Transformatorul electric trifazic

1.MEMORIU JUSTIFICATIV

Transformatorul electric este un dispozitiv electromagnetic static care modifica parametrii energiei electrice de curent alternativ (tensiunea, intensitatea curentului) mentinand neschimbata frecventa. Transformatorul este alimentat de la retea prin infasurarea primara si transmite energie cu parametrii modificati catre retele de sarcina prin infasurarea secundara.

Scopul acestui proiect consta in proiectarea unui transformator electric de uz general, caracterizat de datele tehnice indicate. Tipul transformatorului proiectat este transformator trifazat uscat cu clasa de izolatie F.

Calculul transformatorului cuprinde calculul electromagnetic si calculul termic al acestuia.Etapa preliminara calculului de proiectare este optimizarea tehnico-economica. Prin optimizare se procedeaza la stabilirea mai multor variante care indeplinesc conditiile tehnice impuse prin tema de proiectare si alegerea, in final, a celui cu pret de cost minim.

Calculul preliminar proiectarii are rolul de orientare a primei etape de proiectare, cea de predeterminare a principalelor dimensiuni. In aceasta etapa trebuie estimate o serie de dimensiuni geometrice si solicitari electromagnetice, care se recalculeaza la valori exacte in decursul calculelor, dar a caror alegere initiala influenteaza mult varianta de calcul.

Costul transformatorului se compune din : costul miezului si infasurarilor, costul pieselor de consolidare si costul izolatoarelor. Costul partilor active reprezinta principala componenta a costului transformatorului si acesta se considera in primul rand la stabilirea solutiei constructive optime.

Calculul de optimizare tehnico-economica se rezuma la cateva relatii simple de calcul care se repeta pentru mai multe valori ale factorului de geometrie - situate in plaja de valori uzuale - =(1.1/2.2), iar solutia pentru inceperea calculului de proiectare propriu-zis se va alege din zona celor mai scazute costuri.

Costul partilor active este dat de relatia :

C = CCu- GCu + CFe- GFe

in care CCu reprezinta costul specific pentru infasurari,

iar CFe costul specific al miezului transformatorului.

Costurile specifice se dau in [lei/kg] si se refera la partile active executate, incluzand costul materialelor (conductorul izolat, respectiv tabla silicioasa) si costul specific al manoperei necesar pentru executia infasurarilor, respectiv miezului. Costurile utilizate in relatiile de calcul reprezinta pretul de achizitie al materialelor respective de catre societatea "Electrotehnica Bucuresti" care produce transformatoare de tipul celui proiectat in acest caz.

Masele partilor active, GCu - masa infasurarilor si GFe - masa miezului feromagnetic se calculeaza pentru fiecare solutie constructiva determinata de factorul - si care corespunde datelor nominale ale transformatorului si prevederilor standardelor.

Masele se calculeaza cu relatiile :

GFe = - Fe- km(3- D- - H+4- D- - F+5.6- D- ) [kg]

GCu = 3- - Cu- Dm- HB(ai+aj)KCu [kg]

in care - Fe - greutatea specifica a fierului ; - Fe=7650 kg/m-

- Cu- - - greutatea specifica a cuprului ; - Cu=8990 kg/m-

km- factorul de umplere al coloanei;

km=kFe- kg= 0.95- 0.877=0.833

kCu - coeficient de umplere cu material conductor a sectiunii longitudinale a infasurarilor ; kCu=(0.25/0.4)

D- diametrul coloanei miezului magnetic [m]

H- inaltimea coloanei [m]

F- latimea ferestrei miezului magnetic [m]

Dm- diametrul mediu al miezului [m]

HB- inaltimea infasurarii [m]

ai- grosimea infasurarii de inalta tensiune [m]

aj- grosimea infasurarii de joasa tensiune [m]

Valorile acestor marimi sunt calculate (vezi determinarea dimensiunilor circuitului magnetic).

Pentru factorul de geometrie - luand valorile 1.1;1.6;1.8;2.2 s-a efectuat calculul costurilor materialelor active, completandu-se tabelul de mai jos.

- DDmFHHBGFeGCu C

_cmcmcmcmcmkgkg_Mil.

lei

1,19,1915,3512,746,8443,8438826,20,0657,35

1,610,0916,2512,734,9131,9140020,20,0547,32

1,810,3916,5512,731,8928,8940218,60,0487,30

2,210,9317,0512,727,4024,4042216,30,038 7,54

Exemplu de calcul pentru - =1.8 caruia ii corespunde diametrul D=0.10 m;Dm=0.165 m;HB=0.29 m;H=0.32 m;F=0.09 m.

GFe=7650- 0.833(3- - 0.10- - 0.35+4- - 0.10- - 0.086+5.6- - 0.10- )

GFe=400 kg

GCu=3. - 8990.0.14- 0.25(1.24+0.6)- 10- - - 0.25=13.64 kg

C=36900- 18.63+16450- 386= 7 300 350 milioane lei

Cu datele obtinute din calcul se traseaza caracteristicile:

C=f(- ), GCu/GFe=f(- ), GCu=f(- ), GFe=f(- ).

Din aceste caracteristici se observa cresterea masei de fier GFe, respectiv scaderea masei de cupru GCu, odata cu cresterea factorului de geometrie - spre valoarea - =2.2. Daca - are valori mai mari de 2.2, cantitatea de cupru necesara creste deoarece inaltimea transformatorului scade, iar diametrul bobinelor creste.

Din caracteristica C=f(- ) se observa ca cele mai scazute costuri sunt pentru - =1.8, deci pentru calculul electromagnetic se alege acest factor de configuratie geometrica.

In urma calculelor infasurarilor de joasa tensiune, respectiv inalta tensiune am ales pentru acestea tipul constructiv infasurare cilindrica stratificata cu conductor profilat.

Infasurarile se dispun concentric, cu infasurarea de inalta tensiune la exterior si se bobineaza in acelasi sens. Canalele de racire se dispun intre infasurarea de inalta si cea de joasa tensiune.

Presarea infasurarilor se realizeaza la ambele capete cu discuri de presare din sticlostratitex, asezate sub aripile profilelor de strangere a jugurilor.

Dimensiunile transformatorului fiind relativ reduse si stabilitatea la scurtcircuit buna, nu sunt necesare masuri speciale in proiectarea schelei transformatorului. Strangerea jugurilor se realizeaza cu profile din otel in forma de U, de latime 72 mm, fixate cu suruburi laterale, in afara miezului.

Infasurarile au capetele scoase pe placa de borne permitand realizarea de catre utilizator a conexiunii stea pentru obtinerea tensiunii de 254 V si triunghi pentru 380 V.

Placa de borne, fixata lateral de unul din profilele de strangere a jugului superior, este realizata din sticlostratitex de 10 mm grosime.

Punerea la pamant a miezului se face cu o banda de cupru de 1.5 mm grosime.

Masini electrice - C. Bala EDP - 1979

Proiectarea masinilor electrice - C. Bala EDP - 1967

Masini electrice - Indrumar de proiectare - N. Galan

Litografia UPB - 1987

Masini electrice (vol.2) - Notite de curs - I. Bestea