Определение удельной тепловой нагрузки Удельная тепловая нагрузка

Здесь S_охл1, S_охл2, S_охл.с – соответственно поверхности охлаждения обмоток ВН, НН и стали сердечника,

S_охл1 = 2К_закД_ср1h_об;

S_охл2 = 2К_закД_ср2h_об;

S_охл.с = m₁К_закДl_ст + 2Д_аl_а,

где Д_а и l_а соответственно диаметр и полная длина ярма, м; h_об – высота обмотки, м; К_зак – коэффициент закрытия, учитывающий уменьшение поверхности охлаждения обмоток и стали сердечника за счет различных прокладок. К_зак ≈ 0,8.

Полученные значения удельных тепловых нагрузок не должны превышать величин, приведенных в таблице 27.

Таблица 27. Допустимые удельные тепловые нагрузки силовых трансформаторов при охлаждении, Вт/м².

Части трансформаторов	Допустимые удельные тепловые нагрузки, Вт/м2
	При воздушном охлаждении	При естественном масляном
Катушки многослойные	400	1000-1200
Катушки однослойные	600	1400-1600
Сердечник	700	3000

Расчет эксплуатационных характеристик трансформатора

Расчет эксплуатационных характеристик трансформатора произведен в соответствии с рекомендациями, приведенными в [10].

1. Параметры схемы замещения трансформатора определяют

следующим образом. Находят полное сопротивление короткого замыкания и его составляющие.

где U_к.ф – фазное значение напряжения короткого замыкания, В; I_1н – номинальный ток первичной обмотки трансформатора, А.

Считая сопротивление первичной обмотки и приведенное сопротивление вторичной обмотки примерно одинаковыми, определяют их по формулам:

Сопротивление холостого хода и его составляющие находят из соотношений

где U_1ф – фазное напряжение первичной обмотки;

- потери холостого хода на фазу.

Сопротивление намагничивающего контура и его составляющие находят из соотношений

Z_m = Z₀ – Z₁; х_m = x₀ – x₁; r_m = r₀ –r₁.

Далее следует привести Т-образную схему замещения трансформатора.

2. Векторную диаграмму трансформатора строят для одной фазы

при номинальной нагрузке и cosφ₂ = 0,8 (отстающий ток) по известному току нагрузки, вторичному напряжению и углу сдвига между ними (для наглядности допускается построение векторной диаграммы не в масштабе).

Векторная диаграмма строится для фазных величин токов и напряжений в такой последовательности:

Проводим вертикально вектор

где к – коэффициент трансформации трансформатора.

Под углом φ₂ = arc cos 0,8 к проводим вектор тока

На основании уравнения трансформатора

Е₂^’ = U₂^’ + I₂^’ч₂^’ + јI₂^’x₂^’

строим вектор ЭДС Е₂^’.

Перпендикулярно к вектору Е₂^’ проводим вектор магнитного потока произвольной длины.

Строим на векторе векторы токов I_хр и I_ха и получаем вектор тока холостого хода .

По уравнению I₁ = I₀ – I₂^’ строим вектор первичного тока I₁.

На основании уравнения трансформатора

U₁ = E₁ + I₁ч₁ + јI₁x₁

Cтроим вектор первичного напряжения U₁ (здесь E₁ = Е₂^’)

3. Зависимость изменения вторичного напряжения трансформатора от угла сдвига фаз между напряжением и током определяют расчетным путем по выражению

ΔU = β(U_каcosφ₂ + U_крsinφ₂), (21)

где β – степень нагрузки трансформатора;

U_ка , U_кр – соответственно активная и реактивная составляющие напряжения короткого замыкания, %.

Зависимость ΔU = f(φ₂) рассчитывают для номинальной нагрузки при изменении φ₂ в пределах от +90⁰ до –90⁰ с обязательным показом характерных точек. Результаты расчета заносят в табл.28.

Таблица 28. Зависимость ΔU = f(φ₂)

φ2	град	+90	+60	+45	+30	0	-30	-45	-60	-90
ΔU	%

По данным расчета строят графическую зависимость ΔU = f(φ₂).

4. Внешняя характеристика трансформатора – это зависимость

вторичного напряжения от степени нагрузки трансформатора при постоянных первичном напряжении, частоте и cosφ₂.

В работе необходимо рассчитать внешние характеристики для cosφ₂ = 1 и 0,6 при φ₂ > 0 и φ₂ < 0 и изменении нагрузки трансформатора от холостого хода до 1,5 номинальной. Для построения внешних характеристик рассчитывают по 5-6 точек для каждой характеристики. Значение вторичного напряжения в процентах может быть определено следующим образом:

U₂% = 100 – ΔU,

где ΔU – изменение вторичного напряжения трансформатора, которое определяется по выражению (21).

Результаты расчета сводят в табл. 29.

Таблица 29. Внешняя характеристика трансформатора

№ п.п.	β	cosφ2 = 1		cosφ2 = 0,6; φ2 > 0		cosφ2 = 0,6; φ2 < 0
		ΔU,%	U2,%	ΔU,%	U2,%	ΔU,%	U2,%
1	0
2	0,2
3	0,4
4	0,8
5	1
6	1,5

5. Зависимость КПД трансформатора от степени нагрузки определяют по формуле

где Р_х – потери холостого хода трансформатора; Р_к.н – потери короткого замыкания трансформатора при номинальном токе; S_н – номинальная мощность трансформатора.

Расчет КПД следует вести для двух значений коэффициента мощности cosφ₂ = 0,6 и 1 при изменении степени нагрузки в пределах от 0 до 1,5. Для каждой зависимости необходимо рассчитывать по 6-7 точек, особо выделив максимальное значение КПД.

КПД трансформатора достигает максимального значения при степени нагрузки

Результаты расчетов сводят в табл.30.

Таблица 30. Зависимость КПД трансформатора от степени нагрузки

№ п.п.	β	КПД
		cosφ2 = 0,6	Cosφ2 = 1

По данным табл.30 строят зависимость η = f(β).

Список литературы

1. Тихомиров П.М. Расчет трансформаторов. М.: Энергия, 1986. 528 с.

2. Липштейн Р.А., Шахнович М.И. Трансформаторное масло, М.: Энергоатомиздат, 1983.

296 с.

3. Петров Г.Н. Электрические машины , 4.1 . М.: Энергия 1974г. 240с.

4. Худяков З.Н. Ремонт трансформаторов . М.: Высшая школа, 1986. 232с.

5. Лейтес Л.В. Электромагнитные расчеты трансформаторов и реакторов. М.: Энергия,

1981, 392 с.

6. Васютинский С.Б. Вопросы теории и расчета трансформаторов Л.: Энергия, 1970, 432с.

7. Иванов- Смоленский А.В. Электрический машины. М.: Энергия, 1980. 928с.

8. Конов Ю.С. , Хубларов Н.Н., Горщунов В.Ю. Расчет механической устойчивости

обмоток мощных трансформаторов при коротких замыканиях. - Электрические станции,

1983, №2, с. 38-41.

9. Антонов М.В. , Герасимова Л.С. Технология производства электрических машин. М.:

Энергоиздат, 1982. 512с.

10. Пястолов А.А., Попков А.А., Большаков А.А., и др. Практикум по монтажу,

эксплуатации и ремонту электрооборудования. М.: Колос, 1976. 224с.