PRACTICA ELECTROMECANICA - Sa seze un transformator de putere, trifazat, in ulei

UNIVERSITATEA VALAHIA TARGOVISTE

FACULTATEA DE INGINERIE ELECTRICA

SPECIALIZAREA ELECTROMECANICA

 

Sa se proiecteze un transformator de putere, trifazat, in ulei:

Datele temei:

puterea aparenta S_n=315 kVA

tensiunea pe infasurarea inalta U_1n=20 kV

tensiunea pe infasurarea joasa U_2n=400 V

frecventa f=50 Hz

grupa de conexiune Dy5

tensiunea de scurtcircuit U=4%

pierderi de mers in gol p₀=800 W

pierderi la scurtcircuit p_sc=4900 W

1. Dimensionarea circuitului magnetic

sectiunea coloanei, este conform relatiei:

cum sectiunea coloanei se masoara in cm² aceasta este urmatoarea:

unde puterea aparenta pe o coloana, avand in vedere ca transformatorul va avea trei coloane si infasurarile concentrice, este:

diametrul coloanei, considerand ca sectiunea coloanei este in trepte, rezulta conform relatiei:

unde:

iar,

pentru un diametru al coloanei D_c estimat orientativ intre 16 si 20 cm (din valoarea S_c).

De asemenea, rezulta orientativ un numar de trepte pentru coloana n_tr=6; strangerea miezului coloanei pentru asemenea diametre se face, in mod obisnuit, prin lipire cu lac.

Imbinarea dintre tolele coloanelor si jugurilor se face prin intretesere, sub un unghi de 45˚.

Latimile treptei coloanei a₁, a₂, ., a_ntr, calculate conform relatiilor. Se recomanda sa se rotunjeasca fie din 5 in 5 mm, fie la alte valori, astfel incat cantitatea de deseuri rezultata din taierea tablei sa fie minima, iar tehnologia miezului corespunzatoare.

In cazul nostru o stabilim D_c=180 mm=18cm, cu urmatoarele latimi ale treptelor:

cm, rotunjit cm;

cm, rotunjit cm;

cm, rotunjit cm;

cm, rotunjit cm;

cm, rotunjit cm;

cm, rotunjit cm;

Din constructia grafica la scara a sectiunii coloanei rezulta urmatoarele grosimi ale treptelor

mm;

mm;

mm;

mm;

mm;

mm;

mm, sau cm.

Sectiunea neta de fier a coloanei este:

sectiunea jugului, se determina considerand ca jugul va avea cu doua trepte mai putin decat coloana. Astfel, la sectiunea coloanei se mai adauga cele patru suprafete, colturi, se obtine:

ceea ce inseamna ca

este in limitele admisibile.

Inaltimea coloanei este:

unde s-au ales

iar t.e.m. pe spira, conform relatiilor este:

Latimea ferestrei (valoare orientativa) se determina din relatia:

, in care distanta dintre coloane este:

, unde s-a coniderat .

Lungimea medie a jugului magnetic, pentru fazele marginale este conform relatiei:

Dimensionarea bobinajelor si izolatiei

Calculul infasurarilor

T.e.m. din infasararea primara si secundara, este conform relatiilor:

, infasurarea avand conexiunea D;

, infasurarea avand conexiunea y;

Numarul de spire al infasararilor

Pentru infasurarea de inalta tensiune

spire;

Numarul de spire corespunzator treptei maxime de reglaj a tensiunii este:

spire;

Numarul total de spire al infasurarii primare (de inalta tensiune), este:

spire;

Pentru infasurarea de joasa tensiune, este:

spire

Se rotunjeste la numarul intreg apropiat spire.

Pentru a nu modifica raportul de transformare se recalculeaza numarul de spire al infasurarii primare.

Se obtin astfel, pentru infasurarea de inalta tensiune

spire

si numarul total

Valorile definitive ale fluxului magnetic si inductiilor magnetice:

fluxul magnetic util (maxim), conform relatiei:

;

inductia magnetica in coloana, conform relatiei

;

inductia magnetica in jug, conform relatiei:

valori care se incadreaza in limite normale.

- T.e.m. intr-o spira, conform relatiei:

V/spira.

Curentii nominali ai transformatorului, conform relatiilor

in infasurarea de inalta tensiune

in infasurarea de joasa tensiune

unde, precum ambele infasurari, numarul de faze este acelasi, adica

.

Sectiunile, orientative, ale conductoarelor, conform relatiilor:

- pentru infasurarea de inalta tensiune

;

- pentru infasurarea de joasa tensiune

;

unde, s-a considerat ca infasurarile nu au acelasi conditii de racire, deoarece infasurarea de joasa tensiune fiind mai subtire se raceste mai bine, iar cea de inalta tensiune fiind mai groasa si cu izolatii intre straturi (se ia infasurare stratificata), se raceste mai greu.

De aceea, s-a ales:

si

Dimensiunile conductoarelor. Dupa cum stim , conductoarele ambelor infasurari sunt din cupru si izolate cu hartie. Se aleg conductoare profilate, deoarece, pentru infasurarea de josa tensiune, a rezultat o sectiune mare, iar pentru cea de inalta tensiune, desi sectiunea este mica, se obtine o asezare si o umplere mai buna a bobinei.

Astfel, pentru cele doua infasurari se stabilesc urmatoarele:

pentru infasurarea de inalta tensiune

CuEm 1,12x2,12 (grosime izolatie 0,3 mm) = 2,16 mm²

pentru infasurarea de joasa tensiune, se vor utiliza patru fire in paralel, dimensiunile conductorului fiind corelate cu inaltimea H_E a bobinei, si cu numarul de straturi. Se alege astfel:

CuEm 4*(3,55x11,8) (grosime izolatie 0,36 mm) =

= 4*41,89 mm²=167,56 mm²

Rezulta astfel urmatoarele dimensiuni ale conductoarelor izolate:

pentru infasurarea de inalta tensiune

;

pentru infasurarea de joasa tensiune

;

valorile definitive (recalculate) ale densitatilor de curent, conform relatiilor:

;

;

tipul si dimensiunile infasurarilor.

In functie de putere si tensiunile impuse prin tema si pentru curentii calculati, in functie de care au rezultat forma si dimensiunile conductoarelor, se stabilesc urmatoarele tipuri de infasurari:

infasurarea de joasa tensiune, va fi de tip cilindric, cele patru conductoare in paralel asezandu-se doua alaturate (suprapuse axial) si doua suprapuse radial. Bobina va avea, doua straturi (a cate doua conductoare suprapuse radial), intre care se prevede un canal de racire , in care insa fiecare strat are cate doua conductoare suprapuse axial si cate doua conductoare suprapuse radial.

Nivelarea inajtimii bobinei se face cu ajutorul a doua pene (segmente) circulare, din carton electrotehnic.

infasurarea de inalta tensiune, va fi de tip stratificat, insa cu conductor profilat. Bobina va avea un canal axial de racire in partea interioara (la o distanta cuprinsa intre 1 si 2/5 din numarul total de straturi) cu latimea

Bobina de inalta tensiune se deapana direct peste cea de joasa tensiune, rezultand o infasurare monolit.

Inaltimea bobinelor, este conform relatiei

unde, din tabelul de mai jos, pentru si , s-au stabilit

numarul de spire pe un strat

pentru infasurarea de joasa tensiune, vom avea

spire

in care

, deoarece fiind numai doua conductoare (fire) suprapuse radial, se face o singura transpozitie, dupa primul strat; fiind si doua conductoare (fire) suprapuse axial, transpunerea se face fara pierderi din inaltimea bobinei (adica fara spatiu suplimentar) prin trecerea (permutarea) conductoarelor dintr-un strat suprapus axial in celalalt.

Cum s-a mentionat mai sus, la stabilirea dimensiunilor conductoarelor, pentru ca bobina sa aiba doua straturi se stabileste

spire strat.

Inaltimea bobinei de joasa tensiune rezulta, astfel, cu relatia

ceea ce inseamna ca pentru infasurarea de joasa tensiune, distanta de izolatie pana la jugul magnetic rezulta

ceea ce este suficient (din tabelul de mai sus pentru , rezulta ca se poate lua

pentru infasurarea de inalta tensiune, numarul de spire pe un strat va fi

spire strat.

Numarul de straturi

straturi,

ceea ce inseamna ca infasurarea de inalta tensiune va avea 16 straturi din care 15 straturi cu 167 spire si ultimul strat cu 131 spire.

grosimea infasurarilor, rezulta

pentru infasurarea de joasa tensiune, unde , aceasta va fi:

unde

, este grosimea stratului;

pentru infasurarea de inalta tensiune, grosimea stratului va fi:

latimea ferestrei transformatorului, este

,

fata de 18cm cat fusese estimata la inceput.

Calculul electromagnetic complet (verificarea pe scurtcircuit si la mersul in gol)

Pierderile electrice totale, sau pierderile la functionarea in scurtcircuit la curentii nominali, sunt conform relatiei:

valoare care se incadreaza in limitele admise, abaterea trebuind sa fie de +10% din .

Componenta activa a tensiunii de scurtcircuit, este conform relatiei:

.

Componenta reactiva a tensiunii de scurtcircuit, este conform relatiei:

unde:

si,

Tensiunea de scurtcircuit, este conform relatiei:

valoare care se incadreaza in abaterile admise, care sunt de din impus prin tema (valoarea calculata trebuie sa fie cuprinsa intre limitele

Pierderile in fier, care reprezinta si pierderile la functionarea in gol, care, sunt conform relatiei:

unde:

, reprezinta masa neta a fierului pentru coloane; si,

, reprezinta masa neta a fierului pentru juguri.

Daca pentru se foloseste valoarea din practica de fabricatie a transformatoarelor, adica vom considera , atunci rezulta:

valoare care se incadreaza in tolerantele impuse.

Componenta activa, a curentului de functionare in gol, este conform relatiei:

.

Componenta reactiva, a curentului de functionare in gol, este conform relatiei:

in care .

Curentul (total), la functionarea in gol, a transformatorului (valoarea eficace) este conform relatiei:

sau in procente , conform relatiei:

Calculul pierderilor si al randamentului

rezistentele infasurarilor, pe faza, avand conductoare din cupru si clasa de izolatie A (transformator in ulei):

pentru infasurarea de joasa tensiune

,

in care:

;

,

unde diametrul mediu este:

;

pentru infasurarea de inalta tensiune

,

in care:

,

unde, diametrul mediu, este:

pierderile in infasurari, sunt:

pentru infasurarea de joasa tensiune

,

unde, factorul de majorare a pierderilor in curent alternativ este:

in care:

a=0,355 cm; b=1,18 cm, sunt dimensiunile conductorului de joasa tensiune;

conform coeficientului lui Rokowski fiind,

conductoare pe inaltimea bobinei, deoarece conductoarele in paralel sunt cate doua suprapuse axial;

m_s=4 deoarece, la cele doua straturi ale bobinei, conductoarele in paralel sunt si cate doua suprapuse radial;

pentru infasurarea de inalta tensiune

,

unde, factorul de majorare a pierderilor in curent alternativ este:

in care:

a=0,112 cm; b=0,212 cm, sunt dimensiunile conductorului de inalta tensiune;

;

coeficientului lui Rokowski, pentru H_Bi =39 cm rezulta

, adica practic identic cu cel anterior (pentru joasa tensiune);

conductoare pe inaltimea bobinei;

conductoare pe grosimea bobinei;