Вес обмоточного материала

Обмотка НН:

G_НН = m γ π s_п D_НН w_НН · ,

где m π γ · 10^-6, кг/мм³ - удельный вес материала обмоток с учетом их числа m = 3,

D_НН, мм - диаметр обмотки;

D_НН = 277 + 16 = 293 мм,

G_НН = 84 · 47,1 · 293 · 67 · = 77,7 кг.

Обмотка ВН:

G_ВН = m γ π s_п D_ВН w_ВН · ,

D_ВН = 346 + 108 = 454 мм,

G_ВН = 84 · 5,73 · 454 · 2011 · = 439,4 кг

Обмотка ВН (для расчета потерь короткого замыкания):

G'_ВН = 84 · 5,73 · 446 · 1962 · = 428,7 кг.

Общий вес обмоточной меди:

G_м = G_НН + G_ВН = 77.7 + 439,4 = 517,1 кг.

Расчет характеристик Расчет потерь и тока холостого хода.

Потери холостого хода P_х трансформатора состоят главным образом из потерь в активной стали магнитопровода. Электрические потери в первичной обмотке, вызванные током холостого хода, относительно весьма малы и ими пренебрегают.

Потери в конструкционных стальных деталях остова трансформатора и диэлектрические потери в изоляции, имеющие место при холостом ходе, не поддаются точному расчету, и они обычно учитываются коэффициентом добавочных потерь, определяемым опытным путем.

Потери в стали состоят из потерь от перемагничивания (гистерезиса) и потерь от вихревых токов. Процентное соотношение этих потерь бывает различно и зависит от марки применяемой электротехнической стали.

При расчете потерь в стали, а также при их измерении во время испытания трансформатора определяют общие потери в стали, не разделяя их по отдельным составляющим, так как в этом нет необходимости .

Потери в стали зависят от ее марки, толщины, частоты тока, индукции и веса. Значения удельных потерь, т.е. потерь на единицу веса, выражаемых в Вт/кг, нормированы ГОСТ 802—58. Однако в готовом трансформаторе на величину потерь в стали влияет еще целый ряд факторов, как-то: род изоляции пластин, применение отжига пластин после их обработки, качество сборки, конструкция магнитопровода и др. Точный учет влияния этих факторов не всегда возможен, поэтому при расчете пользуются кривыми или таблицами, составленными на основании испытания реальных конструкций магнитопроводов. К данным таблиц, взятым за основные, вносятся корректирующие поправки в виде коэффициентов, учитывающих конкретные особенности конструкций магнитопровода, а также и технологию его изготовления.

Значения удельных потерь и намагничивающей мощности стали взяты из табл. 4.1. Так как значение индукции в стержнях и ярмах обычно различаются между собой, то потери в стали определяются отдельно для стержней и ярм, и затем результаты складываются.

К полученному значению потерь в стали вносятся поправочный коэффициент добавочных потерь К_д, учитывающий неравномерное распределение индукции по сечению стержня и ярма, который может быть взят из табл. 4.2 [1]. При расчете потерь в магнитопроводе, собранном из пластин холоднокатаной стали обычной конструкции - с прямыми стыками, потери в углах магнитопровода увеличиваются. Это увеличение потерь происходит вследствие несовпадения направления магнитных линий и направления прокатки стали, и может быть учтено коэффициентом К_у = 1,5 для стали. На этот коэффициент умножается вес стали углов магнитопровода.

При холостом ходе трансформатора по его первичной обмотке течет ток холостого хода I_o. У идеального трансформатора (не имеющего потерь) это будет чисто намагничивающий ток, т.е. ток, создающий намагничивающую силу (ампер-витки), необходимую для образования в магнитопроводе главного магнитного потока Ф, сцепленного с обеими обмотками трансформатора.

У реального трансформатора ток холостого хода состоит из реактивной (намагничивающий ток) и активной (компенсирующей потери холостого хода) составляющих.

Ток холостого хода и его составляющие обычно выражают в % от номинального тока.

Что касается намагничивающего тока I_op, то его величина при определенном значении индукции, так же как и потери холостого хода, зависит в первую очередь от сорта применяемой стали и конструкции магнитопровода.

Расчет намагничивающей мощности, потребляемой сталью магнитопровода, производится аналогично расчету потерь. Значения удельной намагничивающей мощности q берутся по таблице.

Но так как главный магнитный поток Ф на своем пути должен проходить также через места стыков (зазоров) между пластинами, то на преодоление сопротивления стыков требуется дополнительная намагничивающая мощность, которая будет зависеть от конструкции магнитопровода - стыковой или шихтованный, величины зазора, схемы шихтовки и, разумеется, индукции.

В отечественном трансформаторостроении применяются исключительно шихтованные магнитопроводы, поэтому в таблицах помещены значения удельной намагничивающей мощности на стык (зазор) (Вар/см²) именно для таких магнитопроводов.

Число стыков для трехфазного магнитопровода будет n_ст = 3, n_я = 4 (рис. 4.2 [1]). У крупных трансформаторов, у которых пластины магнитопровода вследствие большой длины делаются составными, число стыков соответственно увеличивается.

Значения удельной намагничивающей мощности могут быть взяты из табл. 4.1 [1].

К значению намагничивающего тока в магнитопроводе, собранного из пластин холоднокатаной стали с прямыми стыками, вносится поправочный коэффициент на увеличение намагничивающей мощности в углах магнитопровода аналогично тому, как это делается при расчете потерь в стали. Увеличение намагничивающей мощности вызывается снижением магнитной проницаемости холоднокатаной стали в тех частях магнитопровода, где направление магнитного потока не совпадает с направлением проката листов. Для индукции в пределах 1,5-1,7 Тл коэффициент увеличения намагничивающей мощности в углах магнитопровода равен примерно 3-3,5.

Потери холостого хода:

Р_х = К_д · р_ст [G_ст + (К_у – 1) G_{ст. у}] + К_д · р_я [G_я + (К_у – 1) G_{я. у}],

где p_ст, p_я, Вт/кг – значения удельных потерь, взятые по табл. 4.1 [1] для определенных значений индукции;

G_ст, G_я, G_я.у, кг – вес стержней, прямых и угловых частей ярм;

К_д – коэффициент добавочных потерь = 0,04 ;

К_у – добавочный коэффициент для углов магнитопровода;

Р_х = 1,1 · 1,91 (475,1 + ( 0,04 - 1) · 85,97) + 1,1 · 1,7 (507,6 + ( 0,04 -1 ) · 89,4) = 824,8 + 789 = = 1614 Вт.

Намагничивающий ток:

i_op = ,

где q_ст и q_я, Вар/кг - удельные намагничивающие мощности для стержней и ярм;

G_ст и G_я, кг – вес стержней и ярм;

n_ст и n_я – число стыков по сечениям стержня и ярма;

q_з.ст и q_з.я, ВАр/см², - удельные намагничивающие мощности на один стык;

F_ст и F_я, см², - сечения стержня и ярм (без учета коэффициента заполнения);

i_{0 p} = = 6,69%

Активная составляющая тока холостого хода:

i_{0 а} = ,

где P_х, Вт – потери холостого хода;

S, кВА – мощность трансформатора;

i_{0 а} = = 0,4 %

Ток холостого хода:

i₀ = = ≈ 6,7%

Сравнивая вычисленные значения с данными мы получили Р_х = 1,614 кВт, что не значительно отличается от данного значения Р_х = 1,35 кВт, это объясняется тем, что в процессе расчётов производилось округление полученных значений.