Файл: Розрахунок основних електричних величин 6 Попередній розрахунок трансформатора з використанням еом 8.docx

11,2 4(42-0,2)10-4 = 1,528.

Для ВН:

0,1 ,

Кд2 = 1 + 0,80,8532 4,4 4(12 – 0,2)10-4 = 1,00025.

Повні електричні втрати в обмотках:

Рэл1= Кд1Рэл10 = 1,5281038,823= 1586,956 (Вт), (3.54)

Рэл2= Кд2Рэл20 = 1000251088,044 = 1088,318 (Вт). (3.55)

Дійсні густини теплових потоків на поверхні охолодження обмоток:

q1 = Рэл1 /П01 = 1586,956 /1,718 = 923,807 (Вт/м2), (3.56)

q2 = Рэл2 /П02 = 1088,318 /2,123 = 812,557 (Вт/м2). (3.57)

Електричні втрати у відводах:

Ротв1 = КG0тв1, (3.58)

Ротв2= КG0тв2, (3.59)

де Gотв – маса металу відводів.

Gотв1 = 10-5lотв1Потв1 = 10-5280,5132,4 = 1,001(кг), (3.60)

Gотв2 = 10-5lотв2Потв2 = 10-5280,512,55 = 0.095 (кг). (3.61)

де Потв1, Потв2 – перерізи проводів, які приймаються рівними перерізу витків відповідних обмоток П1 та П2;

lотв1, lотв2 – довжина проводів відводів обмоток НН та ВН, яка для трикутника та зірки відповідно приймається рівною:

lотв1 = 7,5l = 7,537,4=280,5(см), (3.62)

lотв2 = 7,5l = 7,537,4=280,5 (см). (3.63)

Ротв1 = КGотв1 = 12,751,74421,001= 4,72 (Вт), (3.64)

Ротв2= КGотв2 = 12,751,22720.095 = 0,119 (Вт). (3.65)

Втрати в стінках бака, які виникають в них внаслідок полів розсіювання:

Рб 10КбSн 100,012160 = 19,2 (Вт). (3.66)

В трансформаторах потужністю Sн  1000 кВА Кб = 0,012.

Повні втрати короткого замикання:

Рк = Рэл1 + Рэл2 + Ротв1 + Ротв2 + Рб, (3.67)

Рк = 1586,956+1088,318+4,72+0,119+19,2=2697,121 (Вт).

Дійсне відхилення втрат короткого замикання:

(3.68)

Ці втрати не повинні перевищувати задані більш ніж на 7,5%.

Напруга короткого замикання.

Активна складова напруги короткого замикання:

ua = PК /(10Sн) = 2697,121 /10160 = 1,686 %. (3.69)

Середній діаметр двох обмоток:

d12 = D1 + a12 = 17,69 + 0,9 = 18,59 (см). (3.70)

Канал розсіювання трансформатора:

aр = a12 + (a1 + a2)/3, (3.71)

aр = 0,9 + = 3,431 (см).

Коефіцієнт Роговського:

Кр  , (3.72)

Кр  =0,928,

 = (a12 + a1 + a2)/(l), (3.73)

 =

---

.

ЕРС одного витка:

uв = U1фн103 /w1 = 0,231103 /25 = 4,713 (В). (3.74)

Середня висота обмоток:

l = 0,5(l1 + l2) = 0,5(37,4+37,4) = 37,4 (см). (3.75)

Реактивна складова напруги короткого замикання:

, (3.76)

Коефіцієнт Кq в багатошаровій циліндричній обмотці рівний одиниці.

%.

Повна напруга короткого замикання:

%. (3.77)

Дійсне відхилення напруги короткого замикання:

, (3.78)



(При допустимому відхиленні від заданого значення 5%).

Напруга короткого замикання перевищує задану на 11%. Для її зменшення потрібно провести розрахунок при більшому значені Кs, тобто збільшити довжину обмотки. Але при цьому зростуть втрати холостого ходу, тому ми може прийняти таку похибку.

---

3.5 Механічні сили і напруги в обмотках

Механічні сили в обмотках виникають в результаті взаємодії струму з магнітним полем розсіювання. В загальному випадку на кожну обмотку діють три сили, що мають найбільші значення в режимі короткого замикання і пропорційні ударному струму короткого замикання.

Радіальна сила Fр, що викликається подовжньою складовою поля розсіювання і яка намагається стиснути внутрішню обмотку і розтягти зовнішню, визначається зі співвідношення:

Fp = 52,6 , (3.79)

Fp = 52,6 (Н).

Ударний коефіцієнт:

Куд = . (3.80)

Осьова сила Fос, яка утворюється поперечною складовою поля розсіювання і яка стискає обидві обмотки в осьовому напрямку:

Fос1 = рFp/(2l1) = 3,4312000053,01/(234,4) = 9175,337 (Н), (3.81)

Fос2 = рFp/(2l2) = 3,4312000053,01/(237,4) = 9175,337 (Н). (3.82)

Осьова сила Fос що викликається появою додаткового поперечного поля через нерівномірний розподіл струму по висоті обмотки ВН при відключенні витків регулювання. Напрямок цієї сили в обмотці НН співпадає з Fос, а в обмотці ВН вона діє їй на зустріч. Значення цієї сили визначається наступним чином:

Fос1 = Fос2 = lxFp /(4lКp), (3.83)

Для багатошарової циліндричної обмотки відстань між крайніми котушками зі струмом при відключенні усіх витків регулювання lx = 0.

Fос1 = Fос2 = 0 (Н). (3.84)

Сумарні стискаючі сили, які діють на обмотки:

Fсж1 = Fос1 + Fос1 = 9175,337 + 0 = 9175,337 (Н), (3.85)

Fсж2 = Fос2 – Fос2 =9175,337 – 0 = 9175,337 (Н). (3.86)

Для оцінки механічної міцності обмоток визначають напругу на розрив в проводі і напругу стиску в прокладках між котушковою ізоляцією обмоток.

Напруга на розрив у проводі обмоток:

р1 = Fр /(2w1П1) =2000053 /(23,1449132,4) = 4,908 (МПа), (< 25) (3.87)

р2 = Fр /(2w2нП2) = 2000053 /(23,1473512,55) = 3,452 (МПа). (< 25) (3.88)

В трансформаторах з алюмінієвими обмотками потужністю до 6300 кВА р не повинна перевищувати 25 МПа.

Для двохшарової та багатошарової циліндричної обмоток осьові сили незначні і напруги стиску від них не виходять за допустимі межі.

3.6 Розрахунок магнітної системи

Мета розрахунку – визначити дійсні значення втрат і струму холостого ходу. Для цього використовується та ж методика, що і у попередньому розрахунку, але більш точно розраховуються всі величини, які впливають на ці параметри. Розрахунок проводиться для знайдених у попередньому розрахунку оптимальних марок сталі (Jопт) та типу стиків (Tопт) з використанням дійсних розмірів магнітної системи й обмоток.

---

Маса магнітної системи.

Маса сталі стержнів:

Gc = Gc + Gc = 132,684+21,936 = 154,62 (кг). (3.89)

Маса сталі стержнів в межах вікна магнітної системи:

Gc = 3Псlсcт10-6, (3.90)

де cт – густина сталі (cт = 7650 кг/м3).

Gc = 3136,5537,4765010-6 = 132,684 (кг).

Довжина стержня:

lc = l + l0+ l0 = 37,4+3+3 = 42,34 (см). (3.91)

Маса сталі в місцях стику пакетів стержня та ярма:

Gс = 3(Псg1cт10-6 – Gy), (3.92)

Gс =3(136,5513,5765010-6 – 6,8) = 21,936 (кг),

де g1 – ширина пластин першого пакету (табл. 1.1. [1]), g1 = 13,5 см.

Маса сталі одного кута магнітної системи:

Gy = 2Kзcт10-6(g1cg1яh1 + g2cg2яh2 + g3cg3яh3 + …), (3.93)

де,g1c, g1я, g2c, g2я,… – ширина пластин пакетів стержня і ярма, що стикуються, табл. 1.1. [1]; h1, h2,… – товщина пластин відповідних пакетів.



Маса сталі ярма:

Gя = Gя + Gя= 127,565 + 13,58 =141,145 (кг), (3.94)

Маса сталі ярм, які знаходяться між осями крайніх стержнів:

Gя = 4LПяст10-6, (3.95)

Gя = 430138,96765010-6 = 127,565 (кг).

Відстань між осями сусідніх стержнів, яка повинна бути округлена в більшу сторону до значення, кратного 0,5 см.

L = D2 + a22 = 28,894 +1 = 29,894 (см). (3.96)

Округлюємо L = 30 см; a22 береться з попереднього розрахунку.

Активний переріз ярма:

Пя = КзПф.я = 0,965144 = 138,96 (см2), (3.97)

де Пф.я – вибирається з табл.1.1.[1]; (Пф.я = 144 см2 )

Маса сталі ярем в кутах крайніх стержнів:

Gя = 2Gy = 26,79 = 13,58 (кг). (3.98)

трансформатор замикання обмотка струм

Повна маса сталі:

Gст = Gс + Gя = 154,62+141,145 = 295,765 (кг). (3.99)

Втрати холостого ходу. Втрати холостого ходу – це втрати в сталі магнітної системи (магнітні втрати). Вони складаються з втрат: в стержнях з масою Gс і в частинах ярем з масою Gя – 4Gy, де магнітний потік співпадає з напрямком прокатки сталі, у кутових частинах магнітопроводу, де потік не збігається з напрямком прокатки, і в зоні стиків листів стержнів і ярем, де з'являються додаткові втрати за рахунок викривлення ліній магнітного потоку.

Втрати холостого ходу для пластин, які відпалюються після механічної обробки:

Р0 = Кп.пКп.ш{Кп.р[РсGc + Pя(Gя – 4Gy) + 0,5КупGy(Pc + Pя)] + nзРзПс + nзРзПс}, (3.100)

де Кп.п – коефіцієнт, який враховує збільшення втрат внаслідок пресування пластин стержнів і ярем та рівний 1,03 в трансформаторах потужністю до 6300 кВА;

---

Ря – питомі втрати в ярмі, знайдені там же, але по індукції в ярмі (Ря = 1,134 Вт/кг);

Значення коефіцієнта Куп приведено в табл. 1.8.[1] (Куп = 10,18 ).

Рз,Рз–питомі втрати в зоні стиків,котрі визначають з табл.1.7[1] по індукціям Вс/ та Вс/ відповідно (Рз = 0,0416 Вт/см2, Рз = 0,0934 Вт/см2);

Кп.ш – коефіцієнт, який враховує необхідність перешихтовки верхнього ярма для встановлення обмоток і рівний 1,01 при Sн  250 кВА;

Кп.р – коефіцієнт, який враховує збільшення втрат за рахунок різання пластин сталі (Кп.р = 1,05);

Рс – питомі втрати в стержні, знайдені по табл.1.7.[1] для дійсної індукції в стержні (Рс = 1,207 Вт/кг).

Вс = U1фн103/(4,44fw1Пс10-4) (3.101)

Вс= 0,231103 /(4,445050136,54710-4) = 1,555 (Тл).

Вя = ВсПс /Пя = 1,555136,547/ 138,96 = 1.528 (Тл). (3.102)

Р0 = 1,031,01{1,05[1,207151,48 + 1,134(127,565 – 46,79) + 0,510,186,79(1,207 + 1,134)] + 40,0416136,547 + 30,0934 136,547} = 489,831 (Вт).

Розраховані втрати холостого ходу не повинні перевищувати задані більш ніж на 7,5 %.

Дійсне відхилення втрат холостого ходу

(3.103)



Розраховані втрати холостого ходу менші за задані на 9%, що є прийнятним.

Струм холостого ходу. Струм первинної обмотки трансформатора, що виникає при холостому ході при номінальній синусоїдальній напрузі та номінальній частоті, називається струмом холостого ходу.

Струм, що споживається трансформатором в режимі холостого ходу, має дві складові – активну, яка залежить від втрат холостого ходу, та реактивну, величина якої визначається потужністю намагнічування, необхідної для створення основного магнітного поля.

Потужність намагнічування для пластин, що відпалюються після механічної обробки:

Q0 = Кт.пКт.ш{Кт.р[qсGc + qя(Gя – 4Gy) + (3.104)

0,5КутКт.плGy(qc + qя)] + nзqзПс + nзqзПс},

де Кт.п – коефіцієнт, який враховує пресування пластин, в трансформаторах потужністю до 6300 кВА Кт.п = 1,05;

Кт.ш – коефіцієнт, який враховує перешихтовку верхнього ярма (Кт.ш=1,01),приймаємо Кт.ш = Кп.ш;

Кут, Кт.пл – коефіцієнти, які знаходяться з рис.1.2[1](Кут = 42,5, Кт.пл = 1,42 )

---