TEMA DE PROIECT

• Transformatorul trifazat –

Student : Petrescu Lucian

Grupa : 141AC

Facultatea de Electrotehnica

Problema :

I. Se va proiecta un transformator trifazat de putere in ulei, de tip exterior pentru retele de 50Hz caracterizat de datele nominale :

1. putere nominala, S_n=630 KVA;

2. raportul;

3. schema si grupa de conexiuni : Yy 012;

4. reglajul tensiunilor ±5%;

5. tensiunea de scurtcircuit, U_k=6%; 12828vxi77ggn3z

6. pierderile de scurtcircuit, P_k=9720 W;

7. pierderile la functionarea in gol, P₀=1920 W;

8. curentul la functionarea in gol, i₀=2,4%;

9. serviciu de functionare, S₁; xg828v2177gggn

10. infasurarile se realizeaza din cupru;

11. circuitul magnetic se realizeaza din tabla laminata la rece cu cristale orientate.

II. Proiectul va cuprinde :

1. Calculul marimilor de baza ;

2. Determinarea dimensiunilor principale orientative ;

3. Alegerea si dimensionarea infasurarilor ;

4. Calculul parametrilor de scurtcircuit ;

5. Verificarea solicitarilor mecanice;

6. Verificarea incalzirilor infasurarilor la scurtcircuit;

7. Calculul parametrilor la functionarea in gol si dimensioarea circuitului magnetic;

8. Caracteristicile de functionare;

9. Calcul termic al transformatorului;

10. Accesoriile transformatorului.

III. Material dat :

1. Desenul de ansamblu din trei vederi, partial sectionate, la scara si schema electrica corespunzatoare grupei de conexiuni;

2. Caracteristica de functionare.

I_l

I_f

U_f U_l

Fig. 1. Schema conexiunii stea

1. Calculul marimilor de baza

U_nfI = 11,547kV

I_nfI = 18,18A

U_nfJ = 0,303kV

I_nfJ = 693A

S₁=puterea pe coloana

S₁ = 210kVA

2.Determinarea dimensiunilor principale orientative

l_oj l_oi

a_oj a_ij a_ii

a_j a_j

- infasurarea de joasa tensiune

- infasurarea de inalta tensiune

• date de catalog :

a_oj = 5 mm

a_ij = 20 mm

a_ii = 20 mm

l_oj = 50 mm

l_oi = 50 mm

• diametrul coloanei

β = factor de suplete

β = 2,1

cm

cm

B_c = inductia in coloana = 1,65T

k_m = factorul deumplere =k_Fe*k_g=0,95*0,92=0,874

k_R = factorul Rogovscki = 0,95

u_kR = componenta reactiva a tensiunii de sc.

%

cm

Din datele de catalog se alege o valoare standard : D = 200 mm

• aria coloanei

cm² A_C= 0,0275 m²

D_m = D+2*a_oj+a_ij+(a_j+a_i) =

= 20+2*0,5+2+3*1,98 = 28,94 cm

H_B = inaltimea bobinei

cm

3. Alegerea si dimensionarea infasurarilor

A. Determinarea numerelor de spire

U_w =π**f*A_C*B_C =π**50*0,0275*1,65 = 10,08 V

spire

Alegem w_j = 30 spire

spire

= numarul de spire de reglaj

spire

w_it = 1143 + 57 = 1200 spire w_it = 1200 spire

1. Sectiunile conductoarelor

J = densitatea medie de curent

A/m² J = 3,79 A/m²

mm²

mm²

C. Alegerea tipului de infasurari

• pe joasa tensiune – infasurare cilindrica

• pe inalta tensiune – infasurare stratificata

D. Dimensionarea infasurarilor

a) infasurarea de joasa tensiune

- o alegem in doua straturi, cu un canal de racire

m=2

spire /strat

h_s = inatimea unei spire

mm

• grosimea unui strat = mm

Aleg urmatoarea aranjare a conductoarelor in spira :

b b’

b

a

a

a’

mm²

A/m²

- calculam inatimea reala a bobinei :

H_Bj = (w_s+1)*n_C*b’ = (15+1)*3*9,44 = 453,12 H_Bj = 453 mm

- aleg latimea canalului de racire : h_C = 8 mm

a_j = 2*a’+h_C = 2*7,54+8 = 23,08 23 mm a_j = 23 mm

D_j1 = D+2*a_0j = 200+2*5 = 210 mm

D_jm = D_j1+a_j = 210+23= 233 mm

D_j2 = D_jm+a_j = 233+23 = 256 mm D_j2 = 256 mm

b) infasurarea de inalta tensiune

Aleg un conductor rotund cu d = 2,5 mm

d

d’

S_i = mm²

- izolat cu hartie

d’= 2,8 mm

A/m²

Presupunem H_Bi H_Bj = 453 mm

spire/strat

straturi

spire/strat

H_Bi = (w_s+1)*d’ = (150 + 1)*2,8= 423 H_Bi = 423 mm

h_x = H_Bj - H_Bi = 30 mm

Infasurare de inalta tensiune se divide in doua bobine ;

prima bobina cu 3 straturi catre interior si bobina a doua

cu 5 straturi catre exterior. Bobinele sunt separate

printr-un canal de racire h_ci = 6 mm.

a_i = n_s*d’+h_ci+(n_s-2)*_iz = 8*2,8+6+5*0,6 31,4 mm a_i = 31 mm

U_s = 2*w_s*U_w = 2*150*10,1= 3030 V

-din tabel : _iz = 5*0,12 = 0,6 mm

D_i1 = D_j2+2*a_ij = 256 + 2*20= 296 mm

D_im = D_i1+a_i = 296 + 31= 327 mm

D_i2 = D_im+a_i = 327 + 31 = 358 mm D_i2 = 358 mm

4. Calculul parametrilor de scurtcircuit

1. Masele infasurarilor

=

= 3*8990*23,3**(3*63)*30*10^-8 = 111,9 M_wj = 111,9 Kg

=

= 3*8990*32,7**4,9*1200*10^-8 = 162,9 M_wi = 162,9 Kg

2. Pierderile de scurtcircuit

a. pierderile de baza din infasurari

P_wj = k_m*J*M_mj = 2,4 * 3,66² * 111,9 = 3598 W

P_wi = k_m*J*M_mi = 2,4 * 3,71² * 162,9 = 5382 W

b. factorii de majorarea a pierderilor

= 1+0,095*0,849²*0,71⁴*(2²-0,2) = 1,066

= 1+0,044*0,842²*0,25⁴*8² = 1,008

c. pierderile in legaturi

l_Y = 7,5 * H_B = 7,5 * 45,3= 340 cm

557 W

15 W

d. pierderi in cuva

P_cv = 10 * k * S_n = 10*0,015*630 = 95 W

• din tabel : k = 0,015

e. pierderile totale de scurtcicuit

P_k = k_RJ * P_mJ + k_RI * P_mI + P_J + P_I + P_cv =

= 1,066*3598+1,008*5382 +557+15+95 P_k = 9928 W

• din problema se da : P_k = 9720 W

= 2,14 %

f. densitatea de suprafata a pierderilor

A_wJ = n_auj * k_p * * D_jm * H_Bj =

= 4 * 0,95 * * 23,3* 45,3 = 1,26 m²

A_wI = n_auI * k_p * * D_im * H_BI =

= 4 * 0,9 * * 32,7 * 42,3 = 1,564 m²

W/m²

W/m²

- valorile se incadreaza in limitele impuse de standard

3. Tensiunea de scurtcircuit

a. componenta activa

% U_ka = 1,57%

b. componenta reactiva

cm

l_m = lungimea medie a spirei

l_m = 88 cm

U_kr = 5,78 %

U_k = 5,98%

5. Verificarea solicitarilor mecanice

A. Forte radiale

= = 23572 A I_km = 23,5*10³ A

= 606348 N F_r = 606 kN

H_X/2

= +

a_i-a_j

H_X/2

a_j a_i a_i a_i a_i

Pentru aceasta asezare r = 4

B. Forte axiale

F’_a = 26,8 kN

F’’_a = 26,6 kN

l’ = 2*a_oj + 2*a_j + 2*a_ij + 2*a_i + a_ii =

= 2*0,5+2*2,3+2*3,1+2*2 +2 = 17,8cm l’ = 18 cm

F_aj = F’_a – F’’_a = 0,2*10³ N

F_aj = F’_a + F’’_a = 53,4*10³ N

C. Eforturile din infasurari

6. Verificarea incalzirilor infasurarilor la scurtcicuit

- pentru cupru limita admisibila este de 250^oC

7. Calculul parametrilor la functionarea in gol si

dimensionarea circuitului magnetic

A. Determinarea dimensiunilor circuitului magnetic

Miezul magnetic se realizeaza din tabla laminata la

rece, cu cristale orientate, de tip ARMCO 7X, de 0,35

mm grosime.

a. sectiunea coloanei

• cum D = 20 cm n_t = 7 trepte

b_c2

b_c1

b. . sectiunea jugurilor

- se pot alege diferite combinatii precum :

● aceeasi latime a primei trepte: a_j1 = a_j2 = a_c1

● aceeasi latime a ultimei trepte: a_j6 = a_j7 = a_c6

c. aria neta sectiuni coloanei

A_ci = 0,0273 m²

d. aria neta a jugurilor

A_j = 0,0303 m²

- luand valori standard

- alegem a_c1 =0,96*D=0,96*200=192 mma_c1=195 mm

b_c1=22 mm

n_tole = n_tole = 62 toleb_ci=21,7 mm

- numarul de tole trebuie sa fie par

Din tabelul standard rezulta

A_ci = a_ci*b_ci ; A_ij = a_ij*b_ci

mm

n_{tole suprapuse} = 2 * 260 = 520 tole

e. inductiile reale

T

T

f. dimensiunile miezului magnetic

H = inaltimea coloanei

H = H_B + l_0I + l_0j = 45,3 + 5 + 5 = 55,3 cm

C = distanta dintre azele coloanelor

C = D_i2 + a_ii = 35,8 + 2 = 37,8 cm

F = largimea ferestrei

F = C – a_I = 37,8 – 19,5 = 18,3 cm

g. modul de impachetare a miezului

Se utilizeaza infasurari sub un unghi de 90⁰ si se

aleg dimensiunile tolelor in afara dimensiunilor miezului

magnetic.

B. Masa miezului magnetic

a. Masele coloanelor

=2*3*0,95*7650*10^-6*[55,3*19,5*2,17+(55,3+21,5-

19,5)*17,5*2,59+(55,3+19,5-17,5)*15,5*1,47+(55,3+

17,5-15,5)*13,5*1,04+(55,3+15,5-13,5)*12*0,63+(55,3+

13,5-12)*10,5*0,49*+(55,3+12-8,5)*7,5*0,7] =

=0,0436*(2340+2597+1350,6+804,5+433,2+292,3+309)

= 0,0436*8126,6 = 354,32 M_c = 354,3 Kg

b. Masele colturilor

=4*3*0,95*7650*10^-6*(19,5*2,17*21,5+17,5*2,59*19,5

+15,5*1,47*17,5+13,5*1,04*15,5+12*0,63*13,5+10,5*

0,49*12+7,5*0,7*8,5) =

= 0,08721*(909,8+883,8+398,7+218+102+61,8+45) =

= 0,08721*2619,1 = 228,41 M_co = 228,4 Kg

c. Masele jugurilor

= 4*(3-1)*0,95*7650*10^-6*[(37,8-19,5)*21,5*2,17+

(37,8-17,5)*19,5*2,59+(37,8-15,5)*17,5*1,47+(37,8-

13,5)*15,5*1,04+(37,8-12)*13,5*0,63+(37,8-10,5)*12*

0,49+(37,8-7,5)*8,5*0,7] =

= 0,058*(853,8+1025,3+573,6+391,7+221+161+180,3)

= 0,058*3406,7 = 198,06 M_j = 198,1 Kg

d. Masa totala a miezului magnetic

M_nr = M_c + M_co + M_j = 354,3 + 228,4 + 198,1 = 780,8 M_nr = 780,8 Kg

C. Calculul pierderilor in fier

Tabla aleasa este de tip ARMCO 6x, groasa de 0,35 mm

• pentru B_C = 1,665 T, avem p_oc = 1,63;

• pentru B_j = 1,511 T, avem p_j = 1,2;

• pentru B_med = 1,588 T, avem p_oco = 1,44;

P₀ = k_0Fe*(p_oc*M_c + p_j*M_j + p_oco*M_co)

= 1,6*(1,63*354,3 + 1,2*228,4 + 1,44*198,1) P₀ = 1775,8 W

%

D. Curentul la functionarea in gol

• pentru B_C = 1,665 T, avem q_oc = 7,9;

• pentru B_j = 1,511 T, avem q_j = 1,8;

• pentru B_med = 1,588 T, avem q_oco = 3,1;

Q₀ = k_0Fe*(q_oc*M_c + q_j*M_j + q_oco*M_co) =

= 1,12*(7,9*354,3 + 1,8*228,4 + 3,1 *198,1) Q₀ = 4283,1Var

%

%

%

8. Caracteristicile de functionare

U₁ = U_n = ct.

A. Caracteristica randamentului : f = f_n = ct.

- factorul de incarcare

Randamentul este maxim pentru valoarea :