Материал: 3420-1500-9зз

22

МИНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ПЕТЕРБУРГСКИЙ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Кафедра: «Электрические машины»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К эскизному проекту преобразовательного

трансформатора типа ТМПЖ – 10000/35

Выполнил студент Ронжин И. В.

группы ЭС-205

Преподаватель Болдырев Г. Л.

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2004

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

1. ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………..…..3

2. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ РАСЧЕТ МАГНИТОПРОВОДА……………..…...…4

3. КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ОБМОТОК……………………….…...…6

4. РАСЧЕТ НАПРЯЖЕНИЙ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ…………....………13

5. ОКОНЧАТЕЛЬНЫЙ РАСЧЕТ МАГНИТОПРОВОДА………...………….…14

6. РАСЧЕТ МЕХАНИЧЕСКИХ СИЛ…………………………………………….16

7. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ………………………………………….……………….18

8. КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ……………………………..…21

9. ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………….…………………………………….…..22

10. СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ……………………………..…23

1. 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.

2. Предварительный расчет магнитопровода

2.1. Выпрямленное напряжение холостого хода:

В (1)

2.2. Средняя мощность выпрямленного тока:

кВт (2)

2.3. Номинальная мощность первичной обмотки, кВА:

кВА

где К_р - коэффициент, зависящий от схемы выпрямительного агрегата;

при трехфазной мостовой схеме выпрямления К_р= 1,05.

2.4. Номинальное фазное напряжение обмотки ВН, В:

В зависимости от схемы соединения фаз обмотки ВН номинальное фазное напряжение будет составлять: при соединении фаз звездой: = =20207В;

2.5. Номинальное фазное напряжение обмотки НН, В:

В (3)

где k_U – коэффициент, зависящий от схемы выпрямительного агрегата и схемы соединения обмотки НН трансформатора; при мостовой схеме выпрямления и соединении фаз обмотки НН звездой к_U=2,34;

2.6. Номинальный фазный ток обмотки ВН:

А (4)

2.7. Номинальный фазный ток обмотки НН:

А (5)

где К_I – коэффициент, зависящий от схемы выпрямительного агрегата и схемы соединения обмотки НН ; при мостовой схеме выпрямления и соединении фаз обмотки НН: звездой К_{I =} 0,816;

2.8. Предварительное число витков обмотки НН:

Число витков обмотки НН определяются исходя из значений фазного напряжения обмотки и напряжения, приходящегося на один виток U_в/в. Обычно U_в/в выбирают для трёх значений: U_{в/в min}, U_{в/в ср}, U_{в/в max} и проводятся три расчета, из которых выбирается наиболее соответствующий практике. В нашем случае выбираем одно значение. Выбор значения Uв/в осуществляется по кривой, представленной на рис. 2 (1)в зависимости от номинальной мощности трансформатора. При S₁= кВА получаем U_в/в = 40 В/вит Предварительное число витков обмотки НН составит:

витков

Вторичная обмотка НН в преобразовательных трансформаторах выполняется с параллельными ветвями, поэтому необходимо, чтобы число витков было четным и делилось без остатка на число катушек в одной параллельной группе, которое также должно быть четным (при нечетном числе катушек в параллельной группе возникают трудности с выводами между катушками).

Принимаем W₂ = 40 витка.

При окончательном расчете обмотки НН возможно потребуется корректировка витков W₂, а затем и витков W₁ с соответствующей корректировкой предыдущего расчета.

Уточняем значение Uв/в:

В/вит

2.9. Предварительное число витков обмотки ВН:

витков (6)

Принимаем W₁= 514 витка.

2.10. Определение намагничивающих сил обмоток:

обмотки ВН А; (7)

обмотки НН А; (8)

результирующая А. (9)

2.11. Определение высоты стержня

(10)

где А_с – линейная нагрузка стержня; определяется по графику.

При S₁=5806,4 кВА получаем А_с = 870 А/с;

см.

2.12. Определяем диаметр стержня, см:

, (11)

где В_с – магнитная индукция в стержне; выбирается в зависимости от марки стали и мощности трансформатора; для трансформаторов данного класса Вс= 1,55- 1,65 Тл;

К_с – коэффициент заполнения стали; выбирается в зависимости от толщины листов и марки стали К_с = 0,93- 0,97;

К_кр - коэффициент заполнения круга; зависит от диаметра стержня и мощности трансформатора К_кр=0,85- 0,92.

Для уменьшения расхода стали, диаметры стержня принимаются стандартными по нормам СЭВ: d_с=20,22,24,26,28,30,32,34,36,38,40,42,44,45,48,50,53,56,60,63,67,71,75 см;

см

Принимаем d_с=42см

Известно, что Е₁= 4,44f₁w₁Ф или Е₁= 4,44f₁w₁ВсQc. Если f₁и Е₁ постоянные величины, а В_с выбирается при расчете, то w₁ и Q_с могут изменяться в широком диапазоне. Так например увеличение w₁ приводит к уменьшению Q_с и наоборот.

Сталь на порядок дешевле материала обмоток, поэтому в силовых трансформаторах данных габаритов масса стали обычно больше массы меди в 2 - 4 раза. При этом в оптимально спроектированных трансформаторах имеется следующее соотношение высоты и диаметра стержня:

В нашем случае , что удовлетворяет требованиям.

3. Конструирование и расчет обмоток

3.1. Расчет обмотки вн

3.1.1. Высота обмотки

мм (12)

3.1.2. Сечение витка обмотки вн

мм² (13

где ₁- плотность тока в обмотке, ₁=2,8 А/мм²;

По технологическим соображениям сечение витка не должно быть более 35 мм², поэтому при требуемых больших сечениях обмотку выполняют из двух или иногда трех параллельных проводников. При значениях тока I_1ф более 300 А обмотка ВН выполняется с параллельными ветвями, так как выполнить обмотку четырьмя и более проводниками параллельно технически очень сложно.

При прямоугольных проводах высокая сторона провода В не должна превышать размера

(14)

где к - коэффициент, учитывающий вытеснение тока; при частоте f₁= 50 Гц принимается

к = 1;

q - тепловая нагрузка обмотки; для трансформаторов данного класса принимается

q = 1000- 1200 Вт/ м².

Исходя из опыта проектирования и принимаемых нагрузок получаем значение

в = 12 - 15 мм. Кроме того, по технологическим соображениям необходимо, чтобы отношение высоты к ширине провода составляло в/а = 3- 5.

Исходя из перечисленного выбираем проводник для обмотки ВН;

принимаем один проводник

мм²,

тогда фактическая плотность тока в обмотке ВН составит

А/мм².

3.1.3. Предварительное число катушек обмотки вн

(15)

где h_k1- высота масляного канала; принимаем h_k = 6 мм;

- высота провода с изоляцией;

Принимаем 51 катушки

3.1.4. Число витков в катушке вн

витков (16)

Принимаем W_K1 = 10витков, тогда число катушек обмотки ВН составит

Принимаем n_K1 = 51 катушек.

3.1.5. Распределение витков и катушек обмотки вн

Для повышения надёжности трансформатора при атмосферных и коммутационных перенапряжениях первые к ярму катушки выполняются с усиленной изоляцией, а чтобы радиальные размеры этих катушек не били бы больше основных, число витков в этих катушках уменьшается.