3. Предварительный расчет магнитопровода

1. Выпрямленное напряжение холостого хода

,

где – номинальное выпрямленное напряжение, В;

– напряжение короткого замыкания.

(В)

2. Средняя мощность выпрямленного тока

,

где – номинальный выпрямленный ток, А.

(кВт).

3. Номинальная мощность первичной обмотки

,

где К_р – коэффициент, зависящий от схемы выпрямительного агрегата, при трехфазной мостовой схеме выпрямления К_р=1,05.

(кВА)

4. Номинальное фазное напряжение обмотки ВН

При соединении обмоток ВН треугольником номинальное фазное напряжение будет составлять:

(кВ).

5. Номинальное фазное напряжение обмотки НН, В:

,

где – коэффициент, зависящий от схемы выпрямительного агрегата и схемы соединения обмотки НН трансформатора; при мостовой схеме выпрямления и соединении фаз обмотки НН треугольником .

(В)

6. Номинальный фазный ток обмотки ВН

(А).

7. Номинальный фазный ток обмотки НН

где К_I – коэффициент, зависящий от схемы выпрямительного агрегата и схемы соединения обмотки НН; при мостовой схеме выпрямления и соединении фаз обмотки НН треугольником К_{I =} 0,471;

(А).

8. Предварительное число витков обмотки НН

Число витков обмотки НН определяются исходя из значений фазного напряжения обмотки и напряжения, приходящегося на один виток U_в/в. При кВА, В/вит.

Предварительное число витков обмотки НН

(витков).

Принимаем W₂ = 56 витков.

Уточняем значение U_в/в

(В/вит).

9. Предварительное число витков обмотки ВН

(витка)

Принимаем W₁=668витков.

10. Определение намагничивающих сил обмоток

обмотки ВН

(А)

обмотки НН

(А)

результирующая

(А).

11. Определение высоты стержня

,

где А_с – линейная нагрузка стержня, определяется по графику. При кВА, А/см.

(см).

12. Определение диаметра стержня

,

где В_с – магнитная индукция в стержне, выбирается в зависимости от марки стали и мощности трансформатора. Для трансформаторов данного класса Тл.

К_с – коэффициент заполнения стали, выбирается в зависимости от толщины листов и марки стали ;

К_кр - коэффициент заполнения круга, зависит от диаметра стержня и мощности трансформатора .

Для уменьшения расхода стали, диаметры стержня принимаются стандартными по нормам СЭВ.

(см)

Принимаем см.

В оптимально спроектированных трансформаторах имеется следующее соотношение высоты и диаметра стержня

В нашем случае

,

что удовлетворяет требованиям.

3. Конструирование и расчет обмоток

1. Расчет обмотки ВН

В преобразовательных силовых трансформаторах обмотка ВН располагается на стержне, в то время как у обычных силовых трансформаторах на стержне располагают обмотку НН.

На рисунке 1 схематично показано расположение обмоток и главной изоляции трансформатора.

Рис. 1 Расположение обмоток и главной изоляции

1. Высота обмотки

,

где – минимальное изоляционное расстояние для обмотки ВН от верхнего ярма, мм;

– минимальное изоляционное расстояние для обмотки ВН от нижнего ярма, мм.

(мм)

2. Сечение витка обмотки ВН

,

где – плотность тока в обмотке, А/мм².

(мм²)

По технологическим соображениям сечение витка не должно быть более 35 мм², поэтому при требуемых больших сечениях обмотку выполняют из двух или иногда трех параллельных проводников. При значениях тока I_1ф более 300 А обмотка ВН выполняется с параллельными ветвями, так как выполнить обмотку четырьмя и более проводниками параллельно технически очень сложно.

При прямоугольных проводах высокая сторона провода b не должна превышать размера

,

где k – коэффициент, учитывающий вытеснение тока; при частоте 50 Гц, принимаем k=1;

q – тепловая нагрузка обмотки, для трансформаторов данного класса принимаем q=1000…1200 Вт/ м².

Исходя из опыта проектирования и принимаемых нагрузок получаем значение b=12…15 мм. Кроме того, по технологическим соображениям необходимо, чтобы отношение высоты к ширине провода составляло b/a=3…5.

Принимаем стандартное сечение прямоугольного обмоточного провода

(мм²)

Тогда фактическая плотность тока в обмотке ВН составит

(А/мм²).

3. Предварительное число катушек обмотки ВН

,

где – высота масляного канала, принимаем мм;

– высота провода с изоляцией.

Принимаем ближайшее большее четное значение катушек.

4. Число витков в катушке ВН

(витков).

Принимаем витков, тогда число катушек обмотки ВН составит

(катушек).

Принимаем катушек.

5. Распределение витков и катушек обмотки ВН

Для повышения надёжности трансформатора при атмосферных и коммутационных перенапряжениях первые к ярму катушки выполняются с усиленной изоляцией, а чтобы радиальные размеры этих катушек не были бы больше основных, число витков в этих катушках уменьшается.

При U₁=35 кВ принимаем 4 катушки с усиленной изоляцией (по две катушки с обеих сторон обмотки).

Размеры основной катушки:

осевой

(мм);

радиальный

,

где m₁ - число параллельных проводников;

- ширина провода с изоляцией;

(мм)

Размер катушки с усиленной изоляцией не должен превышать размер основной катушки, поэтому число витков в катушке с усиленной изоляцией должно быть:

Принимаем W_kу = 14, при этом радиальный размер катушки с усиленной изоляцией составит:

мм

На рис.2 представлен эскиз основной катушки обмотки ВН

Рис. 2. Строение катушки обмотки высокого напряжения.

Распределение витков и катушек обмотки ВН

катушки с усиленной изоляцией n_КУ = 4 W_KУ = 14 W_У = 56;

катушки основные n₀ = n_K1 – n_KУ = 42-4=38 W_K1 = 16 W₀ = 608;

катушки дополнительные n_q = 1 W_kq = 6 W_q = 6;

Итого число катушек42+1=43, число витков 664

Осевой размер обмотки ВН

высота меди

(мм);

усиленные каналы

(мм);

нормальные каналы

мм

Итого предварительная высота обмотки ВН без учета усадки изоляции

(мм);

Усадка изоляции составляет 3-5% от величины изоляции прокладок

(мм)

Итого высота обмотки ВН

(мм).

6. Внутренний диаметр обмотки ВН

(мм).

7. Внешний диаметр обмотки ВН

(мм).

8. Средний диаметр обмотки ВН

(мм).

9. Масса обмотки ВН

где - сечение провода обмотки, см²

- средний диаметр обмотки, см

 - плотность меди;  = 8,9 г/см³

(кг)

C учетом изоляции и отводов масса обмотки ВН составит

(кг).

10. Удельная тепловая нагрузка обмотки ВН, Вт/м²

,

где - коэффициент закрытия катушки обмотки ВН;

,

где - ширина рейки, принимаем см;

- число прокладок;

Принимаем

где - коэффициент, учитывающий добавочные потери, для трансформаторов данного класса , принимаем

- периметр катушки обмотки ВН

(мм)

(Вт/м²).

Допустимая нагрузка преобразовательных трансформаторов данного класса находится в пределах Вт/м². Полученное значение тепловой нагрузки Вт/м² удовлетворяет требованиям проектирования.

2. Расчет обмотки НН

Обмотка НН выполняется с большим числом параллельных групп, так как номинальный ток обмотки НН значительно больше по отношению к току обмотки ВН.

1. Сечение витка обмотки НН

(мм²)

Ранее отмечалось, что максимальное значение сечения одного провода выбирается не более 35 мм², поэтому определяем число параллельных групп при выполнении обмотки двумя параллельными проводниками:

Принимаем N = 6 предварительно, так как необходимо, чтобы число катушек в параллельной группе было четным. Этого можно достигнуть, если рассматривать несколько вариантов за счет изменения размеров провода b и а и числа N.

При наших условиях имеем:

(мм²)

Принимаем два параллельных проводника

(мм²)

Фактическая плотность тока в обмотке НН

(А/мм²).

2. Число катушек в обмотке НН

3. Число катушек в одной параллельной группе

.

_{Принимаем} , чтобы обеспечить условие n^’_K2гр –целое четное число.

Уточняем число катушек обмотки НН

.

4. Число витков в катушке

.

Принимаем 8 витков.

Уточняем число витков обмотки НН

Уточняем значение U_в/в

(В/вит).

Размеры катушки НН:

осевой мм;

_{радиальный}

мм

5. Внутренний диаметр обмотки НН

,

где а₁₂ - расстояние между обмоткой ВН и обмоткой НН одной фазы;

(мм);

(мм).

6. Наружный диаметр обмотки НН

(мм).

7. Средний диаметр обмотки НН

(мм).

На рис. 3 представлена электрическая схема фазы обмотки НН, а на рис. 4 представлен эскиз катушки обмотки НН.

Рис. 3. Электрическая схема фазы обмотки НН

Рис. 4. Строение катушки обмотки НН

8. Высота обмотки НН

высота меди

(мм);

масляные каналы

(мм);

Итого

мм;

Усадка 5% толщины изоляции

мм

Итого высота обмотки НН

(мм).

9. Масса меди обмотки НН

(кг).

С учетом изоляции и отводов масса меди обмотки НН составит:

(кг).

Удельный расход меди:

(кг/кВА).

В серийно выпускаемых трансформаторах удельный расход меди составляет 0,25 – 0,5 кг/кВА.

10. Удельная тепловая нагрузка обмотки НН, Вт/ м²

,

где К_ЗК2 – коэффициент закрытия катушки НН

где - число прокладок для обмотки НН;

_{Принимаем}

где – периметр катушки обмотки НН

(мм)

(Вт/м²).

3. Строение трансформатора

Диаметр стержня d_c = 48 см

Цилиндр ВН:

Внутренний диаметр цилиндра 49 см

Толщина цилиндра 0,6 см

Наружный диаметр цилиндра 50,2 см

Масляный канал между обмоткой ВН 3 см

Обмотка ВН:

Внутренний диаметр 54,2 см

Радиальный размер катушки 44 мм

Наружный диаметр 63 см

Масляный канал 3 см

Цилиндр НН:

Внутренний диаметр 64,2 см

Толщина цилиндра 0,6 см

Наружный диаметр 63,5 см

Масляный канал 1 см

Обмотка НН

Внутренний диаметр 69,4 см

Радиальный размер катушки 32,34 мм

Наружный диаметр 78,6см

Высота обмотки ВН 808,2 мм

Высота обмотки НН 891,9 мм

Высота стержня

по обмотке ВН мм;

по обмотке НН мм

Окончательную высоту стержня принимаем по максимальному значению:

(см)

Отношение

Расстояние между осями стержней:

(см).