PROIECT

PROIECT

TRANSFORMATOR ELECTRIC

Universitatea Petrol-Gaze PloiestiFacultatea de Inginerie Mecanica si Electrica

ProiectConvertoare electromecanice

Indrumator:Conf.DR.ING. Cornel Ianache

Student:Dumitru Adrian CatalinAnul:IIISpecializare:ElectromecanicaGrupa 1525 S se calculeze un transformator care s aib urmtoarele caracteristici principale:

- puterea aparent nominal: Sn = 100kVA;- numrul de faze: m = 3;- tensiunea de linie primar: Ul1 = 15 kV;- tensiunea de linie secundar: Ul2 = 0,525kV;- frecvena: f = 50Hz;- schema i grupa de conexiuni: DyN5;- pierderi la mers n gol: P0 = 320W;- pierderi la mers n scurtcircuit: Psc = 1750W;- curentul de mers n gol: i0 = 2,5%;- tensiunea de scurtcircuit: usc = 4,0%;- rcire natural n ulei;- conductorul nfurrilor : Cu;- clasa de izolaie a nfurrii : A; - miezul se execut din tabl electrotehnica cu izolatie din carlit; - tipul tablei: M4ORSI-111 cu pierderi specifice 1,11W/kg la inducia magnetic B=1,5T; - grosimea tablelor izolate: 0,35mm;

Tolerantele admisibile pentru parametrii impusi prin tema: - raportul de transformare : 0.5% - tensiunea de scurtcircuit, usc : 10%- curentul de mers in gol, io : + 30%- pierderile de mers in scurtcircuit,P0 : + 10%.

Etape de calcul:

I. Calculul mrimilor electrice de baz;

II. Calculul dimensiunilor principale;

III. Calculul de dimensionare al nfurrilor : Numrul de spire al nfurrilor; Seciunea conductoarelor nfurrilor; Infasurarea de inalta tensiune; Infasurarea de joasa tensiune.

IV. Calculul parametrilor de scurtcircuit i definitivarea soluiei alese pentru nfurri: Pierderi n nfurri; Determinarea tensiunii de scurtcircuit;

V. Dimensionarea circuitului magnetic : Distana ntre axele coloanelor; Lungimea coloanelor; Masa coloanelor; Dimensionarea jugurilor; Masa jugurilor;

VI. Calculul parametrilor de funcionare n gol: Calculul pierderilor n fier; Calculul curentului de mers n gol;

VII. Calculul caracteristicii de funcionare: Caracteristica extern; Caracteristica randamentului;

VIII. Calculul incalzirii: Dimensionarea cuvei i radiatoarelor de rcire; Verificarea termic a soluiei alese;

I. Calculul mrimilor electrice de baz

Pentru determinarea mrimilor electrice de baz se pornete de la puterea aparent nominal a transformatorului, valorile tensiunilor de linie si se tine cont de schema si grupa de conexiuni.

Pentru grupa de conexiuni DyN5 avem:

-tensiunea de faza primara:

-tensiunea de faza secundara: Uf2==0.303KV

-curentul de linie primar:

-curentul de linie secundar:

-curentul de faza primar:

-curentul de faza secundar: If2=Il2=109.97 A

II. Calculul dimensiunilor principale

4

S- au facut urmatoarele notatii: - Sim si Sjm: - distanta de izolatie dintre infasurarile de inalta, respectiv joasa tensiune si jugul transformatorului; - D - diametrul coloanei trnsformatorului;- b1 - grosimea bobinei de nalt tensiune;- b2 - grosimea bobinei de joas tensiune;- mj - disanta de izolaie dintre coloan i bobina de joas tensiune;- ji - grosimea izolaiei dintre bobina de joas tensiune i cea de nalt tensiune;- ii - grosimea izolaiei dintre bobinele de nalt tensiune;

Avand in vedere puterea nominala a transformatorului spirele infasurarilor vor avea forma circulara, motiv pentru care coloana magnetica va fi realizata in trepte, astfel incat sectiunea circulara sa aiba un factor de umplere cu Fe cat mai mare.Din acest motiv dimensiunea principala de la care incepe calculul transformatorului este diametrul cercului coloanei:

n care:- a - este un coeficient avnd valori cuprinse ntre 4,2 i 4,8, valoarea lui depinznd de sortimentul de tabl electrotehnic folosit i de coeficientul de utilizare al seciuni circulare. n cazul unei utilizri mai bune a seciunii cercului coloanei se pot lua pentru coeficientul a valori mai mici din acest interval;- Sn - este puterea aparent nominal a transformatorului luat n kVA. In urma calculului se adopt o valoare ntreag, n milimetri, a si de preferin multiplu de cinci.

Considernd valoarea coeficientului a egal cu 4,5 i avnd dat prin tem puterea aparent nominal de 100kVA se poate trece la calcularea diametrului coloanei, obinndu-se:

142.3mmSe adopta D ca multiplu de 5 :

D = 150mm Dup adoptarea diametrului coloanei, avnd n vedere c miezul feromagnetic se realizeaz din tole, se va adopta numrul de trepte ale miezului coloanei. Numrul minim de trepte i numrul de coloanei de racire se adopt din tabel n funcie de puterea aparent nominal a transformatorului. Se poate adopta i un numr mai mare de trepte dect cel indicat dac aceasta reprezint o soluie mai economic pentru firma productoare. Pentru Sn=100kVA numrul minim de trepte este de 5 sau 6, iar numrul de canale de rcire este de 0 sau 1. Se va considera un numr minim de trepte egal cu 6, iar numarul de canale egal cu 0,( nu necesita racire). Fiecare canal longitudinal de rcire se ia lat de un centimetru.Limea tolelor (a1, a2,an), este recomandat funcie de diametrul coloanei, astfel: - pentru 5 trepte: - pentru 6 trepte: a1 = 0,950 D a1 = 0,960 D a2 = 0,847 D a2 = 0,885 D a3= 0,707 D a3 = 0,775 D a4= 0,532 D a4 = 0,631 D a5= 0,312 D a5 = 0,280 D a6 = 0,280D

Fig.7 Numar de trepte de racire

- pentru 6 trepte (cazul de fa):

Se calculeaz orientativ valorile limii tolelor dup care se procedeaz la proiectarea, rnd pe rnd, a fiecrei trepte pornind de la prima treapt ctre ultima treapt.

Dup determinarea valorii lui a1, rotunjit la numr ntreg (n milimetrii,la valoarea mai mica), se calculeaz valoarea lui b1, cu relaia:

Pentru a determina numrul de tole coninut de prima treapt se face urmtorul calcul:

n care reprezint grosimea tolelor, egal cu 0,35mm, dat prin tema proiectului.

Se definitiveaz valoarea lui b1 utiliznd relaia:

Pentru calculul treptei a doua se utilizeaz relaia:

iar apoi se face recalcularea lui b2:

Ca o regul general, pentru treapta k, se vor utiliza relaiile:

Utiliznd relaiile de mai sus se trece la calculul treptelor, astfel:

- pentru treapta a doua:

- pentru treapta a treia:

- pentru treapta a patra:

- pentru treapta a cincea:

- pentru treapta a asea:

Calculam suprafaa geometric a seciunii coloanei:

Aria seciunii ocupate de fierul coloanei va fi dat de relaia:

in care Sg este aria seciunii ocupate de tole i izolaia dintre ele, iar KFe este un coeficient ce ine seama de grosimea izolaiei dintre tole i ia valoarea de 0,95 pentru izolaia din carlit. Se determin factorul de umplere geometric al coloanei (Kgc) care reprezint fraciunea din aria cercului coloanei ocupat de tole i izolaia dintre ele. Se considera o buna utilizare a sectiunii coloanei cand: Kgc > 0,9. Calculam factorul de umplere geometric:

=0.91>0.9 Factorul de umplere cu fier va fi dat de relaia:

Pentru determinarea tensiunii pe spir este necesar s se adopte valoarea induciei magnetice n coloana transformatorului.Se adopt din tabele in funcie de puterea aparent nominal a transformatorului, de sortimentul de tabl utilizat i de modul de rcire al transformatorului. O inducie de valoare prea mic duce la risip de material i o cretere excesiv, nejustificat a preului transformatorului, iar o inducie de valoare mare conduce la nclzirea transformatorului i a curenilor de funcionare n gol. Pentru tabl laminat la cald i puterea transformatorului cuprins ntre 50 i 250kVA, pentru tipul de rcire natural n ulei, se recomand o inducie( Bc), n coloan (la o frecvent de 50Hz) de 1,55......1,65T.

Bc = 1,62 T:

Wb

Se determina expresia tensiunii pe spir care este:

III. Calculul de dimensionare al nfurrilor

3.1 Numrul de spire al nfurrilor

Calculul numrului de spire ncepe, de obicei, de la nfurarea de joas tensiune care are un numr mai mic de spire i influeneaz mai semnificativ raportul de transformare.Numrul de spire al nfurrii de joas tensiune este, pentru transformatoarele ce au conexiunea stea sau triunghi, dat de relaia:

=55 aleg 54 de spireunde uew este tensiunea pe spir.Dac nfurarea de joas tensiune este conectat n zig-zag:

Valoarea obinut se rotunjete la numr ntreg pentru conexiunea stea i triunghi i la numr ntreg i par pentru conexiunea zigzag cu semibobine egale. Rotunjirea aplicat numrului de spire are drept urmare necesitatea recalculrii tensiunii pe spir, fluxului magnetic i induciei n coloan.

Wb

T

Dup definitivarea acestor calcule se trece la dimensionarea nfurrii de nalt tensiune. Dac aceasta este conectat n stea sau triunghi si secundarul nu este in zig-zag, numrul de spire al nfurrii de nalt tensiune va fi:

aleg 2673 spire

Valoarea abinut se rotunjete la numr ntreg. Rotunjirea la numr ntreg a numrului de spire W1 va avea ca urmare o anumit abatere a raportului de transformare fa de cel impus prin tem. n consecin n acest moment al proiectrii se va verifica faptul c raportul de transformare are o abatere de maxim 0,5% din cel impus prin tem, astfel pentru conexiunile care nu au zigzag n componena lor, abaterea raportului de transformare se calculeaz astfel:

2. Seciunea conductoarelor nfurrilor

Calculul seciunii cilor de curent se face pornind de la valorile intensitilor curenilor electrici pe faz i de la densitile de curent recomandate.Pentru conductoarele de nalt tensiune seciunea conductoarelor, notat cu S1 va fi:

iar pentru joas tensiune:

unde J1 i J2 sunt densitile de curent care se adopt funcie de puterea aparent nominal a transformatorului si functie de tipul de racire.Daca conductorul infasurarii este din cupru i cu puterea nominala cuprinse ntre 75-160kVA,se recomanda ca densitatea de curent J, s aiba valori cuprinse intre 2,73,3A/mm2. Avnd n vedere c nfurarea interioar se rcete mai greu dect nfurarea exterioar, din motive de nclzire se recomand ca densitatea de curent pentru nfurarea interioar s fie mai mic dect densitatea de curent pentru nfurarea exterioar i astfel se alege pentru cazul de fa o valoare a densitii de curent J1=2.9 A/mm2 i J2=2,7 A/mm2.