Расчет силового трансформатора. Ч.1. Учебно-методическое пособие для курсового проекта по дисциплине «Электрические машины»

2.3 Средний диаметр канала между обмотками d12 может быть предварительно рассчитан по формуле

d'12 d 2a01 2a1 a12 или d'12 a d ,

где а – некая постоянная величина. Согласно таблице 3.4 (с. 123) для медных обмоток при Рк по ГОСТ а = 1,36.

Тогда d'12 1,36 0,16 0,2176 м. 2.4 Осевая длина обмотки

2.5Активное сечение стержня, т.е. чистое сечение стали

Пc Kс 4d 2 0,8856 04,162 0,01781 м2

2.6Электродвижущая сила одного витка

Uв1 4,44 f Bс Пc 4,44 50 1,55 0,01781 6,128 В

11

3 Расчет обмоток низкого и высокого напряжения

Тип обмоток низкого напряжения (НН) и высокого напряжения (ВН) выбирается по таблице 5.8 (с. 258-259).

Обмотка НН – цилиндрическая многослойная из круглого провода. Обмотка ВН – цилиндрическая многослойная из круглого провода. 3.1 Обмотка низкого напряжения НН

Теория для расчета многослойной цилиндрической обмотки из круглого провода представлена на с. 265, 282-285 [1].

3.1.1 Число витков обмотки (должно быть целым)

Значение Bс приходится уточнять в том случае, если W1 не является целым числом.

3.1.3 Для определения средней плотности тока в обмотках, обеспечивающей получение заданных потерь короткого замыкания воспользуемся следующей формулой для медных обмоток

Jcр 0,746 Kд Pк Uв1 104 .

Sн d'12

12

где Sн – номинальная мощность трансформатора, кВА,

Кд – коэффициент, учитывающий наличие добавочных потерь в обмотках, потери в отводах, стенках бака и других металлических конструкциях, от гистерезиса и вихревых токов, от воздействия поля рассеяния. Согласно таблице 3.6 (с.131), Кд = 0,96.

Тогда Jcр 0,746 0,96 2650 6,128 104 3,34 106 А/м2. 160 0,2176

Значение полученной плотности тока следует сверить с данными таблицы 5.7 (с. 257). В пояснительной записке должна быть запись о соответствии или не соответствии установленным пределам.

3.1.4 Ориентировочное сечение витка

Для этого сечения и сортамента обмоточного провода по таблице 5.1 (с. 211) выбирается провод подходящего сечения.

Подобранные размеры провода записываются следующим образом

Выбираем провод ПБ 21,,82 по ближайшему большему сечению витка по

отношению к расчетному П'1 = 2,535 мм2. Ближайшее сечение равно 2,545 мм2. Полное сечение витка П1 = 2,545 мм2, так как виток состоит из одного

провода (nв1 = 1). По этой же причине nв1 отсутствует в маркировке выбранного провода.

13

3.1.5 Уточняем плотность тока

3.1.6 Число витков в слое

3.1.7 Число слоев в обмотке (при расчетах округляется в большую сторону)

3.1.8 Рабочее напряжение двух слоев

Uмсл1 2 Wсл1 Uв1 2 128 6,128 1568,8 В

3.1.9 По рабочему напряжению двух слоев из таблицы 4.7 (с. 190) выбирается число слоев и общая толщина δмсл кабельной бумаги в изоляции между двумя слоями обмотки.

Для Uмсл1 (1000 - 2000) В δмсл1 3 0,12 0,36 мм.

По этой же таблице выбираем выступ междуслойной изоляции на торцах обмотки: lи1 16 мм.

3.1.10 В большинстве случаев по условиям охлаждения обмотка каждого стержня выполняется в виде двух концентрических катушек с осевым масляным каналом между ними.

В случае использования цилиндрической многослойной обмотки из

14

круглого провода на стороне НН число слоев внутренней и наружной катушек принимается равным друг другу.

Минимальная ширина масляного канала а'11 между катушками выбирается по таблице 9.2а (с. 426).

Для l 283,5 мм a'11 4 мм.

3.1.11 Радиальный размер обмотки, состоящей из двух катушек без экрана, рассчитывается по формуле

a1 d'1 nсл1 δмсл1 nсл1 1 a'11 10 3 2,2 9 0,36 9 1 4 10 3 0,02668 м

3.1.12Длина обмотки: l1 l 283,5 мм.

3.1.13Внутренний диаметр обмотки

D'1 d 2 a01 10 3 ,

где a01 – ширина канала между стержнем и обмоткой НН. Она определяется по таблице 4.4 (с. 183).

Поскольку в таблице отсутствует необходимое сочетание мощности трансформатора и испытательного напряжения, решающим фактором становится последнее. Таким образом, для Uисп1 25 кВ минимально возможное a01 15 мм.

Тогда D'1 0,16 2 15 10 3 0,19 м. 3.1.14 Наружный диаметр обмотки

D''1 D'1 2 a1 0,19 2 0,02668 0,2434 м

3.1.15Полная поверхность охлаждения определяется по формуле

По1 2 С Kз (D'1 D''1 ) l1 2 3 0,75 (0,19 0,2434) 0,2835 1,737 м2

15

где С – число активных (несущих обмотки) стержней. C = 3; Кз – учитывает закрытие части обмотки рейками. Кз = 0,75. 3.2 Обмотка высокого напряжения ВН

3.2.1 Число витков обмотки ВН при номинальном напряжении

W2н W1н U2ф 1028 5773,5 942,1 942

U1ф 6300

3.2.2 Число витков на одной ступени регулирования

3.2.5 Ориентировочное сечение витка

3.2.6 По таблице 5.1 (с. 211) подбираем провод подходящего сечения.

16

Выбираем провод ПБ 12,,93 с сечением П2 = 2,805 мм2. 3.2.7 Уточняем плотность тока

3.2.8 Число витков в слое

3.2.9 Число слоев в обмотке

nсл2 W2max 990 8,12 9

Wсл2 122

3.2.10 Рабочее напряжение двух слоев

Uмсл2 2 Wсл2 Uв1 2 122 6,128 1495,2 В

3.2.11 Толщина кабельной бумаги в изоляции между двумя слоями обмотки из таблицы 4.7 (с. 190)

δмсл2 3 0,12 0,36мм

3.2.12 Обмотка каждого стержня выполняется в виде двух концентрических катушек с осевым масляным каналом между ними. Число слоев внутренней катушки при этом должно составлять не более 1/3-1/5 общего числа слоев обмотки.

17

3.2.13 Радиальный размер обмотки

a2 d'2 nсл2 δмсл2 nсл2 1 a'22 10 3 2,3 9 0,36 9 1 4 10 3 0,02758 м

Размер а'22 выбирается по таблице 9.2а (с. 426). Для l 283,5 мм a'22 4 мм.

3.2.14 Внутренний диаметр обмотки

D'2 D''1 2 a12 0,2434 2 0,009 0,2614 м,

где a12 = 9 мм = 0,009 м по таблице 4.5 (с. 184). 3.2.15 Наружный диаметр обмотки

D''2 D'2 2 a2 0,2614 2 0,02758 0,3166 м

3.2.16 Полная поверхность охлаждения

По2 2 С Kз (D'2 D''2 ) l1 2 3 0,75 (0,2614 0,3166) 0,2835 2,317 м

2

18

4 Определение параметров короткого замыкания

4.1 Потери короткого замыкания. 4.1.1 Масса меди обмотки НН

4.1.4 Основные потери в обмотке ВН

Pк2осн 2,4 J22 Mм2 10 12 2,4 (3,2934 106 )2 64,15 10 12 1669,92 Вт

4.1.5 В силовых трансформаторах общего назначения основные потери в обмотках составляют до 0,95 потерь короткого замыкания Рк (с. 307).

добавочные потери в обмотках от вихревых токов, вызванных собственным магнитным полем рассеяния обмоток, электрические потери в стенках бака и

19

может быть принят в пределах от 1,03 до 1,05. Принимаем Кдк = 1,04. Тогда суммарные расчетные потери короткого замыкания

Pкр Kдк Pк1осн Pк2осн 1,04 1264,67 1669,92 3051,97 Вт

4.2 Напряжение короткого замыкания 4.2.1 Активная составляющая напряжения короткого замыкания

4.2.2 Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания

На данном этапе значение β уточняется по формуле

β π d12

l

Значение d12 так же уточняется

d12 d 2 a01 2 a1 a12 0,16 2 0,015 2 0,02668 0,009 0,2524 м

Тогда β π 0,2524 2,797 . 0,2835

20