Трехфазный трансформатор обмотка расчет

7. Расчет обмотки низшего напряжения

Данные для расчета

W₁=50, D_ср,1=0.178 м, D₁₂=0.237 м, =1.16 м, П₁=140.86 мм², a_к,1=10 мм;

7.1 Число витков в слое:

где N_сл = 2 – так как обмотка двухслойная (см исходные данные курсовой работы),

7.2 Определение высоты витка

, м = 44.61 мм;

7.3 Выбор провода

Перебираем варианты числа параллельных проводов с толщиной изоляции 0.5 мм на две стороны:

- один провод: нет нужного размера (табл. прил. 5 из методических указаний);

- шесть проводов - приближенное сечение провода

В таблице приложения 5 самый ближайший провод с сечением 23.2 мм² исходя из того, чтобы число отдельных проводов в витке было близким к целому (n_В1) и П_пр1n_в1≈П₁. При этом ширина

мм≈7мм

которая приближенно соответствует табличному значению.

Используя шесть таких проводов, найдем уточненное сечение:

Выбранный провод

7.4 Уточнение размеров

где n_В1 = 6 – число проводов,

b^’ = 7.6 мм –ширина сечения провода с учетом изоляции,

Таким образом, обмотка НН должна быть намотана на цилиндрическую оправку диаметром:

м

В два слоя, между слоями помещаются 8 планок толщиной 15 мм, число витков в каждом слое 25, намотка ведется шестью параллельными проводами плашмя. Для закрепления витков обмотка промазывается бакелитовым лаком и просушивается.

7.5 Определение остальных размеров обмотки НН:

,

Внутренний диаметр обмотки НН:

, м;

Наружный диаметр обмотки НН:

, м;

Средний диаметр обмотки НН:

, м;

7.6 Масса обмотки без изоляции (Y)

где кг/м³ – плотность материала провода (см методические указания к выполнению курсовой работы «Расчет трехфазного сухого силового трансформатора»),

кг;

7.7 Масса обмотки с изоляцией

Где K_из = 1.015 – коэффициент увеличения массы (см таблицу 9 методических указаний),

кг;

7.8 Поверхность охлаждения при намотке обмотки на рейки и наличии канала между частями, м²

= π*3*(D′₁ + D″₁)*K_зп *ℓ₁=3.14*3*(0.16+0.195)*0.85*1.19=3.382 м²

7.9 Электрические потери в обмотке НН

7.10 Тепловая нагрузка, Вт/м²

Расчет показывает, что тепловая нагрузка не превышает допустимой нормы для класса изоляции В (680 Вт/м²).

8. Расчет обмотки высшего напряжения

Исходные данные для расчета:

a_к,2 = 10мм, W₂ = 2625, = 1.16м, мм², E_в = 4 В;

8.1 Определение числа витков на отводах:

1-й (конец обмотки) 1.05· W₂ = 2756 витков;

2-й (+2, 5%) 1.025·W₂ = 2691 виток;

3-й (норма) W₂ =2625 витков;

4-й (-2, 5%) 0.975·W₂ = 2559 витков;

5-й (-5%) 0. 95· W₂ = 2494 витка.

8.2 Выбор провода

Выбираем два провода (n_в,2 = 2) сечением 1.77 мм², d = 1.5 мм,

Выбранный провод: .

Фактическое сечение провода: мм²

8.3 Фактическая плотность тока

, А/мм²

Расчетная плотность тока меньше заданной, следовательно расчет выполнен верно.

8.4 Число витков в слое, ориентировочно:

, витков

8.5 Число слоев, ориентировочно:

, ;

Это число нужно округлить до ближайшего большего целого числа: N_сл,2 = 5.

8.6 Распределение витков по слоям

Верхний слой содержит 10 % от W_2,max , т.е. 0.1∙2756=276 витков

Остальные витки распределяем по слоям, по

витков в слое

8.7 Рабочее напряжение двух слоев

, В

Следовательно, нужно между слоями обмотки прокладывать 8 слоев лакоткани толщиной 0.15 мм.

8.8 Конструкция обмотки ВН:

Разбиваем обмотку на две катушки: по 2 и 3 слоя.

Между слоями обмотки 8 слоев лакоткани по 0.15 мм. Всего слоев лакоткани

8.9 Определение размеров обмотки ВН

Внутренний диаметр обмотки ВН

, м;

Ширина обмотки ВН:

, мм;

Наружный диаметр обмотки ВН:

, м;

Средний диаметр обмотки ВН:

, м;

Высота обмотки ВН:

мм≈1.18мм

8.10 Масса обмотки ВН без изоляции (∆)

кг;

8.11 Масса обмотки ВН с изоляцией:

кг ( , см таблицу 9 методических указаний).

8.12 Поверхность охлаждения при намотке обмотки на рейки и наличии канала между частями, м²

= π·3·(D′₂ + D″₂) ·K_зп ·ℓ₂=3.14·3·(0.275+0.322)·0.85·1.18=5.641 м²

8.13 Электрические потери в обмотке ВН

8.14 Тепловая нагрузка, Вт/м²,

Расчет показывает, что тепловая нагрузка не превышает допустимой нормы для класса изоляции В (680 Вт/м²).

9. Расчет параметров короткого замыкания

9.1 Потери в обмотке НН (Y):

,

где K_доп = 1.05 – коэффициент добавочных потерь, вызванных эффектом вытеснения тока

Вт;

9.2 Потери в обмотке ВН (∆)

Вт;

9.3 Общие потери в обмотках и отводах

, Вт;

9.4 Соотношение потерь

, > 1/3, следовательно, расчет выполнен, верно.

9.5 Определение напряжения короткого замыкания:

Активная составляющая

, %;

Реактивная составляющая

Где , м,

, м,

м

, ,

Напряжение короткого замыкания

,

%;

Погрешность

Полученное значение u_к отличается от заданного менее чем на 7,5%, следовательно, коэффициент  выбран верно.

10. Определение размеров магнитной системы и параметров холостого хода

Исходные данные для расчета

; ; ; .

а_ст,1=d×0.959=0.13*0.959≈0.125 м (ширина пакета 1-й ступени);

K₃=0,965; g_ст=7650 кг/м³; В=1,5 Тл; Р=1,03 Вт/кг (для стали 3405 толщиной 0,35 мм при индукции 1,5 Тл, см. табл. 12 методических указаний), пластины без отжига q_c=1,246 ВА/кг (для стали 3405 толщиной 0,35 мм при индукции 1,5 Тл , см табл. 16 методических указаний); П_с=1.2*10^-2 м²; =0,0002 м;

10.1 Ширина окна

, м;

10.2 Высота окна

, м;

10.3 Межцентровое расстояние стержней и ярем:

, м

, м;

где

10.4 Габаритные размеры:

в длину: ,

м;

в высоту:

, м;

10.5 Определение длины средней магнитной линии:

- по продольным участкам

- по прямым стыкам

- по косым стыкам

10.6 Размеры пакетов (ступеней) в поперечном сечении стержней и ярма (см. табл. 11 методических указаний)

Согласно рекомендации выбрано число ступеней равное семи (см таблицу 5 методических указаний).

1-ая ступень:

м, м,

м²;

2-ая ступень

м, м,

м²;

3-я ступень

м, м,

м²;

4-ая ступень

м, м,

м²;

5-ая ступень

м, м,

м²;

6-ая ступень

м, м,

м²;

7-ая ступень

м, м,

м²

10.7 Определение объема магнитопровода для всех участков

- Объем продольных участков

,

м³;

- Объем участков с косыми стыками

,

м³;

- Объем участков с прямыми стыками

,

м³;

10.8 Определение массы стали

масса продольных участков

, кг;

Масса участков с косыми стыками:

, кг;

Масса участков с прямыми стыками:

, кг;

масса магнитопровода:

,

кг;

10.9 Определение потерь в стали магнитопровода:

Где – коэффициент увеличения потерь на косых стыках (см таблицу 13 методических указаний),

– коэффициент увеличения потерь на прямых стыках (см таблицу 13 методических указаний),

– коэффициент добавочных потерь в зоне стыка, значение для неотожженной стали (см таблицу 14 методических указаний),

Вт;

10.10 Определение намагничивающей мощности и тока холостого хода

,

Где K_тр = 1.48 – коэффициент, учитывающий резку листа стали (для неотожженной стали,

K_тз = 1.01 – коэффициент, учитывающий снятие заусенец и отжиг (без отжига, заусенцы не сняты),

– коэффициенты, учитывающие прохождение магнитного потока под углом в зоне стыков, см таблицу 15 методических указаний),

K_тш = 1.01 – коэффициент, учитывающий перешихтовку ярма при окончательной сборке,

q_з = 13800 В∙А/кг – удельная намагничивающая мощность в зоне стыка (см таблицу 17 методических указаний); N_з = 6 – количество стыков,

В∙А

ток холостого хода

, А;

ток холостого хода в %

, ;

11. Оценка результатов, выводы

11.1 Параметры короткого замыкания

напряжение короткого замыкания

, ;

потери короткого замыкания

, ;

Параметры короткого замыкания отличаются от заданных не более, чем на 7.5 %, следовательно, расчет выполнен, верно.

11.2 Параметры холостого хода:

ток холостого хода:

(норма 20%, см. п.5.7.метод. указаний).

потери холостого хода

(норма 10%, см. п. 5.7.метод. указаний).

Параметры холостого хода не превышают заданные значения, следовательно, расчет выполнен, верно.

Сводка всех заданных и рассчитанных величин

1. Задано (по табл. 1)

№ варианта	Sн, кВ∙А	Напряжение, кВ		uк, %		i0, %		Потери, кВт			Группа соед.
		UВН	UНН					Pк	P0
14	250	10.5	0. 4		7.5		4.0		4.4	1.1		∆/Y

2. Выбраны параметры

2.1 Толщина и марка стали: марка 3405, толщина 0.35 мм;

2.2 Материал обмоток: медь;

2.3 Технология изготовления пластин: со срезанием заусенцев после резки без отжига;

2.4 Форма ярма: ступенчатая;

2.5 Плотность тока обмоток: ВН до 2.7 А/мм²,

НН до 2.7 А/мм²;

2.6 Конструкция катушек НН: цилиндрическая двухслойная,

ВН: цилиндрическая многослойная (из круглого провода);

2.7 Индукция B_c в стержне: 1.5 Тл;

2.8 Класс изоляции: В;

2.9 Расчетная температура: 75⁰ С.

3. Электрические параметры

3.1. Мощность на 1-н стержень: S₁ = 83 кВ∙А.

3.2. Фазные напряжения и токи:

U_ф,н,1 = 0.2 кВ; I_ф,н,1 = 361 А; U_ф,н,2 = 10.5 кВ; I_ф,н,2 = 8 А.

3.3. Напряжение короткого замыкания:

u_к,а = 1.76 %; u_к,р = 7.29 %.

4. Выбор изоляции (в м)

l02	a12	δ12	ln2	a22	δ22	l01	a01	δ01	ln1
0.08	0.04	0.005	0.04	0.045	0.003	0.015	0.015	0.001	0.001

Число слоев лакоткани: 25

5

59

. Основные размеры трансформатора (предварительно, п.4)

Величина	d	β	ар	Dср, 1	Dср, 2	ℓ	Пс
	м		м	м	м	м	м2
Предварительно	0.1749	2.1	0.057	0.218	0335	0.464	0.02
Окончательно	0.13	0.688	0.054	0.178	0.299	1.185	0.012