Материал: 3100-2800-7,5зт

В_с – магнитная индукция в стержне; выбирается в зависимости от марки стали и мощности трансформатора; для трансформаторов данного класса В_с = 1,55 – 1,65 Тл;

k_с – коэффициент заполнения стали; выбирается в зависимости от толщины листов и марки стали k_с =0,93 – 0,97;

k_кр – коэффициент заполнения круга; зависит от диаметра стержня и мощности трансформатора k_кр = 0,85 – 0,92.

Для уменьшения расхода стали диаметр стержня принимают стандартным (по нормам СЭВ).

46,8 см

Принимаем d_с=48см

Известно, что E₁ = 4,44f₁ ·w₁·Ф или E₁ = 4,44f₁ ·w₁·В_с· Q_c. Если f₁ и E₁ постоянные величины, а В_с выбирается при расчёте, то w₁ и Q_c могут изменятся в широком диапазоне. Так, например увеличение w₁ приводит к уменьшению Q_c и наоборот.

Сталь на порядок дешевле материала обмоток, поэтому в силовых трансформаторах данные габаритов масс стали обычно больше массы меди в 2 – 4 раза. При этом в оптимально спроектированных трансформаторах имеется следующее соотношение высоты и диаметра стержня:

В нашем случае 2,5 что удовлетворяет требованиям.

2. Конструирование и расчёт обмоток

Основными требованиями, предъявляемыми к обмоткам силовых трансформаторов, является электрическая и механическая прочность, нагревостойкость.

Изоляция обмоток и других частей трансформатора должна выдерживать без повреждений коммутационные и атмосферные перенапряжения.

Для преобразовательных трансформаторов данной группы обычно проводом прямоугольного сечения, который располагается большим размером к стержню – «плашмя». Чтобы улучшить охлаждение обмоток они выполняются с аксиальными и радиальными масляными каналами. Аксиальные масляные каналы образуются рейками, устанавливаемыми на бакелитовый изолирующий цилиндр с таким расчётом, чтобы средняя длина по окружности между рейками l_max не превышала 15 см. Ширина рейки принимается в_пр = 2 ÷ 4 см, а величина масляного канала (толщина рейки) а_ц = 0,6÷ 3 см.

Радиальные каналы создаются за счёт меж катушечных прокладок, закреплённых на рейках. Ширина прокладок 2 ÷ 6 см, высота масляных каналов (толщина прокладок) h_к = 5 ÷ 8 мм. Рейки и прокладки выполняются из электрокартона.

Обычно для преобразовательных трансформаторов применяют катушечную обмотку.

2.1. Расчёт обмотки высокого напряжения

В преобразовательных силовых трансформаторах на стержне располагают обмотку низкого напряжения. На рисунке 1 схематично показано расположение обмоток и главной изоляции трансформатора и изоляционные расстояния обмоток высокого и низкого напряжения с учётом норм электрической прочности и особенностей конструкци преобразовательных трансформаторов.

2.1.1. Высота обмотки

Высота обмотки трансформатора определяется по формуле:

мм. (8)

2.1.2. Сечение витка обмотки высокого напряжения

мм². (9)

где ₁ - плотность тока в обмотке, ₁ = 2,8 А/мм²;

По технологическим соображениям сечение витка не должно быть более 35 мм², поэтому при требуемых больших сечениях обмотку выполняют из двух или иногда трех параллельных проводников. При значениях тока I_1ф более 300 А обмотка ВН выполняется с параллельными ветвями, так как выполнить обмотку четырьмя и более проводниками параллельно технически очень сложно.

При прямоугольных проводах высокая сторона провода В не должна превышать размера

где k - коэффициент, учитывающий вытеснение тока; при частоте f₁= 50 Гц принимается k = 1;

q - тепловая нагрузка обмотки; для трансформаторов данного класса принимается

q = 1000- 1200 Вт/ м².

Исходя из опыта проектирования и принимаемых нагрузок получаем значение

в 12 - 15 мм. Кроме того, по технологическим соображениям необходимо, чтобы отношение высоты к ширине провода составляло в/а = 3 - 5.

Исходя из перечисленного выбираем проводник для обмотки ВН; принимаем один проводник

мм²,

тогда фактическая плотность тока в обмотке ВН составит

А/мм².

2.1.3. Предварительное число катушек обмотки высокого напряжения

Предварительное число катушек обмотки высокого напряжения определяется по формуле:

(10)

Принимаем 54 катушки

где h_k1 - высота масляного канала; принимаем h_k = 6 мм;

- высота провода с изоляцией;

2.1.4. Число витков в катушке вн

витков

Принимаем W_K1 = 8 витков, тогда число катушек обмотки ВН составит

Принимаем n_K1 = 50 катушек.

2.1.5. Распределение витков и катушек обмотки вн

Для повышения надёжности трансформатора при атмосферных и коммутационных перенапряжениях первые к ярму катушки выполняются с усиленной изоляцией, а чтобы радиальные размеры этих катушек не были бы больше основных, число витков в этих катушках уменьшается.

Размеры основной катушки:

осевой = 12,3 мм;

радиальный а₁= 1,05W_k1 m₁, (17)

где m₁ - число параллельных проводников;

- ширина провода с изоляцией;

мм

Размер катушки с усиленной изоляцией не должен превышать размер основной катушки, поэтому число витков в катушке с усиленной изоляцией должно быть:

(18)

Принимаем W_kу = 6, при этом радиальный размер катушки с усиленной изоляцией составит:

мм (19)

На рис.1 представлен эскиз основной катушки обмотки ВН

а _1=50,4

=3

=12,3

Рис. 1. Строение катушки обмотки высокого напряжения.

Распределение витков и катушек обмотки ВН:

катушки с усиленной изоляцией n_ку = 4,W_ку = 6,W_у = 24

катушки основные , 8, 368

катушки дополнительные n_д = 1, W_к1 = 6, W_д = 6

Итого число катушек 51 число витков 398

Осевой размер обмотки ВН

высота меди мм;

усиленные каналы мм;

нормальные каналы мм

Итого мм;

Усадка изоляции составляет 3-5% от величины изоляции прокладок мм

Итого высота обмотки ВН мм.

2.1.6. Внутренний диаметр обмотки ВН

мм. (20)

2.1.7. Внешний диаметр обмотки ВН

мм. (21)

2.1.8. Средний диаметр обмотки ВН

мм. (22)

2.1.9. Масса обмотки ВН

кг (23)

где П₁ - сечение провода обмотки, см²

Д_1ср - средний диаметр обмотки, см

- плотность меди;  = 8,9 г/см³

C учетом изоляции и отводов масса обмотки ВН составит

кг.

2.1.10. Удельная тепловая нагрузка обмотки ВН

, (24)

где К_3К1- коэффициент закрытия катушки обмотки ВН;

(25)

где в_пр- ширина рейки; принимаем в_пр = 3 см;

п_пр- число прокладок;

(26)

где Кq- коэффициент, учитывающий добавочные потери; для трансформаторов данного класса Кq= 1,03 - 1,1, принимаем Кq = 1,1

Р₁- периметр катушки обмотки ВН

мм (27)

Вт/м².