Материал: Расчет трансформатора

Результаты расчетов, приведённые в таблице 1 показаны в виде графиков на рисунках 4 - 9.

Рисунок 4 - Изменение массы стали стержней Gc, ярма Gя и магнитной системы Gст с изменением β.

Рисунок 5 - Изменение относительной стоимости активной части с изменением β.

Рисунок 6 - Изменение потерь холостого хода с изменением β.

Рисунок 7 - Изменение тока холостого хода с изменением β.

Рисунок 8 - Изменение механических напряжений при растяжении с изменением β.

Рисунок 9 - Изменение плотности тока с изменением β.

Графики, показанные на рисунках 4 - 9 позволяют заметить, что с ростом β масса металла обмоток G0 и масса стали в стержнях Gс уменьшается, а масса стали в ярмах Gя и общая масса стали Gcт возрастают.

Общая стоимость активной части Gач с ростом β сначала падает, а затем, пройдя через минимальное значение, снова возрастает. Поскольку с увеличением β при сохранении индукции Вс общая масса стали возрастает, должны возрастать также потери и ток холостого хода, что подтверждается графиками Рх и i0.

Уменьшение массы металла обмоток с ростом β при сохранении потерь короткого замыкания приводит к уменьшению сечения как всей обмотки, так и каждого её витка, а следовательно, к увеличению плотности тока и механических напряжений от растяжения в обмотках при коротком замыкании трансформатора. Рост плотности тока ∆ и напряжений от растяжения в проводе обмоток σр для рассчитанного трансформатора виден из графиков показанных на рисунках 8-9.

Широкий диапазон значений β, практически обеспечивающий получение минимальной стоимости активной части трансформатора с отклонением от минимума не более чем на 1%, еще не определяет оптимального значения β. Для выбора оптимального β необходимо обратиться к другим критериям. Графики на рисунке 3 позволяют определить предельные значения β ≤ 3,85 для заданных потерь холостого хода PХ = 620 Вт. Предельное значение для заданного тока холостого хода i0 = 2,4 % составляет β ≤ 4,83. Ранее были установлены предельные значения, ограниченные плотностью тока, β ≤ 7,59, и механической прочностью обмоток при коротком замыкании, β ≤ 18. Полученные по этим критериям предельные значения β сведены в таблицу 2 и графически представлены на рисунке 7.

Предельные значения β, полученные при предварительном расчете.

Таблица 2-Предельные значения β, полученные при предварительном расчете.

d                  14             16                       18

Рисунок 10- Определение оптимального значения β для трансформатора.

На этом рисунке заштрихованы те зоны, в которых данный параметр выходит за пределы, установленные для него ГОСТ или заданными условиями. Выбор значений β (и диаметра стержня) возможен только в пределах всех не заштрихованных зон. Учитывая желательность получения стоимости активной части, близкой к минимальной, выбираем нормализованный диаметр d = 16 cм при β = 2,39.

Для выбранных значений d и β рассчитываем и находим по графикам следующие данные трансформаторов:

β = 2,39 ; х = 1,24; х2 = 1,55; х3 = 1,92

Диаметр стержня магнитной системы:

d = 12,87*1,24 = 16 см

Активное сечение стержня:

Пс = 170,66 см2

Средний диаметр обмоток:

d12 = 22,08 см

Высота обмотки:

l = 29,03 см принимаем l = 29 cм

Высота стержня:

lc = l + 2l0 = 35 см

Расстояния между осями стержней:

С = 22,08 + 0,9 + 0,46*16 + 1 = 31,34 см

Электродвижущая сила одного витка:

uв = 4,44*f*Пс*Вс*10-4 = 4,44*50*170,66*1,62*10-4 = 6,14 В

Масса стали:

Gст = 339,39 кг

Масса металла обмоток:

G0 = 119,77 кг

Масса провода:

Gпр = 250,32 кг

Плотность тока:

∆ = 3,37 А/мм2

Механическое напряжение в обмотках:

σр = 13,05 МПа

Стоимость активной части в условных единицах:

Сач = 589,7

Потери холостого хода:

Рх = 494,71 Вт

Ток холостого хода:

i0 = 1,62 %

3.      Расчет обмоток

.1 Расчет обмотки НН

Число витков обмотки НН:

ω1 = Uф1/uв =231/6,14 = 37,62 принимаем ω1 = 38 витка.

ЭДС одного витка:

 В

Средняя плотность тока:

 А/мм2

Сечение витка ориентировочно:

 мм2

По таблице 5-8 при мощности 200 кВ·A, по току на один стержень 288,68 A, номинальному напряжению обмотки 231 В и сечению витка 87,5 мм2 выбираем конструкцию цилиндрическую двухслойную обмотку из прямоугольного медного провода, без радиальных каналов, с плотным прилеганием витков. Число реек по окружности обмотки равно 8, согласно параграфу 5-2, ширина междувитковых прокладок 4 см.

Число витков в слое:

витков.

Ориентировочный осевой размер витка:

см

По таблице 5-2 выбираем три прямоугольных медных провода размерами 3× с изоляцией из кабельной бумаги, в соответствии с ГОСТ 16512-70. Намотка на ребро левая.

Сечение витка:

П1=3*29,3=87,9 мм2

Плотность тока А/мм2

Высота витка:

 см

Выбранные размеры провода проверяем по добавочным потерям по таблице 5-9. Для размера 0,71 см добавочные потери при двух слоях менее 5%.

Радиальный размер провода проверяем по плотности теплового потока на поверхности обмотки

q1=  Вт/м2,

что ниже допустимого для внутренних обмоток значения 1200 Вт/м2.

Осевой размер обмотки НН:

l1 = hB*(ωсл1+1) + 0,8 = 1,41*(19+1)+0,8 = 29 см

Радиальный размер обмотки НН:

а1 =  = 2*0,755 + 0,45 = 1,96 см

где осевой канал между двумя слоями обмотки 0,45 см принят по таблице 9-2а

Внутренний диаметр = 16+2*0,4 = 16,8 cм

Наружный диаметр  = 16,8+2*1,96=20,72 см

                        D 16,8

                    D 18,3

,41

D 19,2

29D 20,72

0,755

,96

Рисунок 11- Эскиз и основные размеры обмотки НН.

Масса метала обмотки G01 =28*с*Dcp*ω*П1*10-5=28*3*18,76*38*87,9*10-5 = 52,6 кг

По таблице 5-5 находим увеличение веса провода за счет изоляции марки ПБ (толщина изоляции 0,45 мм на обе стороны)

 кг

3.2 Расчёт обмотки ВН

Выбираем схему регулирования по типу представленной на рисунке 6-6б. Регулировочные ответвления выводятся на доску зажимов. Регулирование напряжения без возбуждения (ПБВ) производится после отключения трансформатора от сети и от нагрузки, путем перестановки соединяющей пластины

Рисунок 12- Схема выполнения ответвлений в обмотке ВН при регулировании напряжения без возбуждения ПБВ.

Рисунок 13-Схема переключателя ответвлений

Контакты переключателя рассчитываются на рабочий ток 11,55 А. Наибольшее напряжение между контактами переключателя в одной фазе: рабочее , т.е. 577 В; испытательное , т.е. 1154 В.

Для получения на стороне ВН различных напряжений необходимо соединить:

Число витков ВН обмотки при нормальном напряжении

Число витков ВН на одной ступени регулирования:

Таблица 3-Число витков на ответвлениях.

Ориентировочная плотность тока

А/мм2

Ориентировочное сечение витка

мм2

По таблице 5-8, по известным параметрам обмотки (, , , ) выбираем для основной части цилиндрическую многослойную обмотку из круглого медного провода. По сортаменту медного обмоточного провода (таблица 5-1) выбираем провод марки диаметром 2,1/2,4 мм сечением П2=3,46 мм2 увеличение массы провода за счёт изоляции на 3%.

Плотность тока:

трансформатор замыкание обмотка магнитный

А/мм2

Число витков в слое:

Число слоёв в обмотке ncл2 = ω2/ωсл2 = 998/120 ≈ 9

Рабочее напряжение двух слоёв:

 В

По рабочему напряжению двух слоёв по таблице 4-7 выбираем 3 слоя кабельной бумаги марки К-120 толщиной 0,12 мм. Выступ междуслойной изоляции на торцах обмотки (на одну сторону) 1,6 см.

Распределение витков по слоям:

Семь слоёв по 120 витков = 840

Два слоя по 79 витков = 158

Всего 998 витков

Между третьим и четвёртым слоями масляный канал 0,4 см. Витки восьмого слоя располагаются посередине высоты слоя, витки девятого слоя располагаются согласно рисунку схемы ответвлений. Обмотка наматывается на рейках на жестком бумажно-бакелитовом цилиндре с размерами d 21,12/22,12х32.

Радиальный размер обмотки:

Внутренний диаметр обмотки:

Наружный диаметр обмотки:

0,24  D 22,52

                         D 24,1

               D 24,9

29

               D 28,216

                                          2,848

Рисунок 14- Эскиз и основные размеры обмотки ВН

Поверхность охлаждения обмотки:

м2

кг

Масса провода обмотки:

Gпр2 = 70*1,03 =72,1 кг

Общая масса метала обмоток G0 = G02 + G01 = 70+ 52,6 = 122,6 кг

Общая масса провода: Gпр = Gпр2 + Gпр1 = 72,1 + 53,652 = 125,75 кг

Основные размеры обмоток покажем на рисунке:

Рисунок 15-Радиальное строение обмоток трансформатора

. Определение параметров короткого замыкания

.1 Расчёт потерь короткого замыкания

Основные потери

обмотка НН

обмотка ВН

Добавочные потери в обмотке НН

,

где - размер проводника, параллельный направлению линий магнитной индукции поля рассеяния;

 - число проводников обмотки в направлении, параллельном направлению линий магнитной индукции поля рассеяния;

 - общий размер обмотки в направлении, параллельном направлению линий магнитной индукции поля рассеяния;

 - число проводников обмотки в направлении, перпендикулярном направлению линий магнитной индукции поля рассеяния;

- коэффициент приведения поля рассеяния (предварительно принимаем 0,95)

Добавочные потери в обмотке ВН

Основные потери в отводах.

Длина отводов определяется приближённо по (7-21).

Для схемы соединения звезда отводы ВН и НН имеют одинаковую длину

Масса отводов НН (7-23)

Потери в отводах НН (7-24)