§ 18.5. Расчет механических усилий в обмотках трансформатора мощностью 1000 ква
Расчет механических усилий ведется по формулам, приведенным в § 7.4.
Максимальное радиальное усилие [по (7.4)]
То же, при коротком замыкании [по (7.5)]
где
.
Осевое усилие внутри обмоток [по (7.6)]
Осевое усилие от несимметричного расположения намагничивающих сил по высоте обмоток [по (7.7)]
где H1 = 4•8,5 + 3•6 +1•12= 64 мм = 6,4 см (на ступени —5%),
Нр=(B-b)/2=(72-23.4)/2=24.3 см;
В — ширина бака, см;
b — толщина магнитопровода, см;
Кр — коэффициент Роговского;
m = 4.
Общее осевое усилие Foc будет (для обмотки BH) суммой осевых усилий F'oc и F”oc [по (7.8)]
Foc= F'oc + F”oc=4,8+8=12,8 кГ.
При коротком замыкании осевое усилие возрастает пропорционально квадрату кратности тока короткого замыкания с учетом свободной составляющей тока
F0CK= 12,8•700 = 8950 кГ.
Площадь опоры прокладок из электрокартона в обмотке
ВН sпp = nca2 = 8•4•2,4 = 77 см2,
где n— число прокладок по окружности;
с — ширина прокладки, с = 40 мм = 4 см,
а2 — радиальный размер обмотки ВН.
Наибольшее удельное давление на прокладки
δ= F0CK/ sпp=8950/77=116 кГ/см2,
что вполне допустимо.
§ 18.6. Электромагнитный расчет трансформатора мощностью 2500 ква 35 кв Расчет магнитопровода
Выбор размеров пластин пакетов стержня. Для заданного диаметра D = 300 мм с числом ступеней п = 7 целесообразно выбрать нормализованные размеры ширины пластин, принятые для отечественных заводов. Для данного диаметра эти размеры следующие: c1 = 295; с2 = 270; с3 = 250; с4 = 230; с5 = 215; с6 = 175; с7 = 135 мм.
Определяем толщину пакетов:
Определяем сечения стержня:
Пакет 1 Пакет 2 Пакет 3 Пакет 4 Пакет 5 Пакет 6 Пакет 7 |
29,5 X 1,8= 53,1 см2 27,0 X 11,2=302,5 см2 25,0 X 3,6 = 90,0 см2 23,0 X 2,6= 59,8 см2 21,5 X 1,6= 34,4 см2 17,5 Х 3,6= 63,0 см2 13,5 Х 2,4 = 32,4 см2 |
Fф |
=635,2 см2 |
Fcт=KзFф=0,93•635,2=590см2
Расчет сечения ярма. Сечение ярма принимается по форме и размерам, равным сечению стержня. Лишь крайний (7-й) пакет для лучшей прессовки ярма делается по ширине равным 6-му пакету.
Таким образом, активное сечение ярма будет
Fя= Kз[Fф+(c6-c7)2b7]=0.93[635.2+(17.5-13.5)2.4]=600 см2.
Расчет обмоток
Числа витков НН и ВН. Для этого прежде найдем число вольт на виток
eω=222BFc•10-4 = 222 • 1,7 • 590 •10-4 = 22,3 в.
На стороне НН при схеме треугольник Uф = Uл.
Определяем число витков обмотки НН
ωНН= UфНН/ eω= UлНН/ eω=6300/22,3=282 витка.
На стороне ВН при схеме «звезда» Uф = Uл/√3.
Определяем число витков обмотки ВН
ωВН= ωНН•UфВН/ UфНН= ωНН•UлВН/ √3UлНН=282•35000/(√3•6300)=904 витка
Число витков регулировочной ступени (2,5%)
ωрег=0,025 ωВН=0,025•904=22,6 витка.
Принимаем 23 и 22 витка.
Записываем числа витков на всех ступенях напряжения: 949-927-904-881-859/282 витков.
Уточняем индукцию в стержне и ярме
Вст= UФВН•104/( ωНН•222 Fcт)=6300•104/(282•222•590)=1,7тл
Вя=Вст• Fcт/ Fя=1,7•590/600=1,67 тл.
Расчет фазных токов в обмотках. В обмотке НН при схеме «треугольник» Iф=Iл/√3.
IФНН= IЛНН/√3=S•103/(3 • UЛНН)=2500•103/(3•6300)=132 a.
В обмотке ВН при схеме «звезда» Iф=Iл
IФНН= IЛНН=S•103/(√3• UЛНН)= 2500•103/(√3•3500)=41,2 а.
Расчет обмотки НН (осевое строение). Для данных мощности и напряжения применяется непрерывная обмотка.
Плотность тока выбирается в пределах 3,5—4 а/'мм2.
Необходимое сечение провода
Sп= IфНН/δНН=132/4=33мм2.
Выбираем провод 10,8 х 3,28 мм, сечением 34,9 мм2.
Уточняем плотность тока
δНН=132/34,9=3,78 а/мм2
Высота обмотки ориентировочно должна быть
Но = Н — 2lп= 1000 — 2•75 = 850 мм.
На провод и канал (6 мм) требуется размер
10,8 + 0,5+6 = 17,3 мм.
Число катушек обмотки
850 : 17,3 ≈ 49, принимаем 48 катушек.
Осевое строение обмотки НН:
48 катушек Х 11,3 мм 44 канала Х 6 мм 3 канала X 12 мм |
=542 мм =264 мм =36 мм |
Всего Прессовка |
=842 мм -17мм |
Высота обмотки Но |
=825 мм |
Прессовка прокладок составляет
17•100/(264+36)=5,7%
Раскладка витков по катушкам;
42 катушки X 6 витков = 252 6 катушек х 5 витков = 30 |
Всего 48 катушек = 282 витка. |
Расчет обмотки ВН (осевое строение). Применяется непрерывная обмотка. Необходимое сечение провода
Sп= IфВН/δВН=41,2/4=10,3 мм2.
Выбираем провод 5,9 Х 1,81 мм, сечением 10,5 мм2.
Уточняем плотность тока
δВН=41.2/10.5=3.92 а/мм2,
На один провод (катушку) и один канал приходится (в осевом направлении)
5,9 + 0,5+ 6= 12,4 мм.
Число катушек обмотки 825: 12,4 = 67, принимаем 68 катушек.
Для регулирования в пределах ±2x2,5% число регулировочных катушек должно быть кратным четырем. Следовательно, имеем 60 основных и 8 регулировочных катушек.
Раскладка витков по катушкам:
41 катушка X 14 витков 19 катушек х 15 витков |
=574 =285 |
|
=859 витков |
6 катушек х 11 витков 2 катушки X 12 витков |
=66 =24 |
Всего 68 катушек |
=949 витков. |
Расчет осевого строения:
68 катушек х 6,4 мм 66 каналов х 6 мм 1 канал X 16 мм |
=435 мм =396 мм =16 мм |
Всего Прессовка |
=847 мм — 22 мм |
Высота обмотки Но |
=825 мм |
Прессовка прокладок составляет
22•100/(396+16)=5,3%
Радиальный размер обмотки НН
al = ωK (a +0,5) 1,03 = 6(3,28 + 0,5)1,03 = 23,4 мм, принимаем a1= = 24 мм.
Обмотка ВН:
а2= 15(1,81 + 0,5) 1,03 = 35,7 мм, принимаем а2 = 36 мм.
Радиальное строение обмоток (предварительное):
D = 300 мм 5 канал 310 5 цилиндр 320 8 канал 336 24 обмотка НН 384 27 минимальное изоляционное расстояние 438 36 обмотка ВН 510 |
Проверяем главный канал (27 мм) на получение нужного значения напряжения рассеяния uр. Для получения заданного значения uк = 6,5% напряжение рассеяния должно быть:
где
ua=PK/10S=23500/(10•2500)=0,94%
При дополнительном рассеянии 5% напряжение рассеяния от основного поля должно быть
u’p= up/1,05=6,44/1,05=6,13%
Предварительное значение напряжения рассеяния
,
где Dcp=38,4+2,7=41,1см,
Δ=2,7+(2,4+3,6)/3=4,7 см,
Кр=1-(2,7+2,4+3,6)/(π82,5)=0,966.
Так как uр" получилось меньше uр', то размер главного канала следует увеличить.
Увеличение канала определяется по формуле
т. е. ширина главного канала должна быть
а = 27 + 13 = 40 мм.
Окончательно радиальное строение будет иметь вид:
D = 300 мм 5 канал 310 5 цилиндр320 8 канал 336 24 обмотка НН 384 18 канал 420 6 цилиндр432 16 канал 464 36 обмотка ВН 536 34 расстояние между фазами МО = 570 мм |
Расстояние между осями стержней МО получилось равным 570 мм.
Высота Н окна магнитопровода равна высоте обмотки На плюс изоляционные расстояния до ярма, которые для данной мощности и напряжения равны 75 мм:
Н = Но + 2 • 75 = 825 + 150 = 975 мм.
Таким образом определены основные размеры магнитопровода и обмоток ВН и НН.