1 Расчет основных параметров

1.1 Расчет основных электрических величин

1.1.1 Мощность одной фазы и одного стержня (3.1)

,

где с – число активных стержней трансформатора.

1.1.2 Номинальный (линейный) ток (3.3)

ВН ;

НН .

1.1.3 Фазные токи обмоток при соединении Д/У_н – 11 равны (3.6)

ВН I_ф2=I_вн=2,1 А;

НН I_ф1=I_нн=52,7 А.

т.к .обмотки соединенные по схеме Д/У_н то линейные токи равны фазным

1.1.4 Фазные напряжения при соединении Д/У_н – 11 равны (3.7)

BН U_ф1=U=10000 В;

НН U_ф1= =В.

1.1.5 Испытательные напряжения в соответствии с таблицей 4.1

ВН U_исп=10000 В;

НН U_исп=400 В.

1.1.6 Определяем активную составляющую напряжения к.з. (3.9)

=%.

1.1.7 Реактивная составляющая при заданном напряжении к.з. (3.10)

=4,02 %.

1.2 Расчет основных параметров трансформатора

1.2.1 Выбор схемы конструкции и технологии изготовления магнитной системы.

Для разработки трансформатора согласно указаниям § 2.1 выбираем трехфазную стержневую шихтованную магнитную систему с косыми стыками на крайних стержнях и прямыми стыками на среднем стержне. Прессовка стержней производится расклиниванием с обмоткой (рис. 2.2). Сечение стержня без каналов, число ступеней стержня (таблица 2.5) равно шести.

Прессовку ярм осуществить при помощи стальных ярмовых балок (рис. 2.3) стянутых шпильками вынесенными за пределы ярма. Применим вертикальные шпильки для стяжки ярмовых балок.

1.2.2 Выбор марки и толщины листов стали и типа изоляции пластин, индукции в магнитной системе.

Материалом для магнитной системы силового трансформатора служит электротехническая холоднокатаная текстурованная рулонная сталь марки 3404, толщиной 0,35 мм, удельное электрическое сопротивление 0,5 кОм·м , плотность 7660 кг/м³. Используем сталь с нагревостойким электроизоляционным покрытием с толщиной на одной стороне не более 5 мкм, нейтральным по отношению к трансформаторному маслу при 105˚С и маслостойким при 150˚С сохраняющим электроизоляционные свойства после нагрева до 800˚С в течении 3 часов в нейтральной атмосфере или после выдержки при температуре 820±10˚С в течении 8 минут на воздухе. Магнитная индукция в стержне трансформатора (таблица 2.4) В=1,62 Тл

1.2.3 Предварительный выбор конструкции обмоток.

Расположение обмотки на стержне трансформатора концентрическое. По форме обмотки выполняются в виде круговых цилиндров в поперечном сечении имеют форму кольца (круглое).

1.2.4 Выбор конструкции и определение размеров оси изоляционных промежутков главной изоляции обмоток.

Для испытательного напряжения ВН: U_исп=10 кВ по таблице 4.5

а₁₂=9 мм; l₀₂=10 мм; а₂₂=8 мм; ℓ_ц2=15 мм; б₁₂=3 мм;

Для испытательного напряжения НН: U_исп=5 кВ по таблице 4.4

а₀₁=4 мм; ℓ₀₁=15 мм; б₀₁=2х0,5 (картон).

1.3 Предварительный расчет трансформатора и выбор соотношения основных размеров β с учетом заданных значений U_k, Р_к, Р_х.

1. Суммарный приведенный радиальный размер обмотки

(а₁+а₂)/3≈·=0,79··10^-2=0,017 м,

где к=0,79 по таблице 3.3.

1.3.2 Ширина приведенного канала рассеяния

а_р=а₁₂+(а₁+а₂)/3=0,009+0,017=0,026 м.

1.3.3 Расчет основных коэффициентов (§ 3.6)

Коэффициент заполнения круга к_кр=0,915 по таблице 2.5;

изоляция пластин – нагревостойкое изоляционное покрытие;

коэффициент заполнения к_з=0,97 по таблице 2.2;

коэффициент заполнения сталью к_с=к_кр·к_з=0,915·0,97=0,89;

ярмо многоступенчатое, число стержней 6;

коэффициент усиления ярма к_я=1,025 по таблице 2.8;

индукция в ярме В_я=В_с/к_я=1,62/1,025=1,58 Тл;

индукция в зазоре на прямом стыке 2Тл;

индукция в зазоре на косом стыке =1,146 Тл;

по таблице 3.6 находим коэффициент учитывающий добавочные потери в обмотках к_д=0,97;

по таблицам 3.4 и 3.5 находим постоянные коэффициенты для алюминиевых обмоток а=1,44 в=0,687;

принимаем коэффициент приведения идеального поля рассеяния к реальному к_р=0,95 – коэффициент Роговского,

коэффициент учитывающий потери вызванные резкой стали, снятием заусенцев, прессовкой магнитной системы и перешихтовкой верхнего ярма, а также потери в зоне зазора к_п,д=1,23 таблица 8.14;

коэффициент учитывающий потери в углах к_п.у=10,18 таблица 8.13;

коэффициент учитывающий увеличение намагничивающей мощности в углах магнитной системы к_т.у=42,45 таблица 8.20;

коэффициент учитывающий ширину пластин в углах магнитной системы к_т.пл=1,45 таблице 8.21;

удельные потери в стали Р_с=1,353 Вт/кг, Р_я=1,28 Вт/кг по таблице 8.10;

удельная намагничивающая мощность по таблице 8.17

q_c=1,958 Вт/кг, q_я=1,72 Вт/кг;

-для зазоров на прямых стыках =25100 ВА/м²;

-для зазоров на косых стыках =3200 ВА/м²;

коэффициент, учитывающий изоляцию провода и регулирования

напряжения к_и.р=1,13 для алюминиевого провода.

1.3.4 Расчет основных коэффициентов (3.30, 3.36, 3.43, 3.44, 3.52 3.65)

=0,507;

А₁=5,633·10⁴·к_с·А³·а=5,633·10⁴·0,89·0,10³·1,4416=62,27 кг;

А₂=3,605·10⁴ ·к_с·А² ·ℓ₀=3,605·10⁴ ·0,89·0,10² ·0,02=5,81 кг;

В₁=2,4 ·10⁴ ·к_с·к_я·А³(а+б+е)=

= 2,4·10⁴ ·0,89·1,025·0,10³(1,4416+0,6875 +0,405)=47,81 кг;

где е=0,405 – постоянный коэффициент для трехфазного трансформатора с номинальной мощностью до 250 кВА;

В₂=2,4·10⁴ ·к_с·к_я·А²(а₁₂+а₂₂)=2,4·10⁴·0,89·1,025·0,10³(0,009+0,008)=3,37 кг;

С₁==кг;

где К₀=1,2·10^-2 – коэффициент для алюминия;

М=0,152·10^-6·к_д·к_р= МПа;

где к_к.з=1,41.

1.3.5 Определение β Соответствующего минимальной стоимости активной части

=62,27/(3·47,81)=0,434

2·42,51·1,81·1,13/(3·47,81)=1,212

где к_о.с=1,81 табл. 3.7 коэффициент, зависящий от цен на материалы;

к_и.р=1,13 для алюминиевого провода;

Решая этого уравнение получим β=1,48.

Весь дальнейший расчёт, Начиная с определения массы стали магнитной системы, для пяти различных значений β ( от 1 до 3 ) проводится в виде таблицы.

1.3.6 Масса одного угла магнитной системы (3.45)

G_у=0,486·10⁴к_с·к_я·А³·х³=0,486·10⁴·0,89·1,025·0,10³·х³=3,8х³.

1.3.7 Потери х.х. (8.33, таблица 8.10, 8.13 и 8.14)

Р_х=к_п.д·р_с(G₀+0,5k_п.уG_y)+к_п.д·р_я(G_я+6G_y+0,5k_п.у·G_у)=

=1,23·1,353·(G_c+0,5·10,18G_y)+1,23·1,28(G_я-6G_y+0,5·10,18G_y)=

=1,664G_c+7,038G_y+1,574G_я.

1.3.8 Активное сечение стержня (3.59)

Прямой стык

=0,785 к_с·А²х²=0,785·0,89·0,10²·х²=0,006х²;

Косой стык

=0,006x²=0,009х².

1.3.9 Полная намагничивающая мощность (8.44, таблица 8.17 и 8.20)

Q_x=

=

=1,2·1,06·1,958(G_c+0,5·42,45·1,45G_y)+1,2·1,06·1,72 (G_я-6G_y+0,5·42,45·1,25G_y)+

+1,06·25100·0,006x²·3+1,06·3200·0,009x²·4=2,491G_c+130,857G_y+2,188G_я+ +625,763x²,

где =1,2 – коэффициент для стали марки 3404;

=1,06 – коэффициент для трансформаторов мощностью до 250 кВА;

n_з – число зазоров в магнитной системе на прямом и косом стыке.

1.3.10 Стоимость активной части трансформатора в у.е. (3.54)

В₁·х³+(В₂+А₂)х²+=

=47,81·х³+(3,37+5,81)х²+=

=47,81х³+9,18х²+,

1.3.11 Предельное значение β по допустимой плотности тока (3.61) и растягивающим механическим напряжениям

=;

β=1,784 ⁴=10,126;

;

β=1,91⁴=13,3

Оба полученных значения β лежат за пределами обычно применяемых. По графикам из рисунка 1.1 при заданных потерях х.х. Р_хх=510 Вт, минимальной стоимости активной части, с учетом заданных критериев, выбираем значение β=1,48;

х=1,102.

Предварительный расчет трансформатора типа ТМ – 630/10 с плоской шихтованной магнитной системой и алюминиевыми обмотками

Таблица 1.1

β	0,8	1,48	1,6	2,4	3,0
	0,95	1,102	1,12	1,24	1,32
	0,89	1,215	1,26	1,55	1,73
	0,85	1,340	1,42	1,93	2,28
	65,85	50,23	55,37	50,03	47,32
А2х2=43,61х2	5,19	7,06	7,34	8,99	10,05
Gc=+ А2х2	71,04	57,28	62,71	59,03	57,37
В1х3=122,51х3	40,44	64,05	68,01	92,18	108,97
В2х2=22,51х2	3,01	4,09	4,26	5,22	5,83
Gя=В1х3+ В2х2	43,45	68,14	72,27	97,40	114,81
Gст=Gс+Gя	114,49	125,42	134,98	156,42	172,18
Gу=10.8х3	3,23	5,12	5,43	7,37	8,71
1,5154Gс	118,22	95,33	104,37	98,23	95,48
1,4011Gя	68,41	107,28	113,78	153,34	180,75
6,4382Gу	22,74	36,02	38,25	51,84	61,29
Рхх=1,5154Gс+ +1,4011Gя+6,4382Gу	209,37	238,63	256,40	303,42	337,52
Пс=0,013х3	0,0057	0,0077	0,0080	0,0098	0,0109
2,4906Gc	176,93	142,66	156,19	147,01	142,89
2,1306Gя	95,06	149,08	158,11	213,09	251,18
109,822·Gу	422,86	669,76	711,16	963,91	1139,51
1055,4654х2	559,70	760,51	791,54	969,43	1083,85
Qх	1254,55	1722,01	1817,00	2293,44	2617,44
i0=	1,99	2,73	2,88	3,64	4,15

Продолжение таблицы 1.1

β	0,8	1,48	1,6	2,4	3,0
G0=	53,85	39,63	38,07	31,09	27,81
Gпр=1,1·1,03G0	48,95	24,54	57,43	28,26	25,28
ко.сGпр=1,81·Gпр	97,46	71,73	68,92	56,27	50,33
Са.ч= ко.сGпр+ Gст	211,95	197,15	203,90	212,69	222,51
	1 431	1 669	1 702	1 884	1 992
1,03Go	48,95	36,03	34,61	28,26	25,28

1.4 Определение основных размеров трансформатора (3.28, 3.29, 3.31, 3.33, 3.13 и 3.35)

1.4.1 Определение диаметра стержня и высоты обмотки, предварительный расчет магнитной системы

Диаметр стержня

d=А·х=0,10·1,102=0,105 м.

Средний диаметр обмоток

d₁₂=a·d=1,442·0,105=0,151 м.

Высота обмотки

м.