Материал: 3100-2800-7,5зт

МИНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Кафедра " Электромеханические комплексы и системы "

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА к КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

по дисциплине «Тяговые машины и трансформаторы» на тему:

«проектирование преобразовательного трансфрматора типа ТМПЖ –10000/35»

Выполнил студент А.В. Филиппов

группы ЭС – 406

Руководитель Г.А. Попов

Нормоконтроль Г.А. Попов

Санкт-Петербург

2006

Содержание

СОДЕРЖАНИЕ 2

Введение 4

ЗАДАНИЕ 5

1. Предварительный расчёт магнитопровода 6

1.1. Выпрямленное напряжение холостого хода 6

1.2. Средняя мощность выпрямленного тока 6

1.3. Номинальная мощность первичной обмотки 6

1.4. Номинальное фазное напряжение обмотки высокого напряжения 6

1.5. Номинальное фазное напряжение обмотки низкого напряжения 6

1.6. Номинальный фазный ток обмотки высокого напряжения 6

1.7. Номинальный фазный ток обмотки низкого напряжения 7

1.8. Предварительное число витков обмотки низкого напряжения 7

1.9. Предварительное число витков обмотки высокого напряжения 7

1.10. Намагничивающие силы обмоток 8

1.11. Расчёт высоты стержня 8

1.12. Расчёт диаметра стержня 8

2. КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЁТ ОБМОТОК 10

2.1. Расчёт обмотки высокого напряжения 10

2.1.1. Высота обмотки 10

2.1.2. Сечение витка обмотки высокого напряжения 10

2.1.3. Предварительное число катушек обмотки высокого напряжения 11

3. РАСЧЕТ НАПРЯЖЕНИЙ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ 18

3.1. Электрические потери в обмотках 18

3.2. Полные потери с учетом потерь в отводах, от вихревых токов и потоков рассеяния 18

3.3. Активная составляющая напряжения короткого замыкания 19

3.4. Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания 19

3.5. Полное напряжение короткого замыкания 19

4. ОКОНЧАТЕЛЬНЫЙ РАСЧЕТ МАГНИТОПРОВОДА 20

4.1. Активное сечение стержня 20

4.2. Активное сечение ярма 20

4.3. Строение стержня 20

4.4. Масса стержней 20

4.5. Масса ярма 21

4.6. Масса магнитопровода с учетом углов и других элементов 21

4.7. Удельный расход стали 21

4.8. Окончательное значение магнитной индукции 21

4.9. Удельные потери в стали 21

4.10. Потери холостого хода (потери в стали) 21

4.11. Активная составляющая тока холостого хода 21

4.12. Удельная намагничивающая мощность 22

4.13. Намагничивающая мощность 22

4.14. Реактивная составляющая тока холостого хода 22

4.15. Ток холостого хода 22

5. РАСЧЕТ МЕХАНИЧЕСКИХ СИЛ 23

5.1. Действующее значение установившегося тока короткого замыкания 23

5.2. Ударный ток короткого замыкания 23

5.3. Радиальные силы 23

5.4. Напряжение на разрыв в проводе обмотки, мПа 23

5.5. Осевые силы 24

5.6. Напряжение на сжатие 24

6. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ 25

6.1. Полные потери в трансформаторе 25

6.2. Необходимая поверхность охлаждения бака и радиаторов трансформатора при тепловой нагрузке бака 600 Вт/м² 25

6.3. Ширина бака 25

6.4. Боковая поверхность бака 26

6.5. Поверхность крышки бака 26

6.6. ПОЛНАЯ ПОВЕРХНОСТЬ БАКА 26

6.7. Полная длина бака 26

6.8. Необходимая поверхность радиаторов, их количество и тип 26

6.9. Температура нагрева обмоток 26

6.10. Перегрев обмоток над окружающей средой 27

6.11. Перегрев масла над воздухом 27

6.12. Превышение температуры масла в верхних слоях 27

6.13. ТЕМПЕРАТУРА ОБМОТКИ В КОНЦЕ ПРОЦЕССА КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ, КОГДА ЕГО ОТКЛЮЧАЕТ ЗАЩИТА (t_к = 4с) 27

6.14. ВРЕМЯ, В ТЕЧЕНИИ КОТОРОГО ТЕМПЕРАТУРА ОБМОТКИ ДОСТИГНЕТ 250С. 27

7. КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ 28

8. ЗАКЛЮЧЕНИЕ 29

9. СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 30

Введение

Выпрямление переменного тока на тяговых подстанциях электрифицированных железных дорог осуществляется преобразовательными агрегатами, содержащими специальный трансформатор, полупроводниковый выпрямитель и вспомогательную аппаратуру. Применяемый в такой схеме преобразовательный трансформатор согласно ГОСТ 15001-73 называется преобразовательным трансформатором. Он служит для согласования напряжений питающей сети и напряжения контактной сети, а также для гальванической развязки цепей нагрузки и питающей сети. Преобразовательные трансформаторы по сравнению с силовыми трансформаторами общего назначения обладают рядом отличительных особенностей, которые необходимо учесть в процессе проектирования. Одной из этих особенностей являются относительно частые, по сравнению с обычными трансформаторами, короткие замыкания, поэтому преобразовательные трансформаторы должны рассчитываться на повышенную механическую прочность обмоток и токоотводов для восприятия больших механических усилий без остаточных деформаций. Другой особенностью является влияние выпрямителя на вторичную обмотку: каждый вентиль выпрямителя работает в течение части периода питающего напряжения, следовательно ток нагрузки будет также протекать в момент проводимости диода, то есть в течении части периода. Результатом этого явления будет неравномерная загрузка фаз вторичной обмотки и несинусоидальность токов вторичной обмотки.

ЗАДАНИЕ

1. Предварительный расчёт магнитопровода

1.1. Выпрямленное напряжение холостого хода

Выпрямленное напряжение холостого хода рассчитывается по формуле:

, (1)

где U_d – номинальное выпрямленное напряжение

u_k –напряжение короткого замыкания

=3286В.

1.2. Средняя мощность выпрямленного тока

Средняя мощность выпрямленного тока вычисляется по формуле:

где I_d –номинальный выпрямленный ток

3286+2800·10^-3 = 9200,8 кВт.

1.3. Номинальная мощность первичной обмотки

Номинальная мощность первичной обмотки определяется по следующей формуле:

(2)

где k_P –коэффициент, зависящий от схемы выпрямленного агрегата; (k_P =1,05)

9200,8 ·1,05 = 9660,84 кВА.

1.4. Номинальное фазное напряжение обмотки высокого напряжения

Номинальное фазное напряжение обмотки высокого напряжения (сетевой) для схемы звезда определяется из соотношения , следовательно U_1ф = =20207,3 В.

1.5. Номинальное фазное напряжение обмотки низкого напряжения

Номинальное фазное напряжение обмотки низкого напряжения (вентильной) определяется по формуле:

(3)

где k_U –коэффициент, зависящий от схемы выпрямительного агрегата и схемы соединения обмотки низкого напряжения трансформатора; при мостовой схеме выпрямления и схеме соединения фаз обмотки треугольником k_U = 1,35.

2434,07 В.

1.6. Номинальный фазный ток обмотки высокого напряжения

Номинальный фазный ток обмотки высокого напряжения рассчитывается по формуле:

(4)

159,4 А.

1.7. Номинальный фазный ток обмотки низкого напряжения

Номинальный фазный ток обмотки низкого напряжения определяется по формуле:

(5)

где коэффициент, зависящий от схемы выпрямительного агрегата и схемы соединения обмотки низкого напряжения; при мостовой схеме выпрямления и соединении обмоток низкого напряжения треугольником 0,471.

1318,8 А.

1.8. Предварительное число витков обмотки низкого напряжения

Предварительное число витков обмотки низкого напряжения определяется исходя из значений фазного напряжения обмотки и напряжения, приходящегося на один виток u_в/в. Выбор значения u_в/в производим по кривой (см. стр.9 [1]) в зависимости от номинальной мощности трансформатора. При этом предварительное число витков обмотки низкого напряжения составит;

.

Вторичная обмотка низкого напряжения в преобразовательных трансформаторах выполняется с параллельными ветвями, поэтому необходимо, чтобы число витков было чётным и делилось без остатка на число катушек в одной параллельной группе, которое также должно быть чётным.

При S₁ = 9660,84 кВА получаем u_в/в = 53 В/вит;

45,9.

Принимаем w₂ =48 витков

При окончательном расчёте обмотки низкого напряжения, возможно потребуется корректировка витков w₂, а затем и витков w₁ с соответствующей корректировкой предыдущего расчёта.

50,7 В/вит.

1.9. Предварительное число витков обмотки высокого напряжения

Предварительное число витков обмотки высокого напряжения определяется по формуле:

398,5

Принимаем W₁= 398 витков.

1.10. Намагничивающие силы обмоток

Первой определяем намагничивающую силу обмотки высокого напряжения, по формуле:

63441,2 А.

Далее рассчитываем намагничивающую силу для обмотки низкого напряжения.

63302,4 А.

В результате результирующая сила получается:

126743,6 А.

1.11. Расчёт высоты стержня

Высоту стержня определяем по формуле:

(6)

где А_с –линейная нагрузка стержня; определяется по графику, в зависимости от номинальной мощности трансформатора и напряжения первичной обмотки.

При S₁ = 9660,84 кВА получаем А_с = 1037 А/см

122,2 см.

1.12. Расчёт диаметра стержня

Расчёт диаметра стержня производится по формуле:

(7)