
- •Введение
- •1.Задание на проектирование.
- •2. Предварительное оптимизационное проектирование и проектные исследования
- •2.1 Предварительное определение конструктивных и энергетических показателей трансформаторов
- •2.1.1. Конструктивные параметры магнитной системы и выбор величины индукции в стержне
- •2.1.2. Определение изоляционных промежутков
- •2.1.3. Определение коэффициента заполнения обмоток проводниковым материалом
- •2.1.4 Обмоточный конструктивный коэффициент -
- •2.1.5 Выбор коэффициента закрытия поверхности обмоток и удельной тепловой нагрузки обмоток
- •2.2. Критерии оптимальности трансформатора и определение начальных значений управляемых переменных.
- •2.2.1. Математическая модель критерия приведенных затрат на трансформацию электрической энергии.
- •2.2.2. Математическая модель критерия капитализированных затрат.
- •2.2.2.1. Оценка удельной капитализированной стоимости потерь холостого хода
- •2.2.2.2. Оценка капитализированной стоимости нагрузочных потерь
- •2.3 Основные уравнения расчетной математической модели трансформатора.
- •2.4. Алгоритм предварительного расчёта основных размеров и параметров трансформатора.
- •3. Методика применения программного комплекса “Аметист” для автоматизированного синтеза, анализа и оптимизации трансформаторов.
- •3.1. Общие сведения
- •Система управления сапр “Аметист”
- •3.2.3. Предварительный расчет
- •3.2.4. Оптимизация электромагнитных показателей
- •3.2.4.1. Оптимизация электромагнитных показателей по одной управляемой переменной
- •3.2.4.2. Оптимизация электромагнитных показателей по двум управляемым переменным
- •3.3. Синтез и оптимизация обмоток
- •4. Автоматизация процесса оптимизации параметров трансформаторов
- •4.2. Алгоритм процесса оптимизации методом циклического покоординатного спуска.
- •4.3. Методика автоматизированного синтеза и оптимизации трансформаторов на основе метода цпс.
- •5. Детальное проектирование трансформаторов.
- •5.1. Объём детального проектирования и его последовательность.
- •5.2. Раскладка, детальное конструирование и расчет обмоток.
- •5.2.1. Определение фазных напряжений и токов обмоток:
- •5.2.2. Определение чисел витков обмоток ( на одну фазу ):
- •Расчёт плотностей токов в обмотках нн и вн
- •Раскладка обмотки нн
- •5.2.5. Раскладка обмотки вн
- •5.2.6. Определение площади поверхностей охлаждения обмоток
- •5.2.7. Определение массы обмоток, расчёт основных и добавочных потерь короткого замыкания
- •5.3. Определение основных параметров мс, потерь в стали и тока холостого хода.
- •5.4. Расчёт механических напряжений в обмотках от радиальных усилий
- •5.5. Тепловой расчёт обмоток
- •5.6 Тепловой расчет бака.
- •5.7. Экономический расчёт
- •Пример предварительного оптимизационного расчёта трансформатора.
- •6.2. Предварительный расчет основных размеров и конструктивных показателей трансформатора.
- •Пример детального расчёта трансформатора.
- •7.1. Определение фазных напряжений и токов .
- •7.2 Определение конструктивных параметров мс и размеров изоляции в окне.
- •7.3 Определение числа витков обмоток:
- •7.4. Расчёт среднего значения плотности тока в обмотках. Определение плотности тока в обмотках нн и вн.
- •Расчёт обмотки вн.
- •7.7. Определение площадей поверхности охлаждения обмоток.
- •Определение массы обмоток, основных и добавочных потерь в обмотках, отводах, и баке. Проверка величины напряжения короткого замыкания.
- •7.9. Определение массы стали мс, определение потерь в стали и тока холостого хода.
- •7.10. Расчет механических напряжений в обмотках
- •7.11. Тепловой расчет обмоток
- •7.12. Тепловой расчет бака
- •7.13. Экономический расчет
- •Приложение а
- •Приложение б Основные данные обмоточных проводов круглого и прямоугольного сечений
- •Додаток в Форми вихідних даних для проектних досліджень Таблиця в1. Вихідні дані досліджуваного трансформатора
- •Таблиця в2. Конструктивні дані досліджуваного трансформатора
- •Таблиця в3. Техніко-економічні дані
5.2.7. Определение массы обмоток, расчёт основных и добавочных потерь короткого замыкания
Средний диаметр обмотки НН в мм:
.
(5.34)
Средний диаметр обмотки ВН в мм :
.
(5.35)
Средний диаметр канала рассеяния (рис.2.5) в мм:
. (5.36)
Масса обмотки НН в кг:
. (5.37)
Масса обмотки ВН в кг:
. (5.38)
В (5.37) и (5.38) -
плотность проводникового материала
,кг/дм3
.
Основные потери в обмотках, Вт:
. (5.39)
. (5.40)
Для алюминиевых
обмоток
,
для медных
.
-
коэффициент, учитывающий регулировочные
витки:
(т.е. 5 %) с ПБВ ;
(т.е.
10 %) с РПН .
Добавочные потери в обмотке НН, Вт:
. (5.41)
Для провода
прямоугольного сечения:
- для алюминиевого провода, для медного
-
.
В (5.41)
-
радиальный размер провода, мм;
-
индукция потока рассеяния, Тл;
.
(5.42)
-
средняя высота обмоток
.
-
коэффициент Роговского
. (5.43)
Добавочные потери в обмотке ВН , Вт :
(5.44)
для круглого
провода
,
,
d – диаметр неизолированного провода, мм ;
Потери в отводах низкого напряжения, Вт:
(5.45)
Потерями в отводах ВН можно пренебречь за их малостью .
Потери в баке (приближённо), Вт :
(5.46)
Суммарные потери короткого замыкания:
. (5.47)
Активная составляющая напряжения короткого замыкания, %:
(5.48)
Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания, %:
(5.49)
В (5.49)
-
средний диаметр канала рассеяния по
(5.36) ;
-
ширина приведенного канала рассеяния,
мм.
(5.50)
Для схемы обмоток 1:
Для схемы обмоток
2:
В случае применения обмотки ВН с экраном :
где мм
.
Поперечное поле
рассеяния увеличивает
на
3-6 % .
Таким образом,
.
Напряжение короткого замыкания :
(5.51)
Полученная величина
не
должна отличаться больше , чем на
% от
заданной.
5.3. Определение основных параметров мс, потерь в стали и тока холостого хода.
Масса стали МС трансформатора в кг:
(5.52)
В (5.52)
-
масса стержней, кг ,
-
масса ярм, кг,
-
коэффициент усиления сечения ярма.
Потери в стали МС с учётом добавочных потерь, Вт:
,
(5.53)
где
-
удельные потери для индукции
согласно приложения А, для стали заданной
марки и толщины;
-
масса углов МС, кг .
Коэффициент 2,5 учитывает добавочные потери в МС, в том числе и влияние анизотропности в её углах.
Из (5.52) следует :
.
(5.54)
где -
удельные потери с учётом добавочных
потерь, Вт/кг;
-
коэффициент добавочных потерь в МС .
. (5.55)
Активная составляющая тока холостого хода в %:
.
(5.56)
Индукция в ярмах:
. (5.57)
Среднее значение индукции:
. (5.58)
По значениям
по соответствующей таблице приложения
А определяются следующие величины:
и
;
ВА/кг
– удельная намагничивающая мощность
в стали и
,
ВА/см2
–удельная
намагничивающая мощность в стыках (в
воздушных зазорах между пластинами).
Намагничивающая
мощность на всю МС при схеме шихтовки
с 7 зазорами в
:
. (5.59)
Удельная
намагничивающая мощность с учётом
увеличения её за счёт немагнитных
зазоров в
:
.
(5.60)
Реактивная составляющая тока холостого хода в % :
. (5.61)
Ток холостого хода :
. (5.62)