Міністерство освіти і науки України

    Харківський державний професійно-педагогічний фаховий коледж

                                                  імені В.І. Вернацького

                    Циклова комісія дисциплін електротехнічного профілю

КУРСОВИЙ ПРОЄКТ

з дисципліни

МОНТАЖ, ЕКСПЛУАТАЦІЯ І РЕМОНТ ЕЛЕКТРОУСТАНОВОК

ТА ЕЛЕКТРОПОСТОЧАННЯ АПК

на тему: «ПРОЄКТ АКТИВНОЇ ЧАСТИНИ

ТРИФАЗНОГО СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА»

                                                             Студентка ІІ курсу ЕМ-211к групи

                                            Галузь знань      01.Освіта/Педагогіка

                           Спеціальність       015.07 Професійна освіта (Електротехніка та                          

                                                                                                     електромеханіка)

                                             Освітня програма      Монтаж, обслуговування та ремонт          

                                                                 електротехнічних установок в агропромисловому                                                                 комплексі                                                                              

                            Навчальна дисципліна     Монтаж, експлуатація і ремонт електроустановок та        

                                                                                  електропостачання  АПК

                                                                                              Друмчаглова А.О.

                                                                                                 (прізвище та ініціали)

                                                                          Керівник викладач вищої категорії  Журбій Г.Г.

                                                                            Національна шкала_______________

                                                                            Кількість балів___________________

                                                                            Члени комісії__________  Журбій Г.Г.

                                                                                                                                                              (підпис)      (прізвище та ініціали)

                                                                                                                                         ______________     ______________________

                                                                                                                                                              (підпис)      (прізвище та ініціали)

                                                                                  Харків -2024

ЗМІСТ

1.     РАЗРАХУНКОВА ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА…………………….3

2.     ВСТУП………………………………………………………………………4

3.     ПРОЄКТУВАННЯ МАГНІТОПРОВОДУ……………………………..…5

3.1    Вихідні параметри………………………………………………………5

3.2    Розрахунки для проектування………………………………………….5

3.3    Основні розміри активної частини трансформатора………………….7

3.4    Розрахунок втрат короткого замикання…………………………….....8

4.     ВИЗНАЧЕННЯ НОМІНАЛЬНОЇ ПОТУЖНОСТІ

ТРАНСФОРМАТОРА………………………………………………..………9

4.1    Вихідні данні…………………………………………………………...…9

4.2    Формула для розрахунку номінальної потужності………………….....9

4.3    Вплив магнітопроводу на потужність

трансформатора…………………………………………………………10

4.4    Допустима індукція……………………………………………………..10

4.5    Втрати на вихрові струми та перемагнічування………………………10

4.6    Розрахунок номінальної

потужності…………………………………………………………….....10

5.     ВИЗНАЧЕННЯ ВТРАТ НЕРОХОМОГО ХОДУ………………………….11

5.1    Розрахунок площі перерізу стержня……………………………….…..11

5.2    Визначення втрат неробочого ходу………………………………...11-15

6.     ВИЗНАЧЕННЯ КДД ТРАНСФОРМАТОРА……………………………..16

7.     РОЗРАХУНОК КДД………………………………………………………..17

8.     Перевірочний тепловий розрахунок трансформатора………….…….18-19

ВИСНОВКИ…………………………………………………………………20

СПИСОУ ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ…………………………………..21

           Зм               _{Аркуш                  №                 підп      Да}                        КП 2024.1.2.08.015.07.5991.РПЗ

докумен      ис            та та

        Виконав                                  Друмчаг                                       Проєкт активної                 Літ.            Аркуш             Аркушів

лова А.О Прийняв      Журбій                     

частини трифазного

Г.Г.                силового                            2              21                                                  трансформатора       ХДППК імені В.І.

Наконтр.    Вернадського Затверд    Гр.. ЕМ-211к

1. РОЗРАХУНКОВА - ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА

      Проєктування обмоток трансформатора є важливим етапом у процесі створення силового трансформатора. Важливо правильно визначити втрати та напругу короткого замикання, щоб забезпечити ефективну роботу трансформатора.

            У результаті проведення всіх необхідних розрахунків та перевірок, можна визначити коефіцієнт корисної дії трансформатора та здійснити перевірочний тепловий розрахунок, щоб переконатися у правильності проєкту.

У цій роботі було розглянуто основні етапи проєктування активної частини силового трансформатора. Важливо дотримуватися всіх вимог та нормативів під час проєктування, щоб забезпечити ефективну та безперебійну роботу трансформатора. Проєкт активної частини силового трансформатора є важливою складовою процесу проєктування електричних систем. У даній розрахунково-пояснювальній записці буде розглянуто основні етапи проєктування такої активної частини, включаючи визначення номінальної потужності трансформатора, розрахунок втрат і струму неробочого ходу, проєктування обмоток трансформатора, визначення втрат і напруги короткого замикання, визначення коефіцієнта корисної дії трансформатора та тепловий розрахунок. 

            Під час проєктування магнітопроводу було враховано вихідні                  дані, такі як номінальна напруга обмоток, діаметр стержня, міжосьова віддаль, висота стержня, кількість ступенів стержня, матеріал сталі та охолодження трансформатора. Важливим етапом було також визначення втрат і струму неробочого ходу, що дозволило підібрати оптимальні параметри для ефективної роботи трансформатора.

                                           Проєктування обмоток трансформатора включало в себе визначення втрат і напруги короткого замикання, що дозволило забезпечити необхідний рівень надійності та ефективності роботи трансформатора. Також було проведено перевірочний тепловий розрахунок, що підтвердив правильність вибраних параметрів для запобігання перегріву трансформатора.

                                Загальний підхід до проєктування активної частини силового трансформатора дозволяє забезпечити оптимальну роботу електричних систем і забезпечити їх надійність. Висновки, отримані під час роботи над цим проєктом, підтверджують важливість правильного підходу до проєктування та розрахунків активної частини трансформатора. 

                                                                                                                                         ^Аркуш

                                           3                                                                          КП

2024.1.2.08.015.07.5991.РПЗ

2. ВСТУП

       Цей проєкт присвячений розробці активної частини силового трансформатора з номінальною напругою обмоток U1 = 10 кВ та U2 = 0,4 кВ. Мета - створити ефективний та надійний трансформатор, що відповідає всім заданим технічним характеристикам. Детально розглянемо активну частину трансформатора, і до вимог безпеки, яким він має відповідати.

Активна частина силового трансформатора складається з серцевини та обмоток, що забезпечують трансформацію електричної енергії. Для проекту важливо вибрати оптимальні матеріали, які б знижували втрати енергії і підвищували ефективність трансформатора. Зазвичай, серцевини виготовляють з нікелевих сталей та спеціальних сплавів, що мають низький електричний опір, що, у свою чергу, поліпшує загальну продуктивність.

             Трансформатор з обмотками U1 = 10 кВ та U2 = 0,4 кВ призначений для забезпечення електричною енергією різноманітних промислових об'єктів. Важливою характеристикою є взаємне співвідношення напруг, яке впливає на здатність трансформатора ефективно передавати енергію. Правильний вибір співвідношення перетворює величезні високовольтні навантаження на зручні для використання низьковольтні значення.

             Проектування активної частини розпочинається з розрахунків, які                 враховують параметри, такі як частота, навантаження та характеристики матеріалів. Важливий етап — моделювання трансформатора за допомогою комп'ютерних програм, що дозволяє передбачити точно його поведінку в різних умовах експлуатації.

Вибір матеріалів — один із ключових аспектів у створенні надійного                              трансформатора. Для активної частини використовуються різноманітні магнітні матеріали, такі як електросталь та ферит, які забезпечують необхідні електромагнітні властивості. Проводки обмоток виготовляються з міді або алюмінію, в залежності від вимог до втрат та вартості.

         Ефективність та надійність силового трансформатора визначаються                  його здатністю знижувати втрати енергії та підтримувати стабільну роботу протягом тривалого часу. Вимірювання таких показників, як ККД

(коефіцієнт корисної дії), а також аналіз термічних і механічних навантажень, дозволяють забезпечити постійну роботу трансформатора в межах заданих параметрів, а також знижувати ризик виходу з ладу.

                                                                                                                                                                 Аркуш

                              ⁴                                                                                   КП 2024.1.2.08.015.07.5991.РПЗ

                Зм     Аркуш     №                          підпис     Дата                                                                                                                      21

документа

                                  9. ВИЗНАЧЕННЯ НОМІНАЛЬНОЇ ПОТУЖНОСТІ

                                                                   ТРАНСФОРМАТОРА

                          Визначення номінальної потужності трансформатора – це                  важливий етап при       проєктуванні, оскільки вона визначає здатність трансформатора передавати електричну енергію без перевищення теплових і магнітних меж. Для розрахунку номінальної потужності силового трансформатора з даними характеристиками використовуємо наступні параметри і кроки.

9.1 Вихідні параметри

10. Первинна напруга (U1): 10 кВ 11. Вторинна напруга (U2): 0,4 кВ

12.Розміри магнітопроводу:

12.1       Діаметр стержня Dст=115 мм

12.2       Висота стержня  Lст=520 мм

12.3       Кількість ступенів стержня  n=5

13.Характеристики матеріалу: електротехнічна сталь марки 3404 з товщиною листівδ=0,35 мм

4.2 Формула для розрахунку номінальної потужності

Номінальна потужність трансформатора S визначається через                         рівняння:

S=U1⋅I1=U2⋅I2

де:

•      U1 і U2 – напруги на первинній та вторинній обмотках відповідно;

•      I1 і I2 – відповідні струми на первинній та вторинній обмотках.

Розрахунок струмів

Щоб визначити струми I1 і I2, можна скористатися співвідношенням між струмами і напругами, враховуючи коефіцієнт трансформації:

І1 = 𝑆 ; І2 = ^S

                                                                                  𝑈1                  𝑈2

Звідси випливає, що, маючи дані про напругу та струм однієї з обмоток, можна розрахувати відповідний струм іншої.

                                                                                                                                                                                   Аркушів

                          ⁹                                                                                   КП 2024.1.2.08.015.07.5991.РПЗ

           Зм     Аркуш     №                          підпис     Дата                                                                                                                          21

документа

4.3  Вплив магнітопроводу на потужність трансформатора

       Розміри магнітопроводу впливають на максимальний магнітний потік, який трансформатор може передавати без насичення. Це, своєю чергою, впливає на можливу номінальну потужність трансформатора.

Ось як ці параметри впливають на потужність:

Площа перерізу стержня (Aст): Площа поперечного перерізу стержня визначається за формулою:

𝜋 ²ст  Aст= ∙ D

4

     Цей параметр важливий для визначення максимальної щільності магнітного потоку B, який не повинен перевищувати граничного значення для сталі марки 3404, щоб уникнути насичення магнітопроводу.

       4.4 Допустима індукція (B): Для сталі марки 3404 рекомендовано підтримувати максимальну індукцію в межах 1,2–1,8 Тл, що забезпечує оптимальне співвідношення між потужністю трансформатора і втратами в магнітопроводі.

       4.5 Втрати на вихрові струми та перемагнічування: Для збільшення ефективності трансформатора застосовують тонкі листи сталі товщиною 0,35 мм, які зменшують втрати на вихрові струми. Нагрівостійка ізоляція з одноразовим лакуванням додатково мінімізує втрати в магнітопроводі, що дозволяє досягти більшої потужності

                  трансформатора при збереженні його ефективності.

      4.6 Розрахунок номінальної потужності

        З огляду на магнітні властивості матеріалу і розміри магнітопроводу, номінальну потужність можна визначити за                           наближеною формулою для силових трансформаторів:

S ≈ k ⋅ Aст ⋅ B ⋅ f

де:

•   k – коефіцієнт, що залежить від типу трансформатора (для силових трансформаторів  k≈0,9 -  1,1),

•   B – магнітна індукція (в Тл),

•   𝑓 – частота живлення (для стандартної мережі 50 Гц).

                                                                                                                                               ^{Аркушів}

                         ¹⁰                                                                                  КП 2024.1.2.08.015.07.5991.РПЗ

           Зм     Аркуш     №                          підпис     Дата                                                                                                                     21