступени с меньшим напряжением больше, чем предыдущей ступени с большим напряжением, поэтому суммарная мощность силовых трансформаторов в 8–10 раз больше мощности генераторов, которые установлены на электростанциях.

К силовым трансформаторам предъявляют достаточно жёсткие технико-экономические требования из-за их особой роли в процессе передачи энергии. В связи с этим при проектировании трансформаторов должны применяться новые инженерные решения, позволяющие уменьшить размеры, массу и стоимость изделия. Потерями холостого хода и короткого замыкания определяется экономичность трансформаторов в эксплуатации. Заданные потери мощности можно получить при рациональном соотношении основных размеров трансформатора; грамотном подборе современных магнитных, проводниковых, изоляционных материалов и их удельных нагрузок.

В большей степени надёжность трансформатора определяется работой вспомогательного оборудования – устройств охлаждения, регулированием напряжения, сигнализации и защиты.

Крупные специализированные научные, конструкторские и технологические подразделения трансформаторных заводов решают сложную и трудоёмкую задачу проектирования трансформаторов, используя средства современной вычислительной техники, методы математического и физического моделирования.

 

Фрагмент текста работы:

Конструктивные особенности и определение основных размеров активной части трансформатора

Расчёт основных электрических величин

Мощность одного стержня (фазы) трансформатора, кВА:

S^’=S_Ф=S_Н/m=40/3=13,33;

где S_Н – номинальная полная мощность, кВА;

т – число фаз трансформатора.

Номинальные линейные токи обмоток ВН и НН трансформатора, А:

I_(Л ВН)=S_Н/(√3∙U_ВН )=40/(√3∙35)=0,66;

I_(Л НН)=S_Н/(√3∙U_НН )=40/(√3∙0,23)=100,41;

где U_ВН, U_НН – номинальные линейные напряжения обмоток, кВ.

Фазные токи, А, и напряжения, кВ, обмоток ВН и НН трансформатора:

– соединение обмотки в «звезду» (обмотка ВН):

I_(Ф ВН)=I_(Л ВН)=0,66;

U_(Ф ВН)=U_(Л ВН)/√3=35/√3=20,21.

– соединение обмотки в «треугольник» (обмотка НН):

I_(Ф НН)=I_(Л НН)/√3=100,41/√3=57,97;

U_(Ф НН)=U_(Л ВН)=0,23.

Активная составляющая напряжения короткого замыкания, %:

u_а=(P_K∙〖10〗^3)/(10∙S_Н )=(0,9∙〖10〗^3)/(10∙40)=2,25;

где P_K – потери короткого замыкания, Вт.

Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания, %, определяется по заданному u_к и его активной составляющей:

u_р=√(u_к^2-u_а^2 )=√(〖4,5〗^2-〖2,25〗^2 )=3,90.

Определим наибольшие рабочие напряжения и испытательные напряжения с частотой f=50 Гц.

Таблица 1.1.1 – Испытательные напряжения для силовых трансформаторов

Класс напряжения, кВ до 1 35

Наибольшее рабочее напряжение, кВ 1,2 40,5

Испытательное напряжение частотой 50 Гц Uисп, кВ 5,0 85,0