|
D0
|
δ0
|
δ12
|
δ1
|
δ2
|
l0
|
l1=l2
|
lc
|
Вариант
с медными обмотками
|
18,8
|
0,6
|
1,3
|
1,8
|
3
|
3
|
38,2
|
44,2
|
Вариант
с алюминиевыми обмотками
|
17
|
0,6
|
1,3
|
2,7
|
4
|
3
|
70
|
76
|
. Высота окна сердечника
см.
. Отношение высоты окна сердечника к
диаметру стержня сердечника
.
Расчет обмоток трансформатора
. Уточнение средней плотности тока в
обмотках
А/мм2.
. Предварительная удельная тепловая
загрузка поверхности обмотки 1 q1=1300 Вт/м2;
Предварительная удельная тепловая
загрузка поверхности обмотки 2 q2=1000 Вт/м2.
Расчет цилиндрической обмотки 1 из
провода прямоугольного сечения
. Предварительная плотность тока в
обмотке 1
А/мм2;
Площадь поперечного сечения провода
обмотки 1
мм2.
. Число слоев nв1=2;
Число витков в слое
витков;
Предварительная высота витка вдоль стержня
сердечника
см;
Число цилиндрических поверхностей
охлаждения обмотки
принимаем .
. Окончательно по Приложению 1
принимаются следующие размеры провода
мм
намотка на «ребро»;
Число параллельных проводов ;
Площадь поперечного сечения провода
мм2;
Плотность тока в обмотке 1
А/мм2;
Толщина витка вдоль стержня
сердечника
см;
Удельная тепловая загрузка
поверхности обмотки 1
Вт/м2;
Радиальная толщина витка
см.
. Высота обмотки 1 вдоль стержня
сердечника
см;
Радиальная толщина вертикального
канала между двумя слоями обмотки 1 ак=0,5 см;
Радиальная толщина обмотки 1
см.
. Средний диаметр обмотки 1
см;
Средняя длина витка обмотки 1
см;
Вес металла обмотки 1
кг,
где - удельный вес обмоточного провода.
. Потери в обмотке 1 без учета
добавочных потерь
Вт;
Сумма толщин всех проводов без
изоляции обмотки 1 вдоль стержня
см;
Полное число проводов обмотки 1
вдоль радиуса
;
Коэффициент увеличения потерь в
обмотке 1 от поверхностного эффекта
;
Потери в обмотке 1 с учетом
добавочных потерь
Вт.
Расчет многослойной цилиндрической
обмотки 2 из провода круглого сечения
. Плотность тока в обмотке 2
А/мм2;
Площадь поперечного сечения провода
обмотки 2
мм2.
. Число параллельных проводов в
обмотке 2 ;
Диаметр голого и изолированного
провода (Приложение 2)
мм;
Марка изоляции провода - ПБ;
Площадь поперечного сечения провода
обмотки 2
мм2;
Плотность тока в обмотке 2
А/мм2;
Расчетный диаметр изолированного
провода обмотки 2
см;
Толщина витка вдоль стержня
сердечника
см;
Число витков в одном слое обмотки
Число слоев обмотки 2
,
что нежелательно; принимаем ;
Окончательное число витков в слое
,
т.е. 5 слоев по 140 витков и 1 слой
из 136 витков, т.е. всего витков;
Рабочее напряжение между двумя
слоями
В;
Толщина междуслойной изоляции
δмсл=0,036 см;
Выступ междуслойной изоляции на
торцах обмотки 2 равен 1,6 см;
Число цилиндрических поверхностей
охлаждения обмотки 2 на стержень сердечника
принимаем ;
Удельная тепловая загрузка
поверхности обмотки 2
Вт/м2.
. Вариант исполнения обмотки 2
показан на рисунке 4;
Рисунок 4 Исполнение многослойной
цилиндрической обмотки из круглого провода с каналом между внутренней катушкой
и изоляционным цилиндром
Число слоев и витков в слое во
внутренней катушке - 3 слоя по 140 витков в слое;
Число слоев и витков в слое в
наружной катушке - 2 слоя по140 витков и 1 слой из 136 витков;
Радиальная ширина вертикального
канала между двумя концентрическими катушками обмотки 2 ак2=0,5 см;
Радиальная толщина обмотки 2
см;
Высота обмотки 2
см.
Примечание: Обмотку 1 разогнать до
высоты см.
. Уточнение приведенного расстояния
см,
Здесь - приведенное расстояние между
обмотками из позиции 8,см;
- высота обмоток из позиции 9, см.
Уточнение действительного расстояния
между обмотками 1 и 2
см;
Эскиз расположения обмоток 1 и 2 в
окне трансформатора представлен на рисунке 5.
25. Средний диаметр обмотки 2
см;
Средняя длина витка обмотки 2
см;
Рисунок 5 Окончательный эскиз расположения
обмоток в окне трехфазного трансформатора 320 кВА, 10/0,525 кВ, 50 Гц, с
медными обмотками
Вес металла обмотки 2
кг.
. Потери в обмотке 2 без учета добавочных потерь
Вт;
Коэффициент увеличения потерь в
обмотке 2 от поверхностного эффекта
;
Потери в обмотке 2 с учетом
добавочных потерь
Вт.
Параметры и относительное изменение
напряжения трансформатора
. Потери короткого замыкания
Вт,
т.е. на 2 % больше заданного, что
допустимо.
. Активная составляющая напряжения короткого
замыкания
%;
Приведенное расстояние между
обмотками
см;
Коэффициент, учитывающий переход от
средней линии магнитных силовых линий потоков рассеяния к высоте обмоток
;
Средняя длина витка обмоток 1 и 2
см;
Индуктивная составляющая напряжения
короткого замыкания
%;
Напряжение короткого замыкания
%,
т.е. совпадает с заданным.
. Активное сопротивление обмотки 1
Ом;
Активное сопротивление обмотки 2
Ом;
Активная составляющая сопротивления
короткого замыкания, приведенная к числу витков обмотки 1
Ом;
Индуктивная составляющая
сопротивления короткого замыкания, приведенная к числу витков обмотки 1
Ом;
. Процентное изменение напряжения
при номинальной нагрузке (β= 1) и cos φ = 0,8
%.
Механические силы в обмотках при
коротком замыкании
. Установившийся ток к. з. в
обмотках
А;
А;
Максимальное значение тока к. з. в
обмотке 2
А;
Суммарная радиальная сила при к.з.
кг;
Разрывающее напряжение в проводе
обмотки 2
кг/см2,
что допустимо.
Расчет магнитной системы
трансформатора
. Принимаем: запрессовка стержней
сердечника выполнена клиньями между сердечником и обмоткой 1; сердечник без
каналов;
Ширина пакетов стержней сердечника:
см;
см;
см;
см;
см;
см;
Толщина пакетов стержня сердечника
(в сердечнике нет каналов):
см;
см;
см;
см;
см;
см;
Площадь поперечного сечения
ступенчатой фигуры стержня сердечника
см;
Площадь поперечного сечения стали
стержня сердечника
см2;
Магнитная индукция в стали стержня
сердечника
Тл.
. Коэффициент увеличения площади
поперечного сечения стали ярмая=1,05;
Поперечное сечение стали ярма
см2;
Магнитная индукция в стали ярма
Тл;
Высота ярма сердечника
см;
Толщина ярма перпендикулярно листам
стали
см.
34. Наружный диаметр обмотки 2
см;
Расстояние между осями стержней
сердечника
см;
Длина ярма сердечника
см;
Рисунок 6 Эскиз магнитной системы трансформатора
Длина стержней сердечника
см.
35. Вес стали стержней сердечника
кг;
кг;
Полный вес стали сердечника
кг.
. Вес металла обмоток
кг;
Отношение веса стали к весу металла
обмоток
. Потери в стали стержней сердечника
Вт;
Потери в стали ярем сердечника
Вт;
Полные потери в стали сердечника
(потери холостого хода)
Вт,
т.е. на 12% меньше заданного, что
допустимо.
. Сборка сердечника - впереплет;
Число зазоров в сердечнике крайней
фазы с магнитной индукцией Вс
;
Число зазоров в сердечнике крайней
фазы с магнитной индукцией Вя
;
Амплитуда намагничивающего тока
крайней фазы обмотки 1
А;
Число зазоров в сердечнике средней
фазы с магнитной индукцией Вс
;
Число зазоров в сердечнике средней
фазы с магнитной индукцией Вя
;
Амплитуда намагничивающего тока
средней фазы обмотки 1
А;
Среднее значение амплитуды
намагничивающего тока для трех фаз
А.
. Реактивная составляющая фазного
тока холостого хода обмотки 1
А.
. Реактивная составляющая фазного
тока холостого хода по упрощенному методу расчета
А;
Реактивная составляющая линейного
тока холостого хода по упрощенному методу расчета
А.
. Активная составляющая фазного тока
холостого кода обмотки 1
А;
Фазный ток холостого хода
А;
Линейный ток холостого хода обмотки
1
А;
Линейный ток холостого хода в
процентах от номинального тока
%,
т.е. на 30 % меньше заданной величины,
что допустимо.
Коэффициент полезного действия
. Коэффициент полезного действия при
номинальной нагрузке и cosφ2 = 0,8
%;
Кратность тока нагрузки, при которой
коэффициент полезного действия максимальный
;
Максимальное значение КПД при cos φ2 = 0,8
%.
II.
Определение основных размеров трансформатора (Вариант II)
. Металл провода обмоток - алюминий;
Марка стали сердечника - 1212;
Толщина листов стали - 0,5 мм;
Удельные потери в стали р10=
1,6 Вт/кг;
Магнитная индукция в стержнях Вс=1,4
Тл;
Средняя плотность тока в обмотках j = 2 А/мм2;
Отношение веса стали к весу металла
обмоток
.
. ЭДС на один виток
В/виток.
. Число витков в обмотке 1
витков;
Число витков в обмотке 2
витков;
Уточненное значение ЭДС на виток
В/виток;
Площадь поперечного сечения стали
стержня сердечника
см2;
Число ступеней стержня сердечника
n=6;
Число каналов в сердечнике -
сердечник без каналов;
Коэффициент заполнения площади
описанного круга площадью ступенчатой фигуры kкр=0,875;
Изоляция стали - бумага;
Коэффициент заполнения ступенчатой
фигуры сталью fс=0,92;
Диаметр круга, описанного вокруг
стержня сердечника
см.
. Номинальная мощность обмотки 1 на
стержень сердечника
кВА;
Номинальное напряжение обмотки 1 на
стержень сердечника
В;
Номинальный ток обмотки 1 на
стержень сердечника
А;
Число витков обмотки 1 на стержень
сердечника
витков;
Предварительная площадь поперечного
сечения провода обмотки 1
мм2;
Тип обмотки 1 - цилиндрическая
двухслойная из провода прямоугольного сечения;
Номинальная мощность обмотки 2 на
стержень сердечника
кВА;
Номинальное напряжение обмотки 2 на
стержень В;
Номинальный ток обмотки 2 А;
Число витков обмотки 2 на стержень витков;
Предварительная площадь поперечного
сечения провода обмотки 2
мм2;
Тип обмотки 2 - многослойная
цилиндрическая из провода круглого сечения.
. Испытательное напряжение обмотки 1
кВ;
Испытательное напряжение обмотки 2 кВ;
Изоляционный цилиндр между обмоткой
1 и сердечником δцо не
предусматривается;
Полное расстояние между обмоткой 1 и
стержнем сердечника δо=0,6 см;
Расстояние между обмоткой и ярмом lо=3 см;
Толщина изоляционного цилиндра в
промежутке между обмотками 1 и 2 δц12=0,3 см;
Толщина каждого из двух вертикальных
каналов ак12=0,5 см;
Полное расстояние между обмотками 1
и 2
δ12=2ак12+δц12=2.0,5+0,3=1,3
см;
Предварительная радиальная толщина
обмотки 1 δ2=2,7 см;
Предварительная радиальная толщина
обмотки 2 δ1=4 см;
Предварительное приведенное
расстояние между обмотками
см.
. Средний диаметр обмотки 1
см;
Средний диаметр обмотки 2
см;
Средняя длина витка обмоток
см.
. Активная составляющая напряжения
короткого замыкания
;
Индуктивная составляющая напряжения
короткого замыкания
;
Высота обмоток по оси стержня
сердечника
см;
Предварительный эскиз расположения
обмоток в окне трансформатора представлен на рисунке 1.
. Высота окна сердечника
см.
. Отношение высоты окна сердечника к
диаметру стержня сердечника
.
Расчет обмоток трансформатора
. Уточнение средней плотности тока в
обмотках
А/мм2.
. Предварительная удельная тепловая
загрузка поверхности обмотки 1 q1=700 Вт/м2;
Предварительная удельная тепловая
загрузка поверхности обмотки 2 q2=500 Вт/м2.
Расчет цилиндрической обмотки 1 из
провода прямоугольного сечения
. Предварительная плотность тока в
обмотке 1
А/мм2;
Площадь поперечного сечения провода
обмотки 1
мм2.
. Число слоев nв1=2;
Число витков в слое
витков;
Предварительная высота витка вдоль
стержня сердечника
см;
Число цилиндрических поверхностей
охлаждения обмотки
принимаем .
. Окончательно по Приложению 1
принимаются следующие размеры провода
мм
намотка на «ребро»;
Число параллельных проводов ;
Площадь поперечного сечения провода
мм2;
Плотность тока в обмотке 1
А/мм2;
Толщина витка вдоль стержня
сердечника
см;
Удельная тепловая загрузка
поверхности обмотки 1
Вт/м2;
Радиальная толщина витка
см.
. Высота обмотки 1 вдоль стержня
сердечника
см;
Радиальная толщина вертикального
канала между двумя слоями обмотки 1 ак=0,6 см;
Радиальная толщина обмотки 1
см.
. Средний диаметр обмотки 1
см;
Средняя длина витка обмотки 1
см;
Вес металла обмотки 1
кг,
где - удельный вес обмоточного провода.
. Потери в обмотке 1 без учета
добавочных потерь
Вт;
Сумма толщин всех проводов без
изоляции обмотки 1 вдоль стержня
см;
Полное число проводов обмотки 1
вдоль радиуса ;
Коэффициент увеличения потерь в
обмотке 1 от поверхностного эффекта
;
Потери в обмотке 1 с учетом
добавочных потерь
Вт.
Расчет многослойной цилиндрической
обмотки 2 из провода круглого сечения
. Плотность тока в обмотке 2
А/мм2;
Площадь поперечного сечения провода
обмотки 2
мм2.
. Число параллельных проводов в
обмотке 2 ;
Диаметр голого и изолированного
провода (Приложение 2)
мм;
Марка изоляции провода - ПБ;
Площадь поперечного сечения провода
обмотки 2
мм2;
Плотность тока в обмотке 2
А/мм2;
Расчетный диаметр изолированного
провода обмотки 2
см;
Толщина витка вдоль стержня
сердечника
см;
Число витков в одном слое обмотки
Число слоев обмотки 2
,
что нежелательно; принимаем ;
Окончательное число витков в слое ,
т.е. 9 слоев по 119 витков и 1 слой
из 68 витков, т.е. всего
витков;
Рабочее напряжение между двумя
слоями
В;
Толщина междуслойной изоляции δмсл=0,036 см;
Выступ междуслойной изоляции на
торцах обмотки 2 равен 1,6 см;
Число цилиндрических поверхностей
охлаждения обмотки 2 на стержень сердечника
;
Принимаем
Удельная тепловая загрузка
поверхности обмотки 2
Вт/м2.
. Вариант исполнения обмотки 2
показан на рисунке 2;
Число слоев и витков в слое во
внутренней катушке - 4 слоя по 119 витков в слое;
Число слоев и витков в слое в
наружной катушке - 4 слоя по 119 витков и 1 слой из 68 витков;
Радиальная ширина вертикального
канала между двумя концентрическими катушками обмотки 2 ак2=0,7 см;
Радиальная толщина обмотки 2
см;
Высота обмотки 2
см.
. Уточнение приведенного расстояния
см,
Здесь - приведенное расстояние между
обмотками из позиции 8,см;
- высота обмоток из позиции 9, см.
Уточнение действительного расстояния
между обмотками 1 и 2
см;
. Средний диаметр обмотки 2
см;
Средняя длина витка обмотки 2
см;
Вес металла обмотки 2
кг.
. Потери в обмотке 2 без учета
добавочных потерь
Вт;
Коэффициент увеличения потерь в
обмотке 2 от поверхностного эффекта
;
Потери в обмотке 2 с учетом
добавочных потерь
Вт.
Параметры и относительное изменение
напряжения трансформатора
. Потери короткого замыкания
Вт,
т.е. на 2 % больше заданного, что
допустимо.
. Активная составляющая напряжения
короткого замыкания
%;
Приведенное расстояние между
обмотками
см;
Коэффициент, учитывающий переход от
средней линии магнитных силовых линий потоков рассеяния к высоте обмоток
;
Средняя длина витка обмоток 1 и 2
см;
Индуктивная составляющая напряжения
короткого замыкания
%;
Напряжение короткого замыкания
%,
т.е. на 1% меньше задания, что
допустимо.
. Активное сопротивление обмотки 1
Ом;
Активное сопротивление обмотки 2
Ом;
Активная составляющая сопротивления
короткого замыкания, приведенная к числу витков обмотки 1
Ом;
Индуктивная составляющая
сопротивления короткого замыкания, приведенная к числу витков обмотки 1
Ом;
. Процентное изменение напряжения
при номинальной нагрузке (β= 1) и cos φ = 0,8
%.
Механические силы в обмотках при
коротком замыкании
. Установившийся ток к. з. в
обмотках
А;
А;
Максимальное значение тока к. з. в
обмотке 2
А;b
Суммарная радиальная сила при к.з.
кг;
Разрывающее напряжение в проводе
обмотки 2
кг/см2,
что допустимо.
Расчет магнитной системы трансформатора
. Принимаем: запрессовка стержней
сердечника выполнена клиньями между сердечником и обмоткой 1; сердечник без
каналов;
Ширина пакетов стержней сердечника:
см;
см;
см;
см;
см;
см;
Толщина пакетов стержня сердечника
(в сердечнике нет каналов):
см;
см;
см;
см;
см;
см;
Площадь поперечного сечения
ступенчатой фигуры стержня сердечника
см2;
Площадь поперечного сечения стали
стержня сердечника
см2;
Магнитная индукция в стали стержня
сердечника
Тл.
. Коэффициент увеличения площади
поперечного сечения стали ярмая=1,05;
Поперечное сечение стали ярма
см2;
Магнитная индукция в стали ярма
Тл;
Высота ярма сердечника
см;
Толщина ярма перпендикулярно листам
стали
см.
. Наружный диаметр обмотки 2
см;
Расстояние между осями стержней
сердечника
см;
Длина ярма сердечника
см;
Длина стержней сердечника
см.
. Вес стали стержней сердечника
кг;
Вес стали ярем сердечника
кг;
Полный вес стали сердечника
кг.
32. Вес металла обмоток
кг;
Отношение веса стали к весу металла
обмоток
.
. Потери в стали стержней сердечника
Вт;
Потери в стали ярем сердечника
Вт;
Полные потери в стали сердечника
(потери холостого хода)
Вт,
т.е. на 8% меньше заданного, что
допустимо.
. Сборка сердечника - впереплет;
Число зазоров в сердечнике крайней
фазы с магнитной индукцией Вс
;
Число зазоров в сердечнике крайней
фазы с магнитной индукцией Вя
;
Амплитуда намагничивающего тока
крайней фазы обмотки 1
А;
Число зазоров в сердечнике средней
фазы с магнитной индукцией Вс
;
;
Амплитуда намагничивающего тока
средней фазы обмотки 1
А;
Среднее значение амплитуды
намагничивающего тока для трех фаз
А.
. Реактивная составляющая фазного
тока холостого хода обмотки 1
А.
. Реактивная составляющая фазного
тока холостого хода по упрощенному методу расчета
А;
Реактивная составляющая линейного
тока холостого хода по упрощенному методу расчета
А.
. Активная составляющая фазного тока
холостого кода обмотки 1
А;
Фазный ток холостого хода
А;
Линейный ток холостого хода обмотки
1
А;
Линейный ток холостого хода в
процентах от номинального тока
%,
т.е. на 26 % меньше заданной величины,
что допустимо.
Коэффициент полезного действия
. Коэффициент полезного действия при
номинальной нагрузке и cos φ2 = 0,8
%;
Кратность тока нагрузки, при которой
коэффициент полезного действия максимальный
;
Максимальное значение КПД при cos φ2 = 0,8
%.
обмотка провод магнитный
трансформатор
Библиографический список
1. Тихомиров П.М. Расчет
трансформаторов. - М.: Энергия , 1968. - 455 с.
2. Дружинин В.В. Магнитные
свойства электротехнической стали. - М.: ТЭИ, 1962. - 320 с.
. Сергеев П.С., Виноградов
Н.В., Горяинов Ф.А. Проектирование электрических машин. - М.: Энергия , 1969. -
632 с.
. Ермолин Н.П., Швец Г.Г.
Расчет силовых трансформаторов. Пособие по курсовому проектированию. -
Ленинград.: ЛЭТИ, 1964.