Проектирование силового трансформатора мощностью 630 кВА (стр. 5 из 5)
i0=
0,237%, что составляет примерно 15,8% от заданного значения (0,237·100/1,5 = 15,827%);i0a=
0,134% - активная составляющая тока холостого хода.8. Тепловой расчет трансформатора.
8.1. Обмотка низкого напряжения:
Потери, выделяющиеся в 1 м3 общего объема обмотки:
pa=
69730 Вт, где а – толщина ленты;δиз – толщина изоляции;
0,439 Вт/м·0С – средняя теплопроводность обмотки;Внутренний перепад температуры:
Θ0НН=
3,89 оС;Средний перепад температуры:
Θ0ННср=2·Θ0НН/3=2·3,89/3=5,187 оС;
Перепад на поверхности обмотки:
ΘомНН=0,285·qНН0,6=0,285·663,160,6=14,055 0С;
Среднее превышение температуры над средней температурой масла:
Θом.срНН=Θ0ННср+ΘомНН=5,187+14,055=19,241 оС.
8.2. Обмотка высокого напряжения:
Внутренний перепад температуры:
Θ0ВН=
0,583 оС;Средний перепад температуры:
Θ0ВНср=2·Θ0ВН/3=2·0,583/3=0,388 оС;
Перепад на поверхности обмотки:
ΘомВН=k1k2k3·qВН0,6=1,0·1,0·1,05·0,35·392,140,6=13,3 0С , где (коэффициенты взяты в пункте 9.5 [1]):
k1 – учитывает скорость движения масла внутри обмотки;
k2 – учитывает затруднение конвекции масла в каналах;
k3 – учитывает влияние на конвекцию масла горизонтальных каналов;
Среднее превышение температуры над средней температурой масла:
Θом.срВН=Θ0ВНср+ΘомВН=0,583+13,3=13,692 оС.
9. Расчет основных геометрических размеров бака трансформатора
Расстояние от обмотки ВН до стенки бака:
Отвод НН изготавливаем из алюминиевой шины сечением 32х10мм; шина приваривается точечной сваркой к концу обмотки НН; шина не изолируется. Отвод ВН делаем из того же провода, из которого сделана обмотка.
По табл.4.11 [1] определяем расстояние от обмотки до стенки бака:
S3=25мм – расстояние от обмотки до отвода;
S4=25мм – расстояние от отвода до стенки бака;
Толщина отвода – 10мм;
Расстояние от обмотки до стенки бака – 60мм.
Подкладку под ярмо изготавливаем из буковых досок толщиной 50мм.
Расстояние от ярма до крышки принимаем 140мм (меньше приведенного в табл.9.5 [1], так как ярмо пространственной системы имеет совершенно иную конструкцию, чем ярмо плоского магнитопровода).
Итак, высота стенки бака Нбак=1280мм.
10. Тепловой расчет бака. Окончательный расчет превышений температуры обмоток и масла
10.1. Тепловой расчет бака.
Рис.9. Эскиз стенки бака, вид сверху.
Системой охлаждения трансформатора является его волнистые стенки (см рис.9). Параметры системы охлаждения:
Число волн, m: 74;
Глубина волны: 130мм;
Ширина волны: 12мм (снаружи);
Расстояние волн: 25мм;
Толщина стенки: 1мм;
Высота волн, Нв: 1170мм.
Поверхность излучения стенки (по эскизу):
Пив=П·Нбак=3549·1170·10-6=4,152 м2 ,
где П – периметр волнистой стенки;
Поверхность верхней рамы:
Пр=0,1·t·n=0,1·0,037·74=0,274 м2 , где t – шаг волн;
Площадь крышки по эскизу:
Пкр=0,555м2;
Полная поверхность излучения:
Пи=Пив+Пр+0,5·Пкр=4,152+0,274+0,5·0,555=4,7 м2;
Поверхность конвекции стенки:
Пкв=m·lв·kв·Hв=74·(268,85+25)·0,973·1170·10-6=24,755 м2,
где lв – периметр одной волны;
Полная поверхность конвекции:
Пк=Пкв+Пр+Пкр·0,5=24,755+0,247+0,5·0,555=25,3 м2.
10.2. Окончательный расчет превышений температуры обмоток и масла.
Среднее превышение температуры стенки бака над температурой окружающего воздуха:
Θбв=
43,8 оС;Среднее превышение температуры масла вблизи стенки над температурой стенки бака:
Θмб=1,0·0,165
5,4 оС;Превышение температуры масла в верхних слоях над температурой окружающего воздуха:
Θмвв=1,2(Θмб+Θбв)=1,2·(43,8+5,4)=59 oC, что меньше нормы – 60оС.
Превышение температуры обмоток над температурой окружающего воздуха для обмотки НН:
ΘовНН=Θ0ННср+Θом+Θмб+Θбв=5,187+14,055+5,4+43,8=68,4 оС;
Превышение температуры обмоток над температурой окружающего воздуха для обмотки ВН:
ΘовВН=Θ0ВНср+Θом+Θмб+Θбв=0,388+13,3+5,4+43,8=62,8 оС.
11. Определение массы масла и конструктивных материалов.
11.1. Масса конструктивных материалов.
Волнистая часть бака изготовлена из стали толщиной 1мм. По эскизу определили периметр волнистой стенки: 21,9м; примем плотность конструкционной стали 7850 кг/м3, тогда масса волнистой стенки:
21,9·7850·0,001·Нв=201 кг.
Сверху (50мм) и снизу (60мм) гладкие участки стенки бака изготовлены из стали толщиной 4мм, аналогично получим массу этой части стенки бака: 9,5кг.
Днище изготавливаем из стали толщиной 6мм, масса днища: 26,2кг.
Крышку изготавливаем из стали толщиной 8мм, масса крышки: 34,8кг.
Таким образом, приблизительная масса стального бака:
Gбак=201+9,5+26,2+34,8=271,5кг.
Площадь одной волны: 0,0013м2;
Объем бака: Vбак= 0,555·1,280+0,0013·74·1,17=822 л.
11.2. Масса масла.
Масса активной части:
1,2·(Gст+Gпр)=954кг;
Объем активной части (среднюю плотность активной части принимаем 5500кг/м3):
Vact=954/5500=173л;
Плотность масла: 900кг/м3;
Масса масла:
Gм= 900·(Vбак-Vact)=582кг.
Приблизительная масса трансформатора:
582+954+271,5=1808 кг, с учетом наличия различных устройств, например, вводов, термодатчиков и тп, швеллеров и катков, можно принять приблизительную массу трансформатора 1900кг.
12. Расчет КПД трансформатора
η=
98,714%Полученный КПД является достаточно высоким для трансформатора такой мощности, что свидетельствует о правильности расчета.
Стоимость стали 3406 в настоящее время приблизительно 100р/кг, стоимость провода АПБ примем 80р/кг, масла – 35р/кг, стоимость конструкционной стали - 30р/кг. Тогда можно рассчитать приблизительную стоимость этих материалов, используемых в трансформаторе:
Gст·100=555,8·100=55580 руб – приблизительная стоимость стали 3406;
Gпр·80=239·80=19140 руб – приблизительная стоимость провода АПБ;
GМ·35=582·35=20370 руб – приблизительная стоимость масла;
Gбак·30=271,5·30=8145 руб – приблизительная стоимость тонколистовой стали.
Итого: 103600 руб.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данном курсовом проекте был рассчитан трехфазный трансформатор с пространственной навитой магнитной системой, герметичного исполнения ТМВГ-630/6,3. В процессе расчета были выявлены преимущества данной магнитной системы над плоской:
· Меньший расход электротехнической стали;
· Меньше потери холостого хода;
· Меньше ток холостого хода;
· Меньше масса трансформатора;
· Больше КПД;
· Меньше стоимость.
В подтверждение – сравнение задания на расчет и его результаты:
| Задание на проектирование | Полученные результаты |
| uк =5.0%i0 =1.5%Pх =1.3 кВтPк =7.2 кВт | uк =5.079%i0 =0,237%Pх =0,846 кВтPк =7.381 кВт |
Трансформаторы данной серии незаслуженно вышли из производства. При внедрении необходимых технологических особенностей в производство трансформаторов, есть возможность создавать трансформаторы этой серии, в основном малой и средней мощности.
Список литературы
1. Тихомиров П.М. Расчет трансформаторов. – М.: Энергоатомиздат, 1996. – 528 с.: ил.
2. Антонов М.В. Технология производства электрических машин. – М.: Энергоиздат, 2002. – 592 с.: ил.
3. Гончарук А.И. расчет и конструирование трансформаторов. – М.: Энергоатомиздат, 1999. – 256 с.: ил.
4. Сапожников А.В. Конструирование трансформаторов. – М.: Госэнергоиздат, 1999. – 360 с.: ил.
5. ГОСТ 11677 – 85. Трансформаторы силовые. Общие технические условия.
6. ГОСТ 16110 – 85. Трансформаторы силовые. Термины и определения.