Определение весов активных материалов Вес магнитопровода.

Вес стержня:

G_ст = γ · m · F_ст · H · 10^-3 = 7,65 · 3 · 33,3 ·144,9 · 10^-3 = 110,7 кг,

где γ = 7,65 · 10^-3 · кг / см³ - удельный вес электротехнической стали;

m - число стержней магнитопровода;

F_ст, см² - сечение стержня;

Н, см - высота окна магнитопровода.

Вес прямой части ярма:

G_я.п = γ · 4 · F_я · MO · 10^-3 = 7,65 · 4 · 37,1 · 31,5 · 10^-3 = 35,8 кг,

где F_я., см² - сечение прямой части ярма;

МО, см - расстояние между осями стержней.

Вес угловой части ярма:

G_я.у = γ · 2 · [F_ст · h₂ + F'_ст · (h₁ - h₂)] · 10^-3 = 7,65 · 2 · [33,3·6 + 24· (7,5-

-6)]·10^-3 = 3,6 кг.

где F'_ст, см² - сечение двух средних пакетов стержня;

h₁, h₂, см, - ширина пластин среднего и крайнего пакета ярма соответственно.

Вес ярм:

G_я = G_я.п + G_я.у = 35,8 + 3,6 = 39,4 кг.

Общий вес электротехнической стали:

G_с = G_ст + G_я = 110,7 + 39,4 = 150,1 кг.

Вес обмоточного материала.

Обмотка НН:

Для обмотки выбран медный провод марки ПБ.

G_НН = m · γ · π · s_п · D_НН · w_НН · 10^-6 = 84 · 12,9 · 60 · 184 · 10^-6 = 12 кг,

где m · π · γ · 10^-6, кг/мм³ - удельный вес материала обмоток с учетом их числа m = 3;

D_НН = D - прессовка = 75- 15 = 60 мм - диаметр обмотки.

Обмотка ВН:

Для обмотки выбран медный провод марки ПБ.

G_ВН = m · γ · π · s_п · D_ВН · w_ВН · 10^-6 = 84 · 5,73 · 190 · 4830 · 10^-6 = 441,7 кг,

Где D_ВН = D+100+прессовка = 75+100+15 = 190 мм – диаметр обмотки.

Обмотка ВН для расчета потерь короткого замыкания:

G'_ВН = 84 · 5,73 · 190 · 4600 · 10^-6 = 420,7 кг.

Общий вес обмоточной меди:

G_м = G_НН + G_ВН = 12 + 441,7 = 453,7 кг.

Расчет основных характеристик Расчет потерь и тока холостого хода.

Потери холостого хода P_х трансформатора состоят главным образом из потерь в активной стали магнитопровода. Электрические потери в первичной обмотке, вызванные током холостого хода, относительно малы и ими пренебрегают.

Потери в конструкционных стальных деталях остова трансформатора и диэлектрические потери в изоляции, имеющие место при холостом ходе, не поддаются точному расчету, и они обычно учитываются коэффициентом добавочных потерь, определяемым опытным путем. Потери в стали состоят из потерь от перемагничивания (гистерезиса) и потерь от вихревых токов. Процентное соотношение этих потерь (бывает различно и зависит от марки применяемой электротехнической стали.

При расчете потерь в стали, а также при их измерении во время испытания трансформатора определяют общие потери в стали, не разделяя их по отдельным составляющим, так как в этом нет необходимости .

Потери в стали зависят от ее марки, толщины, частоты тока, индукции и веса. Значения удельных потерь, т.е. потерь на единицу веса, выражаемых в Вт/кг, нормированы ГОСТ 802—58. Однако в готовом трансформаторе на величину потерь в стали влияет еще целый ряд факторов, как-то: род изоляции пластин, применение отжига пластин после их обработки, качество сборки, конструкция магнитопровода и др. Точный учет влияния этих факторов не всегда возможен, поэтому при расчете пользуются кривыми или таблицами, составленными на основании испытания реальных конструкций магнитопроводов. К данным таблиц, взятым за основные, вносятся корректирующие поправки в виде коэффициентов, учитывающих конкретные особенности конструкций магнитопровода, а также и технологию его изготовления.

Значения удельных потерь и намагничивающей мощности стали взяты из табл. 4.1. Так как значение индукции в стержнях и ярмах обычно различаются между собой, то потери в стали определяются отдельно для стержней и ярм, и затем результаты складываются.

К полученному значению потерь в стали вносятся поправочный коэффициент добавочных потерь К_д, учитывающий неравномерное распределение индукции по сечению стержня и ярма, который может быть взят из табл. 4.2 [1]. При расчете потерь в магнитопроводе, собранном из пластин холоднокатаной стали обычной конструкции - с прямыми стыками, потери в углах магнитопровода увеличиваются. Это увеличение потерь происходит вследствие несовпадения направления магнитных линий и направления прокатки стали, и может быть учтено коэффициентом К_у = 1,5 для стали. На этот коэффициент умножается вес стали углов магнитопровода.

При холостом ходе трансформатора по его первичной обмотке течет ток холостого хода I_o. У идеального трансформатора (не имеющего потерь) это будет чисто намагничивающий ток, т.е. ток, создающий намагничивающую силу (ампер-витки), необходимую для образования в магнитопроводе главного магнитного потока Ф, сцепленного с обеими обмотками трансформатора. У реального трансформатора ток холостого хода состоит из реактивной (намагничивающий ток) и активной (компенсирующей потери холостого хода) составляющих.

Ток холостого хода и его составляющие обычно выражают в % от номинального тока.

Что касается намагничивающего тока I_op, то его величина при определенном значении индукции, так же как и потери холостого хода, зависит в первую очередь от сорта применяемой стали и конструкции магнитопровода.

Расчет намагничивающей мощности, потребляемой сталью магнитопровода, производится аналогично расчету потерь. Значения удельной намагничивающей мощности q берутся по таблице. Но так как главный магнитный поток Ф на своем пути должен проходить также через места стыков (зазоров) между пластинами, то на преодоление сопротивления стыков требуется дополнительная намагничивающая мощность, которая будет зависеть от конструкции магнитопровода - стыковой или шихтованный, величины зазора, схемы шихтовки и, разумеется, индукции. В отечественном трансформаторостроении применяются исключительно шихтованные магнитопроводы, поэтому в таблицах помещены значения удельной намагничивающей мощности на стык (зазор) (Вар/см²) именно для таких магнитопроводов. Число стыков для трехфазного магнитопровода будет n_ст = 3, n_я = 4 (рис. 4.2 [1]). У крупных трансформаторов, у которых пластины магнитопровода вследствие большой длины делаются составными, число стыков соответственно увеличивается. Значения удельной намагничивающей мощности могут быть взяты из табл. 4.1 [1]. К значению намагничивающего тока в магнитопроводе, собранного из пластин холоднокатаной стали с прямыми стыками, вносится поправочный коэффициент на увеличение намагничивающей мощности в углах магнитопровода аналогично тому, как это делается при расчете потерь в стали. Увеличение намагничивающей мощности вызывается снижением магнитной проницаемости холоднокатаной стали в тех частях магнитопровода, где направление магнитного потока не совпадает с направлением проката листов. Для индукции в пределах 1,5-1,7 Тл коэффициент увеличения намагничивающей мощности в углах магнитопровода равен примерно 3-3,5.

Потери холостого хода:

P_х = K_д · [p_ст · G_ст + p_я · (G_я.п + K_у · G_я.у)] = 1,02 · [1,85· 110,7 + 1,73 · (35,8 +0,114 ·3,6)] = 272,8 Вт,

где p_ст, p_я, Вт/кг - значения удельных потерь, взятые по табл. 4.1 [1] для определенных значений индукции;

G_ст, G_я.п, G_я.у, кг - вес стержней, прямых и угловых частей ярм;

К_д - коэффициент добавочных потерь;

К_у - добавочный коэффициент для углов магнитопровода.

Намагничивающий ток:

i_op = [q_ст · G_ст + q_я · G_я + n_ст · q_з.ст · F_ст + n_я · q_з.я · F_я] / [10 · S] = [22· 110,7 + 17,4· 39,4 + 3 · 3,49· 33,3 + 4 · 3,1·37,1] / [10 · 40000] = 0,98%,

где q_ст и q_я, Вар/кг - удельные намагничивающие мощности для стержней и ярм;

G_ст и G_я, кг - вес стержней и ярм;

n_ст и n_я - число стыков по сечениям стержня и ярма;

q_з.ст и q_з.я, Вар/см², - удельные намагничивающие мощности на один стык;

F_ст и F_я, см², - сечения стержня и ярм (без учета коэффициента заполнения).

Активная составляющая тока холостого хода:

i_oа = P_х / (10 · S) = 272,8/ (10 · 40000) = 0,07 %.

где P_х, Вт - потери холостого хода;

S, кВА - мощность трансформатора.

Ток холостого хода:

i_o = √(i_op² + i_oa²) = √ (0,98² + 0,07²) = 0,98%.