Федеральноеагентство по образованию РФ
ГОУ ВПО УГТУ– УПИ
кафедра«Электрические машины»
Курсоваяработа
Расчёттрансформатора ТМ 1000/35
Каменск –Уральский
2009г.
Ведение
Трансформаторы – это наиболеераспространённые устройства в современной электротехнике. Трансформаторыбольшой мощности составляют основу систем передачи электроэнергии отэлектростанций в линии электропередачи. Они повышают напряжение переменноготока, что необходимо для экономной передачи электроэнергии на значительныерасстояния. В местах распределения энергии между потребителями применяюттрансформаторы, понижающие напряжение до требуемых для потребителей значений.Наряду с этим, трансформаторы являются элементами электроустановок, где ониосуществляют преобразование напряжения питающей сети до значений необходимыхдля работы последних.
Трансформатором называетсястатическое электромагнитное устройство, имеющее две или более обмотоксвязанных индуктивно, и предназначенные для преобразования посредствомэлектромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в однуили несколько других систем переменного тока. Обмотку, присоединённую кпитающей сети, называют первичной, а обмотку, к которой подсоединяется нагрузка– вторичной. Обычно все величины, относящиеся к первичной обмоткетрансформатора помечают индексом 1, а относящиеся к вторичной – индексом 2.
Первичную обмотку трансформатораподсоединяют к питающей сети переменного тока. Ток первичной обмотки I1имеет активную и индуктивную составляющие. При разомкнутой вторичной обмотке(холостой ход), вследствие действия индуктивной составляющей тока IОм,возникает магнитный поток, который намагничивает сердечник. Активнаясоставляющая тока I определяется потерями, возникающими, в местах стали, приперемагничивании сердечника. Наибольшая часть потока Ф1 сцеплённогос первичной обмоткой, сцеплена также со всеми обмотками фазы и является потокомвзаимоиндукции между обмотками, или главным рабочим потоком Ф. Другая частьполного потока Ф1 сцеплена не со всеми витками первичной и вторичнойобмоток. Её называют потоком рассеивания.
ЭДС обмотки пропорциональна числу еёвитков. Отношение ЭДС первичной и вторичной обмоток называется коэффициентомтрансформации, который пропорционален отношению чисел витков первичной ивторичной обмоток. Устройство силовых трансформаторов
Трансформаторы имеютмагнитопроводящие сердечники и токопроводящие обмотки. Для лучшего охлаждениясердечники и обмотки мощных трансформаторов погружаются в бак, наполненныймаслом. Сердечники трансформаторов состоят из стержней, на которых размещаютсяобмотки, и ярм, которые служат для проведения потока между стержнями. Различаютдва вида сердечников: стержневой и броневой.
Броневой сердечник имеет разветвлённую магнитнуюсистему, вследствие этого поток в ярме составляет половину от потока стержня,на котором расположены обмотки.
Трёхфазные трансформаторы выполняютсяобычно стержневыми. Их сердечники состоят из расположенных в одной плоскоститрёх стержней, соединённых ярмами. Магнитная система таких трансформаторовнесколько несимметрична, так как магнитная проводимость потока крайних стержнейи среднего – является неодинаковой.
Вследствие изменения потока, вконтурах стали сердечника индуктируется ЭДС, вызывающая вихревые токи, которыестремятся замкнуться по контуру стали, расположенному в поперечном сечениистержня. Для уменьшения вихревых токов, сердечники трансформатора набираются(шихтуются) из изолированных прямоугольных пластин электротехнической сталитолщиной 0.5мм или 0.35мм. Для уменьшения зазоров в местах стыков, слоисердечника, набранные различными способами, чередуются через один. Послесборки, листы верхнего ярма вынимаются и на стержнях устанавливаются обмотки,после чего ярмо вновь зашихтовывается. Листы сердечника изолируются лаком илибумагой, имеющей толщину 0.03мм, и стягиваются при помощи изолированных шпилек.
По способу охлаждения трансформаторыразделяются на масляные, обмотки которых погружены в масло и сухие,охлаждаемые воздухом. Мощные силовые трансформаторы имеют масляное охлаждение.Трансформатор в большинстве случаев не является полностью твёрдым телом, асодержит большое количество жидкого масла, которое оказывает значительноевлияние на теплопередачу.
В большинстве случаев втрансформаторах электропередач применяются так называемые концентрические обмотки,которые имеют вид размещённых концентрически полых цилиндров (одна в другой).Обычно ближе к сердечнику размещается обмотка низшего напряжения, требующаяменьшей толщины изоляции сердечника.
В трансформаторах мощностью до 560кВА концентрическая обмотка выполняется по типу цилиндрической обмотки, вбольшинстве случаев имеющей два слоя. Слои обмотки выполняются из проводакруглого или прямоугольного сечения. Провод наматывается впритык по винтовойлинии вдоль образующей цилиндра.
В трансформаторах больших мощностейконцентрическая обмотка низшего напряжения выполняется по типу винтовой, вкоторой между двумя соседними по высоте витками оставляется канал.
В трансформаторах на напряжение 35 кВи более применяют концентрическую обмотку, выполненную по типу непрерывной, вкоторой, отличие от винтовой, каждый виток состоит из нескольких концентрическинамотанных витков обмотки. Катушки этой обмотки наматываются непрерывно однимпроводом без пайки. При воздействии осевых сжимающих усилий, возникающих привнезапных коротких замыканиях, наиболее надёжными являются непрерывные обмотки.
Задачи:
1. определение основных электрическихвеличин;
2. определение основных размеров иизоляционных промежутков;
3. выбор конструкции и расчет обмотоктрансформатора;
4. расчет параметров короткогозамыкания;
5. расчет магнитопровода;
6. расчет параметров холостого хода;
7. расчет бака;
8. тепловой расчет;
9. конструирование и разработкатехнической документации (конструкторская проработка выполняется одновременно спроектированием на каждом этапе). Вариант
Тип
трансформатора
Ном.
мощность
S, кВА
Напряжение ВН,
кВ
Напряжение НН,
кВ
Схема и группа
соединений
Напряжение
короткого замыкания
uК, %
Потери короткого замыкания РК, кВт
Потери холостого хода
Р0, кВт
Ток холостого хода
i0, % 11/28 ТМ-1000/35 1000 35 10,5 Y/ D-11 6,5 12,2 2,75 1,5
РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
Расчет электрических величин являетсяпервым этапом проектирования трансформатора. Результаты, полученные на этомэтапе, определяют выбор основных размеров, электромагнитных нагрузок напоследующих этапах. Ниже приводится перечень этих электрических величин исоотношения для их расчета.
1.1. Мощность на один стерженьмагнитопровода
/>, кВА (1.1)
где mст — число стержней магнитопровода. Для рассматриваемого трансформаторов m=mст=3.
1.2. Номинальный (линейный) токобмотки низкого напряжения (НН)
/>, А (1.2)
1.3. Номинальный (линейный) токобмотки высокого напряжения (ВН)
/>, А (1.3)