2.4. Алгоритм предварительного расчёта основных размеров и параметров трансформатора.

Для получения расчётного варианта трансформатора в зоне минимума критерия затрат на трансформацию расчёт рекомендуется вести в следующем порядке:

2.4.1. Оценить величину по данным п. 2.2, 2.3 рассчитать величину экономического отношения потерьпо (2.19).

2.4.2. Выбрать начальное (пусковое) значение активной составляющей напряжения короткого замыкания, , которое в ходе расчёта уточняется путём итераций.

Величина в % определяется по формуле:

, % (2.36)

где - полные потери короткого замыкания, выбираемые по каталогу или ГОСТ для трансформатора данной мощности и класса напряжения, Вт.

Величина для рассматриваемого диапазона мощностей трансформаторов изменяется в пределах (3,01,2) %. Большие значенияотносятся к трансформаторам меньшей мощности.

3. Рассчитать:

а) Основные потери в обмотках, в Вт:

. (2.37)

б) Потери в стали, Вт:

. (2.38)

в) Предварительную величину массы электротехнической стали, (кг):

. (2.39)

г) Предварительное значение массы проводникового материала обмоток, (кг):

. (2.40)

д) Среднюю плотность тока в обмотках, А/мм²:

, (2.41)

где 2,4 для медных и 13 для алюминиевых обмоток.

е) Фазные токи обмоток, А:

; ; (2.42)

ж) Общую ширину обмоток в окне трансформатора (рисунок 2.5) в мм:

, (2.43)

где: ;- плотность проводникового материала,

для меди - 8,9 кг/дм³ ;

для алюминия - 2,7 кг/дм³ ;

- реактивная составляющая напряжения короткого замыкания, %; коэффициент 0,95 учитывает эффект от действия поля рассеяния при отключении регулировочных витков;

- составляющая приведенного канала рассеяния между обмотками 1 и 2, которая зависит от схемы размещения обмоток.

Для схемы 1 , а для схемы 2;- коэффициент Роговского, в предварительном расчёте принимается равным 0,95.

Здесь необходимо уточнить правильность выбора схемы размещения обмоток (п.2.14).

Обычно предварительно выбирается наиболее распространённая схема размещения обмоток 2 с имм.

Величина уточняется по формуле:

; (2.44).

где - выбирается по рекомендациям п.2.2.4 , а величинапо таблице 2.10.

Рассчитанная по (2.28) величина округляется к ближайшему дискретному значению(1,625 или 0,875). Если уточнённое значениесоответствует другой схеме размещения обмоток, то выбирается другая схема, определяется, соответствующее этой схеме, уточняется ширина обмотокпо (2.27) и уточняется тепловая нагрузка обмоток по формуле:

; (2.45).

з) Предварительные ширины каждой из обмоток в () окне и ширину окна F:

(2.46)

где к – число фаз в окне трансформатора,

к = 2, для трехфазных трансформаторов,

к = 1, для однофазных трансформаторов.

(2.47)

(2.48)

где (рисунки 2.1, 2.2.)

суммарный размер изоляционных расстояний в окне по поперечной оси

. (2.49)

и) Предварительные значения коэффициента определяется по (2.1), (2.2), (2.3), и таблице 2.2.

к) Диаметр стержня магнитопровода ( в мм ) по формуле:

, (2.50)

где:

;

;

Для схемы 1 , а для схемы 2.

Полученное по (2.50) значение округляется к ближайшему целому значению в мм и уточняется соответствующее этому диаметру значение .

л) Число витков обмотки ВН:

(2.51).

Полученная величина округляется к ближайшему целому, после чего уточняется величина индукции в стержне:

. (2.52)

м) Средняя высота обмоток , см:

. (2.53)

где - ширина приведенного канала рассеяния, мм;, для схемы 1, для схемы 2.

н) Высота окна МС, мм:

, (2.54)

где .

о) Межосевое расстояние МС, мм:

(2.55)

п) Масса стали МС, кг:

. (2.56)

Полученная величина не должна отличаться от предварительно рассчитаннойболее, чем на 3 %. Если эта разница больше, то следует выполнить итерацию, т.е. повторить весь расчёт с уточнённым значением , которое определяется в % по формуле:

, (2.57)

где .

Здесь также необходимо уточнить величину в соответствии с скорректированным значением индукции в стержне. После достижения необходимой точности совпадения величинипо (2.1) рассчитываются приведенные или капитализированные затраты по (2.15) или (2.20) и предварительный оптимизационный расчет заканчивается.

Для лучшего понимания особенностей алгоритма расчета и сходимости итерационного процесса рекомендуется первоначальный расчет по (2.36) - (2.57) выполнять без применения программных средств – только с помощью калькулятора. Итерационный процесс, как правило, сходится после 3-4х итераций.

Для выполнения предварительного оптимизационного расчёта и проектных исследований на ПЭВМ необходимо подготовить исходные данные для расчёта (таблица 2.16 и приложение В ) и занести их с дисплея в шаблон исходных данных.

Таблица 2.16. Исходные данные для расчётов на ПЭВМ (пример).

Наименование и размерность исходной величины	Значение
Тип трансформатора	ТМ 250 / 10
Мощность номинальная , кВА	250
Число фаз, m	3
Частота f, Гц	50
Напряжение короткого замыкания , %	4,5
Отношение потерь ,	7,64
Соотношение стоимостей обмоток и магнитопровода,	0,7
Марка стали	3405
Толщина листа стали	0,3
Материал обмоток
Фазное напряжение НН, кВ	0,4
Фазное напряжение ВН, кВ	5,724
Тепловая нагрузка обмоток, Вт/м2	350
Изоляция между обмотками ВН и НН , мм.	10
Коэффициент заполнения обмоток	0,55
Межфазная изоляция , мм.	18
Изоляция от стержня до обмотки НН , мм.	4
Охлаждающий канал в обмотках , мм.	6
Индукция в стержне, Тл	1,65
Изоляция НН от ярма , мм.	30
Изоляция ВН от ярма ,мм.	40

После выполнения предварительного оптимизационного расчета или проектных исследований выбирается вариант для детального расчета, данные которого заносятся в таблицу 2.17 или таблицу приложения В.

Таблица 2.17. Результаты предварительного оптимизационного расчёта на ПЭВМ и основные исходные данные для детального расчёта.

Материал обмотки

Схема соединения

МО

D

Н

Регул. напряжения

Марка стали

кВА

-

кВ

кВ

%

-

-

мм

мм

мм

Тл

%

-