3.1 Расчет и конструирование трансформаторов

Последняя цифра шифра		0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Номинальная мощность, S, кВА		25	40	63	100	160	250	400	630	1000	1600
Потери короткого замыкания, Рк кВт		0,6	0,88	1,28	1,97	2,65	3,7	5,5	7,6	12,2	18
Ток холостого хода, Io % от номинального		3,2	3,0	2,8	2,6	2,4	2,3	2,1	2,0	1,4	1,3
Потери в стали, Ро кВт	U1=6.10кВ	0,135	0,19	0,265	0,365	0,565	0,82	1,05	1,56	2,45	3,3
	U1=35.110кВ	0,115	0,165	0,245	0,465	0,7	1,0	1,35	1,9	2,75	3,65
Напряжение короткого замыкания, %	U1=6.10кВ	4,5	4,5	4,5	4,5	4,5	4,5	4,5	5,5	5,5	5,5
	U1=35.110кВ	-	-	-	6,5	6,5	6,5	6,5	6,5	6,5	6,5

Заданные номинальные напряжения:

Номинальная мощность S, кВт	Последняя цифра шифра
	0, 1, 2	3, 4, 5	6, 7, 8, 9
	Номинальные напряжения первичной (U1) и вторичной (U2) обмоток, кВ
25, 40, 63	6 / 0,4	10 / 0,4	10 / 0,69
100, 160, 250	6 / 0,69	10 / 0,69	6 / 0,4
400, 630	10 / 0,4	35 / 10,5	35 / 6
1000, 1600	10 / 0,4	35 / 10,5	35 / 6

Группа соединений: U₂ = 0,4; 0,69 кВ –Y/Y-0

U₂ = 6; 10,5 кВ – Y/Δ – 11

Для всех вариантов: материал обмоток – медь; число фаз m=3; частота f=50Гц; способ охлаждения – масляное; режим нагрузки – продолжительный; установка наружная.

Пояснительная записка должна содержать следующие разделы:

1. Расчет основных электрических величин.

2. Определение основных размеров трансформатора.

3. Расчет обмоток НН и ВН.

4. Расчет параметров короткого замыкания.

5. Расчет магнитной системы.

6. Тепловой расчет и расчет системы охлаждения.

7. Расчет потерь и КПД.

В графической части проекта нужно дать общий вид трансформатора с продольным и поперечным разрезами, а также разрез по стержню и обмоткам плоскостью, перпендикулярной оси стержня (для показа конструкции обмоток и главной изоляции). Разрез по стержню следует выполнять в большем масштабе, чем общий вид. На общем виде должны быть проставлены все габаритные размеры и расстояния между осями витков в направлении передвижения трансформатора и перпендикулярно к нему.

При расчете трансформатора следует уяснить, как влияют электромагнитные нагрузки (индукции в стержне и плотности тока) на размеры и характеристики трансформатора. Необходимо знать, что резкие отклонения полученных величин U_к%, I_о%, Р_к, Р_о от заданных может быть объяснено только ошибками в расчете. Отклонения возможны только в пределах допусков по ГОСТу.

Значения тока I_о в таблице 2 дано для ориентации. Не следует стремиться к получению заданных значений I_о.

Если при расчете характеристик короткого замыкания не удается получить требуемое значение реактивной составляющей напряжения короткого замыкания, то (при отсутствии грубых ошибок в остальных величинах, определяющих U_к) следует варьировать величину вольт на виток, так как она входит в выражение для U_к в квадрате, т.е. варьировать индукцию в стержне.

При расчете тока короткого замыкания для определения механических напряжений в обмотках надо принимать величину, полученную по расчету, но не заданную.

Трансформаторы классов напряжения 10 и 35 кВ мощностью до 250 кВА выпускаются с переключением без возбуждения (ПБВ), а мощностью 400 – 630 кВА с ПБВ в основной массе и с РПН некоторая часть. Поэтому по способу регулирования напряжения для вариантов 0-5 производится расчет переключения без возбуждения (ПБВ), а для вариантов 6-9 регулирование под нагрузкой (РПН). Число ступеней ±2х2,5%.

1) Расчет трансформатора начинается с определения основных электрических величин – мощности на одну фазу и стержень, номинальных токов на стороне ВН и НН, фазных токов и напряжений /1,97/. Потери короткого замыкания, дают возможность определить активную и реактивную составляющую напряжения короткого замыкания /1,99/.

2) Магнитная система трансформатора является основой его конструкции. Выбор основных размеров магнитной системы вместе с основными размерами обмоток определяет главные размеры активной части и всего трансформатора. Выбор конструкции магнитных систем /1,79-92/ является первоочередной задачей при проектировании магнитной системы силового трансформатора. При дальнейшем расчете параметров трансформатора, необходимым условием является использование определенного значения напряжения короткого замыкания и тока холостого хода, уровни их потерь /1,118-160/.

Предварительный расчет основных размеров представляют в виде таблицы /1,144/. Результаты расчетов изображаются в виде графиков – зависимостей Р_х=f(),i_o=f(),C_a,ч=f(). После произведенных расчетов изображается эскиз с указанием основных размеров магнитной системы.

3) Выбор типа конструкции обмоток при расчете трансформатора должен производиться с учетом эксплуатационных и производственных требований, предъявляемых к трансформаторам. Конструкция обмоток выбирается по ориентировочному сечению витка каждой обмотки /1,255/. Расчет обмоток трансформатора начинают с обмотки НН, располагаемой в большинстве трансформаторов между стержнем и обмоткой ВН.

Для обмотки НН определяется число витков, напряжение одного витка, действительная индукция в стержне /1,265/. Рассчитав высоту обмотки НН, определяют сечение витка и на эскизе отмечают основные размеры витка. После необходимых вычислений рассчитывается масса провода обмотки НН.

Расчет обмотки ВН начинается с определения числа витков, необходимого для получения номинального напряжения, для напряжений всех ответвлений. Число ступеней ответвлений определяется по типу трансформатора /1,274/. Ориентировочно рассчитывается плотность тока и сечение витка обмотки ВН. По полученному значению выбирается провод обмотки ВН /1,212-215/ и определяется полное сечение витка, плотность тока. Подбирается конструкция обмотки и ее схема изображается на рисунке. Полученные данные для обмотки ВН сводятся в таблицу, а основные размеры в виде рисунка указываются в проекте.

4) Потери короткого замыкания Р_кв трансформаторе могут быть разделены на следующие составляющие: 1) основные потери в обмотках НН и ВН, вызванные рабочим током обмоток, Р_осн1и Р_осн2; 2) добавочные потери в обмотках НН и ВН, т.е. потери от вихревых токов, наведенных полем рассеяния в обмотках Р_д1и Р_д2; 3)основные потери в отводах между обмотками и вводами (проходными изоляторами) трансформатора Р_отв1и Р_отв2; 4) добавочные потери в отводах, вызванные полем рассеяния отводов, Р_{отв, д1}и Р_{отв, д2}; 5) потери в стенках бака и других металлических элементах конструкции трансформатора, вызванные полем рассеяния обмоток и отводов.

После определения потерь при коротком замыкании /1,303-320/, рассчитываются напряжение и ток короткого замыкания, и нагрев обмоток при коротком замыкании.

5) При расчете магнитной системы определяются - число ступеней в сечении стержня и ярма, размеры пакетов, расположение и размеры охлаждающих каналов, полные и активные сечения стержня и ярма, высота стержня, расстояние между осями стержней, масса стали стержней, ярм и углов магнитной системы трансформатора. После установления всех размеров и массы стали частей магнитной системы, определяются потери и ток холостого хода трансформатора /1,353-399/.

6) При проектировании трансформаторов, предназначенных для длительной непрерывной нагрузки, тепловой расчет производится для установившегося теплового режима при номинальной нагрузке. Полученные при этом расчете значения превышения температуры над окружающей средой не должны быть больше предельных значений, регламентированных ГОСТом.

Тепловой расчет трансформатора проводится после завершения электромагнитного и механического расчетов его обмоток и магнитной системы. При правильном выборе электромагнитных нагрузок и правильном распределении и выборе размеров охлаждающих масляных каналов внутренние температуры в обмотках и магнитной системе оказываются не выше допустимых значений /1,421-447/.

2. Расчет и конструирование синхронных машин