ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИЛОВОГО ТРЕХФАЗНОГО

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИЛОВОГО ТРЕХФАЗНОГО

ТРАНСФОРМАТОРА

Методические указания к курсовому проектированию студентов

специальностей

654500 – «Электротехника, электромеханика и электротехнологии» и 140610 – «Электрооборудование и электрохозяйство предприятий, организаций и учреждений»

по дисциплине

«Электрические машины»

Екатеринбург 2007

Составители: С.Л.Назаров, В.С.Проскуряков, В.Н.Удинцев.

Научный редактор М.В.Юрченко

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИЛОВОГО ТРЕХФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА: методические указания к курсовому проектированию/ С.Л.Назаров, В.С.Проскуряков, В.Н.Удинцев. Екатеринбург. УГТУ-УПИ. 2007.

Методические указания содержат описание основных этапов проектирования трансформатора с учетом времени, выделяемого учебным планом специальности 140605. Даны рекомендации по выполнению проектирования – выбору основных размеров масляного трехфазного двухобмоточного трансформатора. Приведены справочные данные по выполнению этого этапа. Методические указания предназначены для курсового проектировния студентов третьего курса специальности 140605.

Рис. 23. Табл. 37.

Подготовлено кафедрой электротехники и электротехнологических систем УГТУ-УПИ.

технический университет, 2007

ВВЕДЕНИЕ

В задачу проектирования трансформатора входит: определение конструкции и размеров магнитопровода, выбор типа обмоток и размеров обмоточного провода, выбор изоляции, расчет параметров короткого замыкания и холостого хода, расчет конструкции отводов трансформатора. Кроме того, необходима разработка системы охлаждения, приборов контроля режимов работы и защиты, а также других конструктивных элементов, позволяющих объединить отдельные узлы в единое устройство.

При этом трансформатор должен удовлетворять заданным требованиям, параметрам и характеристикам, должен иметь рациональные весо-габаритные показатели, быть технологичным при изготовлении и соответствовать требованиям стандартов на подобные устройства.

Проектирование трансформатора, как любого технического устройства, является оптимизационной задачей, поскольку требуемые технические характеристики могут быть реализованы конструкциями существенно различающимися весом, размерами, стоимостью, надежностью и т.д.

Рассмотрим основные соотношения, лежащие в основе проектирования трансформатора.

Мощность одной фазы трансформатора

(1.1)

Фазное напряжение приближенно можно получить из известной формулы [1]

(1.2)

где - частота сети;

- индукция в стержне магнитопровода;

Пс - сечение стержня;

w - число витков в фазе.

Величину фазного тока выразим через плотность тока D и сечение проводника П_пр

(1.3)

Подстановка выражений для напряжения (1.2) и тока (1.3) в формулу (1.1) дает следующее соотношение для мощности

(1.4)

Входящее в (1.4) произведение сечения проводника на число витков определим как сечение обмотки (меди)

(1.5)

Для силовых трансформаторов частота сети задана, а значения индукции и плотности тока лежат в очень узких пределах. Таким образом мощность трансформатора пропорциональна сечению магнитопровода (стали) и сечению обмотки (меди)

(1.6)

Следовательно, трансформатор требуемой мощности может быть выполнен при различных соотношениях объемов (веса) стали и меди. Кроме того, даже при фиксированных значениях сечения меди, обмотки могут быть выполнены узкими и высокими, или наоборот, широкими и низкими. Очевидно, что изменение геометрических размеров обмотки приведет к изменению таких важных величин, как мощность и напряжение короткого замыкания.

Как правило, при проектировании трансформатора необходимо определить наиболее рациональную конструкцию с точки зрения весо-габаритных и стоимостных показателей, что достигается рациональным выбором конструкции магнитопровода и обмоток, основных размеров трансформатора и удельных нагрузок активных материалов - индукции в магнитопроводе и плотности тока в обмотках. Такое проектирование является весьма сложной и трудоемкой задачей.

Существенное упрощение задачи проектирования возможно при наличии долгосрочного опыта проектирования, создания и эксплуатации подобного рода устройств. На основе такого опыта создаются методики проектирования, в которых определены наиболее рациональные соотношения геометрических размеров, электромагнитных нагрузок в виде достаточно простых зависимостей. Понятно, что такие методики имеют ограниченное значение, поскольку существенное изменение конструкции (например, переход от плоской к пространственной конструкции магнитопровода), применение новых материалов (холоднокатанных, анизотропных сталей), изменение соотношения цен на основные материалы могут сильно изменить основные оптимальные соотношения устройства.

В нашей стране наиболее обоснованной считается методика, предложенная П. М. Тихомировым [4]. В этой методике критерием экономичности является коэффициент b, равный отношению средней длины витка двух обмоток трансформатора к их высоте, т. е.

(1.7)

Эта величина может варьироваться в широких пределах н практически изменяется в существующих сериях трансформаторов от 1, 4 до 3, 5. При этом меньшим значениям b соответствуют трансформаторы относительно узкие и высокие, большим — широкие в низкие. Меньшим значениям b соответствуют меньший расход стали и больший расход меди. С увеличением b вес стали увеличивается, вес меди — уменьшается.

Следовательно, выбор того или иного b будет существенно влиять не только на соотношение размеров трансформатора, но также и на соотношение весов активных и других материалов, т. е. в итоге — на стоимость трансформатора.

ЗАДАНИЕ

Целью данного учебного проекта является получение навыков наиболее простого вида инженерной деятельности - проектирования конкретного устройства с использованием типовой методики по известному техническому заданию. Объектом учебного проекта служит силовой трехфазный двухобмоточный трансформатор с плоской несимметричной магнитной системой и масляным охлаждением.

Пояснительная записка должна содержать:

1. определение основных электрических величин;

2. определение основных размеров и изоляционных промежутков;

3. выбор конструкции и расчет обмоток трансформатора;

4. расчет параметров короткого замыкания;

5. Расчет магнитопровода;

6. расчет параметров холостого хода;

7. расчет бака;

8. тепловой расчет.

9. конструирование и разработка технической документации. (хотя этот этап выделен отдельно, конструкторская проработка выполняется одновременно с проектированием на каждом этапе).

Графическая часть проекта - чертеж общего вида трансформатора.

Варианты технического задания приведены в табл. 2.2. Варианты 1-17 - трансформаторы с обмотками из медного провода, 18-34 - с обмотками из алюминиевого провода. Число ступеней регулирования и пределы регулирования для всех проектируемых трансформаторов одинаково: 4 ступени по 2.5%U_ном.

Таблица 2.1.

Классификация силовых трансформаторов общего назначения по габаритам

Номера габаритов	Мощность, кВА	Класс напряжения, кВ
I	До 100	До 35 (включительно)
II	Свыше 100 до 1000	До 35 (включительно)
III	Свыше 1000 до 6300	До 35 (включительно)
IV	Свыше 6300	До 35 (включительно)
V	до 32 000	До 110 (включительно)
VI	Свыше 32 000 до 80 000	До 330 (включительно)
VII	Свыше 80 000 до 200 000	До 330 (включительно)
VIII	Свыше 200 000	Выше 330

Примечание. В приведенном ниже формуляре расчета в расчетных формулах используются следующие единицы измерения:

полной мощности - кВА;

активной мощности - Вт;

тока - А;

напряжения - В;

линейных размеров - мм;

площадей (сечений) - мм².

В тоже время, в техническом задании, в таблицах справочных данных возможны другие единицы измерения.

Таблица 2.2.

Таблица вариантов

Вариант	Тип трансформатора	Ном. мощность S, кВА	Напряжение ВН, кВ	Напряжение НН, кВ	Схема и группа соединений	Напряжение короткого замыкания u_К, %	Потери короткого замыкания Р_К, кВт	Потери холостого хода Р₀, кВт	Ток холостого хода i₀, %
1/18	ТМ-100/10	100	10	0, 4	Y/Y₀ – 0	4, 5	1, 97	0, 365	2, 6
2/19	ТМ-160/10	160	10, 5	0, 4	Y/Y₀ - 0	4, 5	2, 65	0, 565	2, 4
3/20	ТМ-250/35	250	35	6, 3	Y/D - 11	6, 5	3, 7	1, 0	2, 3
4/21	ТМ-400/10	400	10, 5	0, 4	Y/Y₀ - 0	4, 5	5, 5	1, 05	2, 1
5/22	ТМ-400/10	400	10, 5	6, 3	Y/D - 11	4, 5	5, 5	1, 05	2, 1
6/23	ТМ-400/35	400	35	0, 4	Y/Y₀ - 0	6, 5	5, 5	1, 35	2, 1
7/24	ТМ-630/10	630	10, 5	6, 3	Y/D - 11	5, 5	7, 6	1, 56	2, 0
8/25	ТМ-630/10	630	10	0, 69	Y/D - 11	5, 5	7, 6	1, 56	2, 0
9/26	ТМ-630/35	630	35	6, 3	Y/Y₀ - 0	6, 5	7, 6	1, 9	2, 0
10/27	ТМ-630/10	630	10	0, 4	Y/Y₀ - 0	5, 5	7, 6	1, 56	2, 0
11/28	ТМ-1000/35	1000	35	10, 5	Y/D - 11	6, 5	12, 2	2, 75	1, 5
12/29	ТМ-1000/35	1000	35	6, 3	Y/D - 11	6, 5	12, 2	2, 75	1, 5
13/30	ТМ-1000/10	1000	10, 5	0, 4	Y/Y₀ - 0	5, 5	12, 2	2, 35	1, 4
14/31	ТМ-1600/10	1600	10	0, 4	Y/D - 11	5, 5	18, 0	3, 3	1, 3
15/32	ТМ-1600/35	1600	35	10, 5	Y/D - 11	6, 5	18, 0	3, 65	1, 4
16/33	ТМ-2500/10	2500	10	6, 3	Y/D - 11	5, 5	26, 0	4, 6	1, 0

Таблица. 3.1

Испытательные напряжения промышленной частоты для масляных силовых

трансформаторов

Класс напряжения, кВ	3	6	10	15	20	35	110	150	220	330	500
Наибольшее рабочее напряжение, кВ	3, 6	7, 2	12, 0	17, 5	24, 0	40, 5	126	172	252	363	525
Испытательное напряжение, кВ	18	25	35	45	55	85	200	230	325	460	680

3.7. Активная составляющая напряжения короткого замыкания

, %

(2.7)

3.8. Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания

, %

(2.8)

Таблица.4.1

Значения изоляционных промежутков трансформатора

Расстояние обмотки НН от стержня мм	Расстояние между обмотками ВН и НН, мм	Расстояние между обмотками ВН, мм	Расстояние обмотки ВН от ярма, мм	Расстояние обмотки ВН от ярма, мм
a₀₁	a₁₂	a₂₂	l₀₁	l₀₂

Таблица.4.2

Таблица.4.3

Минимально допустимые изоляционные расстояния для обмотки ВН

Мощность трансформатора S, кВА	Испытательное напряжение U_{2 исп}, кВ	Между обмотками ВН и НН, a₁₂, мм	Между обмотками ВН, a₂₂, мм	Расстояние от от ярма, l₀₂, мм
25 - 100	18, 25, 35	9	8	20
160 - 630	18, 25, 35	9	10	30
1000 - 6300	18, 25, 35	20	18	50
630 и более	45	20	18	50
630 и более	55	20	20	50
160 - 630	85	27	20	75
1000 - 6300	85	27	30	75
10000 и более	85	30	30	80

4.2. Предварительное значение приведенной ширины обмоток НН и ВН. Приведенная ширина обмоток НН и ВН

(4.1)

определяется по следующей формуле

, мм

(4.2)

где коэффициент k_a находится из табл. 4.4, S _ст (кВА).

Таблица.4.4

Значения коэффициента k_a в формуле 4.2

Мощность трансформатора Sном, кВА	Медные обмотки		Алюминиевые обмотки
	U₂_ном, кВ
	10 кВ	35 кВ	10 кВ	35 кВ
до 100	8.0-6.0	-	10.0-7.5	-
160-630	6.5-5.2	6.5-5.8	8.1-6.5	8.1-7.3
1000-6300	5.1-4.3	5.4-4.6	6.4-5.4	6.8-6.0
10000-80000	-	4.8-4.6	-	6.0-5.8

4.3. Ширина приведенного канала рассеяния

(4.3)

4.4. Диаметр стержня магнитопровода d определяется выражением, полученным в [4]:

, мм

(4.4)

Как видно из (4.4) для нахождения диаметра стержня трансформатора необходимо предварительное определение двух величин:

- основного геометрического коэффициента b;

- расчетной индукции стержня В_р.

4.4.1. Значение параметра b

(4.5)

влияет на массогабаритные и стоимостные показатели трансформатора. При выборе его можно руководствоваться рекомендациями табл. 4.5.

Таблица.4.5

Рекомендуемые значения b для масляных трансформаторов

Металл обмоток	b при мощности S, кВА
Металл обмоток	25 -630	1000 - 6300	10000 - 80000
Медь	1, 2 - 3, 6	1, 5 - 3, 6	1, 2 - 3, 0
Алюминий	0, 9 - 3, 0	1, 2 - 3, 0	1, 2 - 3, 0

4.4.2. Предварительное значение расчетной индукции в стержне магнитопровода

(4.6)

где В_с - индукция в стали магнитопровода;

k_З - коэффициент заполнения пакета активной сталью.

k_кр - коэффициент заполнения круга ступенчатой фигурой.

Предварительные значения коэффициентов в (4.3)

Индукция в стали стержня магнитопровода определяется маркой электротехнической стали и мощностью трансформатора. В настоящее время для изготовления магнитопроводов трансформаторов применяется холоднокатанные анизотропные стали, для которых рекомендуемые уровни индукций приведены в табл. 4.6.

Таблица 4.6

Таблица.4.7

Нормализованный диаметр стержня (мм)

80	85	90	95	100	105	110	115	120	125	130	140
150	160	170	180	190	200	210	220	230	240	250	260
270	280	290	300	310	320	330	340	350	360	370	380

При этом корректируется величина b. Измененное значение

(4.7)

4.6. Предварительное значение сечения стержня магнитопровода (мм²), определяемое диаметром (d, мм)

, мм²

(4.8)

4.7. Средний диаметр обмоток трансформатора

, мм

(4.9)

где коэффициент k_d можно принять на этом этапе для медной обмотки - k_d =1, 39, для алюминиевой обмотки k_d =1, 47.

4.8. Высота обмоток трансформатора

, мм

(4.10)

4.9. Предварительное значение средней плотности тока обмоток D_ср (А/мм²)

для медной обмотки

, А/мм²

(4.11)

для алюминиевой обмотки

, А/мм²

(4.12)

Здесь P_к(Вт) и S (кВА) - мощность короткого замыкания и полная мощность трансформатора, заданные в техническом задании;

d ₁₂ – средний диаметр обмоток (мм), определяемый на этапе расчета главных размеров;

k _д - коэффициент, учитывающий наличие добавочных потерь и приближенно определяемый полной мощностью трансформатора по табл. 4.8;

u _в - ЭДС одного витка обмоток (В), определяемая соотношением

, В,

(4.13)

где B_c - индукция в стержне магнитопровода (Тл), определяемая маркой стали при

расчете главных размеров;

П_с – сечение стержня магнитопровода (мм²).

Таблица. 4.8

Коэффициент k_д учета добавочных потерь в формуле (3.11) и (3.12)

Мощность трансформатора, S, кВА	До 35	35 - 110	110 - 2000	2000-5000	5000-20000
k_д	0, 99	0, 99-0, 97	0, 95-0, 90	0, 90-0, 89	0, 88-0, 75

Полученное по (4.11, 4.12) значение плотности тока должно укладываться следующие пределы:

- для медной обмотки -1.8-4.5 А/мм²;

- для алюминиевой обмотки -1.2-2.5 А/мм².

4.10. Сечение витка обмотки предварительно может быть определено следующим образом:

первичной (НН)

, мм²

(4.14)

вторичной (ВН)

, мм²

(4.15)

где I_ф - ток фазы обмотки, А,

D_ср – средняя плотность тока обмоток (А/мм²).

Таблица.4.9

Сводная таблица

Расстояние обмотки НН от стержня	a₀₁	мм
Расстояние между обмотками ВН и НН	a₁₂	мм
Расстояние между обмотками ВН	a₂₂	мм
Расстояние обмок от ярма	l₀	мм
Высота обмоток	l	мм
Средний диаметр обмоток	d₁₂	мм
Средняя плотность тока в обмотках	D_ср	А/мм²
Сечение витка первичной обмотки НН	П₁	мм²
Сечение витка вторичной обмотки ВН	П₂	мм²
ЭДС витка	u_в	В
Диаметр стержня магнитопровода	d	мм
Сечение стержня магнитопровода	Пс	мм²
Индукция в стали	В_с	Тл

Выбор типа обмоток

Проектирование обмоток трансформатора осуществляется с учетом производственных и эксплуатационных требований, предъявляемых к ним.

Производственные требования сводятся к оптимизации затрат материалов и труда на производство трансформатора. Это обеспечивается выбором рационального типа обмотки, материала обмоточного провода, компактным размещением и распределением витков и катушек чтобы ограничить расход обмоточного провода и обеспечить наилучшее заполнение окна магнитопровода.

К эксплуатационным требованиям относятся механическая прочность при воздействии сил короткого замыкания и ограниченный нагрев обмоток в номинальном режиме работы.

Механическая прочность обеспечивается рациональным расположением витков и катушек так, чтобы ограничить возникающие электромагнитные усилия.

Для достижения необходимой нагревостойкости следует обеспечить эффективную теплоотдачу от обмотки в охлаждающую среду путем создания развитой охлаждающей поверхности и выбором рациональной плотности тока. Требование эффективной теплоотдачи ограничивает радиальный размер обмотки между двумя охлаждающими поверхностями.

Основные параметры для выбора типа обмоток следующие:

1. Мощность трансформатора (S, кВА).

2. Ток фазы обмотки (I_ф, А).

3. Номинальное напряжение (U_ном, кВ).

4. Сечение витка обмотки (П, мм² ).

5. Схема регулирования напряжения (для обмоток ВН).

Первые четыре параметра определены техническим заданием, либо предыдущим этапом проектирования (выбор главных размеров).

На выбор схемы регулировочных ответвлений влияет ряд факторов:

- схема соединения обмоток;

- тип обмотки;

- механическая прочность при коротких замыканиях;

- напряжение между частями обмотки.

На рис. 5.3 показаны наиболее употребительные схемы выполнения регулировочных ответвлений в обмотках ВН трансформаторов и стандартные обозначения начал, концов и ответвлений обмоток ВН.

Рис. 5.3. Различные схемы выполнения ответвлений в обмотке ВН при регулировании напряжения без возбуждения ПБВ.

При соединении обмоток в звезду наиболее целесообразны схемы рис. 5.3, а, б, в, поскольку допускают применение наиболее простого и дешевого переключателя - одного на три фазы трансформатора. В этих схемах рабочее напряжение между отдельными частями переключателя не превышает 10% линейного напряжения трансформатора. Схема по рис. 5.3, г требует или трех отдельных переключателей для каждой фазы или одного трехфазного переключателя. В последнем рабочее напряжение между отдельными его частями может достигать 50% номинального напряжения обмотки, однако и такие переключатели находят широкое применение.

При соединении обмоток треугольником наиболее целесообразна схема по рис. 5.3, г. В схемах регулирования, по рис. 4.3, а, б регулировочные витки каждой фазной обмотки присоединяются к линейному зажиму соседней фазы и рабочее напряжение между контактами различных фаз на переключателе достигает 100% номинального напряжения обмотки. Схема по рис. 5.3, в при соединении обмотки в треугольник не применяется.

Схемы регулирования по рис. 5.3, а, б могут быть реализованы в цилиндрических обмотках, а по рис. 5.3, в, г - в катушечных. Особенностью схемы по рис. 5.3, в является то, одна половина обмотки мотается правой, а другая левой намоткой.

Для снижения механических усилий, действующих на обмотку при коротком замыкании, рекомендуется размещать симметрично относительно середины высоты обмотки, например по схемам рис. 5.3, б, в, г. Схема по рис. 5.3 а для регулирования напряжения при многослойной цилиндрической обмотке применяется в трансформаторах мощностью до 160 кВА.

При регулировании напряжения по схемам на рис. 5.3, в и г в месте разрыва обмотки в середине ее высоты образуется изоляционный промежуток в виде горизонтального радиального масляного канала. Иногда этот канал заполняется набором шайб, изготовленных из электроизоляционного картона. Размер этого промежутка по схеме рис. 5.3, в определяется половиной фазного напряжения обмотки, а при схеме по рис. 5.3 г - примерно 0, 1 фазного напряжения. Увеличение этого промежутка нежелательно, так как приводит к существенному увеличению осевых механических сил в обмотках при коротком замыкании, возрастающих также и с ростом мощности трансформатора. Именно это обстоятельство ограничивает применение схемы по рис. 5.3, в напряжением не свыше 38, 5 кВ и мощностью не более 1000 кВА.

Указанные выше соображения позволяют выбрать тип обмоток (первичной и вторичной) по табл. 5.1.

Таблица 5.1.

Основные

Недостатки

Диапазон значений критериев выбора

(ориентировочно)

Число параллельных проводов в витке

схема регулирования напряжения рис.4.3

Мощность трансформатора, S, кВА

Сечение витка, П, мм²

Ток на стержень, I, А

Линейное напряжение, U, кВ

Цилиндрическая

одно- и двухслойная из прямоугольного провода

НН (ВН)

Технологичность,

Хорошее охлаждение

Малая механическая прочность

До 630

5-250

15-800

До 6

1-8

До 630

7-300

10-650

До 6

1-8

Цилиндрическая

многослойная

из прямоугольного провода

ВН (НН)

Технологичность,

Хорошее заполнение окна магнитопровода

Меньшая поверхность охлаждения (по равнению с обмотками, имеющими радиальные каналы)

630 - 80000

5-400

15-1200

10, 35

1-8

а, б

16000 -25000

7-500

10-1200

10, 35

1-8

Цилиндрическая

многослойная

из круглого провода

ВН (НН)

Технологичность

Ухудшение теплоотдачии уменьшение механической прочности при большой мощности

До 630

0.11-42

0.3-100

До 35

1-2

а, б

До 630

1 - 50

2-135

До 35

Винтовая

одно- и многоходовая

НН

Механическая прочность, надежная изоляция, хорошее охлаждение

Высокая стоимость по сравнению с цилиндрической обмоткой

160 и выше

75 и более

300 и более

До 35

4-16

100 и выше

75 и более

150 и более

До 35

4-16

Непрерывная

катушечная

(спиральная)

ВН (НН)

Электрическая и механическая прочность, хорошее охлаждение

Повышенная сложность технологии (необходимость перекладки катушек)

160 и выше

5 и более

15 и более

3-220

1-5

в, г

100 и выше

7 и более

10 и более

3- 220

1-5

Расчет обмоток

5.3.1. Число витков в фазе обмотки НН

(5.1)

Полученное по (5.1 ) значение w₁ округляется до ближайшего целого числа. При этом корректируется ЭДС одного витка

, В

(5.2)

5.3.2. Число витков обмотки ВН при номинальном напряжении

(5.3)

5.3.3. Напряжение одной ступени регулирования

, В.

(5.4)

5.3.4. Число витков одной ступени регулирования при соединении обмотки ВН в звезду

(5.5)

Полученное по ( 5.5 ) значение w_2р округляется до ближайшего целого числа.

5.3.5. Полное число витков обмотки ВН (при четырех ступенях регулирования)

(5.6)

5.3.6. Число витков основной части обмотки ВН (при четырех ступенях регулирования)

(5.7)

Дальнейший расчет определяется выбранным типом обмоток (первичной и вторичной). Ниже приведена методика расчета обмоток разных типов.

Таблица 5.2.

Междуслойная изоляция в многослойной цилиндрической обмотке из

прямоугольного провода

Рабочее напряжение двух слоев, В	Количество слоев изоляции	Толщина листов, мм	Материал
До 150	2	0, 06	Телефонная бумага
150 – 200	1	0, 2	Кабельная бумага или картон
200 - 300	2 1	0, 2 0, 5	Кабельная бумага или картон

Таблица 5.3.

Междуслойная изоляция в многослойной цилиндрической обмотке

из круглого провода

Рабочее напряжение двух слоев, В	Число слоев кабельной бумаги толщиной 0, 12 мм	Выступ междуслойной изоляции (на одну сторону), мм
До 1000	2	10
1000 – 2000	3	16
2000 – 3000	4	16
3000 – 3500	5	16
3500 – 4000	6	22
4000 – 4500	7	22
4500 – 5000	8	22
5000 - 5500	9	22

Радиальный размер обмотки с учетом междуслойной изоляции (мм)

, мм

(5.30)

Этот размер (a) не должен превышать предельного значения (между двумя охлаждающими каналами) по допустимой плотности теплового потока, определяемого по рис. 5.13. (Для масляного трансформатора q=1200-1500 Вт/м²). Если размер (a) превышает предельное значение, то обмотка делится на 2 (или более) катушки с осевым каналом между ними (см. рис.7). Ширина канала a_к = 0, 01 l, но не менее 5 мм. При этом радиальный размер обмотки увеличивается на ширину канала (или каналов)

, мм

(5.31)

где n – число катушек.

5.3.31.Полное сечение витка из n_в параллельных проводов

, мм²

(5.32)

где П^/ - сечение выбранного провода ( мм²).

5.3.32.Уточненная плотность тока

, А/мм²

(5.33)

5.3.33.Поверхность охлаждения обмотки

, мм²

(5.34)

где k – коэффициент, учитывающий закрытие части обмотки рейками и другими изоляционными деталями (k = 0, 75).

4.3.4.Непрерывная катушечная (спиральная) обмотка

Непрерывная катушечная обмотка используется в качестве обмотки высокого (иногда низкого) напряжения в масляных трансформаторах мощностью более 100 кВА класса напряжения до 220 кВ. Эта обмотка состоит из ряда последовательно соединенных катушек, намотанных в виде плоских спиралей из одного или нескольких проводов прямоугольного сечения. Непрерывная катушечная обмотка не имеет обрывов и паек провода (за исключением регулировочных катушек обмотки ВН).

5.3.34.По ориентировочному сечению витка подбирается обмоточный провод из сортамента (табл.5.7, 5.8.) и число параллельных проводов. Для получения наиболее компактной обмотки следует выбирать более крупные сечения с большим размером b^/ и меньшим числом параллельных проводов.

При этом необходимо учитывать, что по условиям теплоотвода осевой размер провода (b^/) между двумя охлаждающими каналами не должен превышать предельное значение, определяемое допустимой плотностью теплового потока по рис.5.13. Допустимая плотность теплового потока для масляных трансформаторов q = 1200 - 1500 Вт/м². Если осевой размер выбранного провода существенно меньше предельного значения (в два и более раз), следует применить сдвоенные катушки. При этом между отдельными катушками в паре прокладываются изоляционные шайбы толщиной d_ш, а между парами катушек формируется радиальный охлаждающий канал высотой h_к (рис.5.11).


Рис.5.10. Спиральная обмотка	Рис. 5.11. Сечение спиральной обмотки (а – с каналами между всеми катушками, б – со сдвоенными катушками)

5.3.35.Число катушек обмотки

с каналами между всеми катушками рис. 5.2, а

(5.35)

с каналами между парами катушек

(5.36)

где l – высота обмотки (мм), предварительно определенная на этапе выбора главных размеров;

h_к – осевой размер канала (мм).

Осевой размер масляного канала h_к зависит от рабочего напряжения одной катушки (U_кат, В) и может быть определен эмпирическим соотношением

, мм

(5.37)

но не может быть меньше 4 мм.

Толщина изоляционных шайб между катушками в паре d_ш=1 мм (две шайбы по 0, 5 мм).

В обмотке ВН для удобства выполнения отводов от обмотки число катушек должно быть четным. В противном случае следует повторить выбор провода из сортамента с другим соотношением размеров либо незначительно скорректировать высоту обмотки.

Размеры выбранного провода записываются в виде

5.3.36.Высота обмотки

- с каналами между всеми катушками

, мм²

(5.38)

- со сдвоенными катушками

, мм

(5.39)

Коэффициент k учитывает усадку изоляции после сушки и опрессовки (k = 0, 94-0, 96).

5.3.37.Число витков в катушке

(5.40)

Для обмоток ВН полученное значение (5.36) считать предварительным для определения числа витков основных и регулировочных катушек. При этом необходимо выполнить условия:

- регулировочная ступень должна состоять из целого числа регулировочных катушек

(5.41)

где n_рег - число катушек в одной ступени регулирования;

w_рег - число витков в регулировочной катушке,

- основная часть обмотки состоять из целого четного числа основных катушек

(5.42)

где n_осн - число катушек в основной части обмотки;

w_осн - число витков в основной катушке,

- общее число основных и регулировочных катушек должно быть равно катушек, определенных по (4.6)

(5.43)

- числа витков основной и регулировочной катушек не должны различаться слишком сильно.

5.3.38.Радиальный размер обмотки

, мм,

(5.45)

где a^/ - радиальный размер провода (мм);

n_в – число параллельных проводов в витке;

w_к – число витков в катушке, дополненное до ближайшего большего целого числа.

5.3.39.Полное сечение витка из n_в параллельных проводов

, мм²

(5.46)

где П^/ - сечение выбранного провода (мм²).

5.3.40.Уточненная плотность тока

, А/мм²

(5.47)

5.3.41.Поверхность охлаждения обмотки:

- с каналами между всеми катушками

, мм²

(5.48)

- со сдвоенными катушками

, мм²

(5.49)

Таблица 5.4.

Основные параметры обмоток

Параметр	Обмотка НН	Обмотка ВН
Тип обмотки
Число витков обмотки
Число витков в основной части обмотки ВН	-
Число витков в регулировочной ступени ВН	-
Количество катушек
Число витков в катушке (основной)
Число витков в катушке (регулировочной)*	-
Число витков в слое**
Провод (марка, размеры), мм
Сечение провода, мм²
Сечение витка, мм²
Плотность тока, А/мм²
Осевой размер обмотки, мм
Радиальный размер обмотки, мм
Диаметр обмотки, мм: наружный внутренний
Вес обмотки, кг

Примечание * для катушечной обмотки

** для цилиндрических обмоток

Таблица 5.5.

Таблица 5.6.

Таблица 5.7.

Размеры и сечения прямоугольного медного провода (Марка ПББО)

b, мм	Сечения, мм², при а, мм
b, мм	1, 35	1, 56	1, 68	1, 81	2, 1	2, 26	2, 44	2, 63	2, 83	3, 05	3, 28	3, 53	3, 8	4, 4	4, 7	5, 1	5, 5
3, 8		5, 72
4, 4	5, 73	6, 65		7, 75	8, 76		10, 2		12, 0		13, 9		15, 1
5, 1	6, 68	7, 75	8, 36	9, 02	10, 2		11, 9		13, 9		16, 2		18, 9	21, 5
5, 5									15, 1				20, 4
5, 9	5, 76	8, 99	9, 7	10, 5	11, 9		13, 9		16, 2		18, 9		21, 9			29, 2
6, 4		9, 77		11, 4	12, 9		15, 1		17, 6	19, 0	20, 5		23, 8	27, 3		31, 7
6, 9		10, 6	11, 4	12, 3	14, 0		16, 3		19, 0		22, 1		25, 7	29, 5		34, 3
7, 4									20, 4	22, 1
8, 0		12, 3	13, 2	14, 4	16, 3	17, 6	19, 0	20, 5	22, 1	23, 9	25, 7		29, 9	34, 3		39, 9	43, 1
8, 6															39, 5
9, 3		14, 3		16, 6	19, 0		22, 2	24, 0	25, 8	27, 9	30, 0		34, 8	40, 0		46, 5
10, 0							23, 9	25, 8			32, 3		37, 5	43, 1		50, 1	54, 1
10, 8				19, 3	22, 2		25, 9		30, 1		34, 9	37, 6	40, 5	46, 6		54, 2	58, 5
11, 6													43, 6			58, 3
12, 5					25, 8		30, 0		34, 9	37, 6	40, 5	43, 6	47, 0			62, 9

Таблица 5.8.

Размеры и сечения прямоугольного алюминиевого провода (Марка АПБ)

b, мм	Сечения, мм², при а, мм
b, мм	1, 8	2, 00	2, 24	2, 50	2, 80	3, 00	3, 15	3, 35	3, 55	3, 75	4, 00	4, 25	4, 50	4, 75	5, 00	5, 30	5, 60
4, 00	6, 84	7, 64	8, 60	9, 45	10, 65
4, 50	7, 74	8, 64	9, 72	10, 70	12, 05	12, 95	13, 63
5, 00	8, 64	9, 64	10, 84	11, 95	13, 45	14, 45	15, 20	16, 20	17, 20
5, 60	9, 72	10, 84	12, 18	13, 45	15, 13	16, 25	17, 09	18, 21	19, 33	20, 14	21, 54
6, 30	10, 98	12, 24	13, 75	15, 20	17, 09	18, 35	19, 30	20, 56	21, 82	22, 77	24, 34	25, 92	27, 49
7, 10	12, 42	13, 84	15, 54	17, 20	19, 33	20, 75	21, 82	23, 24	24, 66	25, 77	27, 54	29, 32	31, 09	32, 87	34, 64
8, 00	14, 04	15, 64	17, 56	19, 45	21, 85	23, 45	24, 65	26, 25	27, 85	29, 14	31, 14	33, 14	35, 14	37, 11	39, 24	41, 54	43, 94
9, 00	15, 84	17, 64	19, 80	21, 95	24, 65	26, 45	27, 80	29, 60	31, 40	32, 89	35, 14	37, 39	39, 64	41, 84	44, 14	46, 84	49, 54
10, 00	17, 64	19, 64	22, 04	24, 45	27, 45	29, 45	30, 95	32, 95	34, 95	36, 64	39, 14	41, 64	44, 14	46, 64	49, 14	52, 14	55, 14
10, 60	18, 72	20, 84	23, 38	25, 95	29, 13		32, 84		37, 08		41, 54		46, 84		52, 14		58, 50
11, 20			24, 73	27, 45	30, 81	33, 05	34, 73	36, 97	39, 21	41, 14	43, 94	46, 74	49, 54	52, 34	55, 14	58, 50	61, 86
11, 80			26, 07	28, 95	32, 49		36, 72		41, 34		46, 34		52, 24		58, 14		65, 22
12, 50			27, 64	30, 70	34, 45	36, 95	38, 83	41, 33	44, 83	46, 02	49, 14	52, 27	55, 39	58, 52	61, 64	65, 39	69, 14
13, 20				32, 45	36, 41		41, 03		46, 31		51, 94		58, 54		65, 14		73, 06
14, 00				34, 45	38, 65	41, 45	43, 55	46, 35	49, 15	51, 95	55, 14	58, 64	62, 14	65, 64	69, 14	73, 34	77, 54
15, 00				36, 95	41, 45		46, 70		52, 70		59, 14		66, 64		74, 14		83, 14
16, 00					44, 25	47, 45	49, 85	53, 05	56, 25	59, 14	63, 14	67, 14	71, 14	75, 14	79, 14	83, 94	88, 74
17, 00					47, 05		53, 00		59, 80		67, 14		75, 64		84, 14		94, 34
18, 00						53, 45	56, 15	59, 75	63, 35	66, 64	71, 14	75, 64	80, 14	84, 64	89, 14	94, 54	99, 94

РАСЧЕТ МАГНИТОПРОВОДА

Основные размеры и данные стержня магнитной системы—его диаметр и высота, активное сечение —приближенно определяются в начале расчета трансформатора до расчета обмоток. Окончательный расчет магнитной системы обычно проводится после того, как установлены размеры обмоток трансформатора и главных изоляционных промежутков и проверены некоторые параметры трансформатора—потери и напряжение короткого замыкания.

При окончательном расчете определяются: размеры пакетов стержня и ярма, расположение охлаждающих каналов, схему шихтовки, активные сечения стержня и ярма, число пластин стали в пакетах, высота стержня, расстояние между осями стержней, полный вес стали в трансформаторе. После окончательного установления всех размеров определяются потери и ток холостого хода.

Размеры пакетов стержня следует выбирать с таким расчетом, чтобы площадь поперечного сечения (ступенчатой фигуры) стержня была максимально возможной (рис.7.1, а).

Форма поперечного сечения ярма несколько отличается от формы сечения стержня. В средней своей части размеры пакетов ярма и стержня делают одинаковыми, а крайние пакеты выполняются более широкими путем объединения двух-трех пакетов в один (рис. 7.1 б). Это делается с целью улучшения прессовки ярма ярмовыми балками, более равномерного распределения давления по ширине пакетов и уменьшения веера пластин на углах пакетов.

Шихтованные магнитопроводы собирают перекладывая пластины стержней и ярем в переплет, благодаря чему уменьшаются воздушные зазоры. Форма стыка пластин стержней и ярм определяет схему шихтовки магнитопровода (рис. 7.2):

- с прямыми стыками;

- с косыми стыками;

- с комбинированными стыками.

Для магнитопроводов из холоднокатаных сталей применяются схемы с косыми и комбинированными стыками.

Рис. 7.1. Поперечное сечение стержня и ярма магнитопровода

Рис. 7.2. Схемы шихтовки магнитопровода

7.1. Определение числа и размеров пакетов стержня производится по табл. 7.3. в зависимости от диаметра стержня магнитопровода. Результаты необходимо занести в табл. вида 7.1.

Таблица 7.1.

стержень
d, мм	n_с	k_кр	с₁*b₁, мм	с₂*b₂, мм	с₃*b₃, мм	с₄*b₄, мм	с₅*b₅, мм	с₆*b₆, мм	с₇*b₇, мм	с₈*b₈, мм

7.2. Сечение стержня магнитопровода

, мм².

(7.1)

7.3. Определение числа и размеров пакетов ярма производится по табл. 7.3. в зависимости от диаметра стержня магнитопровода. Результаты необходимо занести в табл. вида 7.2.

Таблица 7.2.

ярмо
d, мм	n_я	с₁*b₁, мм	с₂*b₂, мм	с₃*b₃, мм	с₄*b₄, мм	с₅*b₅, мм	с₆*b₆, мм	с₇*b₇, мм	с₈*b₈, мм

Таблица 7.3.

стержень											ярмо
d, мм	n_с	k_кр	с₁*b₁, мм	с₂*b₂, мм	с₃*b₃, мм	с₄*b₄, мм	с₅*b₅, мм	с₆*b₆, мм	с₇*b₇, мм	с₈*b₈, мм	n_я	с_я, мм
80	4	0.863	75*14	65*9	55*6	40*5					3	55
85	5	0.895	80*14	70*10	60*6	50*4	40*4				4	50
90	5	0.891	85*15	75*10	65*6	55*4	40*4				4	55
95	5	0.887	90*15	80*10	65*9	50*5	40*4				4	50
100	6	0.917	95*16	85*10	75*7	65*5	55*4	40*4			5	55
105	6	0.912	100*16	90*11	80*7	65*7	50*4	40*4			5	50
110	6	0.905	105*16	95*11	85*7	75*6	65*4	40*7			5	65
115	5	0.903	105*25	95*9	85*6	65*9	40*3				4	65
120	6	0.928	115*18	105*11	90*10	75*8	60*6	40*4			5	60
125	6	0.915	120*18	105*16	95*6	85*6	65*7	40*6			5	65
130	6	0.918	125*18	110*16	100*8	80*9	65*5	40*6			5	65
140	6	0.919	135*19	120*17	105*10	85*9	65*7	40*5			5	65
150	6	0.915	145*19	135*13	120*13	105*9	85*8	55*7			5	85
160	6	0.913	155*20	135*23	120*10	105*7	85*7	55*7			5	85
170	6	0.927	160*28	145*17	130*10	110*10	85*8	50*8			5	85
180	6	0.915	175*21	155*25	135*13	120*8	95*9	65*8			5	95
190	7	0.927	180*30	165*17	145*14	130*8	115*7	100*5	75*7		5	100
200	7	0.918	195*22	175*26	155*15	135*11	120*6	105*5	75*7		5	120
210	7	0.922	200*32	180*22	160*14	145*8	130*6	110*8	90*6		5	130
220	8	0.929	215*23	195*28	175*15	155*12	135*9	120*5	105*4	75*7	6	120
230	8	0.933	220*32	205*19	185*16	165*12	145*9	130*5	115*5	90*6	6	130
240	8	0.927	230*34	215*19	195*17	175*12	155*9	138*8	120*5	95*6	6	135
250	8	0.929	240*34	220*24	200*16	180*12	155*11	140*6	120*6	100*5	6	140
260	8	0.924	250*35	230*25	215*13	195*13	175*10	155*8	120*9	105*6	6	155
270	8	0.930	260*35	240*25	215*20	195*13	170*11	155*5	135*7	105*8	6	155
280	8	0.927	270*36	250*26	230*17	215*9	195*11	175*6	135*13	105*7	6	175
290	8	0.927	280*37	260*27	235*21	210*15	180*13	165*12	145*6	115*8	6	165
300	8	0.930	295*28	270*37	250*18	230*13	215*8	175*18	135*12	105*7	6	175

7.4. Сечение ярма магнитопровода

, мм².

(7.2)

7.5. Уточненное значение индукции в стержне магнитопровода

, Тл,

(7.3)

где k_З - коэффициент заполнения пакета активной сталью, выбираемый по табл. 7.4.

7.6. Значение индукции в ярме магнитопровода

, Тл.

(7.4)

Таблица 7.4.

Таблица 8.1.

Удельные потери и намагничивающая мощность стали 3404 толщиной 0.35 мм

B, Тл	p, Вт/кг	q, ВА/кг	qз, ВА/м²
1.500	1.100	5, 70	1660
1.520	1.134	5, 85	1796
1.540	1.168	6, 00	1932
1.560	1.207	6, 15	2070
1.580	1.251	6, 30	2210
1.600	1.295	6, 45	2350
1.620	1.353	6, 61	2510
1.640	1.411	6, 77	2670
1.660	1.472	6, 95	2860
1.680	1.536	7, 09	3080
1.700	1.600	7, 25	3300

РАСЧЕТ БАКА

Размеры бака определяются габаритами активной части и минимальными изоляционными расстояниями от обмоток и отводов до стенок бака. Эти расстояния определяются по табл. 9.1 -9.3.

Таблица 9.1.

минимальное расстояние от крышки до ярма h ₂

класс напряжения обмотки ВН, кВ	минимальное расстояние от крышки до ярма, мм	класс напряжения обмотки ВН, кВ	минимальное расстояние от крышки до ярма, мм
6	270	35	47
10	300	110	50
20	300

Таблица 9.2.

минимальное расстояние от отвода до обмотки s₁, s₃

испытательное напряжение обмотки, кВ	толщина изоляции отвода, мм	минимальное расстояние от отвода до обмотки, мм
85	2	50
230	20	190

Таблица 9.3.

минимальное расстояние от отвода до стенки бака s₂, s₄

испытательное напряжение обмотки, к которой присоединен отвод, кВ	толщина изоляции отвода, мм	минимальное расстояние от отвода до стенки бака, мм
25	2	20
35	2	20
25	2	25
85	2	50
230	20	95

9.1. Диаметр отвода обмотки ВН

, мм

(9.1)

	9.2. Длина бака
		(9.2)
	где
	9.3. Ширина бака
		(9.3)
	9.4. Высота бака
		(9.4)
Рис. 9.1.

9.5. По рассчитанным размерам бака необходимо определить поверхность охлаждения бака П_бак - площадь крышки и боковой поверхности.

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ

Тепловое состояние электрической машины является важным фактором ее работоспособности. Это связано, прежде всего, с тем, что работа любой электрической машины связана с наличием изоляции между токоведущими частями. В качестве изоляции электрических машин чаще всего используются материалы органического происхождения (в трансформаторе это бумага и масло), в которые быстро разрушаются при относительно небольших температурах - около 200^о С. Помимо этого в таких материалах происходят естественные процессы старения, резко ускоряющиеся при повышении температуры. Так в диапазоне температур 80-120^о С увеличение температуры на каждые 6^о приводит у снижению срока службы изоляции в два раза. Так при сроке службы изоляции трансформатора около 20 лет длительное увеличение температуры на 30^овыше допустимой приведет к сокращению срока службы до полугода, а на 40^о - до двух месяцев. Таким образом машина, правильно спроектированная в электромагнитном отношении, может оказаться совершенно неработоспособной в тепловом. Указанные обстоятельства обусловливают чрезвычайную значимость тепловых расчетов электрических машин. Однако, ввиду того, что, учебный план специальности составлен так, курсы по теории нагрева читаются позже выполнения проекта, то тепловой расчет трансформатора резко упрощен и представляет собой лишь приблизительную оценку теплового состояния трансформатора.

Такая оценка может быть получена на основе закона

Ньютона-Рихмана, описывающий процесс конвективного переноса теплоты

, Вт

(10.1)

где P - мощность, выделяемая в объеме нагреваемого тела;

П_охл- площадь поверхности тела, через которую происходит охлаждение;

a - коэффициент теплоотдачи с поверхности;

Q - температура нагреваемого тела;

Q_ос - температура окружающей среды.

При этом предполагается, что весь внутренний объем трансформатора представляет собой однородное тело с идеальной теплопроводностью.

Для проведения тепловых расчетов удобно ввести величину перегрева - превышения температуры охлаждаемой поверхности над температурой охлаждающей среды

, ^оС

(10.2)

В нашем случае мощность Р в уравнении (10.1) - это мощность потерь холостого хода и короткого замыкания, которые были определены на этапе электромагнитного расчета, и таким образом, на этапе теплового расчета являются заданной величиной. Величина перегрева определяется классом применяемой изоляции и потому также известна. Поэтому тепловой расчет сводится к определению поверхности охлаждения, обеспечивающей допустимые значения перегрева при заданной мощности потерь

(10.3)

Для масляного трансформатора поверхностью охлаждения является поверхность бака. С увеличением габарита трансформатора мощность потерь растет быстрее, чем объем, а следовательно и поверхность бака. Для уменьшения габаритов в этом случае применяют баки с волнистой поверхностью, радиаторы, обладающие развитой поверхностью охлаждения. Ориентировочно, тип бака можно определить по табл. 10.1.

Таблица 10.1.

Области применения баков различной конструкции

тип бака	вид охлаждения	мощность кВА
Бак с гладкими стенками	М	25-40
Бак со стенками в виде волн	М	40-630
Бак с навесными радиаторами с прямыми трубами	М	100 -6300
Бак с навесными радиаторами с гнутыми трубами	М	2500-10000

10.1. Коэффициент теплоотдачи с плоской поверхности;

, Вт/(м^{2. о}С)

(10.4)

где k _ф - коэффициент формы поверхности (для гладкой стенки k _ф=1)

10.2. Предварительное значение общей поверхности охлаждения

, мм²

(10.5)

Величину перегрева в (10.5) принять равной DQ=65^оС.

10.3. Поверхность охлаждения радиаторов

, мм²

(10.6)

где k _ф = 1.3 - коэффициент формы поверхности для радиаторов.

10.4.Используя табл. 10.2, выбрать необходимое количество и тип радиатора.

Рис. 10.1. Размеры радиатора

Таблица 10.2.

Основные данные трубчатых радиаторов с прямыми трубами.

Размер А, мм	Поверхность П_рад, м²	Вес, кг
Размер А, мм	Поверхность П_рад, м²	стали	масла
С одним рядом труб
710	0, 746	12, 9	8, 5
900	0, 958	15, 35	10, 9
С двумя рядами труб
710	2, 135	34, 14	24
900	2, 733	41, 14	30
1150	3, 533	50, 14	38
1400	4, 333	53, 94	46
1615	4, 961	67, 14	53
1800	5, 613	73, 94	57
2000	6, 253	81, 98	64
2200	6, 893	89, 18	72
2400	7, 533	95, 68	78

ПРИМЕЧАНИЯ:

1. Минимальное расстояние осей фланцев радиатора от нижнего и верхнего срезов стенки бака и - соответственно 0, 085 и 0, 10 м.

2. Ширина радиатора (В) 354 мм для однорядного и 505 мм для двухрядного. Длина радиатора (С) 158 и 253 мм соответственно.

ЛИТЕРАТУРА

1. Вольдек А. И. Электрические машины. Л: Энергия, 1978, 832 с.

2. Сергеенков Б.Н., Киселев В.М., Акимова Н.А. Электрические машины: Трансформаторы: Учеб. пособие для электромех. спец. вузов. - М.: Высш. шк., 1989 - 352 с.

3. Лейтес Л.В.. Электромагнитные расчеты трансформаторов и реакторов. М.: Энергия, 1981. 392 с.

4. Тихомиров П.М. Расчет трансформаторов: Учеб. пособие для вузов, 5 -е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1986. 528 с.

5. Сапожников А.В. Конструирование трансформаторов. -М. - Л: Госэнергоиздат. 1959. 360с.

6. Аншин В.Ш., Хадяков З.Т. Сборка трансформаторов и их магнитных систем. М.: Высш. шк. 1895. 272 с..

7. Боднар В. В. Нагрузочная способность силовых масляных трансформаторов. М.: Энергоатоминздат, 1983. 176 с.

8. Испытания мощных трансформаторов и реакторов /Г. В. Алексенко, А.К.Ашрятов, Е.В.Веремей, Е.С.Фрид. М-: Энергия, 1978. 519 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение	3
Задание	5
Расчет электрических величин	8
Определение основных размеров трансформатора	10
Проектирование обмоток трансформатора	17
Расчет параметров короткого замыкания	38
Расчет магнитопровода	39
Расчет параметров холостого хода	44
Расчет бака	45
Тепловой расчет	47
Литература	50

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИЛОВОГО ТРЕХФАЗНОГО

ТРАНСФОРМАТОРА

Методические указания к курсовому проектированию студентов

специальностей

по дисциплине

«Электрические машины»

Екатеринбург 2007

Составители: С.Л.Назаров, В.С.Проскуряков, В.Н.Удинцев.

Научный редактор М.В.Юрченко

Рис. 23. Табл. 37.

Подготовлено кафедрой электротехники и электротехнологических систем УГТУ-УПИ.

технический университет, 2007

ВВЕДЕНИЕ

Рассмотрим основные соотношения, лежащие в основе проектирования трансформатора.

Мощность одной фазы трансформатора

(1.1)

Фазное напряжение приближенно можно получить из известной формулы [1]

(1.2)

где - частота сети;

- индукция в стержне магнитопровода;

Пс - сечение стержня;

w - число витков в фазе.

Величину фазного тока выразим через плотность тока D и сечение проводника П_пр

(1.3)

Подстановка выражений для напряжения (1.2) и тока (1.3) в формулу (1.1) дает следующее соотношение для мощности

(1.4)

Входящее в (1.4) произведение сечения проводника на число витков определим как сечение обмотки (меди)

(1.5)

(1.6)

(1.7)

ЗАДАНИЕ

Пояснительная записка должна содержать:

1. определение основных электрических величин;

2. определение основных размеров и изоляционных промежутков;

3. выбор конструкции и расчет обмоток трансформатора;

4. расчет параметров короткого замыкания;

5. Расчет магнитопровода;

6. расчет параметров холостого хода;

7. расчет бака;

8. тепловой расчет.

Графическая часть проекта - чертеж общего вида трансформатора.

Таблица 2.1.

Классификация силовых трансформаторов общего назначения по габаритам

Номера габаритов	Мощность, кВА	Класс напряжения, кВ
I	До 100	До 35 (включительно)
II	Свыше 100 до 1000	До 35 (включительно)
III	Свыше 1000 до 6300	До 35 (включительно)
IV	Свыше 6300	До 35 (включительно)
V	до 32 000	До 110 (включительно)
VI	Свыше 32 000 до 80 000	До 330 (включительно)
VII	Свыше 80 000 до 200 000	До 330 (включительно)
VIII	Свыше 200 000	Выше 330

полной мощности - кВА;

активной мощности - Вт;

тока - А;

напряжения - В;

линейных размеров - мм;

площадей (сечений) - мм².

В тоже время, в техническом задании, в таблицах справочных данных возможны другие единицы измерения.

Таблица 2.2.

Таблица вариантов

Вариант	Тип трансформатора	Ном. мощность S, кВА	Напряжение ВН, кВ	Напряжение НН, кВ	Схема и группа соединений	Напряжение короткого замыкания u_К, %	Потери короткого замыкания Р_К, кВт	Потери холостого хода Р₀, кВт	Ток холостого хода i₀, %
1/18	ТМ-100/10	100	10	0, 4	Y/Y₀ – 0	4, 5	1, 97	0, 365	2, 6
2/19	ТМ-160/10	160	10, 5	0, 4	Y/Y₀ - 0	4, 5	2, 65	0, 565	2, 4
3/20	ТМ-250/35	250	35	6, 3	Y/D - 11	6, 5	3, 7	1, 0	2, 3
4/21	ТМ-400/10	400	10, 5	0, 4	Y/Y₀ - 0	4, 5	5, 5	1, 05	2, 1
5/22	ТМ-400/10	400	10, 5	6, 3	Y/D - 11	4, 5	5, 5	1, 05	2, 1
6/23	ТМ-400/35	400	35	0, 4	Y/Y₀ - 0	6, 5	5, 5	1, 35	2, 1
7/24	ТМ-630/10	630	10, 5	6, 3	Y/D - 11	5, 5	7, 6	1, 56	2, 0
8/25	ТМ-630/10	630	10	0, 69	Y/D - 11	5, 5	7, 6	1, 56	2, 0
9/26	ТМ-630/35	630	35	6, 3	Y/Y₀ - 0	6, 5	7, 6	1, 9	2, 0
10/27	ТМ-630/10	630	10	0, 4	Y/Y₀ - 0	5, 5	7, 6	1, 56	2, 0
11/28	ТМ-1000/35	1000	35	10, 5	Y/D - 11	6, 5	12, 2	2, 75	1, 5
12/29	ТМ-1000/35	1000	35	6, 3	Y/D - 11	6, 5	12, 2	2, 75	1, 5
13/30	ТМ-1000/10	1000	10, 5	0, 4	Y/Y₀ - 0	5, 5	12, 2	2, 35	1, 4
14/31	ТМ-1600/10	1600	10	0, 4	Y/D - 11	5, 5	18, 0	3, 3	1, 3
15/32	ТМ-1600/35	1600	35	10, 5	Y/D - 11	6, 5	18, 0	3, 65	1, 4
16/33	ТМ-2500/10	2500	10	6, 3	Y/D - 11	5, 5	26, 0	4, 6	1, 0

12 3 4 5 6 7 8 Следующая ⇒