4.3. Определение тока холостого хода трансформатора

Определяются активная составляющая тока холостого хода, намагничивающая мощность, реактивная составляющая тока холостого хода и полный ток холостого хода (добиваемся того, чтобы он был в допустимых по ГОСТ 12022–76, ГОСТ 11920–85 пределах), находится коэффициент полезного действия трансформатора.

Ток первичной обмотки трансформатора в режиме холостого хода при номинальном напряжении и номинальной частоте называется током холостого хода.

Активная составляющая тока холостого хода зависит от потерь холостого хода . Реактивная составляющая определяет реактивную намагничивающую мощность , потребляемую трансформатором из сети и расходуемую на создание магнитного потока в магнитопроводе трансформатора.

Ток холостого хода и его активную и реактивную составляющие определяют в % от номинального тока первичной обмотки.

Активная составляющая тока холостого хода

, (4.10)

где − по формуле (4.9); − см. задание.

Реактивную составляющую тока холостого хода определяют по намагничивающей мощности трансформатора . Для этого магнитную систему делят на четыре участка: стержни; ярма, за исключением углов магнитопровода; углы и немагнитные зазоры в местах стыков пластин стали стержней и ярма.

Намагничивающая мощность равна сумме намагничивающих мощностей всех участков с учетом следующих дополнительных коэффициентов.

1. – коэффициент, учитывающий влияние резки рулона стали на пластины и срезания заусенцев. Для сталей марок 3404, 3405 с отжигом пластин , без отжига пластин . Для стали марки MX4 − соответственно 1,11 и 1,225.

2. – коэффициент, учитывающий форму сечения ярма, способ прессовки стержней и ярма магнитной системы, расшихтовку и зашихтовку верхней части ярма при насадке обмоток. При мощностях трансформаторов до 630 кВ∙А ; от 1000 до 6300 кВ∙А ; от 10000 кВ∙А и более – (для данного курсового проекта таких вариантов трансформаторов нет).

3. – коэффициент, учитывающий увеличение намагничивающей мощности в углах магнитной системы (табл. 4.4).

4. – коэффициент, учитывающий увеличение намагничивающей мощности в углах магнитной системы в зависимости от ширины пластины второго пакета стержня или ярма (табл. 4.5). Отметим, что данная таблица крайне неудачно отражает ситуацию, так как имеет слишком маленький шаг как по ширине пакетов, так и по изменению индукции, однако необходимо постараться экстраполировать и получить нужный коэффициент, хотя бы приближенно.

Таблица 4.4

Значения коэффициента

Число углов со стыками		Индукция , Тл
Косыми	Прямыми	1,4	1,5	1,6	1,7	1,8
6* 5** 4***	–* 1** 2***	26,00 32,25 38,50	27,95 34,83 41,70	27,95 35,20 42,45	26,00 33,25 40,50	22,10 27,85 33,66

* − по рис. 4.3, а.

** − комбинированный стык по рис. 4.3, в, г.

*** − по рис. 4.3, б.

Таблица 4.5

Значения коэффициента для холоднокатаной стали

Индукция , Тл	Ширина пластины второго пакета, мм
	50	100	200	300	400	500	600	700
0,8–1,0 1,1и 1,9 1,2 и 1,8 1,3 и 1,7 1,4 и 1,6 1,5	1,30 1,40 1,50 1,70 2,00 3,00	1,25 1,27 1,30 1,38 1,50 2,00	1,20 1,21 1,22 1,25 1,35 1,50	1,17 1,18 1,19 1,21 1,25 1,35	1,15 1,16 1,17 1,18 1,20 1,30	1,14 1,15 1,16 1,17 1,19 1,25	1,13 1,14 1,15 1,16 1,18 1,20	1,12 1,13 1,14 1,15 1,16 1,18

Тогда полная намагничивающая мощность

(4.11)

где , , − по формулам (4.4), (4.5), (4.6); , − удельные намагничивающие мощности для стали стержней и ярма, определяются по табл. 4.6 для индукций (формула (2.5)) и (формула (4.8)) соответственно; , – число прямых и косых стыков пластин стали ярма и стержней (см. табл. 4.4 или сосчитать по рис. 4.3); , – удельные намагничивающие мощности для зазоров, определяются по табл. 4.6 по индукциям в прямых и ; , – площади зазоров (стыков) для прямых и косых стыков соответственно, − по формуле (4.1).

Реактивная составляющая тока холостого хода

, (4.12)

где − по формуле (4.11); − см. задание.

В результате полный ток холостого хода

, (4.13)

где и − по формулам (4.10) и (4.12).

Полученное по формуле (4.13) значение тока холостого хода не должно превышать заданного (см. задание) более чем на 15 %, т. е. половину допуска разрешенного ГОСТ 11677–85 (разрешенный допуск +30 %). В противном случае необходимо добиться выполнения этого условия, меняя, например, марку и толщину стали, схему шихтовки магнитопроводов, возможность применения отжига и применения прессующей пластины (см. выше). Рекомендуется тщательно разобрать, как влияют те или иные указанные меры на ток холостого хода.

Отметим, что данная методика расчета тока холостого хода упрощена для учебных целей.

Ну и наконец, коэффициент полезного действия трансформатора

,

где − по формулам (4.9), (3.19); – см. задание.

Таблица 4.6

Удельная намагничивающая мощность

Индукция Тл	Марка стали (толщина стали, мм)
	3404 (0,35)	3405 (0,30)	M4X (0,28)	3404 (0,35)	3405 (0,30)	M4X (0,28)
	ВА/м2			BA/м2
1,00	0,548	0,525	0,432	1000	900	900
1,20	0,752	0,722	0,597	4000	3700	3700
1,22	0,782	0,748	–	4680	4160	–
1,24	0,811	0,773	–	5360	4620	–
1,26	0,841	0,799	–	6040	5080	–
1,28	0,870	0,824	–	6720	5540	–
1,30	0,900	0,850	0,716	7400	6000	6000
1,32	0,932	0,880	–	8200	6640	–
1,34	0,964	0,910	–	9000	7280	–
1,36	0,996	0,940	–	9800	7920	–
1,38	1,028	0,970	–	10600	8560	–
1,40	1,060	1,000	0,872	11400	9200	9200
1,42	1,114	1,041	–	12440	10120	–
1,44	1,168	1,082	–	13480	11040	–
1,46	1,222	1,123	–	14520	11960	–
1,48	1,276	1,161	–	15560	12880	–
1,50	1,330	1,205	1,075	16600	13800	13800
1,52	1,408	1,263	–	17960	14760	–
1,54	1,486	1,321	1,250	19320	15720	16200
1,56	1,575	1,383	–	20700	16800	–
1,58	1,675	1,449	–	22100	18000	–
1,60	1,775	1,526	1,560	23500	19200	19200
1,62	1,958	1,645	–	25100	20480	–
1,64	2,131	1,775	2,080	26700	21760	22400
1,66	2,556	1,956	–	28600	23160	–
1,68	3,028	2,188	–	30800	24680	–
1,70	3,400	2,420	3,073	33000	27000	26200