Файл: 1. Описание конструкции и принципа действия трансформатора 4 1 Устройство трансформатора 4.docx

Содержание 1

Задание 2

Введение 3

1. Описание конструкции и принципа действия трансформатора 4

1.1 Устройство трансформатора 4

1.2 Принцип действия трансформатора 7

2. Предварительный расчёт трансформатора обобщённым методом 11

2.1 Определение основных электрических величин 11

2.2 Определение основных размеров трансформатора 13

3. Расчёт обмоток 26

3.1 Предварительный расчет 26

3.2 Расчёт обмотки низкого напряжения 27

3.3 Расчет обмотки высокого напряжения 29

Выводы 34

Список литературы 35

Задание

Трехфазный силовой понижающий трансформатор имеет следующие данные:

1. Тип трансформатора ТСЗС-1000/10

2. Номинальная мощность SН= 1000 кВ/А.

3. Номинальное напряжение первичной обмотки U₁Н= 10 кВ.

4. Номинальное напряжение вторичной обмотки U₂Н= 0,4 кВ, процентное значение напряжения короткого замыкания иК = 8%, процентное значение тока холостого хода i0 = 2%

5. Потери холостого хода P0 = 3 кВт, потери короткого замыкания РКЗ = 10 кВт, коэффициент мощности cos2 = 0,8.

6. Фазы первичной и вторичной обмоток соединены «звездой».

Введение

Трансформатором называют статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанные обмотки и предназначенное для преобразования посредством явления элетромагнитной индукции одной (первичной) системы переменного тока в другую (вторичную) систему переменного тока.

В общем случае вторичная система может отличатся от первичной любыми параметрами: значениями напряжения и тока, числом фаз, формой кривой напряжения (тока), частотой. Наибольшее применение в электротехнических установках, а также в энергетических системах передач и распределения электроэнергии имеют силовые трансформаторы, посредством которых изменяют значения переменного напряжения и тока. При этом число фаз, форма кривой напряжения (тока) и частота остаются неизменными.

Необходимость распределения энергии по разным радиальным направлениям между многими мелкими потребителями приводит к значительному увеличению числа отдельных трансформаторов по сравнению с числом генераторов. При этом суммарная мощность трансформаторов в сети на каждой следующей ступени с более низким напряжением в целях более свободного

маневрирования энергией выбирается обычно большей, чем мощность предыдущей ступени более высокого напряжения.

Таким образом, трансформатор является неотъемлемой частью при передаче энергии. В курсовой работе рассмотрен трёхфазный понижающий трансформатор ТСЗ-1000/10 [1].

1. Описание конструкции и принципа действия трансформатора

1.1 Устройство трансформатора

трансформатор обмотка магнитный цепь

До сравнительно недавнего времени силовые трансформаторы изготовлялись только масляными. Однако в последние два десятилетия появились установки, для которых отсутствие масла является большим преимуществом, а иногда и решающим условием применения трансформатора. Это внутрицеховые трансформаторные подстанции, подстанции внутри жилых и общественных зданий, в метро, шахтные подстанции и т.д. Для этих установок изготавливают сухие силовые трансформаторы напряжением до 20 кВ и мощностью до нескольких тысяч кВА.

Сухие трансформаторы до мощности 200 – 2500 кВА изготовляют обычно с естественным воздушным охлаждением, а большей мощности с дутьём. Магнитопровод может быть плоско шихтованным, изготовлен из электротехнической холоднокатаной стали, а также может быть стыковым.

Особенности воздушного охлаждения заключаются в более широких каналах в стержнях и ярмах магнитопровода (число каналов зависит от размеров магнитопровода и допущенного перегрева). Отсутствие канала между ярмом и ярмовой балкой, в повышенной нагревостойкости изоляционных деталей.

Рис. 1. Разрез сухого трансформатор 1-ввод ВН; 2-ввод НН; 3-ярмовая балка; 4 – доска зажимов ВН; 5-вентиляция; 6 – обмотки ВН и НН
Обмотки отечественных трансформаторов типа ТСЗ выполняются из алюминиевого провода, а серии ТСЗС – из медного провода с изоляцией класса В по нагревостойкости. Основное отличие обмоток сухих-трансформаторов (применяются обмотки тех же видов что и в масляных, это цилиндрические из прямоугольного провода, и из круглого, а также винтовые обмотки и т.д.) заключается в увеличенных по условию охлаждения каналах. Изоляционные детали обмоток из электрокартона,

пропитанного влагостойкими лаками, гетинакса, стеклотекстолита, фарфора. Применение того или иного материала зависит от устройства детали и температуры в месте её установки. Наибольшая нагревостойкость требуется от изоляционных деталей, непосредственно соприкасающихся с проводниками обмоток. В трансформаторах мощностью до 160 кВА осевую стяжку обмоток осуществляют без стального кольца. Осевое давление ярмовые балки передают обмоткам через пропитанные влагостойким лаком деревянные, гетинаксовые, стеклотекстолитовые и фарфоровые прокладки.

Для отводов сухих трансформаторов применяют медные или алюминиевые круглые провода или прямоугольные шины. Регулировочные ответвления обмоток ВН у трансформаторов общего назначения чаще всего выводят на доску зажимов; у специальных трансформаторов они иногда просто зажимаются в планках отводов. Основные отводы BII у трансформаторов общего назначения обычно закрепляются на опорных изоляторах; отводы НН – между фарфоровыми прокладками. У сухих трансформаторах отсутствует бак, расширитель и другие, связанные с ним части. Для механической защиты сухие трансформаторы часто помещают в кожух с естественной вентиляцией. Конструкция кожуха и вводов-зажимов для присоединения трансформатора зависят от его выполнения: как отдельного устройства или как составной части комплектной трансформаторной подстанции.

1.2 Принцип действия трансформатора

Принцип действия трансформатора (аналогично электрическим машинам) основан на явлении электромагнитной индукции.

Принцип действия трансформатора рассмотрим на примере простейшего однофазного двухобмоточного трансформатора, электромагнитная система которого приведена на рис. 2.

Такой трансформатор состоит из замкнутого магнитопровода и двух обмоток с числом витков W₁, W₂.

Магнитопровод трансформатора служит для усиления магнитной связи между обмотками.

Рис. 2. Электромагнитная система однофазного трансформатора:

1, 2 – первичная и вторичная обмотки;

3 – магнитопровод.
Обмотки трансформатора служат для создания магнитного поля, посредством которого осуществляется передача электрической энергии, а также обеспечивают наведение ЭДС, требуемых по условиям эксплуатации трансформатора. Обмотку к которой подводится электрическая энергия, называют первичной, а обмотку, от которой энергия отводится, – вторичной.

При подключении первичной обмотки к источнику переменного тока в витках этой обмотки протекает переменный ток i₁, который создает в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф. Замыкаясь в магнитопроводе, этот поток сцепляется с обеими обмотками и индуцирует в них ЭДС.
U₁ → I₁ → I₁W₁ → Ф
В первичной обмотке ЭДС самоиндукции

.
Во вторичной обмотке ЭДС взаимоиндукции

.
Ф=Ф_m∙sinωt.

.
Т.к. cosωt= – sin (ωt-π/2), то

.
Если sinωt=1, то получим максимальное значение

, ω=2πf,

,
где в соответствии с обозначениями на рис. 2. f – частота сети; W₁, W₂ – число витков соответствующих обмоток; Ф – максимальное значение синусоидального магнитного потока.

Обмотки W₁, W₂ не имеют электрической связи и поэтому мощность из одной обмотки в другую передается электромагнитным путем.

Делением индуцированных ЭДС получают коэффициент трансформации.

,
При нагрузке ЭДС вторичной цепи Е₂ вызывает ток I₂. Ток определяется значением полного сопротивления нагрузки, а фазу определяет характер полного сопротивления (активного, индуктивного и емкостного). Во вторичной обмотке возникает МДС I₂W₂, которая действует против МДС I₁W₁. Однако в результате этого уменьшается также ЭДС E₁, вследствие чего возрастает ток в первичной обмотке.

Трансформатор – это аппарат переменного тока. Если же его первичную обмотку подключить к источнику постоянного тока, то магнитный поток в магнитопроводе трансформатора также будет постоянным как по величине, так и по направлению, поэтому в обмотках трансформатора не будет наводиться ЭДС, а следовательно, электроэнергия из первичной цепи не будет передаваться во вторичную.