Расчет силового трансформатора

Содержание:

стр.

ВВЕДЕНИ...3

1. Основные понятия трансформаторов..4

1.2а Основные режимы работы трансформаторов... 8

1.3. Требуемые предъявления к работе трансформатора....11

2. Устройство трансформатора14

2.1а Остов и магнитная система трансформаторов..14

2.3а Переключающие стройства...18

2.4а Отводы...20

2.5а Вводы.21

2.6а Изоляция трансформаторов.22

2.7а Бак, охладители, расширитель, термосифонный фильтр и др. вспомогательные стройства трансформаторов.ЕЕ..23

2.8а Защитные и контрольно-измерительные стройства25

3. Расчет трансформатора26

Заключени35

Список литературы36

Введение

Производство электрической энергии на крупных электростанциях с генераторами большой единичной мощности, размещаемых вблизи расположения топливных и гидравлических энергоресурсов, позволяет получать в этих районах необходимые количества электрической энергии при относительно невысокой ее стоимости. Использование дешевой электрической энергии потребителями, которые находятся на значительном расстоянии, иногда измеряемом сотнями и тысячами километров, и рассредоточены по обширной территории страны, требует создания сложных разветвленных электрических сетей. Силовой трансформатор является одним из важнейших элементов электрической сети. Передача электрической энергии на большие расстояния от места ее производства до места потребления требует в современных сетях не менее чем шестикратной трансформации в повышающих и понижающих трансформаторах. Необходимость распределения энергии между многими мелкими потребителями приводит к значительному величению числа отдельных трансформаторов по сравнению с числом генераторов. При этом суммарная мощность трансформаторов в сети на каждой последующей ступени с более низким напряжением в целях более свободного маневрирования энергией выбирается обычно большей, чем мощность предыдущей ступени более высокого напряжения. Вследствие этого общая мощность всех трансформаторов, становленных в сети, в настоящее время превышает общую генераторную мощность в 8-10 раз. Одной из важных задач является повышение эффективности использования материальных ресурсов в трансформаторостроении - материалов, топлива и энергии. Эта задача решается в сложном комплексе мероприятий, направленных на меньшение расхода активных, изоляционных и конструктивных материалов и на меньшение размеров трансформатора.

Целью курсовой работы является изучение стройства, основных режимов работы, расчета силового трансформатора /2/.

1. Основные понятия трансформаторов

1.1. Применение трансформаторов

Электрическую энергию, вырабатываемую тепловыми электриченскими станциями, расположенными обычно в местах залежей топлинва, и гидроэлектростанциями, расположенными у рек, приходится передавать в крупные промышленные центры, которые далены на сотни, иногда и тысячи километров от места расположения станций. Для передачи электроэнергии на большие расстояния соорунжают мощные линии электропередачи ЛЭП. Известно, что при прохождении по линии тока часть электриченской энергии расходуется на нагревание проводов. Электрическая энергия, теряемая в проводах, тем больше, чем больше ток и сопротивление проводов. меньшать потери только за счет снижения сопротивления проводов экономически невыгодно, так как при этом требуется значительное величение сечения проводов и, следовательно, большой расход дефицитных цветных металлов. Для снижения потерь энергии и сокращения расхода цветных металлов идут по пути величения напряжения с помощью трансформаторов. Трансформаторы, повышая напряжение, автоматически меньшают ток, поэтому передаваемая мощность остается неизменной, а потери в проводах линии, пропорциональные квадрату силы тока (I²R), резко сокращаются. Например, при величении напряжения передаваемой энергии в 10 раз потери снижаются в 100 раз. Для повышения напряжения линий электропередачи станавливают повышающие трансформаторы, чтобы напряжение снизить до величины, на которую строят токоприемники (от 127 В до нескольких киловольт), в конце линии станавливают понижающие трансформаторы. Для этого сооружают подстанции, распределяющие электроэнергию между группами потребителей (заводами, фабриками, поселками домами и др.). В современной электроэнергетике главную роль играют силовые трансформаторы, т. е. трансформаторы, служащие для преобразования электрической энергии в электрических сетях и становках, принимающих и использующих ее. К силовым относятся трехфазные и многофазные трансформаторы мощностью 6,3 кВА и более н однофазные мощностью 5 кВА и более.

Электрическую энергию приходится передавать на большие расстояния Ч в объединенную энергосистему, в центры ее потребления и непосредственно к многочисленным мелким потребителям. Из-за большой разветвленности электрических сетей, обеспечивающих передачу и распределение электрической энергии между потребителями, отличающимися мощностями, характером нагрузок и даленностью от электрических станций и подстанций, необходима четырех- и пятикратная ее трансформация, следовательно, установка большого количеств повышающих и понижающих силовых трансформаторов. Кроме того, при трансформации суммарная мощность силовых трансформаторов на каждой ступени с более низким напряжением обычно больше, чем на ступени с более высоким нанпряжением. Поэтому общая суммарная мощность силовых трансформаторов, установленных в сетях, превышает суммарную мощнность генераторов, становленных на электростанциях, в 6-7 раз. В качестве силового трансформатора в сетях 220 кВ и выше широко применяют автотрансформатор, представляющий собой трансbr> форматор, две обмотки которого гальванически соединены между
собой. Кроме силовых трансформаторов и автотрансформаторов
для передачи и распределения электрической энергии в народном
хозяйстве используют много видов специальных трансформаторов.
К ним в первую очередь относятся трансформаторы для питания
электропечей, выпрямителей, электросварочные, регулировочные,
испытательные, тяговые, судовые, шахтные и измерительные. Разbr> личные виды трансформаторов широко применяют в стройствах
связи, радио, автоматики, телемеханики, бытовой техники и т. п.
Трудно представить себе современное электротехническое стройство, где бы не использовался трансформатор /1/.

1.2. Основные определения

Трансформатор представляет собой статическое электромагнитное стройство, имеющее две или большее количество индуктивно связанных обмоток и предназначенное для преобразования, посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем пенременного тока в одну или несколько других систем переменного тонка, в том числе для преобразования электрической энергии одного напряжения в электрическую энергию другого. Обмотка трансформатора, к которой подводится энергия (напрянжение) преобразуемого переменного тока, называется первичной обмоткой трансформатора. Обмотка трансформатора, от которой отнводится энергия преобразованного переменного тока, называется вторичной обмоткой трансформатора. Трансформаторы подразделяют на стандартные классы, напряжения. Обмотка трансформатора, к которой подводится энергия преобразуемого или от которой отводится энергия преобразованнонго переменного тока, называется основной. Силовой трансформатор имеет не менее двух основных обмоток.

Основная обмотка трансформатора, имеющая наибольшее номинальное напряжение, называется обмоткой высшего напряжения ВН, наименьшего - низшего напряжения НИ, промежуточное между ними - среднего напряжения СИ. Трансформатор с двумя гальванически не связанными обмотками называется двухобмоточным, с тремя Ч трехобмоточным. Мощные силовые трансформаторы часто выполняют трехобмоточными Ч с обмотками ВН, СН и НН. Одна из этих обмоток является первичной, две другие - вторичными. Если у трансформатора первичной является обмотка НН, его называют повышающим, если ВН - понижающим.

Отношение напряжений на зажимах двух обмоток в режиме холостого хода называется коэффициентом трансформации (

Для двух обмоток силового трансформатора, расположенных па одном стержне, коэффициент трансформации принимается равным отношению чисел их витков. Поэтому если, например, первичная обнмотка с числом витков W₁ является обмоткой высшего напряжения, вторичная с числом витков W₂Чнизшего напряжения, то li = Wi2, откуда U₁=2, W₁=kW₂_.а Таким образом, зная коэффициент трансформации и напряжение на вторичной стороне трансформатора, легко определить напряжение на первичной, и наоборот. Это относится также и к числам витков. Трансформатор, в магнитной системе которого создается однофазное магнитное поле, называется однофазным, трехфазное Ч трехфазным. Для лучшения электрической изоляции токопроводящих частей и словий охлаждения трансформатор обмотки вместе с магнитной системой погружают в бак с трансформаторным маслом. Такие трансформаторы называют маслонаполненными или масляными. Некоторые трансформаторы специального назначения вместо масл наполняют негорючей синтетической ажидкостью - совтолом. Трансформаторы, у которых основной изолирующей средой служит воздух, газ или твердый диэлектрик, охлаждающей средой атмосферный воздух, называются сухими. Каждый трансформатор имеет табличку, в которой казаны его номинальные величины, т. е. величины, на которые он рассчитана (мощность, высшее и низшее напряжение, токи, частота и др.). Номинальная мощность трансформаторова выражается полнной электрической мощностью в киловольт-ампераха (кВА) или мегавольт-амперах (MBА). Номинальное первичное напряжение - это напряжение, на которое рассчитана первичная обмотка трансформатора; номинальное вторичное, - получающееся на зажимах вторичной обмотки при холостом ходе трансформатора и номинальном напряжении на зажимах первичной обмотки

1.3. Основные режимы работы трансформаторов

1.3.1. Холостой ход, токи и потери холостого хода.

Если к зажимам одной из обмоток трансформатора подведено переменное номинальное напряжение, другие обмотки не замкнуты на внешние цепи, такой режим работы называется режимом холостого хода транснформатора. Ток, проходящий в обмотке трансформатора при холостом ходе, называется током холостого хода. Для трансформаторов малой мощности Он составляет Ч3,5% номинального, адля мощных 0,5-1,5%. Потребляемая при холостом ходе трансформатора активная мощность тратится на тепловые потери в магнитной системе и частично в первичной обмотке. Эти суммарные потери называют потерями холостого хода трансформатора. В активном сопротивлении обмоток при холостом ходе потери незначительны из-за малого тока, поэтому ими пренебрегают, считая, что мощность, потребляемая трансформатором, расходуется только на потери в стали магнитной системы. Эти потери вызваны периодическим перемагничиванисм (гистерезисом) стали и, вихревыми токами. Перемагничивание связано с выделением тепла и, как любой другой вид работы, требует затраты энергии. Магнитная система находится в переменном магнитном поле, поэтому согласно закону электромагнитной индукции в ней индукнтируются токи, которые проходят в плоскостях, перпендикулярных направлению магнитного потока, и называются вихревыми. Чем толще пластины, из которых собрана магнитная система, и меньше их дельное электрическое сопротивление, тем больше вихревые токи. Вихревые токи являются паразитными, так как, замыкаясь в стали магнитной системы, они нагревают ее и вызывают бесполезные потери энергии. Для меньшения потерь от вихревых токов магнитную систему трансформаторов собирают из тонких пластин, изготовленных из специальной стали и изолированных друг от друга /4/.

1.3.2. Короткое замыкание. Напряжение и потери короткого замыканния.

Коротким замыканием трансформатора называют режим работы, при котором одна из обмоток замкнута накоротко, вторая находится под напряжением. Если короткое замыкание происходит в процессе эксплуатации трансформатора при номинальных напряжениях, в обмотках возникают токи короткого замыкания, в Ч20 раз (и более) превышающие поминальные. При этом резко повышается температура обмоток и в них возникают большие механические силия. Такое замыкание является аварийным и требует специальной защиты, которая должна отключить трансформатор в течение долей секунды. Если замкнуть накоротко одну из обмоток трансформатора, к другой подвести пониженное напряжение и постепенно его понвышать, то при определенном значении напряжения Uк.з,_. называемом напряжением короткого замыкания, в обмотках будут проходить токи, равные номинальным. Напряжение короткого замыкания является одной из важных характеристик трансформатора и выражается в процентах номинального напряжения:

Uк.з.=Uк.з./Uн*100

где Uк.з. - напряжение короткого замыкания, %; Uк.з. - напряженние короткого замыкания, В; Uн - номинальное напряжение обнмотки трансформатора, В. Равенство напряжений короткого замыкания трансформатонров Ч одно из словий их параллельной работы. Напряжение Uк.з. казывают в табличке каждого трансформатора. Его величина опнределена стандартами в зависимости от типа и мощности транснформатора: для силовых трансформаторов малой и средней мощнности она составляет 5 Ц7%, для мощных трансформаторов 6 - 17% и более. При опыте короткого замыкания в магнитной системе создаетнся незначительное магнитное поле, обусловленное малым подвенденным напряжением. Кроме того, проходящие по первичной и втонричной обмоткам номинальные токи создают поле рассеяния, замыкающееся через воздух и металлические детали трансформантора. Поле рассеяния создает индуктивное сопротивление, которое при коротком замыкании ограничивает ток в обмотках, предохранняя их от чрезмерного нагрева и разрушения. Падение напряженния в индуктивном сопротивлении обмоток в основном определянет значение напряжения короткого замыкания трансформатора. Чем выше Uк.з., тем меньше опасность разрушения обмоток при аварийных коротких замыканиях. Однако величину Uк.з. ограничивают до определенного значения, в противном случае, создавая значительное индуктивное сопротивнление, поля рассеяния вызовут недопустимо большое реактивное падение напряжения во вторичной обмотке, в результате чего снизятся вторичное напряжение и соответственно мощность, полунчаемая приемником электроэнергии. Кроме того, поля рассеяния, замыкаясь через металлические детали, вызывают в них добавочнные потери от вихревых токов и перемагничивания, снижая кпд трансформатора. Поля рассеяния ограничивают до оптимальной величины, размещая первичную и вторичную обмотки на одном стержне концентрически, (чем ближе обмотки друг к другу, тем меньше поле рассеяния). При опыте короткого замыкания напряжение Uк.з, подводимое к трансформатору, в зависимости от его типа в Ч20 раз меньше номинального. В этом случае магнитное поле, замыкающееся через магнитную систему, составляет не более 5% основного. Поэтому потерями в стали пренебрегают, считая, что мощность Рк.з. потребнляемая трансформатором при коротком замыкании, полностью раснходуется на потери в активном сопротивлении первичной и вторичнной обмоток и на добавочные потери от полей рассеяния в стальнных деталях трансформатора (стенках бака, ярмовых балках и др.). Токи и потери при опыте короткого замыкания, по величине такие же, как и при номинальной нагрузке трансформатора, поэтому их часто называют нагрузочными потерями (они нормируютнся стандартом).

1.3.3. Кпд трансформатора.

При работе трансформатора под нагрузнкой происходят потери энергии в стали и обмотках (нагрузочные и холостого хода). Зная эти потери и мощность, выдаваемую трансформатором в сеть, можно определить его кпд в процентах.

n<=

2/(

где

2 Ц мощность, выдаваемая трансформатором в сеть, кВт;а Рк.з. - потери короткого замыкания (нагрузочные), кВт; Рх - понтери холостого хода, кВт. Трансформаторы имеют сравнительно высокий кпд (98,Ч 99,3% и более).

1.4. Требования, предъявляемые к трансформаторам

Силовые трансформаторы должны отвечать ряду технических требований: довлетворять словиям параллельной работы; не пенрегреваться выше допустимых пределов; выдерживать превышения напряжения в допустимых пределах и внешние короткие замыкания при обусловленных значениях кратности и длительности тока; обеспечивать регулирование напряженния. Под параллельной работой трансформанторов понимают работу нескольких трансформаторов на общую сеть при параллельнном соединении их первичных и вторичных обмоток. Такая работа более экономична, чем раздельная, и создает некоторый резерв мощности. Чтобы трансформаторы могли работать параллельно, они должны отвечать ряду технических требований, основнными из которых являются: равенство пернвичных и вторичных напряжений, следовательно, и коэффициентов трансформации; равенство напряжений короткого замыкания, одинаковые группы соединения обмоток. Повышение температуры трансформатора и его отдельных частей сверх допустимой приводит к сокращению срока службы, в отндельных случаяха к аварийному выходу трансформатора из работы. Для обеспечения надежной работы трансформатора в течение срока службы, на который он рассчитан (25 лет), ГОСТ 11677-75 становлены следующие допустимые превышения температуры отдельных его частей над температурой охлаждающей среды,

Для обмоток - 65

В сухих трансформаторах наибольшее превышение температуры обмоток над температурой охлаждающей среды при применении изоляционных материалов классов нагревостойкости А, Е, В, F и Н не должно быть больше соответственно 60, 75, 80, 100, 125

Известно, что магнитодвижущие силы, а следовательно, механические силия первичной и вторичной обмоток, должны равнонвешивать друг друга. В случае же осевой асимметрии обмоток такое равновесие нарушается /5/.

2. стройство трансформатора

Полностью собранный однофазный трансформатор мощнонстью 2500кВА показан на рис. 1. На баке 1 трансформатора становлен термосифонный фильтр 2 с патрубком 3 и плоским краном 22. Приводной механизм 4 стройства РПН связан вернтикальным валом 6 (с муфтой 5) с контакторами, закрытыми кожухом 7. Кожух контакторов имеет свой маслоуказатель 9 со стеклянной пластиной и реле давления 8. На крышке 10 кожуха контакторов находится пробка 11 для выхода воздуха. Расширинтель 12 со стенкой 16 снабжен воздухоосушителем, патрубок 13 которого виден на рисунке. Предохранительная труба 14 связана газоотводным патрубком 15 с расширителем, на съемной боковой стенке которого становлен маслоуказатель 17 со стеклянной трубкой. На крышке трансформатора разменщены вводы высшего 19 и низшего 18 напряжений. Для подъема крышки с активной частью служат кольца 20, для подъема полнностью собранного трансформатора - крюки 21. Охлаждение трансформатор естественное масляное, осуществляется с понмощью прямотрубных радиаторов 25, крепленных на патрубнках 23. Для повышения механической прочности радиаторов при транспортировании служат специальные угольники 24, с пласнтинами, связывающие радиаторы.

Рис. 1. Однофазный трансформатор.

2.1. Остов и магнитная система трансформаторов

Конструкция, включающая в собранном виде магнитную систему со всеми деталями, служащими для ее соединения и крепления обмоток, называется остовом трансформатора. Комплект пластин, изготовленных из электротехнической стали и собранных в определенной геометрической форме, предназначенной для концентрации основного магнитного поля трансформатора, называется магнитной системой трансформатора. Магнитная система состоит из стержней, на которых расположены обмотки, и ярм, замыкающих магнитную цепь. Поверхность пластин покрыта жаростойкой пленкой или лаком, либо сочетанием жаростойкой и лаковой пленок, обеспечивающих изоляцию между ними. По стройству различают броневые, бронестержневые и стержневые магнитные системы. Магнитная система, в которой оба конца каждого стержня соединены двумя (и более) боковыми ярмами, называется броневой. Магнитный поток в такой системе при выходе из стержня разветвляется на две части, поэтому площадь поперечного сечения ярма в два раза меньше площади сечения стержня. Броневую магнитную систему применяют в однофазных трансформаторах: бытовых, специального назначения (некоторых), иногда мощных силовых. Магнитная система, у котонрой часть стержней имеет боковые ярма или каждый стернжень не более чем одно боковое ярмо, называется бронестержневой. Такая конструкция позволяет меньшить габанрит трансформатора по высоте и применяется в однофазных и трехфазных трансформаторах. Магнитная система, в которой ярма соединяют разные стержни и нет боковых ярм, называется стержневой. Такая конструкция получила наибольшее применение в трансформаторах. По способу сборки магнитные системы подразделяются на стыковые и шихтованные. Магнитная система, в которой стержни и ярма, собранные и скрепленные раздельно, при сборке системы станавливаются встык, называется стыковой. Стыковые магнитные системы отличаются простотой сборки пластин, но имеют ряд существенных недостатков. В настоящее время их можно встретить только в трансформаторах старых выпусков. В отечественном трансформаторостроении в основном применяет шихтованную магнитную систему, в которой стержни и ярма собирают впереплет. Укороченные пластины стержней стыкуют с длиненными пластинами ярм. Затем, перекрывая стык внахлест, длиненные пластины стержней стыкуют с укороченными пластинами ярм. кладывая слой за слоем, набирают магнитную систему до необходимой толщины. Такое сопряжение стержней с ярмами называют шихтовкой с прямым стыкованием пластин. Обычно для скорения процесса сборки в каждый слой при шихтовке кладывают не по одной, по две-три пластины, поэтому сборку называют шихтовкой в две пластины или соответственно шихтовкой в три пластины. При такой сборке нет сплошных стыков, как в стыковой системе, так как места соединений одного слоя перекрываются пластинами следующего. Шихтовка с косыми стыками сложняет заготовку пластин и затрудняет сборку магнитной системы, поэтому иногда прибегают к некоторым прощениям: сборку делают с четырьмя косыми (по глам) и двумя прямыми стыками или комбинированную - первый слой с косыми стыками, второй - с прямыми. Для трансформаторов I и II габаритов применяют также конструкцию пространственной стыковой магнитной системы с симметричным расположением стержней. Она состоит из двух намотанных из ленточной электротехнической стали ярм треугольной формы, между которыми по глам расположены три стержня ступенчатой формы, собранные из пластин одинаковой длины. Основным достоинством такой магнитной системы является простота конструкции, позволяющая широко механизировать и автоматизировать технологические процессы изготовления; одновременно достигается симметричность магнитной системы. Для трансформаторов I габарита применяют также витую магнитную систему, в которой стержни и ярма образуют цельную конструкцию. Особенность сборки трансформаторов с магнитной системой такого вида занключается в том, что обмотки наматывают непосредственно на стержни. Пластины магнитных систем старых выпусков покрывали с двух сторон изоляционным лаком № 202 или К.Ф-965. В настоящее время заводы используют рулонную трансформаторную сталь с жаропрочным изоляционным покрытием (оксидным и магниево-фосфатным), не требующую дополнительного изолирования лаком. Поперечное сечение стержней и ярм делают многоступенчатым с таким расчетом, чтобы по форме оно было близко к кругу. Ступеннчатое сечение получается благодаря применению пластин разной ширины. (Ярма магнитных систем более ранних выпусков имели прямоугольную Т-образную я крестообразную форму сечения.). Для получения монолитной конструкции стержни и ярма магнитных систем стягивают. У трансформаторов мощностью до 630 кВ-А стержни при насадке обмоток временно стягивают струбнцинами. Необходимое силие прессовки стержней после насадки обмоток обеспечивается расклиновкой буковыми стержнями. По способу стяжки магнитные системы делят на шпилечные и бес шпилечные. Шпилечный способ заключается в том, что в пластинах стержней и ярм штамповкой пробивают отверстия, в которые после сборки магнитной системы вставляют сквозные стальные шпильки, изолированные от активной стали и ярмовых балок бумажно-бакелитовыми трубками и изоляционными шайбами (электрокартонными и гетинаксовыми). Такой способ применялся и в магнитных системах, собранных из пластин горячекатаной стали.

2.2. Обмотки трансформаторов

Обмотки масляных силовых трансформаторов <ЧV габаритов выполняют преимущественно из медных обмоточных проводов ПБ, I и IIЧиз алюминиевых АПБ. Для обмоток сухих силовых трансформаторов используют провода ПСД. Толщину изоляции обмоточных проводов принято казывать на обе стороны. Ее выбирают в зависимости от напряжения: для обмоток трансформаторов с напряжением до 35 кВ обычно берут 0,4Ч0,55 мм (нормальную толщину изоляции), для 110 кВЧ1,Ч1,35 мм, для более высоких напряженийЧ1,9Ч5,76 мм. Толщина изоляции провода ПСД равна 0,2Ч0,4 мм. Кроме проводов в стройстве обмоток входят изоляционные детали и материалы. Обмотки отличаются друг от друга типом, количеством витков, поперечным сечением и маркой провода, направлением намотки, изоляционными расстояниями и толщиной, витковой изоляции. Чем больше напряжение трансформатора, тем больше количество витков; с величением мощности возрастают сечения проводов и размеры обмоток. Плотность тока в обмотках выбирают по словиям нагрева в пределах 2,Ч4,5 А/мм² в зависимости от мощности и конструктивного исполнения трансформатора. Существуют однослойные и многослойные, дисковые спиральные одинарные катушки, дисковые спиральные парные катушки обмотки намоток. Следует строго различать направление намотки обмоток. Обмотки, намотанные в один слой, - однослойные, независимо от того, какой конец считать началом (верхний или нижний), имеют то направление, какое было получено при намотке. В многослойных обмотках, состоящих из нескольких слоев с переходами из слоя в слой, направление намотки чередуется. У таких обмоток за направление намотки принимают направление того слоя, у которого входной конец принят за начало. Дисковые катушки, имеющие форму плоской спирали, считаются левыми или правыми в зависимости от того, какой конец выбран началом - внутренний или наружный. Для придания обмоткам большей механической прочности и повышения влагостойкости их сушат, затем пропитывают лаком МЛ-92 или ГФ-95 и запекают в термошкафах при 100 Ц110 ⁰С. Усовершенствование конструкции обмоток, технологии их изготовления и становки на магнитной системе при сборке трансформаторов позволяет отказаться от пропитки и запекания. Это значительно удешевляет изготовление обмотока иа освобождаета производственную площадь. Обмотка, сечение витка которой состоит из одного или нескольких параллельных проводов, сами витки расположены в один ряд (слой) без интервалов на цилиндрической поверхности в ее осевом направлении, называется простой цилиндрической обмоткой, ее часто называют также однослойной. У однослойной обмотки начало и конец находятся на противоположных торцах. Витки идут по наклонной линии, поэтому для придания торцам обмоток горизонтальной опорной поверхности к крайним виткам киперной лентой прикрепляют выравнивающие разрезные кольца. Кольца вырезают из бумажно-бакелитового цилиндра или свертывают в кольцо клин, состоящий из нескольких слоев электрокартона. Обмотка, состоящая из двух концентрически расположенных простых цилиндрических обмоток (слоев), называется двухслойной цилиндрической обмоткой. Как и в однослойной обмотке, витки каждого слоя ложены по винтовой линии, плотно прилегают друг к другу и состоят из одного или нескольких параллельных проводов. Многослойную цилиндрическую обмотку наматывают проводом круглого сечения марок ПБ или АПБ (за исключением алюминиевых обмоток напряжением 6 кВ и ниже для трансформаторов мощностью от 400 кВА и выше, которые обычно наматывают прямоугольным проводом АПБ). Остовом обмотки служит бумажно-бакелитовый цилиндр, па котором намотан первый слой обмотки, последующие - на бумажных цилиндрах, состоящих из нескольких слоев кабельной бумаги, служащей межнслоевой изоляцией.

2.3. Переключающие стройства

Напряжение силовых трансформаторов регулируют изменением числа витков в обмотках переключением регулировочных ответвлений в зависимости от мощности, напряжения и схемы обмоток трансформатора применяют переключающие стройства различных конструкций и типов. Переключающие стройства, предназначенные для переключения ответвлений обмотки одной фазы, называют однофазными. Если переключение ответвлений трехфазного трансформатора осуществляется одним переключающим стройством, его называют трехфазным. Основными конструктивными частями переключающего стройнства без возбуждения ПБВ являются: переключатель ответвлений, представляющий собой систему неподвижных контактов, к которым подключены регулировочные ответвления обмоток, и подвижных контактов, соединяющих в одну цепь соответствующие неподнвижные контакты; привод, с помощью которого переключатель приводится в действие; остов, на котором собраны и закреплены части переключателя. стройства ЛБВ в соответствии с конструктивным исполнением имеют следующие буквенные обозначения: П и ПТ - однофазные и трехфазные барабанного типа с кольцевым контактом; ПС и ПТС - то же, с сегментным контактом; ПЛ, ПТЛ и ПР, ПТР - то же, с ламельным контактом. При размещении нескольких стройств на одном валу (рейке) казывают их количество. Для трехфазных устройств ПБВ с соединением фаз в звезду после буквенного обозначения через тире ставят цифру 0, в конце обозначения Ч год тверждения технического проекта на устройство ПБВ. Например, П6-35/160 X Ч73 расшифровывается так: стройство барабанного типа с кольцевым контактом, шестью зажимами, номинальным напряжением 35 кВ и током 160 А, тремя стройствами ПБВ на одном валу. Находящиеся в эксплуатации и выпускаемые в настоящее время отечественными и зарубежными заводами трансформаторы снабжены различными по конструкции переключающими стройствами РПН. Однако все они подразделяются на стройства замедленного Действия с токоограничивающими реакторами и быстродействующие с токоограничивающими резисторами. стройства РПН в соответствии с конструктивным исполнением имеют следующие буквенные обозначения: РНО и РНТ Ч однофазные и трехфазные без токоограничивающего резистора; РНОР к РНТР Что же, с токоограничивающим реактором; РНОА и РНТА Что же, с токоограничивающим резистором. Для трехфазных стройств РПН с соединением фаз в звезду после буквенного обозначения через тире ставят цифру 0. Характеристика контактора обозначается буквой после дроби., казывающей напряжение и ток стройства РПН (буква А - контактор с разрывом дуги в воздухе, Г - в газе, В Ч в вакууме, Чконтактор, в котором для переключения без разрыва дуги применяют полупроводники; контактор с разрывом дуги в масле буквы после дроби не имеет) /7/.

2.4. Отводы

Для соединения концов обмоток между собой и с вводами, подключения регулировочных ответвлений к переключателям и других соединений внутри трансформатора применяют проводники, называемые отводами. Отводы, служащие для соединения обмоток с вводами, называют линейными или основными; соединяющие переключатель с обмотками - регулировочными. Отводы изготовлянют из медных и алюминиевых проводников, которые бывают в виде шин, прутков и гибкого провода. В трансформаторах IЧ< габаритов напряжением до 690. В отводы, как правило, не изолируют. Отводы диаметром до 5,2 мм для напряжений бЧ35 кВ изолируют кабельной бумагой. При большем диаметре на него надевают бумажно-бакелитовую трубку. В трансформаторах IVЧV габаритов для отводов напряжением Ч35 кВ применяют гибкий провод ПБОТ. Для напряжения 110 кВ и более отводы изолируют лакотканью и крепированной бумагой. Площадь поперечного сечения отводов выбирают в завинсимости от рабочего тока, толщины изоляции и словий охлажденнии. Для изолированныхотводов допускаемая плотность тока несколько меньше, чем для неизолированных; в среднем 2,Ч4,8 А/мм³. Если изолированные отводы закрыты крепежными деталями, допускаемый в них ток меньшают. При размещении отводов в трансформаторе выдерживают определенные изоляционные расстояния, зависящие от напряжения, толщины изоляции отводов и среды, в которой они находятся (в масле или в воздухе). Основными изоляционными промежутками для отводов являются: расстояние от отводов доближайшей заземленной части, от отвода до обмотки, между отводами разных напряжений, от регулировочных отводов и переключателей до заземленных частей. Отводы соединяют с обмотками и между собой пайкой, у некоторых трансформаторов применяют болтовые соединения. Для подключения отводов к вводам и переключателям концы отводов загибают в петлю или используют специальные гибкие окончания из набора медных лент. Такие стройства называют компенсаторами или демпферами.

2.4. Вводы

Для вывода концов обмоток из трансформатора наружу и п

Для компенсации температурных изменений объема масла служат выносные баки давления, заполненные трансформаторным маслом и соединенные с вводом гибкими металлическими трубками из отожженной меди. Компенсации температурных изменения объемов масла во вводе и баке давления достигают становкой в баке компенсирующих элементов (сильфонов). Компенсаторы имеют форму пустотелых дисков из тонкой белой жести и заполнены инертным газом - азотом или аргоном. При повышении температуры величивается объем масла в баке и диски под давлением окружающего масла несколько сплющиваются при понижении температуры объем масла в баке меньшается диски величиваются за счет разности давлений газа внутри дисков и окружающего масла в баке давления. В настоящее время многие герметичные вводы на напряжения 11Ч750 кВ выпускают без отдельных выносных баков, давления; компенсирующее устройство у них вынесено на головку плода, они надежны в работе, предназначены для нормальных словии и тропического климата.

2.6. Изоляция трансформаторов

Изоляцию маслонаполненных трансформаторов деляг на внутреннюю и внешнюю. К внутренней относят изоляцию, расположенную внутри бака, к внешней - изоляцию, находящуюся вне бака. В свою очередь, внутреннюю изоляцию подразделяют на главную и продольную изоляции обмоток. Главная изолирует обмотки друг от друга и от остова, продольная - отдельные части самой обмотки.

2.7. Бак, охладители, расширитель, термосифонный фильтр и др. вспомогательные устройства трансформаторов

Бак овальной или прямоугольной формы изготовляют из стальных листов способом электрической сварки. В баке размещают активную часть трансформатора с жидким диэлектриком (для некоторых сухих трансформаторов - с газо- или кварцевым наполнением). После изготовления бак проверяют избыточным давлением 0,05 Па. В верхней части бака трансформатора имеется рама с отверстиями для крепления крышки, которая закрывает его и служит основанием для становки расширителя, вводов, привода переключателя, рымов и др. Для передвижения трансформаторов баки снабжают транспортными тележками или каретками. При ремонте трансформаторов приходится снимать крышку и вынимать из бака активную часть. При работе трансформатора тепло, выделяемое магнитной системой, обмотками и другими токопроводящими частями, подверженными нагреву, передается маслу, омывающему их. Масло конвекцией передает тепло стенкам бака, от поверхности которых оно рассеивается в окружающую среду. У трансформаторов небольшой мощности (25-40 кВА) абсолютная величина отводимых в виде тепла потерь сравнительно невелика, поэтому баки таких трансформаторов имеют гладкие стенки. Охлаждающую поверхность баков более мощных трансформаторов (63-1600 кВА) до недавнего времени искусственно увеличивали, вваривая в стенки бака стальные трубы. В настоящее время вместо сварки труб заводы перешли на навесные охладители. У трансформаторов мощностью выше 40 кВА охладителями служат навесные трубчатые радиаторы. Для навески на бак и крепления болтами радиаторы и баки снабжены патрубками с фланцами. Благодаря большой охлаждающей поверхности радиатора холодное масло опускается по трубам радиатора вниз, на его место поступает из бака горячее масло. Из-за разности плотностей горячего и холодного масел оно непрерывно перемещается в радиаторе сверху вниз и на своем пути отдает тепло стенкам труб, которые, в свою очередь, отдают его окружающей среде - воздуху. В мощных силовых трансформаторах отвод тепла не обеспечивается поверхностью радиаторов с естественной циркуляцией масла, поэтому применяют искусственное дутьевое охлаждение. Расширитель - это металлический сосуд, соединенный с баком маслопроводом и служащий для локализации колебаний ровня масла в трансформаторе. Объем расширителя должен быть таким, чтобы при всех режимах работы трансформатора от отключенного состояния до номинальной нагрузки и при колебаниях температуры окружающего воздуха от Ц45 до +40 ⁰С в нем было масло. Объем расширителя должен составлять 8-10% объема масла, находящегося в баке трансформатора. Расширитель предохраняет масло трансформатора от непосредственного соприкосновения с воздухом, что защищает масло от преждевременного окисления. Маслоуказатель предназначен для ведения контроля за ровнем масла в трансформаторе. В последние годы вновь выпускаемые трансформаторы IV габарита и более имеют стрелочные магнитные маслоуказатели, отличающиеся более совершенной конструкцией и надежностью в работе. Термосифонный фильтр предотвращает порчу масла и позволяет частично очищать и регенерировать его в процессе работы трансформатора. Термосифонный фильтр представляет собой металлический бачок, заполненный силикагелем и присоединенный трубками к верхнему и нижнему патрубкам бака так же, как радиатор. Воздухосушитель - это сосуд, сообщающийся с одной стороны с надмасляной полостью расширителя или бака трансформатора, с другой - с атмосферным воздухом; он предназначен для отделения влаги из воздуха, поступающего в расширитель или бак трансформатора. Отбор из трансформатора масла для испытания делают через специальное стройство, становленное внижней части на стенке бака.

2.8. Защитные и контрольно-измерительные стройства

Предохранительная труба. Повреждения трансформатора часто сопровождаются образованием электрической дуги. Высокая температура дуги приводит к интенсивному разложению масла с образованием газа, который величивает давление внутри бака. При коротких замыканиях внутри трансформатора давление настолько велико, что может разорваться бак. Для предохранения бака от повреждения служит предохранительная труба. Газовое реле. При повреждениях внутри трансформатора обычно выделяются газы из-за разложения под действием повышенной температуры изолирующих материалов (масла, изоляции, дерева). Когда повреждение незначительное, газообразование происходит медленно, пузырьки постепенно перемещаются вверх и затем по маслопроводу, соединяющему трансформатор с расширителем, попадают в расширитель. Чтобы своевременно получить сигнал о повреждении трансформатора и быстро отключить его, в трубопровод, соединяющий бак с расширителем, встраивают газовое реле. Оно срабатывает при попадании в него газа или при быстром течении струи масла под давлением газов, также при понижении ровня масла в трансформаторе ниже допустимого. Термометрический сигнализатор. Для наблюдения за температурой верхних слоев масла на крышке трансформаторов мощностью до 630 кВА включительно станавливают стеклянный термометр. Азотная защита трансформаторов. стройство, обеспечивающее постоянное наличие азота в расширителе, исключающее влажнение внутренней изоляции трансформатора и насыщение ее кислородом, называется азотной защитой трансформатора. В настоящее время азотную защиту станавливают в основном для мощных силовых трансформаторов напряжением 110 кВ и выше. Пленочная защита трансформаторов. Она представляет собой эластичную пленку, ложенную внутри расширителя так, что повторяет его внутреннюю намасленную поверхность и воздух контактирует не с маслом, находится над пленкой. Пленочная защита более совершенна, однако широкого распространения пока не получила /3/.

3. Расчет силового трансформатора.

Расчет слагается из следующих этапов:

1. В зависимости от назначения стройства, для питания которого рассчитывается силовой трансформатор, станавливаются число обмоток трансформатора и их токи и напряжения. Затем подсчитывается суммарная полезная мощность трансформатора, для чего находятся мощность, отдаваемые каждой вторичной обмоткой трансформатора (путем перемножения величины тока на напряжение).

2. Находится мощность, потребляемая от сети трансформатором. Как известно, при работе трансформатора в нем происходят потери (на вихревые токи, перемагничивание стали и нагрев обмоток), по этому мощность, потребляемая трансформатором от сети, будет примерно в 1,25 раз больше полезной отдаваемой мощности.

P_потр=1,25*

пол (3.1)

График №1.

Определение сечения сердечника трансформатора по его мощности

Сечение сердечника в кв.см

100

120

140

160

180

200

Мощность трансформатор в вольт-амперах

4. Определяется число витков обмотки, проходящих на 1 В напряжения трансформатора (сокращенное число витков на вольт), по графику 2.

График №2.

График для определения числа витков на вольт в зависимости от сечения

Число витков на вольт

Сечение сердечника в кв.см

5. Подсчитываются числа витков всех обмоток из соотношений:

W_I = W_1в* U, (3.2)

где: W_IЦ число витков первичной обмотки, вит.;

W_1в - число витков на вольт, вит/В.;

U - напряжение сети, В.

W_II = W_1в* U2, (3.3)

где: W_IIЦ число витков вторичной обмотки, вит.;

W_1в - число витков на вольт, вит/В.;

U - напряжение, даваемое вторичной обмоткой, В.

6. По величинам токов, протекающих по различным обмоткам, определяются диаметры проводов этих обмоток по графику 3.

График №3

График для определения диаметра провода по величине тока в обмотке

Плотность тока 2^а/мм

1,5

Диаметр провода в мм

1,0

Плотность тока 3^а/мм

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

Величина тока в обмотке в амперах

Причем величина тока первичной обмотки находится в результате деления потребляемой трансформатором мощности на напряжение сети, величина тока в анодной обмотке при двухполупериодном выпрямлении берется равной половине выпрямленного тока (в этом случае каждая половина повышающей обмотки пропускает ток только в течение лсвоего полупериода, т.е. половину выпрямленного тока).

7. На этом простейший расчет трансформатора может считаться оконченным, поскольку все необходимые данные для его изготовления найдены. Однако в заключение следует проверить, местится ли в локне сердечника рассчитанные обмотки. Для этого подсчитывается площадь, занимаемая каждой обмоткой:

Sоб =W / Ws, (3.4)

где: Sоб - площадь, занимаемая одной обмоткой, см²;

W - количество витков данной обмотки, вит.;

Ws - количество витков, мещающихся в см² сечения обмотки, вит.

Число витков, умещающихся в одном квадратном сантиметре сечения обмотки, находится для данного диаметра провода из таблицы 2.

Таблица 2.

Зависимость числа витков, укладывающихся в одном квадратном сантиметре сечения обмотки, от диаметра провода.

Диаметр провода без изоляции, мм	Число витков, мещающихся в одном см² сечения обмотки	Диаметр провода без изоляции, мм	Число витков, мещающихся в одном см² сечения обмотки
0,10	5	0,6	175
0,12	3 200	0,7	130
0,14	2 500	0,8	100
0,16	2	0,9	90
0,18	1 660	1,0	68
0,20	1 380	1,1	55
0,22	1 120	1,2	48
0,25	910	1,3	40
0,30	650	1,4	36
0,35	480	1,5	31
0,40	375	1,6	25
0,45	250

Сложив площади, занимаемые каждой обмоткой, получим площадь, занимаемую всеми обмотками. Эта площадь не должна превышать ¾ площади локна трансформатора, так как остальную часть площади локна трансформатора должны занять изоляция провода, прокладки, каркас и т.п.

Если площадь, занимаемая всеми обмотками, получилась больше ¾ площади окна, то придется несколько увеличить сечение сердечника и заново произвести расчет.

Пользуясь изложенным способом расчета, рассчитаем трансформатор для двухлампового усилителя, работающих на лампах Ж7 и ПС.

1. В справочниках по лампам находим напряжения и токи, требующиеся для данных ламп.

Для накала этих ламп необходимо напряжение 6,3 В, при этом лампа Ж7 потребляет ток 0,3 А, ПС Ц0,45 А. Для питания анодных цепей и цепей экранирующих сеток необходимо напряжение 200-250 В. При этом анодный ток лампы Ж7 составит 2 мА, ток экранирующей сетки - 0,5 мА. Всего эта лампа будет потреблять ток 2,5 мА. Анодный ток лампы ПС равен 45 мА, ток экранирующей сетки - 4,5 мА. Всего она потребляет 49,5 мА.

Поскольку общее потребление тока от источника высокого напряжения составляет 49,5+2,5=52 мА, т.е. оно сравнительно невелико, то можно применить схему однополупериодного выпрямителя как более простую, кенотрон взять самый маломощный типа 6-С. применение его позволит обойтись одной обмоткой накала, так как катод в этом кенотроне изолирован от нити накала, последняя требует, как и нити накала силительных ламп, напряжение 6,3 В. Ток, потребляемый на накал кенотроном, равен 0,6 А.

Таким образам, трансформатор должен иметь всего три обмотки:

Первичную на 220 В с отводами для питания от сети напряжением в 127 и 110 В;

Вторичную для питания анодных цепей напряжением 220 В при найденной величине тока в 52 мА;

Вторичную для питания накала ламп напряжением 6,3 В при токе

0,3+0,45+0,6=1,35 А.

Мощность, потребляемая от анодной обмотки,

220*0,052=11,4 Вт.

Мощность, потребляемая от накальной обмотки,

6,3*1,35=8,5 Вт.

Общая потребляемая от трансформатора мощность

11,4+8,5=19,9 Вт.

2. Мощность, потребляемая трансформатором от сети,

1,25*19,9=25 Вт.

3. Сечение сердечника при мощности 25 вт (по графику №1) должен быть равно 6 см².

При этом подходящими трансформаторными пластинами будут пластины типа Ш-19, Ш-20 и Ш-24.

4. Число витков на вольт при сечение железа ва 6 см²(по графику №2) должно быть равно 9,5 витка на вольт.

5. Число первичной обмотки

9,5*220=2090 витков.

Отводы надо будет сделать от

9,5*127=1260 витков.

9,5*110=1045 витков.

Число витков анодной обмотки

9,5*220=2090 витков.

Число витков накальной обмотки

9,5*6,3=60 витков.

Диаметр провода анодной обмотки может быть взят от 0,13 до 0,16 мм. Из таблицы 2 найдем, что при диаметре 0,16 мм число витков, мещающихся в одном квадратном сантиметре сечения обмотки, равно 2.

Диаметр провода накальной обмотки может быть взят от 0,75 до 0,90 мм (при диаметре 0,8 мм число витков, мещающихся в одном квадратном сантиметре сечения обмотки, равно 100).

Ток первичной обмотки при питании от сети напряжением 110 В будет 25/110=0,23 А.

При таком токе диаметр провода должен быть взят в пределах 0,3-0,35 мм.

При напряжении в сети 220 В ток будет вдвое меньше, что позволит для соответствующей части обмотки взять провод несколько меньшего диаметр (от 0,2 до 0,25 мм). Однако в данном трансформаторе (сравнительно маломощном) применять для первичной обмотки провода разных диаметров нецелесообразно. Можно для всей обмотки использовать провод диаметром 0,3-0,35 мм.

При диаметре 0,3 мм число витков, умещающихся в одном квадратном сантиметре сечение обмотки, равно 650.

7. В заключение проверим, меститься ли обмотки в локне трансформатора.

Предположим, что для сердечника выбрана трансформаторная сталь типа Ш-20, у которой локно имеет площадь 1,75*4,7=8,23 см².

Площадь, занимаемая первичной обмоткой,

2090/650=3,21 см².

Площадь, занимаемая анодной обмоткой,

2090/2=1,04 см².

Площадь, занимаемая накальной обмоткой,

60/100=0,60 см².

Общая площадь

3,21+1,04+0,60=4,85 см².

Отношение площадей

4,85/8,23<0,59,

что значительно меньше 0,75 (<⅜).

Следовательно, рассчитанные обмотки легко местятся на выбранном сердечнике.

Заключение

Трансформаторы являются одним из основных видов электрооборудования, через них передается практически вся электроэнергия, вырабатываемая электрическими станциями, без них не может обойтись ни одна современная электротехническая становка. Поэтому им принадлежит ведущая роль в бесперебойном электроснабжении потребителей электроэнергии. Благодаря им можно получать электрическую энергию при наиболее удобном нанпряжении, передавать ее с минимальными потерями напряженния и использовать при напряжении, рассчитанном на любого возможного потребителя. Основная роль трансформаторова лежит в развитии энергетики и электрификации народного хозяйства.

Силовой трансформатор принадлежит к деталям, которые радиолюбителю приходится часто изготовлять самому. Поэтому необходимо меть определять данные силового трансформатора, то есть находить число обмоток, их токи и напряжения, подсчитывать суммарную полезную и потребляемую мощность и рассчитывать эти параметры. Это задача несложная и вполне доступная начинающему радиолюбителю.

В данной курсовой работе были изложены сведения об общем стройстве силового трансформатора, основных режимов работы, также определялся его расчет.

Список литературы:

1) Аншин В.Ш., Сборка трансформаторов: учеб. Пособие для ПТУ. - 2-е изд., перераб., и доп.

2) Брускин Д.Э. и др. Электрические машины.Т.1. Высшая школа. М., 1987.

3) Гончарук А.И. Расчет и конструирование трансформаторов. учебник для

техникумов. - М: Энергоатомиздат, 1980.

4) Касаткин А.С Основы электротехники, М.- Л., изд-во Энергия, 1966, 712с. с илл.

5) Худяков З.И. Ремонт трансформаторов. учебник для техн. чилищ. 5-е изд., Высшая школа, 1982

6) .yandex.ru банк рефератов

7) домен сайта скрыт/p>

Blog