3. Расчет обмоток трансформатора

3.1. Расчет обмотки низкого напряжения (нн)

Расчёт обмоток трансформатора обычно начинают с обмотки низшего напряжения, располагаемой у большинства трансформаторов между стержнем и обмоткой ВН.

Вычисляется ЭДС (электродвижущая сила) одного витка:

;

Исходя из вычисленной ЭДС одного витка, определяется число витков в обмотке НН:

;

Значение округляется до целого числа.

Сечение витка обмотки НН:

Вычисляется уточнённое значение ЭДС одного витка:

;

где - число витков обмотки НН, которое округлили до целого числа.

Определяется уточнённая индукция в стержне:

;

где - уточненное значение электродвижущей силы одного витка.

Определив значения средней плотности тока и сечение витка, выбирается тип обмоток низкого напряжения (по [1] табл. 5.8).

В качестве обмотки НН выбирается цилиндрическая двухслойная обмотка из алюминиевого прямоугольного провода.

Рисунок 3.1 – Цилиндрическая двухслойная из прямоугольного провода.

Число витков в слое двухслойной обмотки:

;

значение числа витков округляется до целого значения, .

Предварительное значение осевого размера витка:

;

Исходя из рассчитанных значений и, из стандартного сортамента обмоточных медных проводов для трансформаторов (по [1] табл. 5.2), подбираются провода, удовлетворяющие следующие требования:

- максимальное число параллельных проводов, образующих виток равно шести;

- все провода сечения имеют одинаковый размер поперечного сечения;

- при намотке на ребро должно выполняться условие: .

Размеры провода можно записать в форме:

Выбирается провод марки .

Причем

, .

где - толщина изоляции на две стороны (по [1] табл. 5.2).

Условие выбора размеров провода выполняется:

Рисунок 3.2 – Сечение витка обмотки.

Определяется полное сечение витка:

;

где -сечение одного провода, мм².

Уточняется плотность тока, которая используется в дальнейших расчетах:

;

Радиальный размер обмотки:

;

В двухслойной обмотке без канала между слоями вместо значения ширины канала подставляется значение толщины междуслойной изоляции. В таких обмотках для обеспечения механической прочности в качестве межслойной изоляции рекомендуется брать два слоя картона толщиной 0,5мм каждый.

Окончательный осевой размер обмотки НН:

;

где - высота одного витка.

Внутренний диаметр обмотки НН:

;

Наружный диаметр обмотки НН:

;

Двухслойная обмотка, без охлаждающего канала имеет две поверхности охлаждения (наружную и внутреннюю).

Полная поверхность охлаждения обмотки НН рассчитывается по формуле:

где с=3 - число активных стержней;

- коэффициент который учитывает величину закрытия поверхности обмотки рейками, а также другими изоляционными деталями.

3.2. Расчет обмотки высокого напряжения (вн)

При расчете и выборе обмотки ВН учитывается необходимость в выполнении отпаек для регулирования напряжения.

Рисунок 3.3 – Схема обмотки ВН для регулирования напряжения ПБВ.

Определяется количество витков обмотки ВН при средней ступени номинального напряжения:

;

Определяется количество витков для регулирования напряжения при четырех ответвлениях :

;

;

Обычно ступени регулирования напряжения делаются равными между собой, чем обусловливается также и равенство числа и витков на ступенях. В этом случае число витков обмотки на ответвлениях равно:

При четырех ступенях:

- на верхней второй ступени - .

- на верхней первой ступени - .

- при номинальном напряжении - .

- на нижней первой ступени - .

- на нижней второй ступени - .

Напряжение на ступенях регулирования:

Определяется предварительная расчетная плотность тока в обмотке ВН:

;

Предварительно рассчитывается сечение витков обмотки ВН:

;

Определив предварительное значения плотности тока и сечение витка, выбирается тип обмоток высокого напряжения (по [1] табл. 5.8).

Для дальнейшего проектирования выбираются цилиндрические обмотки из круглого провода.

По расчитаному предварительному сечению из стандартного сортамента алюминиевого обмоточного провода для трансформаторов (по [1] табл. 5.1) подбирается провод диаметромбез изоляции, и диаметромв изоляции, исходя из этого вычисляется, гдетолщина изоляции на две стороны.

Выбирается провод марки .

Рисунок 3.4 – Цилиндрическая обмотка из круглого провода.

Полное сечение витка:

;

Уточняется плотность тока обмотки в обмотке ВН:

;

Определяется количество витков в слое:

; ;

Обмотка ВН для удобства крепления, обычно выполняется одинаковой высоты с обмоткой НН, т.е. .

Определяется количество слоев в обмотке:

;

Расчетную величину требуется округлить до ближайшего большего целого числа. При этом количество витков в наружном слое может отличаться от количества витков предыдущих слоев:.

Определяется рабочее напряжение между первыми витками двух соседних слоев:

;

По рабочему напряжению между витками двух слоев (по [1] табл. 4.7) определяется:

- толщина межслойной изоляции ;

- выступ изоляции за высоту обмотки – 10мм.

Определяется радиальный размер обмотки высокого напряжения катушек без масляного каналом между ними:

;

Вычисляется диаметр обмотки (внутренний):

;

Вычисляется диаметр обмотки (наружный):

;

Определяется минимальный интервал между осями стержней:

;

Поверхность охлаждения одной катушки, намотанной непосредственно на цилиндр:

;

Рисунок 3.5 – Радиальные размеры обмоток ВН и НН.

ВЫВОД. Окончательно выбрана конструкция обмоток НН и ВН, подобранны сечения проводов, а также вычислены размеры обмоток НН и ВН.