- •1 Призначення та конструктивні особливості трансформатора
- •Р /91 исунок 2 – Основні ізоляційні відстані
- •2.2 Вибір конструкції і розрахунок обмоток нижчої та вищої напруги
- •Р /102 исунок 4 Побудова обмоток
- •2.3 Розрахунок характеристик короткого замикання
- •Ошибка! Ошибка связи.
- •Розрахунок магнітної системи
- •2.6 Визначення маси трансформатора
Розрахунок магнітної системи
При заключному розрахунку магнітної системи, який відбувається після завершення розрахунку обмоток, параметрів і струмів короткого замикання трансформатора, для плоскої шихтованої магнітної системи визначаються:
число ступенів в перерізі стрижня та ярма;
розміри пакетів; активні перерізи стрижня і ярма; висота стрижнів, відстань між повздовжніми осями стрижнів, маса магнітної системи.
Після визначення всіх розмірів і маси сталі частин магнітної системи визначають втрати та струм неробочого ходу.
Ширина пакетів (пластин) у стрижні та ярмі магнітної системи вибирається із врахуванням ширини смуги рулону 650, 750, 800, 860 та 1000 мм, із обрізанням кромки із двох сторін по 3…7 мм для отримання мінімальних відходів. В якості активного матеріалу для магнітопровода використовується електротехнічна сталь, яка виготовляється з показниками відповідно до ГОСТ 21 427.1–83. В якості магнітного матеріалу приймається холоднокатана рулонна сталь марки 3405 товщиною листа 0,3 мм із жаростійким покриттям в якості між листової ізоляції. Ці сталі володіють високою магнітною індукцією і низьким рівнем питомих втрат.
С
Рисунок 6 – Переріз стрижня та ярма кістяка.
Форма перерізу ярма повторює форму перерізу стрижня, за винятком декількох крайніх пакетів, які об’єднуються в один пакет для збільшення опорної поверхні ярмових балок.
Вибирається плоска шихтована магнітна система тристрижневого типу зі стрижнями у вигляді симетричної ступінчастої фігури, вписаної в коло. Стрижні призначені для розташування обмоток трансформатора. Ярма
п
1, 4 – ярмові балки; 2 – стрижень; 3– шпильки; 5,6 – нижне і верхне ярмо;
7 – напівбандажі; 8 – склобандажі; 9 – підйомні планки;
10– гвинти для пресування обмоток; 11 – опорні пластини.
Рисунок 7 – Кістяк трансформатора.
Відстань між повздовжніми осями стрижнів магнітної системи А, см
А = Д2'' + а22 , (74)
А = 35,65+ 1= 36,65
Приймається А = 37 см.
Висота вікна кістяка Н, см
Н = Н0 + h0 + h0, (75)
Н = 58 + 3 +( 3+4,5) = 68,5
Приймається Н = 69 см
Маса одного кута Мк, кг
Мк = Vк Кз , (76)
де – густина електротехнічної сталі 7,65 кг / дм
Мк = 2,42 7,65 0,96 = 17,77
Маса стрижнів кістяка Мс, кг
Мс = с Пф.с. Кз (Н + hя) 10-3 – 3 Мк , (77)
Мс = 3 183,5 0,96 (69 + 15,5) 7,65 10-3 – 3 17,77= 288
Маса ярм кістяка Мя, кг
Мя = 4 Пф.я. Кз А 10-3 – 4Мк , (78)
Мя = 4 188,3 0,96 37 7,65 10-3 – 4 17,77= 134
Маса магнітної системи Мст, кг
Мст = Мс + Мя + 6Мк , (79)
Мст = 288+ 134+ 6 17,77= 529
Ділянки для визначення маси, втрат і струму неробочого ходу стрижньового кістяка зображено на рисунку 8.
1 – стрижні; 2 – ярма; 3 – кути
Рисунок 8 – Ділянки кістяка для визначення маси, втрат і струму неробочого ходу
Індукція у ярмі Вя, Тл
Вя = Вс(Пф.с./Пф.я.), (80)
Вя = 1,64 (183,5/188,3) = 1,59
Втрати неробочого ходу трансформатора Р0, Вт
Р0 = К1[Мс ρс + Мя ρя + Мк (Кпр nпр + Кк nк)], (81)
д
– питомі втрати у стрижні, Вт/кг;
– питомі втрати у ярмі, Вт/кг
Кпр – коефіцієнт збільшення втрат в кутах із прямими стиками;
Кк – коефіцієнт збільшення втрат в кутах із косими стиками;
nпр, nк – число кутів з прямими та з косими стиками відповідно.
Середнє значення індукції у кутах Вк приймається рівним індукції устрижні, Тл
Вк = Вс , (82)
Вк = 1,64
Згідно індукції визначаються питомі втрати, Вт/кг:
в стрижні ρс , Вт/кг1,238;
в ярмі ρя, Вт/кг1,15;
відповідно коефіцієнти Кпр 2,9; Кк 1,8.
Р0 = 1,1 [288 1,238 + 134 1,15 + 17,77 (2,9 2 + 1,8 4)] = 865
Розрахункове значення Р0 складає від вихідних даних (865/1350) 100 = =64%, що допустимо.
Виконується розрахунок струму неробочого ходу.
Середня індукція в косому стику Вк.з, Тл
Вк.з = (Вс + Вя)/ , (83)
Вк.з = (1,64 + 1,59)/ = 1,14
В
Відповідно: qс = 1,775 В А/кг; qя = 1,52 В А/кг; qз.к. = 0,262 В А/см²
qз.с =2,176 В А/см²; qз.я. = 1,92В А/см²; Кпр = 13,4; Кк = 3,01.
Визначається повна намагнічувальна потужність Q0, В А
Q0 = К2[Мс qс + Мя qя + Мк (Кпр nпр + Кк nк) + (84)
+ nз.с. qз.с Пф.с. + nз.я. qз.я. Пф.я. + nз.к. qз.к.],
Q0 = 1,65 [ 288 1,775 + 134 1,52+ 17,77 (13,4 2 +
+ 3,01 4) + 2 2,176 183,5. + 1 1,92 188,3+ 4 0,262] = 5745
Відносне значення струму неробочого ходу і0, відсотки
і0 = Q0/(10 S), (85)
і0 = 5745/(10 400) = 1,44
Відносне значення активної складової струму неробочого ходу і0 а, відсотки
і0 а = Р0/(10 S), (86)
і0 а =865/(10 400) = 0,21
Відносне значення реактивної складової струму неробочого ходу і0 р, відсотки
i0 р = , (87)
і0 р = = 1,42
Р
Коефіцієнт корисної дії трансформатора при номінальному навантаженні η, відсотки
η = S 100/(S + Рк + Р0), (88)
η = 400 100/(400+ 6,653+0,865) = 98,15
Далі проводиться тепловий розрахунок трансформатора.
2.5 Тепловий розрахунок трансформатора
Тепловий розрахунок проводиться із врахуванням ізоляції класу А та припустимою робочою температурою, що дорівнює 105 0С.
Тепловий розрахунок обмоток зводиться до визначення перепадів температури в середній її частині та на поверхні.
Приймається овальний бак з радіаторами.
Визначається питоме теплове навантаження обмоток НН та ВН qоб, Вт/м²
qоб.НН = 35,6 ; (89)
qоб.ВН = 35,6 , (90)
де Wкот – кількість витків у радіальному напрямку;
Пр.НН – периметр однієї котушки, мм;
Пр.НН = 2(а1 + b), (91)
Пр.НН = 2 (41,7 + 14,5) = 112,4
Н
Кд – коефіцієнт додаткових втрат;
Кзак– коефіцієнт закриття поверхні;
Кзак.НН = 1 – , (92)
Кзак.НН = 1 – = 0,73
Кзак.ВН ≈ 0,75
J– густина струму, А/мм ²;
nпов– число тепловіддаючих поверхонь;
qоб.НН = 35,6 = 519
qоб.ВН = 35,6 = 1005
Перевищення температури обмоток над температурою масла в обмотках НН та ВН Θом.НН і Θом.ВН, º С
Θом.НН = 0,41 qоб.НН0,6, (93)
Θом.НН = 0,41 5190,6 = 17,5
Θом.ВН = 0,159 qоб.ВН0,7, (94)
Θом.ВН = 0,159 10050,7 = 20
Визначається розміри бака і поверхня охолодження бака і кришки.
Ширина бака Вб, см
Вб = Д2'' + 2ао.б., (95)
д
Вб =35,65+ 2*12 = 60
Довжина бака Аб, см
Аб = 2А + Вб , (96)
Аб = 2 37 + 60 = 134
Глибина бака Нб, см
Нб = Н + 2hя + hя.к , (97)
де hя.к – загальна відстань від кістяка до дна та до кришки, см
Нб = 69 + 2 15,5 + 50 = 150
Площа охолодження овального бака Пб, м ²
Пб = [2(Аб – Вб) + π Вб] Нб 10-4, (98)
Пб = [2*(134 – 60) + π 60] 150 10-4 = 5,56
Поверхня кришки Пкр, м ²
Пкр = (2А Вб + ) 10-4, (99)
Пкр = (2 37 60 + ) 10-4 = 0,71
Допустиме середнє перевищення температури масла над повітрям із умови, що температура найбільш нагрітої точки обмоток перевищує температуру повітря не більше, ніж допускає ГОСТ 11677–85, тобто 65ºС Θм.пов., ºС
Θм.пов.і = 65 – Θо.м.і ; (100)
Θм.пов.ВН = 65 – 20 = 45
Перевищення температури масла у верхніх шарах Θм.пов.в., ºС
Θм.пов.в.і = 1,2 Θм.пов.і + Θм , (101)
де Θм– поправка на тепловий центр, яка враховує відношення центра втрат до центру охолодження, Θм, 60С
Θм.пов.в.НН = 1,2 47,5 + 6 = 63
Θм.пов.в.ВН = 1,2 45+ 6 = 60
Визначене значення не перевищує допустимого.
Приймається питоме теплове навантаження бака qб , Вт / м ² 600.
Відповідні втрати з поверхні бака Qб, Вт
Qб = qб (Пб + 0,75 Пкр) , (102)
Qб = 600 (5, 56+ 0,75 0,71) = 3656
Втрати, що відводяться з поверхні гофрів Qг, Вт
Qг = Р0 + Рк – Qб , (103)
Qг = 865 + 6653 –3656= 3862
де Р0 – втрати НХ,Вт;
Рк – втрати Кз, Вт;
Необхідна поверхня гофрів Пг, м2
Пг = Qг/qб, (104)
Пг
= 3862/600 = 6,6
Гофри,що використовуються у трансформаторобудуванні зображені на рисунку. В їх геометрії ширина масляного каналу с, може бути прийнята не менше 1 см; повітряний канал а , визначається за (105);Висота хвилі b не більше 30 см; крок хвиль t, визначається за (106).
а - відстань між хвилями; b - висота хвилі; с - ширина хвилі; t – відстань між осями хвиль.
Рисунок- Геометрія гофрів трансформаторів
Визначається довжина повітряного каналу а, см
а = 2,5с , (105)
а = 2,5 1
Визначається крок хвиль t, см
t = а + с +2δ , (106)
де δ – товщина стінки гофри,см(зазвичай приймається 0,1)
t = 2,5 + 1 +2 0,1=3,7
Визначається висота хвилі гофри Нхв , см
Нхв = Нб – 25, (107)
Нхв =150 – 25 =125
Визначається кількість хвиль nхв,шт
nхв = [2 ( Аб – Вб)] / t (108)
nхв = [2 (134 – 60)] / 3,7=40
Приймається ціле число з можливістю рівномірного розподілу з бічних (більша кількість) і торцевих поверхонь бака.
Визначається загальна площа відведення тепла хвиль П хв., м ²
П хв. = 2 b Нхв nхв кхв 10-4 (109)
де кхв – коефіцієнт зниження відведення тепла
кхв = 1 – [ ] (110)
кхв = 1 – [ ] =0,979
П хв. = 2 14 125 40 0,979 10-4 =13,7
Уточнюється питоме теплове навантаження гофрів
qг= (111)
де П г – площа гофрів , м ²
П г. = t nхв Нхв 10-4 (112)
П г. = 3,7 40 125 10-4 = 1,85
qг = = 577
За рекомендаціями [1] приймається Θм.пов = 42,5 ºС
Фактичне перевищення температури обмоток НН та ВН над повітрям Θо.м.пов.НН і Θо.м.пов.ВН, º С
Θо.м.пов.і = Θо.м.і + Θм.пов (113)
Θо.м.пов.НН = 17,5 + 42,5 = 60
Θо.м.пов.ВН = 20 + 42,5 =62,5
Визначені значення температури обмоток не перевищують допустимого значення для трансформаторів з гофрами, що складає 65 0С.
Далі
наведений розрахунок маси трансформатор