Определение линейных и фазных токов и напряжений обмоток ВН и НН
Схема расчета трансформатора
Определение основных электрических величин
Определение линейных и фазных токов и напряжений обмоток ВН и НН
Расчет трансформатора начинается с определения основных электрических величин: мощности на одну фазу и стержень, номинальных токов на стороне ВН и НН, фазных токов и напряжений.
Мощность одной фазы, кВА:
,
Мощность обмоток одного стержня:
Номинальные (линейные) токи на сторонах для трехфазного трансформатора, А:
обмотки ВН 
,
где U2 – номинальное линейное напряжение обмотки ВН, В;
обмотки НН 
,
где U1 – номинальное линейное напряжение обмотки НН, В.
Фазные токи и напряжения обмоток зависят от схемы их соединения.
Фазные токи обмотки одного стержня для схемы соединения Y/ Y –0 равны линейным токам.
Фазные напряжения при этом соединении:
обмотки ВН 
обмотки НН 
Фазный ток обмотки для соединения в ∆ : 
/ 
.
Фазное напряжение для соединения в ∆ : 
Uл
Расчет основных электрических величин и главной изоляции обмоток трансформатора
Расчет трансформатора начинается с определения основных электрических величин: мощности на одну фазу и стержень; номинальных токов на стороне ВН и НН; фазных токов и напряжений.
¨ Мощность одной фазы трансформатора, кВ*А,
Sф = 
,
где S – мощность трансформатора; m – число фаз.
¨ Мощность на одном стержне, кВ*А,
S` = 
,
где C– число активных (несущих обмотки) стержней.
Обычно для 3-фазных трансформаторов число фаз равно числу стержней.
¨ Номинальный (линейный) ток, А,
на стороне НН I1 = 
;
на стороне ВН I2 = 
,
где S – мощность трансформатора, кВ*А; U1и U2 – соответствующие значения напряжений обмоток, кВ.
Для однофазного трансформатора номинальный ток, А, определяется по формуле
I = 
.
При определении токов мощность подставляется в киловатт-амперах (кВ*А), а напряжение в киловольтах (кВ).
¨ Фазные токи, А, трехфазных трансформаторов
при соединении в звезду или зигзаг:
Iф = Iл;
при соединении обмотки в треугольник
Iф = 
,
где IЛ – номинальный линейный ток трансформатора.
Схема соединения и группа обмоток обычно задается.
¨ Фазные напряжения, В, трансформатора
при соединении обмотки в звезду или зигзаг:
Uф =
,
при соединении обмотки в треугольник:
Uф = Uл,
где Uл – номинальное линейное напряжение соответствующих обмоток.
¨ Испытательное напряжение трансформатора
Необходимо для определения основных изоляционных промежутков, между обмотками и другими токоведущими деталями.
Это напряжение, при котором проводится испытание трансформатора, а именно электрическая прочность изоляции.
Испытательное напряжение для каждой обмотки трансформатора определяется по табл. 1 или 2 в зависимости от класса напряжения соответствующей обмотки.
Испытательные напряжения промышленной частоты (50 Гц) для масляных силовых трансформаторов (ГОСТ 1516.1-76)
Определение линейных и фазных токов и напряжений обмоток ВН и НН
Расчет трансформатора начинается с определения основных электрических величин: мощности на одну фазу и стержень, номинальных токов на стороне ВН и НН, фазных токов и напряжений.
Мощность одной фазы, кВА:
,
Мощность обмоток одного стержня:
Номинальные (линейные) токи на сторонах для трехфазного трансформатора, А:
обмотки ВН 
,
где U2 – номинальное линейное напряжение обмотки ВН, В;
обмотки НН 
,
где U1 – номинальное линейное напряжение обмотки НН, В.
Фазные токи и напряжения обмоток зависят от схемы их соединения.
Фазные токи обмотки одного стержня для схемы соединения Y/ Y –0 равны линейным токам.
Фазные напряжения при этом соединении:
обмотки ВН 
обмотки НН 
Фазный ток обмотки для соединения в ∆ : 
/ 
.
Фазное напряжение для соединения в ∆ : 
Uл
Дата добавления: 2015-01-02 ; просмотров: 617 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Определение основных электрических величин силового трансформатора
Определение испытательных напряжений. Расчет основных размеров трансформатора. Выбор марки и толщины листов стали и типа изоляции, индукция в магнитной системе. Расчет обмоток низкого и высокого напряжения. Определение параметров короткого замыкания.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 14.01.2013 |
| Размер файла | 238,7 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
1. Определение основных электрических величин.
1.1 Определение линейных и фазных токов и напряжений обмоток ВН и НН.
1.2 Определение испытательных напряжений.
1.3 Определение активной и реактивной составляющих напряжения короткого замыкания.
2. Расчёт основных размеров трансформатора.
2.1 Выбор схемы, конструкции и технологии изготовления магнитной системы.
2.2 Выбор марки и толщины листов стали и типа изоляции, индукции в магнитной системе.
2.3 Выбор материала обмоток.
2.4 Выбор конструкции. Определение размеров основных изоляционных промежутков главной изоляции обмоток.
2.5 Предварительный расчёт трансформатора и выбор соотношения основных размеров в с учётом заданных значений Uk, Рк, Рх.
2.6 Определение диаметра стержня и высоты обмотки, предварительный расчёт магнитной системы.
3. Расчёт обмоток низкого и высокого напряжения.
3.1 Расчёт обмотки НН.
3.2 Расчёт обмоток ВН.
3.3 Масса проводов обмоток.
4. Определение параметров короткого замыкания.
4.1 Определение потерь короткого замыкания.
4.2 Определение напряжения короткого замыкания.
4.3 Определение механических сил в обмотках.
4.4 Расчёт температуры обмоток при коротком замыкании
5. Окончательный расчёт магнитной системы. Определение параметров холостого хода.
5.1 Определение размеров пакетов и активных сечений стержня и ярма.
5.2 Расчёт потерь и тока холостого хода.
6. Тепловой расчёт трансформатора.
6.1 Проверочный тепловой расчёт обмоток.
6.2 Выбор основных размеров бака.
6.3 Окончательный расчёт превышения температуры обмоток и масла.
Список используемой литературы.
Номинальная мощность: S=400 кВА
Потери короткого замыкания: Рк=5,5 кВт
Ток холостого хода: I0=2,1%
Потери в стали: Р0=1,35 кВт
Напряжение короткого замыкания: Uк=4,5%
Номинальные напряжения первичной и вторичной обмоток: U1=10 кВ
Трансформатором называется статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока. Трансформатор, предназначенный для преобразования электрической энергии в сетях энергосистем и потребителей электроэнергии называется силовым.
Конструктивной и механической основой трансформатора является его магнитная система, которая служит для локализации в ней основного магнитного поля трансформатора. Магнитная система представляет собой комплект пластин из электротехнической стали или другого ферромагнитного материала, собранных в определённой геометрической форме.
Силовые трансформаторы обладают весьма высоким коэффициентом полезного действия з = 95ч99,5 %
1. Определение основных электрических величин
1.1 Определение линейных и фазных токов и напряжений обмоток ВН и НН.
Мощность одной фазы и одного стержня трансформатора:
Sф=S’=400/3=133,33 кВА ф. 3.1.
Номинальный ток обмотки ВН
Номинальный ток обмотки НН
Фазный ток на стороне ВН, т.к. при соединении в Y равен линейному
Фазный ток на стороне НН, т.к. при соединении в Y равен линейному
Фазное напряжение на стороне ВН
Фазное напряжение на стороне НН
Фазные напряжения и токи определены исходя из условия соединения обмоток:
1.2 Определение испытательных напряжений обмоток
Испытательные напряжения обмоток
1.3 Определение активной и реактивной составляющих напряжения короткого замыкания
Активная составляющая напряжения короткого замыкания
Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания
2. Расчёт основных размеров трансформатора
2.1 Выбор схемы, конструкции и технологии изготовления магнитной системы
Магнитная система трансформатора является основной его конструкцией. Выбор основных размеров магнитной системы вместе с основными размерами обмоток определяет главные размеры активной части и всего трансформатора.
Ярма спрессовываются ярмовочными балками. Поперечное сечение стержня в стержневой системе имеет вид симметричной ступенчатой фигуры, вписанной в окружность.
Стержень и ярма шихтованной магнитной системы должны быть стянуты и скреплены так, чтобы остов представлял собой достаточно жёсткую конструкцию как механическая основа трансформатора.
2.2 Выбор марки и толщины листов стали и типа изоляции пластин, индукции в магнитной системе
Трансформаторы с рационально сконструированной магнитной системой из этой стали при надлежащей технологии её изготовления имеют экономию в расходе активных и других материалов и относительно малые потери и ток холостого хода.
Диаметр круга d= 0,18м табл. 2.5.
Коэффициент круга Ккр = 0,913м табл. 2.5.
Индукция в стержне Вс=1,6 Тл табл. 2.4.
заполнения при толщине 0,35мм:
Коэффициент заполнения сталью:
Ярмо многоступенчатое, число ступеней ярма nя =5.
Ширина пакета: ая =95мм табл. 8.2.
Коэффициент усиления ярма:
Вя=Вс/Кя Вя=1,6/1,025=1,56 Тл
Число зазоров в магнитной системе на косом стыке четыре n3 ‘=4, на прямом три n3 ”=3.
Индукция в зазоре на прямом стыке^
Удельные потери в стали: Рс=1,295Вт/кг табл. 8.10.
Удельные потери в ярме: Ря=1,207Вт/кг табл. 8.10.
Удельная намагничивающая мощность:
qс=1,775В·А/кг табл. 8.17
Удельная намагничивающая мощность для зазоров табл. 8.17 на прямых стыках qз»=23500В·А/м2
на косых стыках qз’=2500В·А/м2 табл. 8.17
Коэффициент, учитывающий добавочные потери в обмотках, потери в отводах, стенках бака и других металлических конструкциях от гистерезиса и вихревых токов, от воздействия поля рассеивания.
Кд=0,96 табл. 3.6. Значения а и b (постоянные коэффициенты для медных обмоток):
2.3 Выбор материала и предварительный выбор конструкции обмоток
Принимаем медь конструктивно.
По табл. 5.8. выбираем тип обмоток:
2.4 Выбор конструкции и определение размеров основных изоляционных промежутков главной изоляции обмоток
Изоляция между обмотками ВН и НН осуществляется жесткими бумажно- бакелитовыми цилиндрами или мягкими цилиндрами намотанными при сборке трансформатора из электроизоляционного картона. Размер выступа цилиндра за высоту обмотки обеспечивает отсутствие разряда по поверхности цилиндра между обмотками или с обмотки на стержень.
Для испытательного напряжения Uисп.нн.=5кВ и Uисп.вн.=35кВ по табл. 4.4 и 4.5.
определяем основные изоляционные промежутки:
2.5 Предварительный расчёт трансформатора и выбор соотношения основных размеров в с учётом заданных значений Uк, Рк, Рх.
Ширина приведенного канала рассеивания:
Расчёт основных коэффициентов (по ф. 3.30, 3.36, 3.43, 3.44, 3.52, 3.65. )
где Кр- коэфф. приведения идеального поля рассеиния к реальному (коэфф. Роговского). Кр= 0,95 стр.162
Минимальная стоимость активной части трансформатора имеет место при условиях, определяемых уравнением:
где Ко,с = 1,81 табл. 3.7.
Решение этого уравнения дает значение в= 2,07 соответствующее минимальной стоимости активной части С’а,ч..
Оба полученных значения в лежат за пределами обычно применяемых значений.
Масса одного угла магнитной системы:
Активное сечение стержня:
Площадь зазора на прямом стыке: П”з=Пс=176х2
Площадь зазора на косом стыке: П’з=Пс·x2
Для магнитной системы потери холостого хода:
Кп,у = 10,18 табл. 8.13
Намагничивающая мощность по формуле. 8.44 :
Кт,у = 42,45 табл. 8.20.
Определяем основные размеры трансформатора:
Дальнейший расчёт, начиная с определения массы стали магнитной системы, для шести значений в (от 1 до 3) проводим в форме таблицы 1.
РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН ТРАНСФОРМАТОРОВ И АВТОТРАНСФОРМАТОРОВ
Мощность одной фазы трансформатора, кВ·А,
мощность на одном стержне
Для трехобмоточного трансформатора под мощностью S следует понимать наибольшее из трех значений номинальной мощности для обмоток ВН, СН и НН.
Номинальный (линейный) ток обмотки ВН, СН и НН трехфазного трансформатора, А,
I = S·10 3 /( 
U) (3.3)
Для расщепленных обмоток S — мощность соответствующей части обмотки. В трансформаторах классов напряжения 35—500 кВ, отвечающих требованиям современных стандартов, расщепление обмотки производится на две части, равные по мощности.
Номинальный ток однофазного трансформатора, А,
Фазный ток обмотки одного стержня трехфазного трансформатора, А:
при соединении обмоток в звезду или зигзаг
при соединении обмоток в треугольник
Iф = I / (3.6)
где номинальный ток I определяется по (3.3).
Фазное напряжение трехфазного трансформатора, В:
при соединении в звезду или зигзаг
Uф = U/ (3.7)
здесь U — номинальное линейное напряжение соответствующей обмотки, В.
при соединении в треугольник
При соединении в зигзаг результирующее фазное напряжение образуется геометрическим сложением напряжений двух частей обмотки, находящихся на разных стержнях (рис. 3.1). В силовых трансформаторах общего назначения обе части обмотки на каждом стержне имеют равное число витков. В этом случае фазное напряжение образуется суммой равных напряжений двух частей обмотки, сдвинутых на 60°. Напряжение одной части обмотки фазы при этом может быть получено из формулы
U’ = Uф / (2 cos30 o ) = Uф / 
Общее число витков такой обмотки на одном стержне будет определяться не Uф, как при соединении в звезду, а 2Uф / 
, т, е. увеличится в 1,155 раза.
Рис. 3.1. Схема соединения в зигзаг:
а — общая схема; б — диаграмма фазных и линейных напряжений при разделении фазных обмоток на две равные части; в — то же, когда обмотки делятся на неравные части
При соединении в зигзаг обмотка фазы может разделяться на две неравные части. В этом случае может быть получен поворот системы фазных и линейных напряжений схемы на любой угол в зависимости от того, в каком отношении находятся числа витков двух частей обмотки фазы (рис. 3.1,в ). При заданном угле β обмотка каждой фазы должна быть разделена в отношении
ω1/( ω1+ ω2) = 2tgβ/(tgβ + 
).
Для определения изоляционных промежутков между обмотками и другими токоведущими частями и заземленными деталями трансформатора существенное значение имеют испытательные напряжения, при которых проверяется электрическая прочность* изоляции трансформатора. Эти испытательные напряжения определяются по табл. 4.1 для каждой обмотки трансформатора по ее классу напряжения.
Потери короткого замыкания, указанные в задании, дают возможность определить активную составляющую напряжения короткого замыкания, %:
uа = 
100 
= 
(3.9)
Реактивная составляющая при заданном ик определяется по формуле
uр = 
(3.10)
Расчет основных электрических величин для автотрансформатора имеет некоторые особенности. Типовая или расчетная мощность однофазного автотрансформатора
может быть определена по заданным проходной мощности Sпрох и номинальным напряжениям U и U’:
Рис. 3.2. Схема соединения обмоток однофазного двухобмоточного повышающего автотрансформатора
Рис. 3.2. Схема соединения обмоток однофазного двухобмоточного понижающего автотрансформатора
для повышающего автотрансформатора (рис. 3.2)
Sтип = Sпрох 
= kв Sпрох (3.12)
для понижающего автотрансформатора (рис. 3.3)
Sтип = Sпрох 
= kв Sпрох
Коэффициент kв=(U’-U)/U’ для повышающего или kв=(U-U’)/U для понижающего автотрансформатора, показывающий, какую долю составляют типовая (расчетная) мощность Sтип от проходной мощности Sпрох, иногда называют коэффициентом выгодности автотрансформатора (kв
для повышающего однофазного автотрансформатора (рис. 3.2)
для понижающего однофазного автотрансформатора (рис. 3.3)
Напряжения отдельных обмоток U1 и U2, В, для однофазного автотрансформатора:
повышающего (рис. 3.2)
понижающего (рис. 3.3)
Для трехфазного автотрансформатора с соединением обмоток в звезду под U и U’ в этих формулах следует понимать фазные напряжения автотрансформатора:
U= Uл/ и U’= U’л/ ,
Напряжение короткого замыкания ик для автотрансформатора обычно задается как сетевое ик,с т. е. относительно большего из двух сетевых напряжений U и U’. При расчете основных размеров автотрансформатора необходимо знать расчетное напряжение ик,p т. е. отнесенное к напряжению одной из обмоток U1 или U2. Для понижающего и повышающего автотрансформатора ик,р может быть найдено по формуле
После определения расчетной мощности, токов и напряжений обмоток и расчетного напряжения короткого замыкания между обмотками ВН и СН расчет автотрансформатора производится по этим данным так же, как и обычного трансформатора.
Пример. Рассчитать основные электрические величины для понижающего трехфазного трехобмоточного автотрансформатора с автотрансформаторной связью обмоток ВН и СН и трансформаторной связью обмоток ВН и НН, СН и НН по рис. 2.9, б.
Проходная мощность Sпрох = 100000 кВ·А, мощности обмоток ВН и СН при автотрансформаторной связи Sпрох; мощность обмотки НН 0,5Sпрох. Номинальное напряжение: ВН 231 кВ; СН 121 кВ±8·1,5%; НН 38,5 кВ. Схемы соединения обмоток: ВН и СН — У, НН — Д. Напряжения короткого замыкания ик,с, приведенные к проходной мощности и отнесенные к сетевым напряжениям: ВН—СН 11 %; ВН—НН 31 %; СН—НН 19%.
Типовая мощность Sтип = kвSпрох=0,476.100000=47 600 кВ·А; мощность обмотки НН SНН=50000 кВ·А. Расчетная мощность обмотки одного стержня для обмотки ВН и СН
S’ = Sтип/c = 47600/3 = 15867 кВ·А;
S =Sпрох/c = 0,5·100000 /3 = 16667 кВ·А.
I = Sпрох·10 3 /( 
U) = 100000·10 3 /( ·231000) = 250 А;
I’ = Sпрох·10 3 /( U’) = 100000·10 3 /( ·121000) = 480 А;
Iл3= Sпрох·10 3 /( UНН) = 50000·10 3 /( ·38500) = 750 А;
I2 = I = 250А; I1 = I’- I=480-250 = 230 А;
I3= Iл3/ = 750/ = 432 А.
U= Uл/ =231000/ = 133000 В;
U’= U’л/ = 121000/ =69700 В.
U1= U’=69700 В; U2=U-U’=133000-69700 = 63300 В;
Расчетное напряжение короткого замыкания между обмотками ВН и СН
Напряжения короткого замыкания между обмотками ВН и НН, СН и НН, имеющими трансформаторную связь, не пересчитываются, но при реально возможной нагрузке на обмотках ВН—НН или СН—НН, равной 0,5, Sпрох будут равны: для ВН — НН 0,5·31 = 15,5% и для СН— НН 0,5·19 = 9,5%.
Дата добавления: 2015-01-02 ; просмотров: 10303 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ