Курсовой проект по "Электромеханика"

В конструктивном отношении  современный силовой масляный трансформатор  можно схематически представить  состоящим из трёх основных систем – магнитной, системы обмоток  с их изоляцией, системы охлаждения и вспомогательных систем – устройства регулирования напряжения, измерительных  и защитных устройств, арматуры и  др. 

Конструктивной и  механической основой трансформатора является магнитная система (магнитопровод), который служит для локализации  в ней основного магнитного потока поля трансформатора. Магнитная система  представляет собой комплект пластин  и других элементов из электротехнической стали или другого ферромагнитного  материала, собранных в определённой геометрической форме. 

Большинство типов  магнитных систем можно чётко  подразделить на отдельные части. В  соответствии с этим делением в магнитной  системе разделяют стержни –  те части, на которых располагаются  основные обмотки трансформатора, служащие непосредственно для преобразования электрической энергии, и ярма –  части, не несущие основных обмоток  и служащие для замыкания магнитной  цепи. 

В магнитных системах, разделяющихся на стержни и ярма, при расчёте параметров холостого  хода особо выделяют части, находящиеся  в зоне сопряжения стержня и ярма и называемые углами магнитной системы. Наибольшее распространение в практике трансформаторостроения получили плоские  магнитные системы стержневого  типа со ступенчатой формой поперечного  сечения стержня, вписанного в окружность, и с  обмотками в виде круговых цилиндров. Отдельные пластины магнитопровода собираются из тонких листов электротехнической стали марки 3407 толщиной 0.3 мм. Для  рационального и экономичного построения технологического процесса в отрасли  действует стандартный ряд ширин  пластин магнитных систем. 

Плоские стыковые магнитные  системы с раздельно собираемыми  стержнями и ярмами требуют, по сравнению  с шихтованными, более массивного и прочного крепления стержней и  ярм и специальных конструкций  для стяжки стержней с ярмами в  виде металлических башмаков, стяжных  шпилек и т.д. После завершения сборки магнитной системы её стержни, как  правило, спрессовываются и стягиваются  бандажами из стеклоленты. Ярма плоских  систем обычно спрессовываются ярмовыми балками. 

Магнитная система  со всеми узлами и деталями, которые  служат для соединения её отдельных  частей в единую конструкцию, называется остовом трансформатора. На остове в процессе дальнейшей сборки устанавливаются  обмотки и крепятся отводы, то есть проводники, предназначенные для  соединения обмоток трансформатора с переключателями, вводами и  др. токоведущими частями. 

Основным элементом  обмотки трансформатора является виток  – электрический проводник или  несколько  параллельно соединяемых  проводников, однократно охватывающих часть магнитной системы. Ток  витка совместно с токами др. витков и других частей трансформатора, в  которых возникает электрический  ток, создаёт магнитное поле трансформатора. Под воздействием этого поля в  каждом витке наводится ЭДС. В  трансформаторостроении используются проводники с прямоугольным сечением, и с учётом электрической прочности  изоляционной конструкции приняты  следующие предельные параметры: 

hпр.мин=4,75*10^-3 м,   bпр.мин=1,25*10^-3 м, 

hпр.макс=19,5*10^-3 м,  bпр.макс=5,6*10^-3 м, (1). 

Обмоткой называется совокупность витков, образующих электрическую  цепь, в которой суммируются ЭДС, наведённые в витках, с целью получения  высшего или низшего напряжения трансформатора или с другой целью. Обмотки трансформаторов различают по назначению, способу взаимного расположения и форме. 

В двухобмоточном трансформаторе, имеющем две электрически несвязанные  между собой обмотки, различают  обмотку высшего напряжения (ВН), присоединяемую к сети более высокого напряжения, и обмотку низшего  напряжения (НН), присоединяемую к сети более низкого напряжения. 

По способу расположения их на стержне, обмотки трансформатора подразделяются на концентрические  и чередующиеся. Концентрическими обмотки  называются в том случае, когда  обмотки ВН и НН выполняются в  виде цилиндра и располагаются на стержне концентрически одна относительно другой. Высоты обеих обмоток, как  правило, делаются одинаковыми. При  концентрическом расположении обмотка  НН обычно располагается внутри, а  обмотка ВН – снаружи. При расположении обмотки ВН снаружи упрощается вывод  от неё ответвлений для регулирования  напряжения. 

Для образования  в обмотках и между обмотками  и изоляционным цилиндром осевых каналов чаще всего применяются  рейки, склеенные бакелитовым или  др. лаком из полос электроизоляционного картона или изготовленные из дерева твёрдой породы, например белого или красного бука. При намотке  рейки укладываются по образующей цилиндра и плотно прижимаются проводами  к цилиндру или ранее намотанной катушке. Толщина рейки определяет ширину осевого канала. 

Радиальные каналы между катушками или между  витками в обмотках с большим  числом параллельных проводов обычно образуются междукатушечными прокладками, выштампованными из электроизоляционного картона. Каждая междукатушечная или  муждувитковая прокладка набирается из нескольких пластин толщиной 0,5-3 мм до нужной толщины, соответствующей  осевому или радиальному размеру  канала. 

Для того, чтобы связать  рейки с междукатушечными прокладками, в картонных прокладках проштамповываются  просечки. Этими просечками междукатушечные  прокладки надеваются на крайнюю  широкую полосу рейки при намотке  на стане или сборке обмотки на стержне. 

Обмотки трансформатора должны быть надёжно изолированы  одна от другой и от всех заземлённых  частей  конструкции трансформатора – магнитной системы и деталей  крепления остова, стенок бака, в  котором устанавливается трансформатор. Эта изоляция создаётся путём  сочетания изоляционных деталей, изготовленных  из твёрдых диэлектриков – электроизоляционного картона, бумажно-бакелитовых изделий, дерева с промежутками, заполненными основной изолирующей средой – жидким или газообразным диэлектриком или  диэлектрическим компаундом. Во время работы трансформатора в его обмотках, магнитной системе и некоторых других частях происходят потери энергии, выделяющиеся в виде тепла. При продолжительном режиме работы всё выделяющееся тепло должно полностью отводится в окружающую среду. В большинстве современных силовых трансформаторах отвод тепла осуществляется через теплоноситель – жидкий или газообразный диэлектрик, заполняющий бак, в котором установлен трансформатор. Основной изолирующей и охлаждающей средой в них служит свободно проникающий к активной части атмосферный воздух. 

Жидкий или газообразный теплоноситель, чаще всего трансформаторное масло, обмывающее обмотки и магнитную  систему трансформатора, нагреваясь у их поверхностей, интенсивно отводит  путём конвекции всё выделяющееся в них тепло и передаёт его  стенкам бака. Внешняя поверхность  стенок бака (омывается воздухом) отдаёт тепло путём конвекции и излучения. Масляный бак с гладкими стенками имеет относительно малую омываемую  поверхность, которой оказывается  недостаточно, и для обеспечения  нормального охлаждения приходится искусственно развивать внешнюю  поверхность бака путём установки  рёбер труб, навесных радиаторов и  других элементов, отдающих тепло при  естественной конвекции воздуха. 

Для заполнения бака трансформатора маслом  до самой  крышки при всех возможных в эксплуатации колебаниях температуры и объёма масла, над крышкой устанавливается  расширитель – стальной бачок, сообщающийся с баком трубопровода. Если внутренний объём расширителя сообщается с  окружающим воздухом, то на пути движения воздуха устанавливается фильтр, заполненный сорбентом – веществом, поглощающим влагу из воздуха, поступающего в расширитель. Для более надёжного  предохранения масла от окисления, его поверхность в расширителе  часто изолируют от окружающего  трансформатор воздуха подушкой из инертного газа, и расширитель  герметизируют наглухо при помощи гибкой растягивающейся мембраны. 

На крышке бака устанавливаются  вводы, служащие для присоединения  внешней сети к обмоткам трансформатора; на крышке и частично на стенках  бака устанавливаются также различного устройства, служащие для защиты трансформатора. 

Состав изделия 

В конструкцию трансформатора входят следующие основные составные  части: 

-  активная часть  (остов, обмотки, изоляция, отводы); 

-  бак с арматурой; 

-  расширитель; 

-  система охлаждения; 

-  вводы; 

-  контрольно-измерительная  и защитная аппаратура; 

-  вспомогательная  арматура, принадлежности, запасные  части. 
 

Заключение 

В данном курсовом проекте  был рассчитан трансформатор  мощностью  8 МВА с приемлемыми  потерями короткого замыкания   Pк.з. =119 кВт, потерями холостого хода Рхх=18.5 кВт, напряжением короткого  замыкания  Uкз=10,04%, током холостого  хода iхх=1.25 %, намагничивающей мощностью Qхх=33кВАР. Проведение теплового расчёта  позволило выяснить среднее превышение температуры масла трансформатора над воздухом Qмс.ср=32º С, а также  необходимое число радиаторов nрад=2. 

Таким образом, спроектирован  трансформатор, который соответствует  исходным данным и пригоден для эксплуатации. 

Таким образом, цель проекта достигнута, что подтверждается результатами, перечисленными в выводах. 
 

Список используемой литературы 

1.  Борю Ю.И., Терентьева  М.А., Леунова Е.М. Расчет силовых  масляных трансформаторов: Метод.  указания для курсового проектирования. Тольятти: ТГУ, 2002. 58 с. 

2.  Тихомиров П.  М. Расчет трансформаторов: Учеб. пособие для   

вузов.— 5-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1986. — 528 с. 

3.  Голунов А.М., Мазур А.Л. Вспомогательное оборудование  трансформаторов: (Устройства контроля  и защиты, вводы, арматура). – М.: Энергия, 1978. – 144 с.