книги / Расчет силового трансформатора
..pdfМИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РСФСР
ПЕРМСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ А.М.ГОРЬКОГО ПЕРМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
Э. Г. Манн
РАСЧЕТ СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА
Учебное пособие
Пермь 1977
621.314.212 (07) U .2-35
M 235 Э.Г.МАНН. Расчет силового трансформатора. Учебное пособие. Изд. Пермского ун-та, 1977.
32 с.
Учебное пособие по расчету силового трансформатора типа ТМ предназначено для студентов специальностей"Электропривод и авто матизация промышленных установок",. "Электроизоляционная и ка бельная техника"/'Электрификация и автоматизация горных работ", выполняющих курсовой проект по силовым трансформаторам.
В нем приведены все необходимые расчетные формулы, сделаны ссылки на литературу, которой следует пользоваться, а тякне да ны рекомендации по разработке конструктивных элементов трансфор матора.
Учебное пособие подготовлено кафедрой электропривода Перм ского политехнического института.
Печатается по постановлению редакционно-издательского со вета Пермского политехнического института.
621.314.212(07)
© Пермский политехнический институт, 1977
В в е д е н и е
Цель учебного пособия - оказать помощь студентам в проек тировании силовых трансформаторов типа ТМ специальности "Элек тропривод и автоматизация горных работ" /0634/1. "Электропривод и автоматизация промышленных установок" /0628/,"Электроизоляци-- онная и кабельная техника /0603/.
Проект состоит из расчета трансформатора и разработки его конструкции (I лист чертежей формата 24).
Расчетная часть проекта начинается с определения основных электрических величин - мощностей фазы, фазных значений тока и напряжения, обмоток низкого и высокого напряжений (прилож.Х).
Затем определяется основные размеры трансформатора , рассчитыва ются обмотки низкого и высокого напряжений, характеристики корот кого замыкания, выполняется окончательный расчет магнитной систе мы - расчет разиеров и активных сечений стержня и ярма,веса стали, потерь, тока холостого хода, определяется КПД трансформатора. Далее выполняется тепловой расчет трансформатора и, наконец, вы ясняются основные технико-экономические показатели спроектирован ного трансформатора.
Проект должен быть представлен I листом чертежей формата 24 и пояснительной запиской со всеци расчетами и обоснованиями по выбору основных величин' трансформатора, В записке должны со держаться: задание н а ,проектирование с исходными данными, ис черпывающий расчет всех требуемых величин, графические построе ния внешней характеристики и кривой КПД, а также эскизы сечения стержня, расположения обмоток, схемы соединений, конструкции охладительной системы (с указанием основных разиеров) и т.д.
Расчетные формулы и другие материалы, взятые из литературных источников, необходимо давать со ссылкой,указываемой в скобках номером, под которым этот источник значится в перечне литературы.
В перечне нужно приводить фамилию и инициалы автора, назва ние литературного источника, издательство и год издания.
При расчетах следует пользоваться системой СИ. Пояснения в записке необходимо давать кратхо, соблюдая
техническую терминологию и ссылаясь на соответствующие расчеты, таблицы, графики.
Расчетные схемы, графики, эскизы нужно сопровождать поясни тельными надписями и нумеровать. Графики следует выполнять на миллиметровой бумаге размером 203x288 мм или 407x288 мм. При изображении схем надо пользоваться указанием стандартов ЕСКД.
Записка пишется qr руки, чернилами, на писчей бумаге стан дартного формата. В конце ее должна стоять подпись исполнителя
проекта.
Задание, пояснительная записка, схемы, эскизы «графики дол жны быть сброшюрованы в одну тетрадь с обложкой из чертежной бумаги, на которой указывается наименование института, кафедры, проекта, фамилия студента и руководителя проекта, год.
|
Графическая часть проекта оформляется на одном листе форма |
||
та |
согласно ГОСТу 2 723-68/ЕСКД/. |
|
|
|
Ва чертеже приводится общий вид |
трансформатора в трех |
проек |
циях с разрезами, выявляющими осевое |
и радиальное строение |
об |
|
моток НН и ВН, строение стержня и ярма сердечника трансформатора, . расположение выемной части трансформатора в баке.
Чертеж выполняется карандашом. При его исполнении следует пользоваться указаниями стандартов Единой системы конструкторской документации /ЕСКД/.
В качестве объектов для курсового проектирования могут быть рекомендованы силовые трехфазные масляные трансформаторы мощностью от 25 до 2500 кВ*А включительно с напряжением обмоток до 35 кВ и сухие трехфазвые трансформаторы мощностью от 25 до 1600 кВ «А с напряжением обмоток до 10 кВ.
Задания, как правило., должны предусматривать применение хо лоднокатаной стали для магнитных систем и. медного или алюминиево го провода для обмоток.
Ли т е р а т у р а
1.Тихомиров П.М. Расчет трансформаторов. Ы., “Энергия",1975.
2.Сапожников А.В. Конструирование трансформаторов. М., Госэнергоиздат, 1959.
3.Сапожников А.В. Силовые трансформаторы /учебные таблицы/, й., Госэнергоиздат,1955.
4.Государственные стандарты: ГОСТ 11677-65 ; ГОСТ 12022-66; ГОСТ 11920-66;Г0СТ 14074-68.
Расчет основных электрических величин
I. Мощность одной фазы
SH
'V т >М6А
2. Мощность на один стержень
з ,=- |
>к8 ■А |
ft*
где пс - число активных /несущих обмотки/ стержней трансформа тора.- Для нормальных силовых масляных трехфазных трансформаторов
т«пс « 3.
3.Фазное напряжение ВН:
для соединения в |
звезду |
Ц * ~ % г ' в |
для соединения в треугольник ut(p^UfrB |
||
4. Фазное напряжение |
НН: |
у |
для соединения в |
звезду |
|
для соединения в треугольник US(ft-Ua,B
5. Номинальный ток высокого напряжения /ВН/
V s'/ТС/, гА 6. Номинальный ток низкого напрянения/НН/
SH fO> П 'и г
?.Номинальный фазный ток ВН:
для соединения обмоток в звезду для соединения обмоток в треугольник
1,,А ,
_ I»
£1ф~-^->А
8. Номинальный фазный ток НН: |
|
|||
для |
соединения |
обмоток в |
звезду 1гф = 1а,А , |
|
для |
соединения |
обмоток в |
треугольник |
~7зГ> ^ |
9.Испытательные напряжения обмоток: для обмотки m - U toCf7 , * В \
для обмотки НН- Uzucn , к В ,
в зависимости от класса изоляции и рабочего напряжения выби
раются |
по табл. 4-1, 4-2, 4-3 работы [ I ] . |
( |
10. Заданная величина активной составляющей напряжения ко |
||
роткого |
замыкания |
|
|
**'*и |
WO - |
|
|
Va = |
|
|
|
UH |
10SH |
|
где Рк |
принимается в ваттах, |
Зн - в |
киловольтаыперах. |
II. Заданное значение реактивной составляющей напряжения ко |
|||
роткого замыкания Up = VU£ - t/f ’% |
где UH - напряжение ко |
||
роткого замыкания трансформатора. |
|
||
|
Главные |
размеры |
|
Главными размерами трансформатора называются диаметр стер |
|||
жня d |
, высота обмотки 2 и средний диаметр канала рассеяния |
||
d U2 |
/рис. 4/. |
|
|
|
t |
|
|
Рис.I.Запрессовка |
Рис«2.Запрессовка яр- |
Рис.З.Четырехсту- |
|
трехступеичатого |
ма прессующими балка- |
пенчатый |
стержень |
стержня путем рас |
ми |
с двумя |
продольны |
клинивания с жестким |
|
ми охлаждающими |
|
цилиндром |
|
каналами |
|
12. Выбор конструкции сердечников стержневых трансформаторов. Поперечное сечение стержня обычно выполняется в виде сту
пенчатой фигуры, вписанной в окружность /рис.1/, |
для наибольшего |
заполнения сталью поперечного сечения окружности |
диаметром d , |
а также для получения наиболее технологичных цилиндрических обмо ток. Число ступеней в сечении стержня определяется з зависимости от мощности трансформатора по табл.2-2’работы [i] . Число ступе
ней стержня считается по числу углов в одной четверти круга /рис.З/. Форма поперечного сечения ярма обычно выбирается более прос
той, чем поперечное сечение стержня (рис. 2) .Активное сечение яр ма принимают равным сечению стержня или для уменьшения потерь и тока холостого хода берут на 5-15# больше сечения стержня.
Конструкция ярма и стержня сердечника, собранного из пластин, должна обеспечивать достаточную жесткость и отсутствие
вибрации листов при работе. Зти условия удовлетворяются,если сер дечник запрессовывается при напряжении сжатия между листами, рав ном 3-4 кГ/см^. Для яриа такая сила сжатия обеспечивается запрес совкой между двумя прессующими ярмовыми балками (рис. 2 к приложи), Для стержней различного диаметра способ запрессовки выбирается
по табл. 2-$ работы [i] . |
|
|
||
Охлаждение маслом магнитопровода со |
|
|
||
стержнем, диаметр которого больше 35 см, не |
|
|
||
обеспечивается теплоотдачей с наружной по |
|
|
||
верхности стержня. При |
d > 35 см применя |
|
|
|
ют внутренние охлаждающие каналы. Размеры |
|
|
||
и число продольных каналов могут быть выб |
|
|
||
раны из табл. 2-4 [i] |
. Продольные по от |
|
|
|
ношению к листам каналы в стержне продол |
|
|
||
жаются в ярме. |
|
|
|
|
13. Выбор марки стали и вида меяду- |
|
|
||
листовой изоляции. |
|
|
|
|
Сердечник трансформатора шихту |
|
|
||
ется из листовой электротехнической стали |
|
|
||
следующих марок: горячей прокатки - 341, |
|
|
||
Э42, 343, холодной прокатки - 3310,3320, |
|
|
||
3330. Трансформаторная листовая сталь вы |
Рис. 4. Основные раз |
|||
пускается в основном толщиной 0,5 и |
||||
меры трансформатора: |
||||
0,35 мм. |
|
|||
|
/ - |
обмотка вН; |
||
Междулистовой |
изоляцией может |
2 - |
обмотка НН |
|
|
|
|||
служить бумага или лаковое покрытие. Односторонняя оклейка листов стали бумагой толщиной 0,33 мм обеспечивает надежную электричес- 'кую изоляцию между листами сердечника. Такая оклейка дешевле ла ковой. Однако двухсторонняя лаковая изоляция механически прочнее, имеет большую теплопроводность , выдерживает более высокую тем пературу и имеет меньшую толщину.
14. Общий коэффициент заполнения сталью |
.~ К |
-К |
г*е |
|
|
’ |
п кр |
|
f * |
нр- коэффициент заполнения площади круга площадью ступенчатой фигуры; Лд - коэффициент заполнения площади ступенчатой фигуры сталью, учитывающий толщину изоляционного слоя и неплотность за прессовки листов. Значения Ккр и Н3 выбираются из табл. 2-1, 2-6
И] •
15. |
Выбор индукции |
в стержне В' |
Рекомендуемые значения |
|
индукции |
в |
отеряне В с |
для различных марок стали приведены в |
|
табл. 2-Ц |
[I] |
|
|
|
16. |
Диаметр стержня d |
Трансформатор может |
быть выполнен |
при различных соотношениях между |
числом витков обмотки |
W и диа |
|
метром |
стержня d |
|
|
По методике, предложенной П.М.Тихомировым, критерием эконо |
|||
мичности по выбору оптимальных главны*. размеров трансформатора |
|||
является коэффициент j s , равный |
отношению средней длины витка |
||
двух обмоток трансформатора к их высоте
Оптимальные |
значения коэффициента ja |
выбираются по |
табл. I2-I |
|||||||||
работа [ l ] . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Определение диаметра |
стержня |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
V |
|
|
|
' |
|
|
|
|
|
|
d |
= |
. |
j |
v- B' |
< |
’с"; |
|
|
|
где |
= 0,95; 0 ^ = ^ + |
|
|
|
|
,см |
(рис. 4); а/г |
- ширина кана |
||||
ла рассеяния; |
- ширина |
обмотки НН; аг -. ширина |
обмотки ВЦ. |
|||||||||
Минимальная ширина канала рассеяния а |
выбирается |
(табл.4-5; |
||||||||||
4-15 [ l ] |
) |
из условия электрической прочности изоляции по испы |
||||||||||
тательному напряжению обмотки ВН. |
|
|
|
|
|
|||||||
Радиальные размеры |
обмоток. НН и Hi могут быть предваритель |
|||||||||||
но рассчитаны |
по формуле |
а -г*а г |
- |
V s r |
• см но не должны |
|||||||
быть меньше 1,2 см. Значение Л |
в этой формуле для У |
от 15 до |
||||||||||
100 КВА. следует брать равным 0,5, |
для З ' выше 100 КВА - рав |
|||||||||||
ным 0,4. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Окончательные размеры |
at |
я |
ag устанавливаются после расче |
|||||||||
та и выбора соответствующих обмоток.
17. Средний диаметр канала расоеяния: dK - d + 2a0,> 2at + a „ ,e * .
Размер канала |
/см. рис.4/ определяют по табл. |
||
4-4 El] .Ширина обмотки НН предварительно может |
быть рассчитана |
||
по опытной формуле л, - / (\/Sp |
см (принимается |
не менее |
1,3см). |
Коэффициент М в этой формуле может иметь |
следухщие |
зна |
|
чения: |
|
|
|
для трансформаторов с напряжением до 35 кВ |
К «--0,55; |
||
для трансформаторов с напряжением ВН Н О кВ |
/С» 0,45. |
||
18. Высота /осевой размер/ обмотки |
|
|
|
£ --- |
>Ct1 |
19. Активное сечение отррисня /чистое сечение стали/
|
jc d * |
|
"с % |
ц |
’«■/*. |
20. BjfeKTродвижующар |
сила |
одного витка |
иа ^ в с 1 7 е т ^ в/вшп
21. Число витков в обмотке НН'
W- _ S & L
*ив
Значение W2 округляют до целого числа и -уточняют ЪЮ зитка. 22.. Уточнение ЭДС одного витка:
|
**8 |
I |
Вит |
|
где |
- число виткор обмотки НН, |
округленное до целого. |
||
|
23, Уточнение индукции в |
стёрвне: |
|
|
|
|
цв |
г& * |
|
|
с |
4tW - fn c |
,Тл |
|
|
Здесь UQ - уточненное значение ЭДС одного витка. |
|||
|
Выбор КОНСТРУКЦИИ иаолщци и цвиицятгьшч |
|||
|
ДОПУСТИМЫХ иаолядипнннт расстояний |
|||
|
Конструкция изоляции и допустимые расстояния выбираются |
|||
одновременно с выбором-конструкции |
обмоток их расчетом. |
|||
Выбор главной изоляции обмоток /игаляция заземленных час тей, и между обмотками/. Ооновные размерь изоляционных деталей с учетом производственных допусков и минимально допустимые изоля ционные расстояния могут быть выбраны для обмотки НН по табл,
м , а для обмотки ВН по табл. 4-5 [ I ] •
Выбор витковой изоляции. Изоляцией между витками обычно слу жит собственная изоляция проводника. Марка и толщина изоляции про вода-дам различных значений Uueaмогут быть выбраны по табл.4-6(IJ.
Выбор междусдойной изоляции зависит от пр иня то й констютшии обмотки. В многослойных цилиндрических обмотках из круглого про вода размеры мехдуслойяой изоляции выбираются по табл. 4-7 [ I ] В двухслойной цилиндрической обмотке из прямоугольного провода междуслойная изоляция обычно выполняется из электротехнического картона ( табл. 4-в. [ I ] ).