2.Расчет обмоток

3.1. Расчет обмотки нн

Конструкция обмотки НН определяется мощностью и напряжением согласно рекомендациям табл. П.9. Выбрана цилиндрическая многослойная конструкция из круглого медного провода. Обмотка НН расположена ближе к стержню магнитопровода, т.е. является внутренней и расчет всегда начинается с неё.

ЭДС одного витка:

В.

Число витков обмотки НН:

. Принимаем w₁ = 74 витков.

Напряжение одного витка:

U_В = 400/74 = 5,405 В.

Средняя плотность тока в обмотках:

МА/м²,

где k_Д – из табл. П.14.

Сечение витка ориентировочно:

м² = 26,97 мм².

По полученному значению выбираем по табл. П.10 сечение витка из круглых N = 2 параллельных проводов марки ПБ класса нагревостойкости “В” диаметром d=4,1мм и сечением 13,2 мм².

Количество N проводов в витке допускается не более 4-х.

В результате сечение витка = мм²

Диаметр провода с изоляцией:

d'=d+2δ=4,1+0,3=4,4 мм.

Если при N=4 получается d >1 мм, то следует выбрать провод прямоугольного сечения из таблицы П.11.

Осевой размер витка из N параллельных круглых проводов:

м.

Число витков в слое:

Число слоев обмотки:

Если число n_сл отличается от целого числа на ± 10%, то необходимо изменить диаметр провода, подобрав из табл. П10 провод с диаметром, позволяющим получить число n_сл , удовлетворяющему вышеуказанному требованию.

Плотность тока:

МА/м².

Рис. 2. Размеры провода в изоляции и поперечное сечение одного витка в изоляции из N проводников

Осевой размер обмотки:

м.

Предварительный радиальный размер обмотки без каналов между слоями

м,

где – толщина изоляции между слоями (выбран электрокартон толщиной )

Предварительная плотность теплового потока на поверхности обмотки:

Вт/м²,

где n_сл1 – число слоев обмотки; k_з – коэффициент закрытия поверхности распорными планками, k_з 0,75; k_д – коэффициент, учитывающий отношение основных потерь к потерям короткого замыкания, по табл. П.14, k_д = 0,96.

Допустимое значение q=1200 Вт/м². Если q, между слоями необходимо предусмотреть вентиляционный канал шириной _мм.

При наличии канала радиальный размер обмотки :

_,

_{где -количество внутренних каналов обмотки НН.}

Окончательный радиальный размер обмотки в данном случае

=0,0093 м

Диаметры обмотки:

внутренний м;

внешний м.

Масса металла трехфазных обмоток НН:

кг.

где м — средний диаметр обмотки.

3.2. Расчет обмотки вн

По рекомендациям табл. П.9 выбрана цилиндрическая многослойная из круглого медного провода.

Выбираем схему регулирования по [1] с выводом концов всех трех фаз обмотки к одному трехфазному переключателю (рис. 4). Контакты переключателя рассчитываются на ток 30 А. Эта схема применяется для всех конструкций обмоток .

Число витков обмотки ВН при номинальном напряжении: .

Принимаем w₁ = 372 витков.

Напряжение одного витка:

U_В = 2020,7/372 = 5,43 В.

Согласно ГОСТ 11920 – 85 регулирование напряжения переключением ответвлений обмотки без возбуждения (ПБВ) предусматривается четыре ответвления (+5, +2,5, -2,5 и -5)%U_н и основной зажим с номинальным напряжением.

Напряжение ступени регулирования:

В.

Число витков на одной ступени регулирования в фазной обмотке:

витков.

Для получения на стороне ВН различных напряжений необходимо соединить:

Напряжение, В	Число витков на ответвлениях	Ответвления обмотки
3675	372 + 2·9 = 390	А2А3	В2В3	С2С3
3587,5	372 + 9 = 381	А3А4	В3В4	С3С4
3500	372	А4А5	В4В5	С4С5
3412,5	372 – 9 = 363	А5А6	В5В6	С5С6
3325	372 – 2·9 = 354	А6А7	В6В7	С6С7

Рис. 3. Схема регулирования напряжения ВН

Ориентировочное сечение витка:

м² мм².

По табл. П.9 по мощности 110 кВ∙А, току на один стержень 18,2 А, номинальному напряжению обмотки 3500 В и сечению витка 5,35 мм² выбираем конструкцию цилиндрической многослойной обмотки из круглого медного провода марки ПБ класса В.

По значению выбираем по табл. П.11 сечение витка из N = 2 параллельных проводов марки ПБ класса нагревостойкости “В” с диаметром d = 1,8 мм и сечением 2,545 мм².

В результате мм²

Диаметр провода с изоляцией:

d'=d+2δ=1,8+0,4=2,2 мм.

Осевой размер витка из N параллельных круглых проводов:

м.

Число витков в слое:

Число слоев обмотки:

Плотность тока:

МА/м².

d'

h_В

d

Рис. 4. Размеры провода в изоляции и поперечное сечение одного витка в изоляции из N проводников

Осевой размер обмотки:

м.

Предварительный радиальный размер обмотки без каналов между слоями

м

где – толщина изоляции между слоями (выбран электрокартон толщиной )

Для оценки теплового режима обмотки рассчитывается плотность теплового потока q₂ . В данном варианте расчет теплового потока обмотки из пяти слоев показал, что q₂> q (q=1200Вт/м²), поэтому для увеличения поверхности охлаждения предусматривается вентиляционный канал между частями обмотки из двух слоев и трех слоев, при этом часть обмотки из трех слоев размещается снаружи и плотность теплового потока рассчитывается для нее.

Предварительная плотность теплового потока на поверхности обмотки:

Вт/м²,

где n_сл1 – число слоев обмотки; k_з – коэффициент закрытия поверхности распорными планками, k_з 0,75; k_д – коэффициент, учитывающий отношение основных потерь к потерям короткого замыкания, по табл. П.12, k_д = 0,96.

Рис. 5. Схема обмоток НН и ВН и изоляционных расстояний трансформатора

Окончательный радиальный размер обмотки ВН:

м,

где a_k2=7 мм – ширина канала, =1 – количество каналов

Внутренний диаметр обмотки:

D₂'=D₁'+2·a₁₂=0,12+2·0,03=0,126м,

где значения a₁₂ определяются из П8.

Внешний диаметр обмотки:

D₂''=D₂'+2·a₂=0,126+2·0,02=0,166м.

Масса меди обмотки ВН

кг,

где м.

Масса меди двух обмоток

кг.

4. Определение потерь в обмотках и напряжение короткого замыкания

4.1. Определение потерь в обмотках ВН и НН

Основные потери:

обмотка НН

Вт;

обмотка ВН

Вт.

Полные потери в обмотках

Вт,

где k_д =1,12 - коэффициент добавочных потерь для многослойных цилиндрических обмоток.

4.2. Определение напряжения короткого замыкания ( )

Активная составляющая (%)

%.

Реактивная составляющая (%)

%,

где уточненное значение

Напряжение короткого замыкания ( %)

%.

5. РАСЧЕТ МАГНИТНОЙ СИСТЕМЫ

5.1. Определение размеров пакетов и активной площади стержня и ярма

Выбрана конструкция трехфазной плоской шихтованной магнитной ­системы, собираемой из пластин холоднокатаной текстурованной стали марки 3404 толщиной 0,35 мм. Стержни магнитной системы скрепляются бандажами из стеклоленты, ярма прессуются ярмовыми балками. Размеры пакетов выбраны по табл. П.4 для стержня диаметром 0,15 м без прессующей пластины. Число ступеней в сечении стержня 6, в сечении ярма – 5 (рис. 6).

Размеры пакетов в сечении стержня и ярма определяются из табл. П.4.

№ пакета	Стержень, мм	Ярмо (в половине поперечного сечения), мм
1	145 19	145 19
2	135 13	135 13
3	120 13	120 13
4	105 9	105 9
5	85 8	85 15
6	55 7	-

Общая толщина пакетов стержня (ширина ярма) 0,238 м. Площадь ступенчатой фигуры сечения стержня по табл. П.13.

см² м²; ярма – см² м², объем угла магнитной системы V_у=0,002040 м².

Активное сечение стержня

м².

Активное сечение ярма

м².

Объем стали угла магнитной системы

м³.

а)

б)

Рис. 6. Магнитная система трансформатора:

а – сечение стержня и ярма; б – основные размеры магнитной системы

(проставить размеры своего варианта)

Длина стержня см. рис. 1 и 9

м.

где l₀ — расстояние от обмотки до верхнего и нижнего ярма см. рис. 1.

Расстояние между осями стержней

м.

где = 0,01 – расстояние между обмотками ВН двух соседних стержней (по табл. П.8).