Проектирование преобразовательного трансформатора

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«ПЕТЕРБУРСКИЙ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

Кафедра «Электрические машины»

 
 
 
 
 
 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту

 
 
 

на тему           Проектирование преобразовательного трансформатора

 
 
 
 
 

выполнил  студент                                                                                  

03 –  ЭС ^ц – 12 

 
 
 
 

Санкт-Петербург 

СОДЕРЖАНИЕ

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ЗАДАНИЕ

 

     При курсовом проектировании преобразовательного  трансформатора задаются следующие данные:

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ

 

      Выпрямление переменного тока на тяговых подстанциях  электрифицированных на постоянном токе железных дорог осуществляется преобразовательными агрегатами, содержащими специальный трансформатор, полупроводниковый выпрямитель и вспомогательную аппаратуру.

      Применяемый в такой схеме силовой трансформатор  называется преобразовательным трансформатором. Он служит для согласования напряжения питающей сети и напряжения контактной сети, а также для разделения цепи нагрузки от питающей сети.

      Преобразовательные  трансформаторы по сравнению с силовыми трансформаторами общего назначения обладают рядом отличительных особенностей.

      Одной из важных особенностей является то, что в следствие вентильного действия выпрямителя каждый анод его работает только в течение части периода переменного тока, поэтому условия работы первичной и вторичной обмоток преобразовательного трансформатора неодинаковы. Преобразовательный трансформатор питается с первичной стороны синусоидальным напряжением, а каждая фаза вторичной обмотки находится под током только часть периода, поэтому токи в первичной обмотке будут несинусоидальными.

      Другой  особенностью является то, что короткие замыкания в тяговой сети и нагрузке у преобразовательных трансформаторов происходят значительно чаще, чем у обычных трансформаторов. Поэтому преобразовательные трансформаторы должны рассчитываться на повышенную механическую прочность обмоток и отводов, которые могли бы неоднократно выдерживать без остаточных деформаций большие механические усилия, вызванные токами аварийного короткого замыкания.

      Эти особенности должны учитываться  в ходе проектирования трансформатора.

      В данном расчете используется упрощенная методика, основанная на опытных данных построенных трансформаторов.

1. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ РАСЧЕТ МАГНИТОПРОВОДА

 

1.1. Выпрямленное напряжение холостого хода, В:

,                                            (1.1)

В.

 

1.2. Средняя мощность выпрямленного тока, кВт:

,                                               (1.2)

 кВт.

 

1.3. Номинальная мощность первичной обмотки, кВА:

,                                                      (1.3)

где K_p – коэффициент, зависящей от схемы выпрямительного агрегата;

               при трехфазной мостовой схеме  выпрямления K_p= 1,05.

 кВА.

 

1.4. Номинальное фазное напряжение обмотки ВН, В:

при соединении фаз треугольником

,                                                       (1.4)

 В.

 

1.5. Номинальное фазное напряжение обмотки НН, В:

,                                                     (1.5)

где К_U – коэффициент, зависящий от схемы выпрямительного агрегата и схемы      

               соединения обмотки НН трансформатора; при мостовой схеме вы-

               прямления и соединении фаз обмотки НН звездой К_U = 2,34.

В.

 

1.6. Номинальный фазный ток обмотки ВН, А:

,                                                      (1.6)

А.

 

1.7. Номинальный фазный ток обмотки НН, А:

,                                                  (1.7)

где К_I – коэффициент, зависящей от схемы выпрямительного агрегата и схемы

              соединения обмотки НН; при мостовой  схеме выпрямления и соедине-

              нии обмоток НН звездой К_I = 0,816.

А.

 

1.8. Предварительное число витков обмотки НН.

      Число витков обмотки НН определяется исходя из значений фазного напряжения обмотки и напряжения, приходящегося на один виток U_в/в. Обычно U в/в выбирают для трех значений : U_{в/в min}, U_{в/в ср}, U_{в/в max} и проводят три расчета, из которых выбирается наиболее соответствующей практике. В нашем случае выбираем одно значение. Выбор значения U_в/в осуществляется по кривой /1, рис.2/ в зависимости от номинальной мощности трансформатора. При этом предварительное число витков обмотки НН составит:

.                                                      (1.8)

      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).

      При S₁ = 7294,02 кВА получаем U_в/в = 49 В/вит.;

.

Принимаем W₂ = 36 витков.

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

Уточняем  значение U в/в:

.                                                  (1.9)

В/вит.

 

1.9. Предварительное число витков обмотки ВН:

.                                             (1.10)

.

Принимаем W₁ = 722 витка.

 

1.10. Определение намагничивающих сил обмоток:

обмотки ВН                                    ,                                                (1.11)

A;

обмотки НН                                    ,                                              (1.12)

А;

результирующая  F = F₁ + F₂ = 50157,34 + 49939,2 = 100096,54 А.

1.11. Определение высоты стержня, см:

,                                                 (1.13)

где А_С – линейная нагрузка стержня; определяется по графику [1, рис.3], в зави-

               симости  от  номинальной мощности трансформатора и напряжения  

               первичной обмотки.

При S₁ = 7294.02 кВА получаем А_С = 958,33 А/см

см

 

1.12. Определяем диаметр стержня, см:

,                                       (1.14)

где В_С – магнитная индукция  в стержне;  выбирается  в  зависимости от марки

               стали  и  мощности  трансформатора;  для  трансформаторов  данного

               класса В_С = 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 мощ-

               ности трансформатора К_кр = 0,85 – 0,92.

      Для уменьшения расхода стали диаметры стержня принимается стандартами по нормали СЭВ: d_C = 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 45, 48, 50, 53, 56, 60, 63, 67, 71, 75 см ;