Электрические машины

где𝑡к,𝑚𝑎𝑥 = 15 с – допустимая продолжительность внешнего короткогозамыкания.СогласноГОСТ11677-85наибольшаяпродолжительностьКЗназажимах трансформаторов на стороне обмотки ВН с напряжением до 35 кВсоставляет4с.Данноеусловиевыполняется.Температураобмоткичерез𝑡к=4спослевозникновенияКЗдляалюминиевыхобмоток равна:670∙ 𝑡к670∙4𝜃к,м=𝑢2+𝜃н=7,0482+90=116,26 град𝐽5,5∙( к)вн−𝑡к5,5∙() −41,605где𝐽вн–плотностьтокаприноминальнойнагрузке,А/мм2;𝜃н=90град–начальнаятемператураобмотки,установленапоГОСТ11677-85;𝑢к–напряжениекороткогозамыкания,%ПредельнодопустимыетемпературыобмотокприКЗдляразличныхклассовнагревостойкостиматериаловустановленывГОСТ11677-85[1,табл.17].Обычнозащитаотключаеттрансформаторотсетизначительнораньше,чемтемператураобмотокдостигаетпредельнодопустимойвеличины.Времядостижениятемпературы200град.Для«алюминиевых»обмоток равна:𝑢к 2𝐽𝑡к200=0,79∙()вн7,0482=0,79∙()1,605=15,2сгде𝐽вн–плотностьтокаприноминальнойнагрузке,А/мм2;𝑢к–напряжениекороткогозамыкания,%.РасчётмеханическихсилвобмоткахНаибольшуюмеханическуюнагрузкуиспытываютвнутренниеобмоткиНН,внихнаиболеечастонаблюдаетсяпотерярадиальнойустойчивости.Радиальнаямеханическаясиланаоднуобмотку𝐹яр2=0,628(𝑖к,𝑚𝑎𝑥∙𝑊ВН)𝛽∙𝑘р∙10−6==0,628(517,25∙1680)2∙1,452∙0,95∙10−6=0,654∙106НОсеваясила𝐹яр∙𝑎р0𝐹ос=2𝐻0,654∙106∙0,059=2∙0,77747=0,025∙106Н.Дополнительнаяосеваясила𝐹ос,д=𝐹яр∙ ℎ𝑥4∙𝑎р∙𝑘р0,654∙106∙0,0095=4∙0,059∙ 0,95=0,028∙106Н.Максимальнаясжимающаясила𝐹сж=𝐹ос+𝐹ос,д=0,053∙106ННапряжениенасжатиевпроводникахобмоток𝐹сж∙10−60,053∙106∙10−6НН𝜎сж=2𝜋𝑊Пв,НН=2𝜋∙880∙19,8∙ 10−6=0,48мПа.Для обеспечения механической стойкости обмоток напряжение насжатие не должно быть более 15мПа для алюминиевых обмоток. Условиевыполняется.РасчетмассыучастковмагнитнойсистемыУсредненноезначениеудельноймассовойплотностисталикг𝛾ст=7650м3.Попринятомуразмеру𝐷0нв[1,табл.11]определяемгеометрическоесечениеярмаПя,с=0,0344м2;объемугла𝑉у=0,00632м3;высотаярма(пошириненаибольшеголиста)ℎя=0,215м.Массаугла𝑀у=𝑉у∙Кз∙𝛾ст=0,00632∙0,96∙7650=46,41кгМассастержней𝑀с=𝑐∙Пф,с∙ Кз∙(𝐻+ℎя)∙ 𝛾ст−𝑐∙𝑀у==3∙0,0342∙ 0,96∙(0,92747−0,215)∙7650− 3∙46,41=397,6кг,где𝑐=𝑚–числостержней;активноесечениестержняПс=Пф,с∙Кз=0,0342∙0,96=0,032832м2.Массаярм𝑀я=4∙Пя,с∙Кз∙𝐴∙𝛾ст− 4∙𝑀у==4∙0,0344∙0,96∙0,53418∙7650−4∙46,41=354,15кг;активноесечениеярмаПя=Пя,с∙Кз=0,033024м2.Масса стали𝑀ст=𝑀с+ 𝑀я+2∙с∙𝑀у=397,6 +354,15+2∙3∙46,41=1030,24кг.Суммарнаямассаактивныхматериалов∑𝑀=𝑀ст+𝑀НН+𝑀ВН+𝑀о,НН+𝑀о,ВН==1030,24+ 129,079+193,463+ 1,746+0,486=1355,008кгРасчетмагнитнойцепии параметров холостогоходап.3)Магнитнаяиндукциявсталистержнясердечника(посчитанав𝐵с=1,64ТлМагнитнаяиндукциявсталиярма𝐵я=𝑈в√2∙𝜋∙𝑓∙Пя11,932=√2∙𝜋∙50∙ 0,033024=1,63Тл.Магнитнаяиндукциявуглах𝐵у≈𝐵с=1,64Тл.Средняяиндукциявкосомстыке𝐵с+𝐵я𝐵з,к=2√2=1,15Тл.Удельныемагнитныепотериэлектротехническойсталимарки3405столщинойлиста 0,3мммогутбытьустановленыпо[1,табл.19].Поиндукциивстержнях𝑃с=1,238Вт/кгПоиндукциивярме𝑃я=1,216Вт/кгКоэффициентыувеличенияпотерьдляугловспрямымиикосымистыкамииз[1, табл. 20],позначениюиндукциив углах𝐵уУстанавливаютсякоэффициенты𝐾𝑘р=2,61; 𝐾к=1,59.Магнитнаяцепьможетбытьизготовленаизстальныхлистовсотжигом или без отжига. При резке листов, штамповке отверстий и закаткезаусеницполучаетсянаклеп,магнитныесвойствасталиизменяютсяипотери возрастают. Мерой борьбы с наклепом является отжиг листов сталипосле механической обработки, который почти полностью восстанавливаетмагнитныесвойствастали.Потерихолостогохода(всталимагнитопровода)𝑃𝑐+𝑃я𝑃0=𝐾1(𝑀с𝑃с+𝑀я𝑃я+𝑀у(𝐾𝑘р𝑛𝑘р+𝐾к𝑛к)2)=397,6∙1,238+354,15∙1,216+ 46,41(2,61∙2+1,59∙4)∙=1,1(1,238+1,216)=∙2=1740,59 Втгде𝑛𝑘р=2–числоугловспрямымистыкамилистов;𝑛к=4–числоугловскосымистыкамилистов;𝐾1=1,1–приотжигелистов.ПолученноезначениепотерьсравниваетсясРх,указаннымвТЗ;𝑃х20000∆𝑃0=(1−𝑃)∙100%=(1−1740,59)∙ 100%=−14,903%СогласноГОСТ11920-85отклонениерасчётнойвеличиныотнормированнойнедолжнопревышать±15%.Условиевыполняется.Удельныенамагничивающиепотери[1,табл.19]:поиндукциивстержнях𝑞с=1,775ВА;кгпоиндукциивярме𝑞я=1,71ВА.кгУдельныенамагничивающиемощности[1,табл.19]посреднейиндукциивкосомстыке𝑞з,к=2980ВАкгпоиндукциивстержнедляпрямогостыкастержня𝑞з,с=21760ВАкгпоиндукциивярмедляпрямогостыкаярма𝑞з,я=21120ВАкгКоэффициенты, учитывающие увеличение намагничивающеймощности в углах с прямыми и косыми стыками [1, табл. 20] по значениюиндукциивуглахВу.Устанавливаютсякоэффициенты𝐾′𝑘р= 13,4; 𝐾′к=2,59.СуммарнаянамагничивающаямощностьдлявсехстыковПс+Пя𝑄з=Пс∙𝑞з,с∙𝑛з,с+Пя∙𝑞з,я∙𝑛з,я+𝑞з,к∙𝑛з,к∙√22==0,032832∙21760+0,033024∙ 21120∙ 2+0,032832+0,033024+2980∙4∙√2∙2=2664,44ВА,гдедлятрёхстержневоготрансформатора𝑛з,с=1;𝑛з,я=2;𝑛з,к=4.Намагничивающаямощностьвсеймагнитнойсистемы𝑄 =𝐾′∙[𝑀𝑞+𝑀𝑞+ 𝑀(𝑛𝐾′+𝑛𝐾′𝑞с+𝑞я)+𝑄]=х2с ся яу𝑘р𝑘ркк2з=1,65(397,6∙1,775+354,15∙1,71+46,41(2∙13,4+4∙2,59)×1,775+1,71×+ 2664,44)=12673,07ВА,22где𝐾′=1,65при отжигелистов.Относительноезначениетокахолостоготока𝑄х12673,07𝑖0=10∙𝑆=10∙1000=1,267%где𝑆–полнаямощность,кВА;𝑄х–намагничивающаямощностьвсеймагнитнойсистемыВА.Полученноезначениетокахолостогоходасравниваетсясустановленнымв ТЗ.𝑖х0∆𝐼0=(1−𝑖1,4)∙100%=(1−)∙ 100%=−10,47%1,267СогласноГОСТ11920-85отклонениерасчётнойвеличиныотнормированнойнедолжнопревышать±15%.Условиевыполняется.Относительноезначениеактивнойсоставляющейтока𝑃01740,59𝑖0𝑎=10∙𝑆=10∙1000=0.17%где𝑆–полнаямощностьвкВА;𝑃0–потериххвВт.Относительноезначениереактивнойсоставляющейтока𝑖0𝑝=√𝑖02−𝑖0𝑎2=√1.2672−0.172=1.255%РасчеткоэффициентаполезногодействиятрансформатораприноминальнойнагрузкеПолнаямощностьтрансформатора,подводимаякпервичнойобмотке,включаетдвесоставляющие–активнуюи реактивную.Одна часть активной мощности передается во вторичную обмотку, адругаячастьтратитьсянапотеривмагнитопроводе,элементахконструкциии в обмотках.Реактивнаямощностьиспользуетсядлясозданияосновногополявмагнитнойсистемеиполярассеяния,атакжепередаетсявпитаемуютрансформаторомсеть.Частьполноймощности,котораярасходуетсянарассеяние,определяетсянапряжениемUk.Частьполноймощности,котораяидетнасозданиеосновногомагнитногополямагнитнойсистемы,определяетсятокомхолостогохода.Принимаем, что первичной обмоткой будет обмотка ВН, а вторичнойобмоткойсоответственно,обмоткаНН.Коэффициентнагрузкиприноминальномрежиме𝐼2𝐼𝑘𝛽==12номгденоминальныезначенияпредставленылинейнымизначениями.Коэффициентмощностинагрузкиопределяетсяхарактеромнагрузки,обычнозадаетсявТЗ.Принимаемдлярасчетов𝑐𝑜𝑠𝜑2=0,8.Суммарныепотеритрансформаторапринимаютсяравнымисуммепотерьхолостогоходаипотерькороткогозамыкания:∑𝑃=𝑃0+𝑘𝛽∙𝑃кз=1740,59+1∙12688,81=14429,4ВтИзменение напряжения в процентах номинального вторичногонапряжения∆𝑢=𝑘𝛽∙ (𝑢𝑎∙𝑐𝑜𝑠𝜑2+𝑢𝑝∙𝑠𝑖𝑛𝜑2)=1∙(1,269∙0.8+6,933∙ 0,6)=5,175%ОтклонениерасчетнойвеличиныотнормативнойпоГОСТ1516.1-87не должнобытьболее±10%.Условиевыполняется.Напряжениенавыводахвторичнойобмотки∆𝑢𝑈2=𝑈2ном∙ (1−100)=10500∙ (1−5,175)=9956,6В100гденоминальныезначенияпредставленылинейнымизначениями.Коэффициентполезногодействия𝑃0+𝑘𝛽2∙𝑃кз=100∙(1−𝑘𝛽∙𝑆∙𝑐𝑜𝑠𝜑2+𝑃0+𝑘𝛽2)𝑃кз1.740+12∙ 12.689= 100∙(1−1∙1000∙0.8+1.740+12∙12.689)= 98.23%где𝑆–полнаямощностькВА;𝑃кз–потериКЗ,кВт;𝑃0–потерихх,кВт.Максимальноезначениекоэффициентаполезногодействия𝑚𝑎𝑥200∙𝑃0=100−√𝑃0∙𝑆∙𝑐𝑜𝑠𝜑+2∙𝑃𝑃кз20200∙1,740=100−=98,84%√1,74012,689где𝑆–полнаямощностькВА;𝑃кз–потериКЗ,кВт;𝑃0–потерихх,кВт.∙1000∙0,8+2∙1,740Коэффициентнагрузки,прикотором=𝑚𝑎𝑥𝛽𝑚𝑎𝑥=√𝑃0𝑃кз1,740=√12,689=0.37ЗаключениеСпроектированныйтрансформатордолженсоответствоватьтребованиямГОСТ12022-76предъявляемымкпараметрамирабочимсвойствамтрехфазныхсиловыхмасляныхтрансформаторовобщепромышленного назначения.Отклонениерасчетнойвеличиныотнормированной,заданнойвтехническомзаданиинапроектирование,можетотличатьсянаустановленноеГОСТомзначение.СоответствиепараметровирабочихсвойствтребованиямГОСТможно представитьследующимобразомУстановлен-ное в ТЗзначениеРасчетноезначениеОтклонениеот расчетногозначения,%ДопускаемоеГОСТотклонениеНапряжениеКЗ,%6,57,0487,775ГОСТ15161-85±10%ТокXX,%1,41,267-10,47ГОСТ11920-85ПотериКЗприноминальномтоке,1160012688,818,581ГОСТ15161-85±10%ПотериXXпри20001740,59-14,903ГОСТ11920-85номинальномнапряжении,кВт±15%Наоснованииприведенныхданныхможноустановить,чтоспроектированныйтрансформаторсоответствуеттребованиямпоГОСТ12022-76иможетбытьиспользованвкачествесиловоготрансформатора общепромышленногоназначения.СписоклитературыВ.И. Рябуха, А.А. Томов. Расчет трехфазных силовых масляныхтрансформаторов:Учеб,пособие.—СПб.:СЗТУ,2002,–64 с.Забудский Е.И. Расчет основных размеров трансформатора на ЭВМ:Учеб. пособие для вузов. – 2-е изд. Кишинев: КПИ имени С. Лазо. – 1988. –65 c.Забудский Е.И. Электрические машины. Ч. 1. Трансформаторы.Учебноепособиедлявузов.–Москва:МГАУ,2002.–166с.http://zabudsky.ru/Trans_UP1_end_ZEI.pdfГОСТ 11677-86. Трансформаторы силовые. Общие техническиеусловия.ГОСТ 11920-85. Трансформаторы трехфазные силовые масляныеобщегоназначениянапряжениемдо35кВвключительно.Техническиеусловия.ГОСТ12965-85.Трансформаторысиловыемасляныеобщегоназначенияклассовнапряжения110и150кВ.Техническиеусловия.ГОСТ21427.1-83.Стальэлектротехническаяхолоднокатанаяанизотропнаятонколистовая.Технические условия.ГОСТ21427.2-83.Стальэлектротехническаяхолоднокатанаяизотропнаятонколистовая.Техническиеусловия.ГОСТ 8.417-2002. Государственная система обеспечения единстваизмерений.Единицывеличин.Приложения54154153453430273522202011-ОД(АТ)-118ЭскизмагнитнойсистемыЛит.МассаМасштабИзм.Листдокум.Подп.ДатаВыпол.Пров.Лист1Листов1ГруппаСОДП-01з7775050Поз.Наименование1Маслорасширитель2Воздухоосушитель3Пробкадлядоливкимасла4Пробкадлясливамасла5ВводВН6ВводНН7Проушинараскрепления8Бак9Фильтр10Клапан11Термометр12Радиатор13Каток14Пробка15Приводпереключателя16Табличка17Маслоуказатель202513652011-ОД(АТ)-1182700Изм.Выпол.Пров.Листдокум.Подп.ДатаЭскизтрансформатораЛит.ЛистМасса1ЛистовМасштаб130001750ГруппаСОДП-01з