Расчет трёхфазного трансформатора

 

− Определим массу  металла медной обмотки:

где:

 

4.2Расчет обмоток высшего  напряжения (ВН):

В масляных трансформаторах  на стороне ВН осуществляется регулирование  напряжения по схеме ПБВ (переключение без возбуждения). Регулирование  напряжения по этой схеме осуществляется после отключения трансформатора от сети и от нагрузки путем перестановки соединяющей пластины (вводятся дополнительные витки, либо уменьшается число витков от номинального значения).

Для обеспечения такой  регулировки в обмотке ВН выполняются  четыре ответвления на +5; +2,5; -2,5; -5%U_н и основной вывод на номинальное напряжение.

Для установки номинального напряжения поставить переключатель  в положение 0 (соответствует U_н).

Число витков в обмотке  ВН:

− верхние ступени  напряжения: W₁+0,05W₁; W₁+0,025W₁;

− средняя ступень: W₁;

− нижние ступени напряжения: W₁-0,025W₁; W₁-0,05W₁.

Для получения на стороне  ВН различных напряжений рассчитаем число витков на напряжения: 33 250 В; 34 125 В; 35 000В; 35 875 В и 36 750 В.

 

− Определим число  витков обмотки ВН при номинальном напряжении:

 

− Определим число  витков на одной ступени регулирования (на ):

 

− Определим число  витков на ответвлениях:

− ступень 33250В – W₁=808-2∙19 = 770 витка;

− ступень 34125В – W₁=808-19 = 789 витков;

− ступень 35000В – W₁= 808 витка;

− ступень 35875В – W₁=808+19 = 827 витка;

− ступень 36750В – W₁=808+2∙19 = 846 витка;

 Ориентировочная плотность  тока 

Из табл.5.2 [1, с.212] для расчетного сечения проволоки 20,6 мм²  выбираем размеры изолированного провода прямоугольной формы а=2,44, в=8,6.

При намотке таким проводом в одном слое укладывается витков:

 

Все витки катушки (846 шт.) уложатся в 5 слоях:

4слоя 178 витка =712 витка,

1 слой  134 витков = 134 витков.

− Определим радиальный размер обмотки:

 

− Определим внутренний диаметр обмотки:

 

− Определим наружный диаметр обмотки:

 

− Определим массу металла обмотки:

 

где:

 

 

− Определим общую  массу металла обмоток НН и  ВН:

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Определение  параметров короткого замыкания:

5.1 Определение потерь  короткого замыкания

Потери короткого замыкания P_к состоят из:

− основных потерь в обмотках НН и ВН – Р_осн2; Р_осн1;

− добавочных потерь в  обмотках за счет поля рассеяния обмоток:

 и

 

− основных потерь в отводах  между обмоткой НН и выводами Р_отв2 (потери в отводах ВН 0)

 

Основные (электрические) потери P_э – P_осн для медного провода составляют:

где: − плотность тока в обмотке, А/мм²;

G_м – масса металла медной обмотки:

 

 

Обычно К_д1 и К_д2 принимают равными 1,05 – 1,1.

Потери в отводах  НН определяются по выражению:

 

 

где: П_отв – площадь поперечного сечения витка, мм²;

 –  плотность металла  отводов ( - для меди)

(кг) – масса металла проводов, для схемы

 

– Определим полные потери короткого замыкания:

 

К этим потерям следует  также добавить потери в баке и  металлических конструкциях:

Окончательно  , что находится в пределах заданной нормы 33500 Вт.

(на  меньше)

 

5.2 Расчет напряжения  короткого замыкания. 

– Активная составляющая:

 

– Реактивная составляющая:

– Напряжение короткого  замыкания:

,

что на

больше заданной нормы (в пределах допустимого).

 

6. Окончательный  расчет магнитной системы:

 

6.1 Определение размеров  пакетов и активных сечений стержня и ярма

Для силовых трансформаторов, кроме нормализованного ряда диаметров  стержней магнитных систем и размеров ширины пластин, нормализованы также число ступеней в сечении стержня и ярма, размеры пакетов пластин, число, размеры и расположение охлаждающих каналов, а следовательно и площади поперечных сечений стержня и ярма [2, таб.11, с.24]. 

Выбираем конструкцию  трехфазного стержневого сердечника, собираемого в переплет (шихтованного) из пластин холоднокатаной текстурированной стали со стыками. Стержень прессуется расклиниванием с обмоткой. Размеры пакетов по [2, таб.1, с.8]. В сечении стержня 9 ступеней; сечение ярма повторяет сечение стержня (7 ступеней).

– Определим сечение пакетов в половине сечения стержня:

– Определим общую  толщину пакетов в половине сечения  стержня:

– Определим полное сечение:

– Определим активное сечение стержня:

где: К_з = 0,935 [2, таб.5, с.11].

– Определим сечение  пакетов в половине сечения ярма:

– Определим полное сечение:

– Определим активное сечение ярма:

– Определим ширину ярма:

– Определим длину стержня:

где: l₁ – длина обмотки НН;

l₀₁ – толщина главной изоляции обмотки от ярма, l₀₁=5 см [2, таб.8, с.15].

 

– Определим расстояние между осями свободных стержней:

где: a₂₂ = 1,8 – расстояние между обмотками ВН соседних стержней, [2, таб.8, с.15];

Д₁^’’ – внешний диаметр обмотки ВН:

– Определим индукцию в стержне:

– Определим индукцию в ярме:

6.2 Определение массы  стали

– Определим массу  стали в стержнях при многоступенчатой нормализованной форме поперечного сечения:

где: С=3 – число стержней магнитной системы;

- длина сердечника;

П_с – активное сечение стержня;

- плотность трансформаторной  стали, (для холоднокатаной стали):

 

– Определим массу  стали ярм:

где: G_я^’ – масса стали двух ярм в их частях, заключенных между осями крайних стержней;

 G_я^’’ – масса стали двух ярм в их частях, выходящих за оси.

– Определим полную массу  стали:

6.3 Определение потерь  и тока холостого хода:

Потери холостого хода зависят от магнитных свойств, конструкции магнитной системы и принятой технологии ее изготовления. Кроме того, в углах магнитной системы возникают добавочные потери, обусловленные анизотропией магнитных свойств холоднокатаной стали.

  Потери холостого хода в магнитной системе, собранной из пластин холоднокатаной анизотропной стали со стержнями и ярмами с многоступенчатой формой сечения, без проштамповки отверстий в пластинах, с прессовкой и стяжкой ярм ярмовыми балками и стержней путем расклинивания с обмоткой определяется по формуле:

 

где: К_пд=1,1 [2, таб.12, с.28];

Р_с и Р_я – удельные потери в стали при расчетной индукции и частоте: принимаем Р_с=Р_я=1,95 Вт/кг, [1, таб.8,9, с.385]

 

Что на лучше заданной нормы.

Ток холостого хода зависит  от тех же факторов, что и потери, причем воздействие этих факторов на токе оказывается значительно больше.

Намагничивающая мощность при холостом ходе для трехфазной магнитной системы, собранной из отожженных пластин холоднокатаной анизотропной стали, со стержнями и ярмами, с многоступенчатой формой сечения без проштамповки отверстий в пластинах, с прессовкой и стяжкой ярм ярмовыми балками и стержней путем расклинивания с обмоткой, при косых стыках на среднем стержне (2 стыка) определяются:

 

где: К_т=4-4,4 для медных обмоток;

q – удельная намагничивающая мощность, [2, таб.14, с.29];

 

– Определим полный ток  холостого хода:

 

 

 

,

 

что на

хуже заданного.

 

 

 

 

Литература:

 

 

 

1.П.М.Тихомиров “Расчет  трансформаторов”, – М.:Энергоатомиздат, 1986.-528с.

 

2.Г.Г.Угаров, А.Ф.Катаев  “Расчет трехфазного трансформатора”, Саратов – 2005г. – 34с.

 

3.А.И.Гончарук “Расчет  и конструирование трансформаторов”, – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 256с.

 

4.Электротехнический  справочник, Т-2, Электротехнические  устройства/Под общ. ред. проф. МЭИ В.Г.Герасимова, – М.: Энергоиздат, 1981. – 640.