2. Розрахунок оптимального варіанту трансформатора

2.1 Перевірочний розрахунок оптимального варіанту трансформатора

Перевірочний розрахунок проводиться для знайденого з допомогою ЕОМ оптимального діаметра стержня d_опт = 12,5 (см) (далі просто d) і відповідних йому висоти обмоток l = 35,810 (см), марки сталі J_опт = 1 (3404,  = 0,35 мм), типу стиків T_опт = 2 і середньої густини струму _ср = 1,86803. Усі інші величини уточнюються під час розрахунку, але вони не повинні сильно відрізнятися від відповідних величин, які знайдені у попередньому розрахунку.

Значення всіх ізоляційних відстаней, що були визначені раніше, використовуються і в перевірочному розрахунку.

2.2 Вибір типу обмоток

Тип обмотки може бути вибраний за її номінальним значенням напруги, струму та потужності.

З [1] вибираємо для низької сторони двошарову циліндричну обмотку з прямокутного проводу, для високої сторони – багатошарову циліндричну обмотку з круглого проводу. Обрані обмотки відповідають номінальним величинам напруги, струму та потужності трансформатора, що проектується.

2.2.1 Розрахунок двошарової циліндричної обмотки нн

Обмотка НН розташована ближче до стержня магнітопроводу і розрахунок завжди починається з неї.

П_фс – площа ступінчатої фігури стержня, що відповідає діаметру d і яка визначається з табл.1.1 [1], (cм²), П_фс = 112,3 (cм²);

К_з – коефіцієнт заповнення ступінчатої фігури активною сталлю, який визначається з [1] для обраної марки сталі J_опт, К_з = 0,97;

П_с – активний переріз стержня:

, (2.1)

(см²).

В_с – робоча індукція в стержні, (Тл), В_с = 1,6 (Тл);

u_в – ЕРС одного витка обмотки:

, (2.2)

(В).

Визначаємо кількість витків обмотки:

, (2.3)

.

Округлюємо w₁ до 60 витків.

_1доп – густина струму в обмотці НН, при якій будуть забезпечені задані в ній втрати при допустимому нагріві:

, (2.4)

∆_1доп=1,05∙1,868=1,9614 (А/мм²).

Необхідний переріз витка:

, (2.5)

(мм²).

Ця обмотка складається з двох котушок (шарів), які намотуються одним, двома або декількома паралельними проводами. Обидва шари з’єднуються між собою послідовно. Внутрішня котушка намотується або безпосередньо на бакелітовий циліндр, або на букові рейки, прокладені між циліндром і виками котушки. В першому випадку, на відміну від першого, внутрішня поверхня цієї котушки не контактує з маслом, тобто не охолоджується. Між шарами за допомогою вертикальних рейок утворюється осьовий масляний канал для охолодження.

Всі витки цієї обмотки мають однаковий середній діаметр. Якщо необхідний переріз витка перевищує найбільший з існуючих перерізів стандартних проводів, то обмотку доводиться намотувати декількома паралельними проводами, причому ці проводи розташовуються один над одним так, що їх середній діаметр, а відповідно, і їх загальна довжина, будуть однаковими. Зазвичай усі проводи у витку беруться однаковими, тоді вони будуть мати однакові опори і струми в них будуть однаковими, що і є необхідним при роботі трансформатора.

Розрахунок обмотки зводиться до вибору розмірів та кількості стандартних проводів і розмірів самої обмотки. Розрахунок виконується в такій послідовності:

Кількість витків в одному шарі:

, (2.6)

вит.

В силових масляних трансформаторах зазвичай застосовується провід з нормальною товщиною ізоляції 2 = 0,5.

Необхідна висота витка для отримання обмотки висотою l:

, (2.7)

(мм).

В загальному випадку виток може складатися з n_в1 паралельних проводів. Розрахунок слід починати з n_в1 = 1 як самого простого випадку. Якщо при цьому не вдається підібрати один стандартний провід необхідної висоти та перерізу, то переходять до варіанту n_в1 = 2 і т.д.

Необхідна висота одного проводу з ізоляцією:

, (2.8)

без ізоляції:

n_в1=1:

, (2.9)

(мм).

Необхідний переріз одного проводу

, (2.10)

(мм²).

Виток буде складається з трьох паралельних проводів.

По табл. 2.1 робимо висновок, що найближчий до потрібного стандартний переріз має осьовий розмір мм. Відповідно при переріз проводу буде становити 24,7 мм². Переріз вибраний в сторону збільшення, щоб зменшити густину струму, який буде протікати по цьому проводу. Цьому перерізу відповідає другий (радіальний) розмір проводу мм. Оскільки а>b, то намотка буде виконуватись на ребро. Умова 1.3<a/b<3 виконується, так як a/b=8/3,15=2,53 таким чином остаточно вибираємо 3 паралельних провода з розмірами мм, мм, мм².

Тоді розміри провода з ізоляцією будуть становити:

, (2.11)

(мм),

, (2.12)

(мм);

або записуємо їх у вигляді: АПБ . (2.13)

Дійсне значення висоти витка і його переріз:

, (2.14)

(мм),

, (2.15)

(мм²).

Дійсна висота обмотки:

(2.16)

(см),

де 1 см враховує технологічний допуск при виготовленні обмотки.

Дійсна густина струму в обмотці:

(2.17)

(А/мм²).

Враховуючи погіршену тепловіддачу при намотці на ребро, повинна виконуватись умова:

, (2.18)

де – гранично допустима густина теплового потоку на поверхні обмотки ( =1400 Вт/м²)

; 8 16,1.

Умова виконується.

Дійсна висота l₁ та густина струму ₁ обмотки не повинні відрізнятися від значень l та _1доп попередніх значень більш ніж на 5 %.

Відхилення значення густини струму:

, (2.19)

.

Відхилення значення висоти обмотки:

(2.20)

δ 2,4 %

Радіальний розмір обмотки:

, (2.21)

(см),

де а₁₁ – ширина каналу між шарами, (см), а₁₁ = 0,6 (см).

Внутрішній та зовнішній діаметри обмотки:

, (2.22)

(см),

, (2.23)

(см).

Повна площа поверхні охолодження обмотки (усіх фаз), намотаної на рейки (обидва шари охолоджуються з двох сторін):

, (2.24)

(м²),

де – коефіцієнт, який враховує перекриття частини поверхні обмотки рейками та іншими ізоляційними деталями, .