Предварительный расчёт магнитопровода

СОДЕРЖАНИЕ

СОДЕРЖАНИЕ- 2

Введение- 4

ЗАДАНИЕ- 5

1. Предварительный расчёт магнитопровода- 6

1.1. Выпрямленное напряжение холостого хода- 6

1.2. Средняя мощность выпрямленного тока- 6

1.3. Номинальная мощность первичной обмотки- 6

1.4. Номинальное фазное напряжение обмотки высокого напряжения- 6

1.5. Номинальное фазное напряжение обмотки низкого напряжения- 6

1.6. Номинальный фазный ток обмотки высокого напряжения- 6

1.7. Номинальный фазный ток обмотки низкого напряжения- 7

1.8. Предварительное число витков обмотки низкого напряжения- 7

1.9. Предварительное число витков обмотки высокого напряжения- 7

1.10. Намагничивающие силы обмоток- 8

1.11. Расчёт высоты стержня- 8

1.12. Расчёт диаметра стержня- 8

2. КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЁТ ОБМОТОК- 10

2.1. Расчёт обмотки высокого напряжения- 10

2.1.1. Высота обмотки- 10

2.1.2. Сечение витка обмотки высокого напряжения- 10

2.1.3. Предварительное число катушек обмотки высокого напряжения- 11

2. КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЁТ ОБМОТОК- 18

2.1. Расчёт обмотки высокого напряжения- 18

2.1.1. Высота обмотки- 18

2.1.2. Сечение витка обмотки высокого напряжения- 18

2.1.3. Предварительное число катушек обмотки высокого напряжения- 19

3.1.4. Число витков в катушке высокого напряжения- 19

3.1.5. Распределение витков и катушек обмотки высокого напряжения- 19

3.1.6. Внутренний диаметр обмотки высокого напряжения- 20

3.1.7. Внешний диаметр обмотки высокого напряжения- 20

3.1.8. Средний диаметр обмотки высокого напряжения- 21

3.1.9. Масса обмотки высокого напряжения- 21

3.1.10. Удельная тепловая нагрузка обмотки высокого напряжения- 21

3.2. Расчет обмотки низкого напряжения- 21

3.2.1. Сечение витка обмотки НН- 22

2.2.1. Сечение витка обмотки низкого напряжения- 25

2.2.2. Число катушек в обмотке низкого напряжения- 26

2.2.3. Число катушек в одной параллельной группе- 26

2.2.4. Число витков в катушке- 26

2.2.5. Внутренний диаметр обмотки низкого напряжения- 27

2.2.6. Наружный диаметр обмотки низкого напряжения- 28

2.2.7. Средний диаметр обмотки низкого напряжения- 28

2.2.8. Высота обмотки низкого напряжения- 29

2.2.9. Масса меди обмотки низкого напряжения- 29

2.2.10. Удельная тепловая нагрузка обмотки низкого напряжения, Вт/ м²: 29

2.3. Строение трансформатора- 30

3. РАСЧЕТ НАПРЯЖЕНИЙ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ- 31

3.1. Электрические потери в обмотках- 31

3.2. Полные потери с учетом потерь в отводах, от вихревых токов и потоков рассеяния- 31

3.3. Активная составляющая напряжения короткого замыкания- 31

3.4. Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания- 31

3.5. Полное напряжение короткого замыкания- 31

4. ОКОНЧАТЕЛЬНЫЙ РАСЧЕТ МАГНИТОПРОВОДА- 32

4.1. Активное сечение стержня- 32

4.2. Активное сечение ярма- 32

4.3. Строение стержня- 32

4.4. Масса стержней- 32

4.5. Масса ярма- 33

4.6. Масса магнитопровода с учетом углов и других элементов- 33

4.7. Удельный расход стали- 33

4.8. Окончательное значение магнитной индукции- 33

4.9. Удельные потери в стали- 33

4.10. Потери холостого хода (потери в стали) 33

4.11. Активная составляющая тока холостого хода- 33

4.12. Удельная намагничивающая мощность- 34

4.13. Намагничивающая мощность- 34

4.14. Реактивная составляющая тока холостого хода- 34

4.15. Ток холостого хода- 34

5. РАСЧЕТ МЕХАНИЧЕСКИХ СИЛ- 35

5.1. Действующее значение установившегося тока короткого замыкания- 35

5.2. Ударный ток короткого замыкания- 35

5.3. Радиальные силы- 35

5.4. Напряжение на разрыв в проводе обмотки, мПа- 36

5.5. Осевые силы- 36

5.6. Напряжение на сжатие- 36

6. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ- 37

6.1. Полные потери в трансформаторе- 37

6.2. Необходимая поверхность охлаждения бака и радиаторов трансформатора при тепловой нагрузке бака 600 Вт/м² 37

6.3. Ширина бака- 38

6.4. Боковая поверхность бака- 38

6.5. Поверхность крышки бака- 38

6.6. Полная поверхность бака- 38

6.7. Полная длина бака- 38

6.8. Необходимая поверхность радиаторов, их количество и тип- 38

6.9. Температура нагрева обмоток- 39

6.10. Перегрев обмоток над окружающей средой- 39

6.11. Перегрев масла над воздухом- 39

6.12. Превышение температуры масла в верхних слоях- 39

6.13. Температура обмотки в конце процесса короткого замыкания, когда его отключает защита (t_к = 4с), 39

6.14. Время, в течение которого температура обмотки достигнет 250°С. 39

7. КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ- 40

8. ЗАКЛЮЧЕНИЕ- 41

9. СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ-- 42

Введение

Выпрямление переменного тока на тяговых подстанциях электрифицированных на постоянном токе железных дорог осуществляется преобразовательным агрегатами, содержащими специальный трансформатор, полупроводниковый выпрямитель и вспомогательную аппаратуру. Питание выпрямительного агрегата осуществляется от сети трехфазного переменного токанапряжением U₁=110; 35; 10; 6 кВ частотой f₁ =50 Гц.

Выпрямитель осуществляет выпрямление переменного тока. Выпрямитель собран на полупроводниковых приборах. Выпрямленное напряжение U_d в зависимости от области применения (железнодорожный или промышленный транспорт, метро и городской транспорт) может составлять: 3700; 3300; 1650; 825. 600; 275 В.

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.

К вспомогательной аппаратуре относятся сглаживающий фильтр, предназначенный для уменьшения пульсаций выпрямленного тока в нагрузке (тяговые двигатели ЭПС), систему автоматического управления агрегатом, а также блок сигнализации и защиты.

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

Одной из важных особенностей является то, что вследствие 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 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 поездов, которые могли бы неоднократно выдерживать без остаточных деформаций большие механические усилия, вызванные токами аварийного короткого замыкания.

Эти особенности должны учитываться в ходе проектирования трансформатора. Проектирование включает в себя широкий круг технических вопросов. Разработка производится на основе выполнения электромагнитного, теплового и механического расчетов, обеспечивающих заданные основные электрические и эксплуатационные параметры.

Задача расчета трансформатора не имеет точного однозначного решения, так как не представляется возможным составить систему независимых уравнений первой степени, число которых равнялось бы числу определяемых неизвестных. Решение такой задачи обычно достигается путем расчета, нескольких вариантов с учетом ряда допущений и ввода в ходе расчета дополнительных величин, полученных на основании накопленного опыта в трансформаторостроении. Все подобные многовариантные расчеты проводятся с использованием современных ЭВМ. Из этих вариантов выбирается тот, который обладает наилучшими технико-экономическими показателями при минимальном расходе материалов.

ЗАДАНИЕ

Предварительный расчёт магнитопровода