Курсовой проект "проектирование силового трансформатора"

СКАЧАТЬ:   Kurs-proekt-transf-metod.zip [174,12 Kb] (cкачиваний: 283)

Задание на проектирование трансформатора

Задание на расчет силового трансформатора представлено в табл. 1 и табл. 2.

Выбор варианта задания производится по последним цифрам шифра, присвоенного студенту. Для всех вариантов принять высшее напряжение (ВН) обмотки U₂ = 35 кВ. Для четной последней цифры шифра (варианта) низкое напряжение (НН) обмотки U₁ = 6,0 кВ, для нечетной цифры – U₁ = 10 кВ.

Т а б л и ц а 1

Исходные данные для проектирования

П р и м е ч а н и я.

1. Напряжение в задании указано линейное.

2. Потери и ток холостого хода (х. х.) приведены для ориентировочной оценки полученных в ходе расчета величин.

Т а б л и ц а 2

Дополнительные требования

П р и м е ч а н и я.

1. В обозначениях группы соединения на первом месте всегда указывается схема соединения обмоток высшего напряжения (ВН), а на втором – низкого напряжения (НН), независимо от нумерации обмоток в ходе расчета.

2. Приняты следующие условные обозначения схем соединения обмоток: Y – звезда, Д – треугольник.

Пример выполнения задания

Тема задания:Спроектировать трансформатор ТМ—6300/35– трехфазный двухобмоточный трансформатор с естественным масляным охлаждением, регулирование напряжения при отключенной нагрузке.

Исходные данные для расчета:

1. Номинальная мощность 6300 кВ˖А

2. Обмотка ВН 35 ±(2×2,5%) кВ

3. Обмотка НН 10,5 кВ

4. Схема и группа соединения обмоток У/Д-11

5. Частота 50 Гц

Курсовая работа выполняется в объеме:

1. Общая часть

1.1. Пути развития отечественного трансформаторостроения.

2. Расчетная часть

2.1. Расчет основных электрических величин трансформатора.

2.2. Выбор изоляционных расстояний и расчет основных размеров.

2.3. Выбор конструкции и расчет обмоток НН и ВН трансформатора.

2.4. Расчет потерь короткого замыкания.

2.5. Расчет магнитной системы и характеристик холостого хода.

2.6. Определение КПД трансформатора .

2.7. Тепловой расчет трансформатора.

2.8. Расчет массы трансформатора.

В качестве справочного материала использовать данные приведенные в конце указаний.

1. Общая часть

Пути развития отечественного трансформаторостроения и характеристику основных узлов проектируемого трансформатора студенты излагают, используя учебную и периодическую литературу объемом две-три страницы.

2. Расчетная часть проекта

2.1. Расчет основных электрических величин трансформатора

Номинальные линейные токи при любой схеме соединения

,

где – номинальная мощность по заданию, кВ×А;

– номинальное линейное напряжение по заданию, кВ;

– номер обмотки (ВН, НН).

Тогда номинальные линейные токи

Фазные токи при соединении «звезда» равны линейным:

при соединении «треугольник»

Фазные напряжения при соединении «звезда»

при соединении «треугольник»

Активная составляющая напряжения к. з.

где – потери к. з. по заданию, Вт.

Реактивная составляющая напряжения к.з.

,

где – напряжение к. з. по заданию, %.

2.2. Выбор изоляционных расстояний и расчет основных размеров трансформатора

Испытательные напряжения (по табл. 3): для обмотки ВН U_исп.ВН = 85 кВ, для обмотки НН U_исп.НН = 35 кВ.

Для испытательного напряжения обмотки ВН U_исп.ВН =85 кВ по табл. 4 находим изоляционные расстояния, а для испытательного напряжения обмотки НН
U_исп.НН =35 кВ по табл. 5 ( рис. 1):

а₁₂= 2,7 см осевой канал между обмотками НН и ВН одной фазы;

– расстояние от обмоток до ярма;

а₂₂ = 3 см – расстояние между обмотками ВН и ВН соседних фаз;

a₀₁ = l,75 см - расстояние от стержня до обмотки HH.

Для магнитопровода выбираем холоднокатаную текстурованную сталь марки 3405 толщиной 0,3 мм, обладающей низкими или особо низкими удельными потерями и повышенной магнитной проницаемостью, позволяющей повысить индукцию в сердечнике до В_с = 1,551,65 Тл с жаростойким покрытием с отжигом (принять для всех вариантов задания).

Расчет основных размеров трансформаторов.

Определяем диаметр стержня (рис. 2 а)

где – мощность одной фазы, определяется по формуле

а_р - ширина приведенного канала рассеяния трансформатора, определяется по формуле a_p= a₁₂+ (а₁ + а₂) /3. Размер (а₁+а₂) /3 предварительно определяют по формуле, где k_кр — коэффициент канала рассеяния, принимается равным 0,6 (по табл. 6). Тогдаk_кр= 0,6=4,1. Окончательно а_р = а₁₂ +k_кр= 2,7+4,1 =6,8 см;

β=1,2 – определяет соотношение между шириной и высотой трансформатора для разных мощностей (табл. 7), при этом меньшим значениям для одинаковых мощностей соответствуют трансформаторы, относительно узкие и высокие, большим –широкие и низкие (рис. 3 б);

k_р - коэффициент приведения идеального поля рассеяния к реальному полю (коэффициент Роговского) и при определении основных размеров можно принять равным 0,95;

- реактивная составляющая напряжения к.з.;

В_с=1,65 Тл - магнитная индукция холоднокатаной текстурованной стали марки 3405 толщиной 0,3 мм для масляных трансформаторов (табл. 8);

kс - коэффициент заполнения сталью (предварительно можно принять равным 0,9).

Подставив указанные параметры, определяем диаметр стержня

см.

Из нормализованной шкалы берем ближайшее значение нормализованного диаметра d₀ = 34 см (см. ниже).

Площадь полного поперечного сечения фигуры стержня П_ф.с. определится по формуле

П_ф.с=k_крπd_o²/4,

где k_кр- коэффициент заполнения площади (табл. 9), принимается равным 0,912 для масляных трансформаторов мощностью 6300 кВА с прессуюшей пластиной для ориентировочного диаметра 34 см с числом ступеней в сечении стержня 8 (рис. 2).

Тогда площадь поперечного сечения ступенчатой фигуры стержня

П_ф.с. =0,912˖3,14˖34²/4=829 см² .

Нормализованная шкала содержит следующие диаметры: 8; 9; 10; 11; 12,5; 14; 16; 18; 20; 22; 24; 26; 28; 30; 32; 34; 36; 38; 40; 42; 45; 48; 50; 53; 56; 60; 63; 67; 71; 75 – для магнитных систем без поперечных каналов;

80; 85; 90; 95; 100; 1003; 106; 109; 112;115; 118; 122; 125; 132; 136; 140; 145; 150 - для магнитных систем, имеющих поперечные каналы.

Определяем ЭДС витка

u_в=4,44·f·B_с·П_с·10^-4= 4,44·50·16,5·796·10 ^-4 = 29,16 В,

где П_с - активное сечение стержня

П_с = к₃·П_ф,с = 0,96·829 = 796 см²,

здесь к₃ = 0,96 – коэффициент заполнения для холоднокатаной текстурованной сталь марки 3405 толщиной 0,3 мм (табл. 10).

Определяем высоту обмотки (второй основной размер трансформатора)

Н_о=πD₁₂ = π·47,6/1,2= 125 см,

где D_{12 –} средний диаметр между обмотками (третий основной размер трансформатора, рис. 3 а), может быть приближенно определен по формуле

D₁₂ = α·d₀= 1,4·34 = 47,6 см,

где α = 1,44÷1,45 для алюминиевого провода, α = 1,3÷1,35 для медных обмоток.

Для расчета предлагаются два варианта конструкции плоской магнитной системы: с четырьмя косыми стыками по углам, двумя прямыми в ярме и одним прямым в стержне (рис. 4 а); с шестью косыми стыками и двумя прямыми в ярме (рис. 4 б). Принимаем для дальнейшего рассмотрения вариант с четырьмя косыми стыками по углам, двумя прямыми в ярме и одним прямым в стержне, поскольку в сердечниках, собираемых из холоднокатаной текстурованной стали, такой способ сборки способствует снижению потерь в зонах сопряжения стержней и ярм.

2.3. Выбор конструкции и расчет обмоток

Конструкция (тип) обмотки определяется рядом параметров: током, напряжением, сечением витка, числом витков и т. п. Для заданного ряда мощностей и напряжений ориентировочно тип обмотки можно выбрать по данным табл. 11 и 12.

Обмотки одно- или двухслойные и винтовые используются только на стороне НН, многослойные из круглого провода, как правило, – на стороне ВН, катушечные из прямоугольного провода могут быть использованы на любой стороне трансформатора.

Многослойная обмотка из круглого провода наиболее проста в изготовлении, однако имеет наихудшие условия охлаждения. Обмотка из прямоугольного провода имеет более лучшие условия охлаждения, проста в изготовлении и в связи с этим широко используется в практике трансформаторостроения. Катушечная обмотка является наиболее универсальной, достаточно простой и хорошо охлаждаемой. Поэтому для дальнейшего рассмотрения выбираем обмотку непрерывную катушечную из прямоугольного провода.

Катушкой называется группа последовательно соединенных витков обмотки, конструктивно объединенная и отделенная от других таких же групп или от других обмоток трансформатора. Следовательно, каждая обмотка может состоять из одной, двух, нескольких или многих катушек.

Во всех типах обмоток принять различать осевое и радиальное направления. Осевымсчитается направление, параллельное оси стержня трансформатора, на который насаживается данная обмотка. Радиальным считается направление любого радиуса окружности обмотки. В этом смысле принято говорить также об осевых и радиальных каналах (рис. 5).

Расчет обмоток проводим в следующей последовательности.

1. Расчет обмоток НН

Число витков на одну фазу обмотки НН определяется по формуле

где U_фНН - фазное напряжение НН; - ЭДС одного витка.

Тогда число витков на одну фазу обмотки НН

ω_нн = 10500/29,16 = 360 витков (округляем до целого числа).

Уточняем ЭДС одного витка

u_в,НН = U_{ф, НН}/ ω_нн = 10 500/360 = 29,17 В.

Действительная индукция в стержне определяется по формуле

B_c = u_B·10⁴/4,44 f П_c.= 29,17·10⁴/4,44 50·796= 1,65 Тл.

Ориентировочное сечение витка

П_в.НН = I_фНН/J = 200/1,8 = 111 мм²,

где J—средняя плотность тока в обмотках равна 1,8 А/мм²(по табл. 13 для алюминиевого провода).

К этому сечению витка по сортаменту обмоточного провода (табл. 14) подбираются число параллельных прямоугольных проводов обычно равным 2 (не более 4-6) и подходящие сечения прямоугольного провода. По табл. 14 выбираем провод с номинальными размерами по стороне а и стороне b с изоляцией на две стороны 0,5 мм.

Подобранные размеры провода записываются так:

Марка провода х Число параллельных проводов х ,

АПБ×n_пр× =2×=2·56,25= 112,5 мм²,

где АПБ – марка алюминиевого (круглого и прямоугольного сечения) провода(медные провода имеют марку ПБ); п_пр- число проводников в витке, которое подобрано из расчета, что их суммарное сечение должно быть близким к рассчитанному (111мм²), т.е по табл. 14 подбираем два провода в витке НН с сечением каждого провода 111/2=55,5 , ближайшее будет 56,25 мм².

Следовательно, реальное сечение витка из двух параллельных проводов НН принимается равным

П_в.НН = 112,5 мм².

Уточняем плотность тока

J_НН = I_ф.НН/ П_в.НН= 200/112,5 = 1,777 А/мм².

Число катушек на одном стержне

,

где — осевой размер (высота) канала (в трансформаторах мощностью от 160 до 6300 кВ·А и рабочим напряжением не более 35 кВ колеблется от 0,4 до 0,6). Принимаем = 0,4 см.

Тогда

.

Принимаем n_кат._НН = 60.

Тогда число витков в катушках НН (округляем до целого числа)

ω_кат._НН =.

Определяем высоту обмотки

H_o.НН =b'·n_кат.НН + к_у·h_кат·(п_кат.НН - 1) = 1,65 · 60+0,95·0,4· (60 - 1) = 123 см,

где к_у – коэффициент, учитывающий усадку изоляции после сушки и опрессовки обмотки, принимается равным 0,94÷0,96 (принимаем равным 0,95).

Определяем радиальный размер обмотки (рис. 6)

а₁=а'п_прω_катНН =0,405·2·6 = 4,86 см.

Внутренний диаметр обмотки

D₁’ = d₀+ 2˖a₀₁ =34 + 2 ·1,75 = 37,5 см.

Наружный диаметр обмотки

D₁” = D₁’ + 2˖а₁ = 37,5 + 2 · 4,86 = 47,22 см.

1. Расчет обмотки ВН

Число витков при номинальном напряжении на одну фазу обмотки ВН

Обычно ступени регулирования напряжения делаются равными между собой. В этом случае число витков обмотки на одной ступени регулирования

ω_р = 2,5· ω_номВН /100 = 2,5 · 693/100 = 17,325,

принимаем ω_р = 17 витков.

Обычно ответвления для регулирования напряжения делают от наружных витков обмотки ВН. Для трансформаторов типа ТМ регулирование напряжения без возбуждения (ПБВ).

Число витков на ответвлениях на верхних ступенях:

+ 5% ω_ВН = ω_ном,_ВН + 2ω_р = 693+2·17=727;

+ 2,5% ω_ВН = ω_ном,ВН+ ω_р = 693 +17 = 710.

Число витков на номинальное напряжение ω_ном,_ВН = 693.

Число витков на ответвлениях на нижних ступенях:

-2,5% ω_ВН= ω_ном,ВН - ω_р =693 - 17 = 676,

-5% ω_ВН = ω_ном,ВН - 2 ω_р = 693-2·17 = 659.

Ориентировочная плотность тока

J_ВН = 2J - J_НН = 2 · 1,8 - 1,777 = 1,823 А/мм².

Ориентировочное сечение витка

П_в.ВН = I_ФВН/J_ВН = 104/1,823=57,04 мм².

По полученному сечению витка подбираем число и реальное сечение провода ВН по табл. 14:

мм,

где АПБ – марка провода; п_пр - число проводников в витке ВН, по табл. 4 принимаем равным 1, т. е. один провод в витке ВН, т.к. самое близкое к расчету 57,04 мм².

Следовательно, реальное сечение витка ВН принимается равным

П_в.ВН = 56,25 мм².

Уточняем плотность тока

J_ВН = I_Ф,_ВН/ П_в.ВН = 104/56,25= 1,849 А/мм².

Таким образом, получили провод унифицированный, т. е. один и тот же в обеих обмотках НН и ВН, поэтому и число катушек принимаем равное, т. е. n_кат.ВН = 60.

Обычно в обмотке ВН выделяют регулировочную часть (иногда в виде отдельной обмотки) и разделяют на ряд ступеней с необходимым числом витков, концы которых выводят с помощью ответвлений (катушечные обмотки).

Тогда из расчета, что число витков на одной ступени регулирования равно 17, предусматриваем на каждую ступень регулирования по 2 катушки с числом витков в каждой по 8,5. Поэтому регулировочных катушек будет (2 кат. х 4 отв.) = 8 катушек. Следовательно, основных катушек будет 60 – 8 = 52.

Число витков в основных катушках ВН (округляем до целого)

ω_кат._ВН = ω_ВН / п_кат.ВН =693/52 = 13.

Высота обмотки

Н_{0 ВН} =b’n_{кат, ВН} + k_у [h_{кан. ВН} (n_{кат, ВН} - 2) + h_{кан, р} ]=1,65·60 + 0,94 [0,4·(60 - 2)+1,5] =123 см,

где — осевой размер (высота) канала (в трансформаторах мощностью от 160 до 6300 кВ·А и рабочим напряжением не более 35 кВ колеблется от 0,4 до 0,6), принимаем 0,4 см;

h_{кан, р} - высота канала в месте разрыва обмотки и размещения регулировочных витков выбирается по изоляционным соображениям и рекомендуется принять равным 1,5 см;

к_у - коэффициент, учитывающий усадку изоляции после сушки и опрессовки обмотки, равен 0,94÷0,96 (в отдельных случаях 0,9), принимаем равным 0,94.

Определяем радиальный размер обмотки

а₂ = а'·п_пр ω_кат.ВН = 4,05·1·13=5,27 см.

Внутренний диаметр обмотки

D₂’ = D₁” + 2a₁₂ =47,22 + 2 · 2,7 = 52,65, см.

Наружный диаметр обмотки

D₂” = D₂’ + 2а₂ = 52,68 + 2 · 5,27 = 63,16 см.

2.4. Расчет потерь короткого замыкания

Потерями короткого замыкания двухобмоточного трансформатора называются потери, возникающие в трансформаторе при установлении в одной из обмоток тока, соответствующего номинальной мощности, и замкнутой накоротко другой обмотке.

Потери короткого замыкания рассчитываем по следующей методике.

1. Расчет основных потерь в обмотках

Основные потери НН:

- для алюминиевого провода

Р_осн,НН = 12,75 М_А,НН = 12,75• 1,777²·436= 17544 Вт,

- для медного провода

Р_осн,НН = 2,4 М_А,НН ,

где М_А,НН - масса металла обмотки НН, которая для алюминиевого провода сопределяется по формуле

М_А.НН= 8,47·с˖D_ср˖ω_НН˖П_в.НН·10^-5= 8,47·3360·112,5·10^-5 = 436 кг,

где с — число активных (несущих обмотки) стержней трансформатора (для трехфазного принимается равным 3; D_ср — средний диаметр обмотки, определяется как среднее между внутренним D₁’ и наружным D₁” диаметрами обмоток НН, см; ω_НН — число витков обмотки НН; П_в.НН·— сечение витка на НН, мм².

Для медного провода с расчет проводят по следующей формуле

М_А.НН = 28·с˖D_ср˖ω_НН˖П_в.НН·10^-5.

Основные потери обмотки ВН:

- для алюминиевого провода

Р_{осн, ВН} = 12,75·М_А.ВН = 12,75 · 1,849² · 572= 24933 Вт.

- для медного провода

Р_осн,ВН = 2,4 М_А,ВН,

где М_А,ВН - масса металла обмотки ВН, которая для алюминиевого провода сопределяется по формуле

М_А.ВН= 8,47·с˖D_ср˖ω_номВН˖П_в.ВН·10^-5= 8,47·3693·56,25·10^-5 = 572 кг,

где с — число активных (несущих обмотки) стержней трансформатора (для трехфазного принимается равным 3; D_ср — средний диаметр обмотки, определяется как среднее между внутренним D₁’ и наружным D₁” диаметрами обмоток ВН, см; ω_ВН — число витков на основном ответвлении стороны ВН; П_в.ВН·— сечение витка на ВН, мм².

Для медного провода с расчет проводят по следующей формуле

М_А.НН = 28·с˖D_ср˖ω_НН˖П_в.НН·10^-5.

2. Расчет добавочных потерь в обмотках

Для некоторых частных случаев, например при частоте 50 Гц, для медных и алюминиевых проводов можно пользоваться следующими формулами:

Добавочные потери в обмотке рассчитываются с учетом рис. 3 и материала и формы провода.

Для алюминиевого прямоугольного провода (ρ_А = 0,344 мкОм·м) при Гц используется формула

- при

к _д. = ;

при n>2

к _д = ;

для круглого провода (n> 2)

к _д = ;

Для медного прямоугольного провода (ρ_А = 0,02135 мкОм·м) при Гц и - при

к _д. = ;

- при n>2

к _д = ;

для круглого провода (n>2)

к _д = .

В приведенных формулах значения β_Д и β_Д1для изолированного провода всегда меньше единицы, поэтому приближенно можно взять их равными 0,74;

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

n — число проводников обмотки в направлении, перпендикулярном направлению линий магнитной индукции осевой составляющей поля рассеяния, которое для катушечных обмоток определяется по формуле

.

Тогда , .

Добавочные потери в обмотке ННдля данного варианта алюминиевого прямоугольного провода при n>2 получим

к _{д. НН}= = 1+0,037·0,74²·0,355⁴·12²=1,046.

Добавочные потери в обмотке ВН

к _{д. ВН}= = 1+0,037·0,74²·0,355⁴·13²=1,054.

2.Основные потери в отводах.

Длина отводов:

- для схемы соединения треугольник (НН)

l _{отв. НН} = 14 · H_о,НН = 14 ·123 = 1702 см,

- для схемы соединения звезда (ВН)

l _отв.ВН = 7,5 · Н_овн = 7,5 · 123 = 922 см.

Масса отводов НН

М_отв._нн = П_в,_ВН·l_{отв.НН˖}γ_А·10^-8= 112,5 · 1702 · 2700 · 10^-8=5,2 кг,

где γ — плотность металла отводов (для меди γ_М =8900 кг/м³, для алюминия γ_А=2700 кг/м³).

Потери в отводах НН

Р_отв. нн = 12,75·М_отв.ВН = 12,75 · 1,777² · 5,2 = 209 Вт.

Масса отводов ВН

М_отв,вн = П_в,_ВН·l_отв.ВН ·γ_А·10^-8=56,25·922·2700·10^-8=1,4 кг.

Потери в отводах ВН

Р_отв. вн = 12,75 · ·М_отв.ВН = 12,75 ·1,849²· 1,4= 61 Вт.

3. Потери в стенках бака и других элементах конструкции приближенно:

Р_б = 10·к_б ·S = 10 · 0,03 · 6300 = 1890 Вт,

где S — полная мощность трансформатора, кВ·А; к_б — коэффициент, приведенный ниже, принимаем к_б=0,03:

Полные потери к. з. будут равны сумме найденных выше потерь:

Вт.

Полные потери к. з., рассчитанные выше, не должны отличаться от заданных более чем на±15 %:

.

Следовательно, расчеты удовлетворяют требованию.

2.5. Расчет магнитной системы и характеристик холостого хода

1. Определение размеров и массы магнитопровода.

Основные размеры и данные стержня сердечника – его диаметр и высота, число ступеней и активное сечение были определены в начале расчета трансформатора до расчета обмоток (п. 2.2).

Определение размеров и массы магнитопровода проводим по следующей схеме. Выбираем трехстержневую конструкцию магнитной системы с косыми стыками на крайних стержнях и прямыми — на среднем.

Прессовку стержня осуществляем бандажами из стеклоленты, ярм — полубандажами, проходящими вне активной стали. По табл. 12 выбираем материал магнитопровода - сталь марки 3405 (0,3 мм).

Расстояние между осями обмоток (рис.6)

А = D₂’’+a₂₂=63,16 + 3,0 = 66,6, принимаем 67 см.

Выписываем из табл. 15 сечения стержня П_ф,с и ярма П_ф,я для различных диаметров, высоту ярма h_я (равная ширине наибольшей пластины):

П_ф,с = 828,6 см²; П_ф,я = 837,4 см², h_я = 32,5 см.

Определяем высоту окна

H = H_о + h’_о + h’’_о = 123 + 7,5+(7,5 + 4,5)=142,5, принимаем 143 см.

где h’_о и h’’_о – расстояния от обмоток до верхнего и нижнего ярма. Для трансформаторов с мощностью от 1000 до 6300 МВт можно принять: h’_о = 7,5, h’’_о = (7,5+4,5).

Определим массу одного из углов магнитной системы. Угол можно представить себе как ступенчатое тело, образованное в результате пересечения ступенчатых тел стержня и ярма. Масса одного угла (3 на рис. 5)

кг,

где V_y — объем угла, дм³; к₃— коэффициент заполнения сечения магнитопровода сталью для современных трансформаторов из холоднокатаной стали с жаростойким покрытием принят равным 0,96 (см. табл. 12); у_ст — плотность электротехнической стали, равная 7,85 кг/дм³ для холоднокатаной стали (принять для всех вариантов задания).

Объем угла определяется по формуле

= дм³.

Масса стержней (1на рис. 7),

М_с = сП_фск₃ (Н+h_я)γ_ст • 10^-3 - с·М_У = 3·828,6·0,96 · (143 + 32,5) 7,85· 10^-3 –

- 3·216,6=2554 кг,

где с — число стержней магнитной системы; П_ф,с — площадь поперечного сечения стержня [площадь многоугольника (фигуры) за вычетом площади охлаждающих каналов], см²; Н — высота окна, см; — высота ярма, см, равная ширине наибольшего листа ярма.

Масса ярм для трехстержневого магнитопровода (2 на рис. 7)

М_я = 4·П_фя·к_з·А·у_ст·10^-3 - 4·М_У= 4·837,4·0,96·67·7,85·10^-3 - 4·216,6=781,8 кг.

Масса стали для трехстержневого магнитопровода

M_ст = М_с + M_я + 6 М_у = 2554 + 781,8 + 6·216,6=4635,2 кг.

2. Расчет потерь холостого хода.

Пусть магнитная индукция в стержне В_с=1,65 Тл (см. п. 2.2.), магнитная индукция в якоре, которая определяется по формуле

Тл.

Среднее значение индукции в углах возьмем равным индукции в стержне

В_у = В_с=1,65 Тл.

Для этих значений индукции из табл. 16 находим значения удельных потерь и из табл. 17 коэффициенты увеличения потерь для углов с прямыми и косыми стыками:

р_с=1,260 Вт/кг; p_я = 1,216 Вт/кг; к_пр = 2,54 (для прямого стыка с отжигом для стержня);к_к=1,67 (для косого стыка с отжигом для ярма).

Потери в магнитопроводе определяются по следующей формуле

,

где — удельные потери, найденные по табл. 15, по индукции в стержне; — то же для ярма; и — число углов с прямыми стыками листов и коэффициент увеличения потерь в них; и — то же для углов с косыми стыками; — коэффициент, учитывающий добавочные потери в магнитной системе, который для современной конструкции магнитопроводов (с прессовкой бандажами из стеклоленты, рулонной сталью) можно принять равным 1,1 в случае отжига листов и 1,17 при отсутствии отжига. Коэффициент увеличения потерь в углах определяется по среднему значению индукции в угле.

Тогда потери в магнитопроводе

Вт.

Расчетные потери холостого хода следует выдерживать в пределах норм в ГОСТ плюс половина допуска. Согласно ГОСТ 11677-75 в готовом трансформаторе установлен допуск + 15 %. Таким образом, в расчете следует выдерживать потери холостого хода в пределах нормы соответствующей ГОСТ + 7,5 %.

Относительное отклонение потерь холостого хода

, что допустимо.

3. Расчет тока холостого хода.

Расчет тока холостого хода выполним по следующей схеме.

Средняя индукция в косом стыке

Тл.

Из табл. 16 находим значения удельных намагничивающих мощностей стержней (для ), ярм (для ), q_я, прямого и косого стыков (для ) и из табл. 17 — коэффициенты увеличения намагничивающей мощности для углов с прямыми к’_пр и косыми к’_к стыками:

q_с =1,840 В·А/кг; q_я=1,710 В·А/кг; q_з,к = 0,298 В·А/см²;

q_з,с = 2,240 В·А/см²;q_з.я=2,112 В·А/см²; к’_пр=13,1; к’_к = 2,68.

Намагничивающая мощность всей системы

,

=44590 В·А,

где при отжиге листов и при отсутствии отжига;и — удельные намагничивающие мощности, найденные по табл. 16 по индукции в стержне и индукции в ярме; и — коэффициенты, учитывающие увеличение намагничивающей мощности в углах с прямыми и косыми стыками, берутся по табл. 17 по среднему значению индукции в углах; — намагничивающая мощность, требуемая для прохождения магнитного потока через зазоры стыков рис. 4 а (= 1 – число зазоров прямого стыка сердечника; =2 – число зазоров прямого стыка якоря; = 4 – число зазоров косого стыка якоря).

Относительное значение тока холостого хода

.

Полученное значение тока холостого хода должно быть сверено с предельно допустимым значением по ГОСТ. Отклонение расчетного значения тока холостого хода от заданного гарантийного следует допускать не более чем на половину допуска, разрешенного ГОСТ (по ГОСТ 11677-75 разрешен допуск + 30 %). Таким образом, в расчете следует выдержать отклонение тока холостого хода на + 15 %.

Ток холостого хода получился меньше заданного= 0,9, следовательно, трансформатор удовлетворяет требованиям.

Если же получится расчетное значение тока холостого хода больше заданного, то следует провести расчет по формуле

.

Относительное значение активной составляющей тока XX, %,

Относительное значение реактивной составляющей тока

%.

2.6. Расчет коэффициента полезного действия при номинальной нагрузке

Принимаем cos φ = 1, что допустимо, тогда

2.7. Тепловой расчет трансформатора

1. Тепловой расчет обмоток.

Определяем удельные тепловые нагрузки обмоток q, Вт/м². Непрерывные, дисковые и винтовые обмотки рассчитываются по формулам:

для меди

,

для алюминия

здесь –коэффициент закрытия части обмотки рейками принять равным для НН и ВН можно принять = 0,6; — периметр катушки, мм; I_кат — ток, проходящий через катушку, А; — число витков в катушке; J — плотность тока, А/мм²; — коэффициент, учитывающий добавочные потери.

Удельная тепловая нагрузка обмотки НН (алюминий)

=Вт/м²,

здесь периметр одной катушки НН

= 2 (48,6+ 16,5) = 130,2 мм.

Удельная тепловая нагрузка обмотки ВН

=Вт/м²,

здесь периметр одной катушки ВН

= 2 (52,7 + 16,5) = 138,4 мм.

Превышение температуры обмоток над температурой масла:

- обмотки НН (внутренней) (табл. 18),

Θ_o, _м, _НН= 0,41·= 0,41 • 1016^0,6= 26 °С,

- обмотки ВН, (внешней) (табл. 19)

Θ_o, _м,_ВН= 0,358·= 0,358 • 1130^0,6= 24,5 °С.

2. Размеры бака и поверхность охлаждения бака и крышки.

Определяем размеры бака и поверхность охлаждения бака, крышки и дна (рис. 8).

Находим ширину бака

В_б =D₂''+ 2а_о,_б = 63,16 + 2 • 12 = 87,16≈88 см,

где D₂'' — наружный диаметр внешней обмотки (ВН); а₀,_б — изоляционное расстояние от внешней обмотки до стенки бака (табл. 20).

Определяем длину бака

А_б=2·А + В_б = 2·67 + 88=222 см,

где А — расстояние между осями стержней магнитопровода.

Определяем глубину бака

Н_б = Н + 2h_я + h_я.к=143+2·32,5 + 50 = 258 см,

где H — высота окна; h_я — высота ярма; h_я,_к— сумма расстояний от магнитопровода до дна и крышки бака (табл. 20).

Поверхность гладкого овального бака, крышки и дна

П_б = [2(А_б — В_б) + πВ_б] Н_б – 10^-4= [2 (222 - 88) + π • 88] 258 ·10^-4=14 м²,

==1,8 м².

Определяем допустимое среднее превышение температуры масла, омывающего обмотки, над воздухом из условия, чтобы температура наиболее нагретой катушки обмоток превышала температуру воздуха не более, чем допускает ГОСТ 11677-75, т. е.

Θ_м,в ≤ 65^оС - Θ_о,м,ср = 65 – 26 = 39^оС.

В этой формуле следует взять в качестве среднего Θ_о,м,ср большее из двух значений Θ_o, _{м, НН} и Θ_o, _м,_ВН, т.е. принимаем Θ_о,м,ср= 26 °С.

Среднее превышение температуры стенки бака над воздухом будет меньше Θ_м,в на величину перепада температуры между маслом и стенкой бака

Θ_б,в = Θ_м,в- Θ_м,б = 39-5= 34 ^,

здесь Θ_м,б обычно не превышает 5 – 6 °С.

Полученное значение Θ_б,вдолжно удовлетворять неравенству, вытекающему из требования ГОСТ:

,

где коэффициент , определяющий отношение максимального и среднего превышений температуры масла, в предварительном расчете можно принять = 1,2. Тогда

.

В случае, если значение Θ_б,вне будет удовлетворять указанному неравенству, следует принять и отсюда определить значение Θ_б,в:

Θ_б,в = 55/1,2 – Θ_м,б= 45,5 – Θ_м,б.

С помощью табл. 21 по найденному среднему превышениютемпературы масла над воздухом определяем допустимую удельную тепловую нагрузку бака q_б: для Θ_м,в = 39°С q_б = 520 Вт/м.

Потери, отводимые с поверхности бака

Q_б = q_б (П_б + 0,75П_кр) = 520 (14 + 0,75 · 1,8)=7982 Вт.

Потери, отводимые с поверхности радиаторов (рис.9)

Q_p = Р₀ + Р_к – Q_б = 7643,9 + 51821 - 7982 = 51482,9 Вт.

Необходимая площадь радиаторов

м².

По табл. 22 выбираем три радиатора n_рад = 3 (99/3=33) со следующими характеристиками: