	Aeronautica	Comunicatii	Constructii	Electronica	Navigatie	Pompieri
	Tehnica mecanica

Electronica

Index » inginerie » Electronica
» Convertoare electromagnetice

Convertoare electromagnetice

Transformator de putere trifazat in ulei, cu doua infasurari

I Date tehnice

1 Putere nominala Sn = 100 kVA

2 Tensiune nominala IT Uni = 10 kV

3 Tensiune nominala JT Unj = 0,4 kV

4 Frecventa nominala fn 50 Hz

5 Schema de conexiuni Dy-5

6 Reglajul tensiunii fara sarcina ±5 %

7 Toleranta la raport de transformare kijn ±0,5 %

8 Tensiune de scurtcircuit usc

9 Pierderi la scurtcircuit Psc = 1750 W +10 %

10 Pierderi la mers in gol Po = 320 W +15 %

11 Curent de mers in gol io =

12 Regim de functionare continuu DA 100 %

13 Tip constructiv asimetric, cu 3 coloane

14 Sistem de racire ONAN - cu circulatie naturala a uleiului (ON),

cuva racita natural cu aer (AN)

15 Clasa de izolatie A (105 sC)

16 Materiale infasurari: cupru miez feromagnetic: tabla laminata la rece, cu cristale

orientate

II Etape de calcul

1 Marimi electrice principale

2 Determinarea dimensiunilor principale (preliminar)

3 Alegerea si dimensionarea infasurarilor

4 Calculul parametrilor de scurtcircuit

5 Definitivarea circuitului magnetic si determinarea parametrilor de mers in gol

6 Caracteristicile de functionare in sarcina

7 Calcul termic (infasurari - ulei)

III Continut proiect

1 Tema de proiectare

2 Memoriu tehnic (Breviar de calcul)

3 Fisa de calcul

4 Material grafic

Sectiune coloana, sectiune jug (cotate)

Schita infasurari dispuse in fereastra (cotate)

Schite explicative in text (facultativ)

Grafice pentru caracteristicile de functionare

Marimi electrie principale

Schema de conexiuni

1.1 Marimi de linie (nominale)

Tensiuni de linie - Se dau prin tema.

U_l = U_fi = 10 kV

Curenti de linie - Se calculeaza pentru fiecare infasurare.

I_l= ; I_l = 5,77 A

1.2 Marimi de faza

Tensiuni de faza

U_fi= 10 kV

U_fj = 230 V

Curenti de faza

I_fi = = 3,33 A

I_fj = = 144 A

Puterea pe coloana

S_c = =33,33 kVA

2. Determinarea dimensiunilor principale ale circuitului electromagnetic (calcul preliminar)

Dimensiuni principale:

- Diametrul coloanei, Dc

- Aria coloanei, Ac

- Inaltimea ferestrei, H

- Latimea ferestrei, F

Dimensiuni de calcul:

- Diametrul mediu al canalului de

dispersie, Dm

- Inaltimea infasurarilor, HB

Dispunerea infasurarilor pe miez

JT langa miez (coloana)

IT la exterior

aoj - distanta de izolare, coloana

-infasurare JT

aij - distanta de izolare,

infasurare JT - infasurare

IT (intre infasurarile unei

coloane)

aii - distanta de izolare,

infasurare IT - infasurare IT

(intre infasurarile de pe

coloane diferite)

aj, ai, - latime infasurare JT,

respectiv infasurare IT

2.1 Diametrul coloanei

D_c = = 13,18 cm ≈ 13 cm

unde - factor de geometrie (de suplete);

a_{ -}latimea echivalenta a canalului de dispersie = Se alege din standard in functie de valoarea tensiunii de incercare a inaltei tensiuni. Pentru U_ni =10 KV tensiunea de incercare este

de 28 KV → a_ji = 9 mm

Se considera ca suma latimilor celor 2 infasurari (

k_R - factor Rogowski (factor de dispersie), raport intre inaltimea infasurarii si lungimea medie a

liniei campului magnetic de dispersie → 0,95

k_v factor de umplere a sectiunii coloanei - este raportul dintre suprafata reala a coloanei si ce a a

cercului circumscris. Factorul de uplere al coloanei tine cont de factorul de umplere geometrica a

treptelor cu care este constituita coloana si de existenta in interiorul treptelor a peliculelor subtiri

de lac electroizolant si chiar de aer.

k_v

B_c - inductia in coloana, functie de calitatea tablei. Pentru tabla laminata la rece cu cristale

orientate (pierderi specifice mici) se aleg valorile (1,5 T . 1,7)T. S-a ales B_c= 1,5 T.

2.2 Aria coloanei

=115,37 cm². se recalculeaza la valoare finala dupa calculul infasurarilor.

2.3 Diametrul mediu al canalului de dispersie

=16,99=17 cm

a_O_Jse alege din tabele functie de S_n, U_incercare, U_n in intervalul (0,6 . 0,8) cm;

am ales a_O_J= 8 mm

a_i + a_J se deduce din valoarea calculata anterior pentru a_

2.4 Inaltime infasurare (bobinaj)

= 27,8 cm

Se retine o valoare pentru Dc, si valoarea corespunzatoare pentru Ac

3 ALEGEREA SI DIMENSIONAREA INFASURARILOR SI IZOLATIEI

Considerente asupra proiectarii infasurarilor

Infasurarile trebuie concepute si calculate astfel incat:

a) Sa realizeze parametri electrici nominali.

b) Sa reziste la solicitarile:

i. Electrice - solicitari ale izolatiei la Un si la supratensiuni. Rigiditatea dielectrica a izolatiei sa fie suficienta.

ii. Mecanice - fortele electrodinamice la scurtcircuit. Eforturile in infasurari si izolatie sa fie mai mici sau egale cu cele admisibile.

iii. Termice - Temperaturile infasurarilor si uleiului sa nu depaseasca limitele admise de clasa de izolatie care asigura durata de viata normala.

c) Pierderile produse in infasurari sa nu depaseasca nivelul impus. Sa se realizeze usc impus.

d) Cantitatea de material utilizat, conductor + izolatii, sa fie minima.

Mase si gabarite mici.

Costuri de fabricatie reduse.

3.1 CALCULUL NUMARULUI DE SPIRE

3.1.1 Tensiunea pe spira - aceeasi pentru ambele infasurari

3.1.2 Numar de spire al infasurarii de JT

3.1.3 Numar de spire al infasurarii de IT (pentru priza de tensiune nominala)

3.1.4 Verificare raport de transformare

Raportul de transformare trece verificarea, se incadreaza in parametrii.

.1.5 Numar spire de reglaj

3.1.6 Recalculare tensiune de spira

3.1.7 Verificare inductie in coloana Bc

=1,5 T

3.2 Calculul sectiunii conductoarelor

S_j reprezinta sectiunea totala conductor secundar = sectiune pe calea de curent

2 conductori in paralel

177 mm

3.3 Joasa tensiune , tip constructiv infasurare cilindrica

DIMENSIONARE INFASURARE DE JOASA TENSIUNE

S-a ales din standardul utilizat STAS 10569-70 o infasurare pe 3 straturi 0 spire/strate

Se aleg din standard valorile


a	4,5 mm
b	6,3 mm
s_c	27,5 mm²
g_iz	0,45 mm

3.4 Inalta tensiune Tip constructiv INFASURARE STRATIFICATA

Cilindrica cu mai multe straturi inseriate


Cond rotund cu diametrul d pana la max 3 mm	pentru sectiunea conductorului si ≤ 10 mm2


Cond profilat	pentru sectiunea conductorului si ≥10 mm2

Se bobineaza pe cilindru sau pe pene, intre straturi exista izolatia de strat δiz.str formata din foi de hartie subtiri de 0,12 mm. Numarul necesar de foi intre doua straturi se alege din tabel in functie de tensiunea intre straturi Ustr .

a. nr straturi 4 . 12

b. cu sau fara canal de racire, aci (4 . 6)mm, se alege functie de HB

c. uzual maxim 4 cond in paralel

DIMENSIONARE INALTA TENSIUNE

3.5 Verificarea tensiunii de scurtcircuit

Calculul pierderilor Joule in cele 2 infasurari

Pierderi localizate in :

- infasurari

- conductoare de conexiune (legaturi)

- cuva si alte parti metalice situate in camp de dispersie

Pierderi in infasurari :

- pierderi prin efect Joule-Lenz, corespunzatoare rezistentei in curent continuu,

- pierderi suplimentare datorate efectelor care apar la functionare in current alternativ

Psc se calculeaza pentru temperatura de referinta coresp clasei de izolatie A, 75⁰ C.

4.1 Pierderi de scurtcircuit P_k

4.1.1 Pierderi in infasurari

pt conductor profilat:

pt conductor rotund:

4.1.2 Pierderi in legaturi

Pierderi totale la scurtcircuit

Tensunea de scurtcircuit

5. Definitivarea circuitului magnetic. Calculul P₀I₀

Tehnologie:

. Material - Tabla silicioasa laminata la rece cu cristale orientate de grosime 0,35 mm sub forma de rulou, cu diametrul de aprox. 1 m

. Taiere benzi de latime a₁, a₂, . , a_n egale cu latimile tolelor care vor forma treptele

. Debitare benzi la lungime L₁, L₂,, L_n egale cu lungimile tolelor care vor forma treptele (pachetele)

. Debavurare,

. Recoacere,

. Impachetare

. Lacuire

5.1 Sectiune coloana, Sectiune jug

5.1.1 Sectiune coloana

nt - nr. de trepte, se alege in functie de diametrul coloanei

a - latime tola

b - grosime pachet tole

Pentru diametre Dc =100..200 mm este recomandabil ca nt = 6 trepte;

ai se determina geometric, pe desenul facut la scara, sau prin calcul; pentru 6 trepte rezulta

Se obtine un sir de valori orientative care se normalizeaza alegand valorile cele mai apropiate din sirul valorilor normalizate: 175; 155; 135; 120; 105; 95; 85; 75; 65; 55; 40 (mm).

Dupa ce se stabilesc valorile a1,, a6, se calculeaza grosimile corespunzatoare b1,, b6

Cu a si b determinati astfel se calculeaza sectiunea reala de fier a coloanei.

5.1.2 Sectiune jug

Se alege a2 = a3 , restul dimensiunilor ramanand la fel.

5.1.3 Verificarea inductiei (valoare finala)

Inductia in coloana:

Inductia in jug:

5.2 Dimensiuni miez (circuit magnetic)

l_0j - distanta de izolare de la infasurare la jug, se alege functie de U_i si S_n; l_0j= 20 mm

5.3 Calculul curentului de mers in gol

6. CALCULUL CARACTERISTICILOR DE FUNCTIONARE

6.1 CARACTERISTICA EXTERNA

6.1 Calcul termic infasurari

* Determinarea incalzirilor (supratemperaturilor) medii ale infasurarilor fata de ulei

6.2 Calcul termic ulei

* Determinarea incalzirii (supratemperaturii) medii a uleiului fata de aer

* Dimensionarea sistemului de racire

6.3 Calcul:

* Incalzire medie infasurari - aer

* incalzire maxima ulei - aer

* temperatura medie infasurare

* temperatura maxima ulei

Pierderile dezvoltate in transformator sunt evacuate prin sistemul de racire -> evacuare de caldura

Moduri de evacuare prin fenomene de transfer termic

* conductie - din interiorul infasurarii catre suprafata

- din interior miez si perete cuva, catre suprafete

* convectie - la suprafata infasurarii spre ulei

- la suprafata cuvei spre aer

* radiatie - la suprafata cuvei spre aer

Fluide de racire: ulei, aer

Sistem de racire: conform tipului constructiv, specificat prin tema

Cuva cu ondule sau cu radiatoare

Simbolizare: ONAN, adica: ON - circulatie naturala a uleiului; AN - circulatie libera (naturala) a aerului

Alte variante ale sistemului de racire: OFAF, adica circulatie fortata a uleiului si a aerului

OFWF, adica circulatie fortata a uneliului si a apei

Conditia standard a carei indeplinire asigura buna functionare din punct de vedere termic pentru

transformatorul cu clasa de izolatie A (respectiv temperatura maxima de 105oC) se refera la faptul ca

temperatura maxima la functionarea in sarcina nominala a transformatorului proiectat nu trebuie sa

depaseasca temperatura specifica clasei de izolatie. Cu alte cuvinte, suma incalzirilor infasurarilor si uleiului adaugate temperaturii mediului ambiant nu trebuie sa fie mai mare decat 105 oC.

t - temperatura

Q - supratemperatura (incalzire, cadere de temperatura)

Q1 - supratemperatura bobinajului (in interiorul bobinajului are loc transfer termic prin conductie)

Q 1 - valoarea medie a supratemperaturii bobinajului

Q3 - cadere de temperatura in izolatia conductoarelor si infasurarii

Q4 - cadere de temperatura la suprafata bobinajului (transfer termic prin convectie)

mbu 4 , cadere de temperatura intre bobinaj (infasurare) si ulei

uc - cadere de temperatura in perete cuva (conductie)

ca - cadere de temperatura la suprafata cuvei (convectie + radiatie)

mua - cadere de temperatura ulei - aer

mua uc ca

Caracteristica externa reprezinta variatia tensiunii secundare la incarcarea in sarcina, adica U_j functie de curentul I_j, atunci cand U_i = constant, cos = constant (factor de putere al sarcinii)

sau, altfel spus, este variatia tensiunii secundare de la mersul in gol la mersul in sarcina pentru

sarcina variabila.

Formula se exprima in functie de componentele activa si reactiva ale tensiunii de scurtcircuit

u_sca si u_scr, , iar tensiunea secundara

Calculele se fac pentru 3 cazuri:

sarcina pur rezistiva

- sarcina rezistiv - inductiva

- sarcina rezistiv - capacitiva

si pentru urmatoarele valori ale factorului de incarcare = 0; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1; 1,2

Se traseaza pe acelasi grafic curbele U_j = f ( ) pentru cele 3 cazuri.

6.2 Caracteristica randamentului

Randamentul se calculeaza cu formula

pentru aceleasi cazuri ca si caderea de tensiune:

sarcina pur rezistiva

- sarcina rezistiv - inductiva

- sarcina rezistiv - capacitiva

pentru

Se traseaza pe acelasi grafic curbele pentru cele 2 cazuri.

	Tip
	R
	RL
	RC
	R
	RL/RC

7 Observatii si concluzii

Scopul proiectului este reprezentat de realizarea unui transformator trifazat cu

racier naturala. Materialul activ folosit este cuprul. Acesta are dezavantajul ca este mai greu decat aluminiul, astfel se obtin infasurari cu o masa mai ridicata, crescand astfel si masa totala a transformatorului,dezavantaj din punct de vedere al manevrarii in spatii inguste si al transpotrului;dar avand avantajle lui, d.p.d.v. al marimilor electrice (rezistivitate redusa, si astfel pierderile in infasurari sunt mai reduse, poate supotra curenti mari ,tensiuni ridicate etc. ). Pretul de cost alcuprului este crescut decat cel al aluminiului, rezultand astfel un pret mai ridicat al transformatorului, dar mai economic pe o durata de tip mai indelungata.

Izolatia infasurarilor este realizata din benzi hartie impregnata cu ulei. Aceasta

realizeaza o izolare electrica buna a infasurarilor, este usor de manevrat, are un coefficient de transmisie al caldurii bun, si are masa mica.

Pentru a realiza o mai buna izolare intre infasurari si intre infasurari si miezul

magnetic se folosesccilindrii izolanti fabricati din pertinax. Acestia prezinta avantajul

unei rigiditati dielectrice in directie radiala mari (16÷43 KV/mm la temperatura de 20˚

C). Mentinerea distantelor radiale si axiale dintre bobinele infasurarilor, ca si

consolidarea bobinelor se asigura cu ajutorul penelor longitudinale si a distantoarelor.

Acestea se realizeaza din prespan.Miezul magnetic este realizat din tole de tabla laminata la rece cu cristale orientate.

Pentru un consum redus de material in realizarea miezului magnetic, am ales

varianta constructiva cu trei coloane. Imbinarile dintre coloane si juguri se fac la un unghi de 45˚± 15˚. Acest lucru duce la o crestere a pierderilor in fier cu cel mult 17.5%.

Dimensiunile miezului magnetic au fost alese in functie de valoare calculata a diametrului coloanei, din tabele cu date standardizate, conform STAS 1703-67.

Strangerea miezului magnetic se realizeaza cu buloane de strangere. Tabla laminata la rece cu cristale orientate prezinta un nivel redus al pierderilor in raport cu valoarea inductiei in miez.

Parametri functionali ai transformatorului obtinuti din calcule sunt mai mari decat

cei impusi in tema de proiectare, dar se incadreaza in marja de eroare admisa. Aceste

diferente se pot datora rotunjirilor efectuate pe parcursul calculelor.