4.4. Определение основных размеров трансформатора

Основные размеры магнитной системы вместе с основными размерами обмоток определяют главные размеры активной части и всего трансформатора.

В данном проекте двухобмоточный трехфазный трансформатор выполним с плоской магнитной системой стержневого типа со стержнями, имеющими сечение в форме симметричной ступенчатой фигуры, вписанной в окружность, и с концентрическим расположением обмоток из медного или алюминиевого провода в виде круговых цилиндров. Магнитная система такого трансформатора с обмотками схематически изображена на рис. 5.

Основными размерами трансформатора являются: диаметр окружности d, в которую вписано ступенчатое сечение стержня 3; осевой размер l (высота) обмоток; средний диаметр витка двух обмоток или диаметр осевого канала между обмотками d₁₂, связывающий диаметр стержня с радиальными размерами обмоток a_р1 и a_р2 и осевого канала между ними a₁₂.

Если эти три размера выбраны или определены, то остальные размеры, определяющие форму и объем магнитной системы и обмоток, например, высота стержня l_с, расстояние между осями соседних стержней С и т. д. могут быть найдены при известных допустимых изоляционных расстояниях (например, a₁₂, a₂₂, l₀), определенных в п. 4.2.

Error: Reference source not found

Рис. 5. Плоская шихтованная магнитная система трехфазного трансформатора

с обмотками: 1 - ярмо; 2 - стержни; 3 - сечение стержня; 4 - обмотки ВН и НН

Два основных размера d₁₂ и l связаны соотношением

. (3)

Величина  определяет соотношение между диаметром и высотой обмотки. Значение  может варьировать для масляных трансформаторов в пределах от 1 до 3,5. При этом меньшим значениям  соответствуют трансформаторы относительно узкие и высокие, большим - широкие и низкие. Различным значениям  соответствуют и разные соотношения между массами активных материалов – стали магнитной системы и металла обмоток. Меньшим значениям  соответствует меньшая масса стали и большая масса металла обмоток. С увеличением  масса стали увеличивается, масса металла обмоток уменьшается. Таким образом, выбор  существенно влияет не только на соотношение размеров трансформатора, но и на соотношение масс активных и других материалов, а следовательно, и на стоимость трансформатора.

Вместе с этим значение  сказывается и на технических параметрах трансформа-тора: потерях и токе холостого хода, механической прочности и нагревостойкости обмоток, габаритных размерах.

В 1 приведена формула, связывающая диаметр стержня трансформатора с его мощностью и коэффициентом :

, м, (4)

где S - мощность трансформатора на один стержень, кВА;

K_р - коэффициент Роговского (коэффициент приведения поля рассеяния) (K_р=0,930,97);

- ширина приведенного канала рассеяния, м;

K_с - коэффициент заполнения сердечника сталью;

B_с - индукция в стержне, Тл;

f - частота тока сети, Гц;

u_{к. р} - реактивная составляющая напряжения короткого замыкания, %.

Диаметр стержня d, как видно из выражения (4), при прочих равных условиях зависит от коэффициента , который, как было отмечено выше, может варьировать в достаточно широких пределах. Одной из задач проектирования является выбор оптимальных по стоимости трансформатора значений соотношения основных размеров  и диаметра стержня d. Эту часть расчетов следует выполнить с использованием ПК по руководству 2.

В пояснительной записке следует привести распечатку исходных данных и результатов расчета. По расчетным данным надо выполнить графические построения аналогично рис. 4.2-4.4 [2, с. 17-19] и выбрать нормализованный диаметр стержня и коэффициент b с учетом рекомендаций, приведенных в табл. 2 и на с. данных методических указаний, а также в табл. 3.12 [1].

После выбора оптимального значения коэффициента b и диаметра стержня d в этом разделе следует определить следующие величины.

Средний диаметр витка обмоток НН и ВН, м:

d₁₂ = ad, (5)

где a - коэффициент, принимаемый по табл. 3.4 [1, с. 123] (был принят в п. 8 исходных данных расчета на ПК, [2]).

Ориентировочная высота обмоток, м:

. (6)

Активная по стали площадь сечения стержня, см²:

П_с = K_зП_{ф. с}, (7)

где П_{ф. с} - площадь сечения стержня (выбирается в зависимости от диаметра стержня d по табл. 8.7 [1, с. 365]),

K_з - коэффициент заполнения сталью (выбран по рекомендациям, приведенным в Т2

Напряжение одного витка обмотки (предварительно), В:

, (8)

где - максимальное значение индукции в стержне, Тл (принято предварительно по приведенным рекомендациям в пределах 1,551,65 Тл.);

П_с - активное сечение стержня, м²;

f - частота тока в сети, Гц.

Число витков в обмотке НН (предварительно):

, (9)

где U_ф1 - фазное напряжение обмотки НН (см. п. 4.1).

Значение необходимо округлить до целого числа W₁.

Уточненное напряжение одного витка, В:

. (10)

Уточненное значение индукции, Тл:

. (11)

Средняя плотность тока, ( ):

для медных обмоток

; (12)

для алюминиевых обмоток

; (13)

где K_д - коэффициент, учитывающий добавочные потери, принимается по табл. 3.6 1, с. 131 (выбран в п. 15 2);

P_к - потери мощности при коротком замыкании, кВт (заданы в исходных данных расчета);

S_н - номинальная мощность трансформатора, кВА (задана в исходных данных расчета);

u_в - напряжение одного витка, В;

d₁₂ - средний диаметр витка обмоток НН и ВН, м.

Полученное значение плотности тока J_ср необходимо сверить с данными табл. 3, где приведены ориентировочные значения практически применяемых плотностей тока для масляных трансформаторов. Сверка рассчитанного значения J_ср с данными таблицы имеет целью избежать грубых ошибок в расчете.

Таблица 3

Средняя плотность тока в обмотках, , для современных

масляных трансформаторов с потерями короткого замыкания по ГОСТ

Мощность трансформатора, кВА	25-40	63-630	1000-6300	10000- 16000	25000- 80000
Медь	1,8 – 2,2	2,2 – 3,5	2,2 – 3,5	2,0 – 3,5	2,0 – 3,5
Алюминий	1,1 – 1,8	1,2 – 2,5	1,5 – 2,6	1,5 – 2,7	-

23