Расчет обмоток трансформатора

Рисунок 1 – Схема шихтовки магнитопровода

Поперечное сечение магнитопровода представляет собой ступенчатую фигуру, число ступеней которой зависит от мощности трансформатора. Для трансформатора ТМ-1600/10 получим: число ступеней равно 7; коэффициент заполнения круга k_кр = 0.9. Коэффициент k_кр определяет отношение площади ступенчатой фигуры стержня в сечении к площади круга с диаметром d, который ориентировочно должен быть равен d = 0,28…0,30 м.

Наличие изоляции между листами магнитопровода учитывается коэффициентом заполнения k_з, значение которого для рулонной стали толщиной 0,00035 м с двухсторонним жаростойким покрытием керамическими или оксидными плёнками можно принять k_з= 0,95.

Далее определяем общий коэффициент заполнения сталью круга k_с по следующей формуле:

; (5)

k_c =0,9×0,95 = 0,855.

Далее, исходя из полной мощности, определяем коэффициент усиления ярма k_я = 1,02, который зависит от способа прессовки ярма и формы его сечения. Прессовка ярма осуществляется балками, стянутыми полубандажами.

1.5 Выбор и определение индукций в стержне и ярме магнитопровода

Рекомендуемое значение индукции В_с в стержнях масляных трансформаторов при марке стали 3414 зависит, от мощности трансформатора S_н = 1600 кВА. Принимаем В_с = 1,65 и определяем индукцию в ярме В_я по формуле:

; (6)

.

1.6 Выбор конструкции и определение размеров основных изоляционных промежутков главной изоляции обмоток

Подробная конструкция главной изоляции обмоток масляного трансформатора для класса напряжения 10 кВ и испытательного напряжения U_исп= 35 кВ изображена на рисунке 2.

Рисунок 2 – Главная изоляция обмотки ВН (штриховыми линиями

показаны возможные пути разряда, определяющие размеры l_ц)

На рисунке 2 введены следующие обозначения: l_ц1 и l_ц2 – выступы цилиндров (из электроизоляционного картона) за высоту обмоток НН и ВН; – толщина шайб и подкладок из электроизоляционного картона, установленных при испытательном напряжении 35 кВ; , – толщина изолирующих цилиндров между обмоткой НН и стержнем и между обмотками НН и ВН; – толщина между фазовой перегородки (между обмотками ВН разных фаз) выполняют из электроизоляционного картона; а₁ и а₂ – радиальные размеры обмоток; а₁₂ и а₂₂ – допустимые изоляционные размеры между обмотками; а₀₁ – расстояние от обмотки до изоляционной части.

Все вышеприведенные размеры выбираем, в зависимости от мощности трансформатора и испытательного напряжения. Сведём их в таблицу 1.

Таблица 1 – Минимальные изоляционные расстояния обмоток ВН и НН

В метрах

d01	ац1	а01	lц1	l02
0,004	0,006	0,015	0,025	0,050

Продолжение таблицы

а12	d12	d22	lц2	а22	dш
0,020	0,004	–	0,02	0,018	–

Однако расстояние от верхнего ярма l₀₂`` принимают увеличенным против l₀₂ на величину 0,045 м для трансформаторов с мощностью S_н = 1000…6300 кВА

.

А расстояние от нижнего ярма l₀₂`, в этом случае принимаем равным

.

1.7 Выбор коэффициента и определение главных размеров

трансформатора

Значение выбираем исходя из полной мощности трансформатора, материала обмоток и значения напряжения высокой стороны. Принимаем =1,45.

После выбора коэффициента приступаем к определению ориентировочного значения диаметра стержня d, м.

, (7)

где S_н` - мощность обмоток одного стержня трансформатора, ВА;

,

где с – число активных стержней, с = m = 3;

k_р – коэффициент привидения идеального поля рассеяния к реальному

полю, принимаем k_р = 0,95;

а_р – ширина приведенного канала рассеяния трансформатора, м.

Согласно [1]

, (8)

где k – коэффициент, зависящий от мощности трансформатора, напряжения ВН. Принимаем k = 0,00093·1,25 = 0,0011625.

Итак,

.

Ориентировочное значение диаметра стержня

.

Рассчитав диаметр стержня d = 0,259 м, округлим его до ближайшего нормализованного диаметра d_н = 0,26 м и уточним _н

.

Теперь определим главный размер трансформатора – средний диаметр канала между обмотками d₁₂

d₁₂ = d_н + 2а₀₁ + 2а₁ + а₁₂, (9)

где а₀₁ – расстояние от обмотки до изоляционной части, м;

а₁ – радиальный размер обмотки НН, м;

а₁₂ – допустимые изоляционные размеры между обмотками, м.

где k₁ – коэффициент, для трансформаторов мощностью S = 1600 кВА принимаем k₁=1,4.

.

Высоту обмоток трансформатора l будем определять по формуле

. (10)

Расчет обмоток трансформатора

2.1 Выбор типа обмоток ВН и НН

Выбор типа обмоток трансформатора производится с учетом эксплуатационных и производственных требований, предъявляемых к трансформаторам. Предварительно следует определить следующие величины.

ЭДС витка, В, согласно [1]

U_В = 4,44×f×B_C×П_С, (11)

где f – промышленная частота, f = 50 Гц;

П_С – площадь активного сечения стержня, м².

П_С, в случае масляных трансформаторов, определяется по следующей формуле

, (12)

где k_З – коэффициент заполнения, k_З = 0,95;

П_фс – площадь сечения фигуры стержня, принимаем равной

Исходя из номинального диаметра d_н выбираем площадь фигуры ярма.

Итак,

Средняя плотность тока в обмотках определяется из условия получения заданных потерь короткого замыкания (для алюминия), А/м²

, (13)

где Р_к – мощность короткого замыкания, Вт;

S_н – номинальная мощность, ВА;

k_д – коэффициент, определяющий долю электрических потерь в обмотке от потерь короткого замыкания. Выбирается исходя из мощности трансформатора k_д = 0,9.

Итак,

.

Во избежание грубых ошибок расчетное значение сравним с табличным, которое составляет А/м².

Далее определяем площади сечения витков обмоток НН и ВН, м².

Площадь сечения витков обмотки НН

.

Площадь сечения витков обмотки ВН

.

Исходя из выше представленных расчетов, выбираем тип обмоток. Для обмоток ВН выбираем непрерывную катушечную обмотку, для НН винтовую.

2.2 Расчет обмотки НН

Винтовая обмотка.

Эту обмотку применяют как обмотку НН в трансформаторах мощностью 100кВА и выше при больших токах (600…800А). Сечение каждого витка состоит нескольких параллельных проводов прямоугольного сечения в количестве от 6 до 100 штук. Провода располагаются плашмя в радиальном направлении.

Винтовая обмотка может выполняться одним пучком одинаковых параллельных проводов (одноходовая) либо несколькими пучками проводов (многоходовая обмотка).

Винтовую обмотку наматывают на жесткий бумажно-бакелитовый изоляционный цилиндр. Предварительно на цилиндр накладывают рейки из древесины или склеенных полосок электрокартона. Рейки образуют вертикальные каналы.

Горизонтальные каналы между витками (катушками) образуют прокладками из нескольких листов спрессованного электрокартона толщиной м. Ширину прокладки проверяют в дальнейшем по механической прочности, а затем по этой ширине устанавливают ширину реек. Длину прокладки внутренней обмотки (обмотки НН) выбирают до расположенного снаружи изоляционного цилиндра, служащего основанием для обмотки НН, причем углы прокладок, упирающихся в данный цилиндр, необходимо скруглять. В трансформаторах большей мощности применяется дополнительное крепление прокладок при помощи наружных реек. Эта «прошивка» наружных концов прокладок препятствует их смещению в горизонтальной плоскости и повышает стойкость обмоток по отношению к механическим усилиям при коротком замыкании. Кроме того, в этих трансформаторах для уменьшения осевых сдвигающих усилий при отключении регулировочных витков (катушек) обмотки ВН необходимо выполнить разгон витков (катушек) обмотки РР в зоне регулирования (в середине обмотки) увеличением двух-трех горизонтальных каналов до 0,015…0,02м. Разгон необходимо учитывать при определении высоты обмотки.

Число витков в обмотке

; (14)

.

Принимаем W₁ = 21

ЭДС одного витка

; (15)

.

Осевой размер охлаждающего канала

l₁ = l.

Число ходов

n_ход = 2.

Высота витка

(16)

.

Высота провода с изоляцией

b^’ = 0,5(h_B1 – h_k1);

.

Количество параллельных проводов

;

П₁ = 8,947·10^-4 м².

Площадь сечения параллельного провода

. (17)

Принимаем П₁ = 34,9×10^{-6 м2}, b = 14,5·10^{-3 м, а = 2,44}×10^-3 м.

Высота провода

b^’ = b + 0,5×10^-3;

;

a^’ = a + 0,5×10^-3;

a^’ = 2,44×10^-3 + 0,5×10^-3 = 2,94×10^-3 м.

Марка провода

АПБ

Радиальный размер обмотки:

; (18)

.

Осевой размер обмотки с каналами между всеми катушками:

l₁ = 2 b^’ (W₁ +1) + k_y [h_k1 (2 W₁ + 1 – n_раз) + n_раз × h_k.раз.], (19)

где - число разгонов катушек;

- коэффициент, учитывающий усадку между катушечных прокладок;

- осевой размер масляного охлаждающего канала между витками;

- высота канала в местах разгона.

l₁ = 2× 0,015(21+1)+0,94(0,005(2× 21+1 – 3)+3× 0,015 = 0,89 м.

Площадь сечения витка:

П₁ = П₁^’×n_np1;

П₁ = 3,441×10^-5×26 = 9,074×10^{-4 м2}.

Плотность тока в обмотке:

; (20)

.

Плотность теплового потока для обмотки из алюминиевого провода:

, (21)

где k=0,75- коэффициент закрытия обмотки

n-число проводников обмотки в радиальном направлении:

;

.

-число проводников обмотки в осевом направлении:

.

=0,95- коэффициент приведения поля рассеяния

;

-коэффициент добавочных потерь:

;

.

таким образом:

.

Внутренний диаметр обмотки:

; .

Наружный диаметр обмотки:

; .

Средний диаметр витка обмотки:

; .

2.3 Расчет обмотки ВН

Расчет начнём с определения высоты провода с изоляцией

b = b` - 0,0005 = 0,008 - 0,0005 = 0,0075 м.

b^’ определяем из графика, b^’ = 0,008 м

Рисунок 3 – Процесс намотки непрерывной катушечной обмотки

Далее находим предварительное полное число катушек n_кат2 для случая, когда каналы выполнены между всеми катушками

, (22)

где l₂ – высота обмотки, l₂ = l₁, м;

h_k2 – высота горизонтальных каналов, принимаем h_k2 = 0,005 м;

Рассчитаем

.

Примем n_КАТ2 = 66.

Далее рассчитываем число витков W_н2, соответствующее номинальному напряжению U_ф2

. (23)

Итак,

.

примем W_H2 = 617 витков.

Определяем число регулировочных витков W_p на одну ступень регулирования напряжения W_Р = 0,025×W_Н2 = 0,025×617 = 15,425

примем W_Р = 16 витка.

Выбираем число регулировочных катушек n_рег = 8.

Находим число основных катушек по формуле

n_ОСН2 = n_КАТ2 – n_РЕГ = 66 – 8 = 58 катушек.

Определяем количество витков в основных катушках

W_ОСН2 = W_Н2 – 2×W_Р = 617 – 2×16 = 585 витка.

Определяем число витков в одной катушке

.

принимаем W_кат2 = 10.

Производим распределение витков по катушкам:

Получаем следующее распределение витков по катушкам:

32 катушек основных по 9 витков = 288;

28 катушек основных по 10 витков = 280;

8 катушек регулировочных по 8 витков = 64.

Всего 68 катушки. W₂ = 632 витка.

Далее уточняем площадь одного витка

, (24)

где П₂ – площадь сечения 1 витка, м²;

- плотность тока, А/м²;

,

где - плотность тока, А/м²;

Итак,

D₂ = 2×1,75×10⁶ – 1,725×10⁶ = 1,775×10⁶ А/м²;

.

Далее подбираем размеры провода в зависимости от площади сечения витка П₂ = 3,005·10^-5 и по осевому размеру провода b = 0,0075 м согласно сортаменту обмоточного провода. Не удается подобрать провод. Значит принимаем количество параллельных проводов n_пр2 = 2 и находим сечение параллельного провода П₂` по формуле

.

Выбираем по таблице из [1] в зависимости от П₂`(по ГОСТу примем П<sub>2</sub>`=15,4·10 ^–6 м²) размер провода, а = 1,95·10 ^–3 м, b₂ = 8×10^{-3 м}.

Далее определяем высоту обмотки с каналами между всеми катушками согласно [1]

, (25)

где n_кат2 – полное количество катушек после распределения;

h_kp – высота канала в месте разрыва обмотки, принимаем h_kр = 0,002.

Рассчитаем

.

Определяем радиальный размер обмотки а₂

, (26)

где a` – размер провода с изоляцией,

a` = a + 0,0005 = 1,95·10^-3 + 0,0005 = 2,45·10^-3 м.

W_KAT2 – наибольшее число витков в основных катушках, W_KAT2 = 10.

Итак,

a₂ =2,45·10^-3 ·2·10 = 0,049 м.

Определяем плотность теплового потока для обмотки из алюминиевого провода по формуле из [1]

, (27)

где W_кат – число витков в одной основной катушке;

k – коэффициент, принимаем k = 0,75;

k_д2 – коэффициент увеличения основных электромагнитных потерь обмотки;

,

где n – число проводников обмотки в радиальном направлении, который равен

n = W_кат2·n_пр = 10·2 = 20.

а – радиальный размер одного провода, а = 1,95·10^-3 м.

– коэффициент, характеризующий заполнение обмотки проводниковым материалом;

.

Итак,

k_д2 = 1+3,7·10⁶·20²·(1,95·10^-3)⁴·0,551² = 1,006;

.

Внутренний диаметр обмотки

0,29 + 2·0,02= 0,406 м.

Дата добавления: 2015-08-18