Выбор конструкции и определение параметров магнитной системы (стр. 1 )

Назад §§ 2.1.-2.4.

§ 2.5. Выбор конструкции и определение параметров магнитной системы

Магнитная система является одной из основных частей трансформатора и служит для прохождения основного магнитного потока, создаваемого первичной обмоткой. Магнитная система собирается из листов электротехнической стали.

В трансформаторостроении широко используются холоднокатаные стали марок 3404, 3405, 3406, 3407 с толщиной листа 0,28— 0,35 мм. Свойство анизотропии холоднокатаных сталей предъявляет к конструкции магнитной системы особые требования.

Составными частями магнитной системы являются обычно стержни и ярма. На стержнях располагаются обмотки трансформатора, а ярма соединяют стержни, замыкая магнитную цепь, и не несут обмоток. Ярма могут соединять концы двух или нескольких стержней (торцевые ярма) или оба конца одного и того же стержня (боковые ярма). По взаимному расположению стержней и торцевых ярм магнитные системы могут быть плоского или пространственного исполнения (рис. 2.4). На рис. 2.5 представлена броневая конструкция магнитной системы, которая в отечественных трансформаторах широкого распространения не получила.

После выбора конструкции магнитной системы рассчитывается диаметр (мм) описанной окружности стержня магнитопровода

Рис. 2.4. Магнитные плоская (а) и пространственная (б) системы	Рис. 2.5. Броневая магнитная система: 1 — стержень; 2 — боковое ярмо; 3 — обмотка; 4 — торцевое ярмо

Полученное dc может быть округлено до ближайшего значения из нормализованного ряда: 140, 160, 180, 200, 220, 240, 260, 280, 300, 320, 340, 360, 380, 400, 420, 450.

В последнее время в практике проектирования с целью получения оптимальных параметров трансформатора отступают от нормализованной шкалы диаметров, шаг которой весьма велик. В этом случае рассчитанное значение dc округляется до целого, кратного 10 или даже о мм.

Рис. 2.6. Поперечное сечение стержня магнитной системы и обмотки

Поперечное сечение стержня обычно выполняется в виде ступенчатой фигуры, вписанной в окружность с диаметром dc, что позво ляет обеспечить форму сечения обмотки в виде кольца (рис. 2.6) Такая конструкция обмоток уменьшает среднюю длину витка по сравнению с квадратной на 12%, увеличивает механическую прочность и снижает трудоемкость изготовления обмоток.

Значение ЭДС, наводимой в одном витке обмотки, прямо пропорционально активному сечению стали (см2), которое равно

где - коэффициент заполнения площади круга площадью ступенчатой фигуры; -коэффициент заполнения площади ступенчатой фигуры сталью, учитывающий толщину изоляционного покрытия листов стали и неплотность запрессовки листов.

При предварительном выборе необходимо учитывать, что при больших диаметр стержня dc при постоянном его сечении может быть меньше, что делает конструкцию более экономичной. Увеличение возможно за счет увеличения числа пакетов (числа ступеней) многоступенчатой фигуры, но это приводит к увеличению трудоемкости изготовления магнитопроводов из-за большой номенклатуры используемых пластин, обычно = 0,8-7-0,93.

Пластины трансформаторной стали, используемые для сборки магнитопровода, должны быть надежно изолированы для уменьшения потерь от вихревых токов. Для этого широко применяется лаковая изоляция пластин, которая наносится в виде пленки с обеих сторон листа с последующим запеканием при температуре 450—550°С (двусторонняя толщина пленки в этом случае около 0,01 мм).

Более тонким и поэтому более экономически эффективным является двустороннее жаростойкое покрытие стали в виде керамических или оксидных пленок, наносимых на металлургическом заводе после прокатки стали.

Значения коэффициента k3 для разных видов изоляции приведены в табл. 2.2.

Таблица 2.2

Вид изоляции	Коэффициент заполнения
толщина листов 0,35 мм	толщина листов 0,28 мм
Однократная лакировка	0,93—0,94	0,91—0,92
Двукратная лакировка	0,91—0,92	0,89—0,9
Жаростойкое покрытие	0,95—0,96	0,94—0,95
Жаростойкое покрытие и однократная лакировка	0,93—0,94	0,91—0,92

Весьма важным при расчете трансформатора является правильный выбор индукции в стержне магнитной системы Вс [7]. В современных силовых масляных трансформаторах напряжением 10— 35 кВ индукция обычно выбирается в интервале 1,54—1,68 Тл, Более низкие значения индукции из этого интервала позволяют снизить потери и ток холостого хода, но приводят к увеличению массы активных материалов (стали и металла обмоток); более высокие значения Вс позволяют экономить материалы, но увеличивают потери. В лучших сталях (с меньшими удельными потерями, но и более дорогими) уровень индукции выше. В табл. 2.3 приведены характеристики современной холоднокатаной стали марки 3404 толщиной 0,35 мм.

Таблица 2.3

Индукция, Тл	Удельные потери, Вт/кг	Полная намагничивающая мощность, В-А/кг	Потери на единицу сечения, Вт/м2	Намагничивающая мощность на единицу сечения, В-А/м2
1,40	0,930	1,060	500	9200
1,42	0,964	1,114	514	10120
1,44	0,998	1,168	528	11040
1,46	1,032	1,222	542	11960
1,48	1,066	1,276	556	12880
1,50	1,100	1,330	570	13800
1,52	1,134	1,408	585	14760
1,54	1,168	1,486	600	15720
1,56	1,207	1,575	615	16800
1,58	1,251	1,675	630	18000
1,60	1,295	1,775	645	19200
1,62	1,353	1,956	661	20480
1,64	1,411	2,131	677	21760
1,66	1,472	2,556	693	23160
1,68	1,536	3,028	709	24680
1,70	1,600	3,400	725	26200

При проектировании на базе ПДП—Т предварительно задаются индукцией с учетом выше приведенных соображений, а затем рациональный уровень индукции уточняется в процессе оптимизационного расчета.

После выбора индукции определяется число витков в обмотке НН, которое должно быть округлено до целого значения:

Затем производится уточнение индукции, необходимость чего обусловлена округлением числа витков обмотки НН (Тл):

Далее рассчитывается ЭДС витка (В)

(2.1)

и число витков в обмотке ВН:

(2.2)

где и —число ступеней регулирования и процент регулирования напряжения в одной ступени соответственно.

Полученные значения витков в обмотке ВН округляются до ближайших целых значений .

Выбор конструкции и определение параметров магнитной системы иллюстрирует фрагмент диалога проектировщика с ЭВМ.

1.2. ВЫБОР КОНСТРУКЦИИ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ МАГНИТНОЙ СИСТЕМЫ УКАЖИТЕ ВИД МАГНИТОПРОВОДА

- ПЛОСКИЙ СТЕРЖНЕВОЙ (1)

- ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ СТЕРЖНЕВОЙ (2)

- ПЛОСКИЙ БРОНЕЕОЙ (3)

§ 2.6. Определение геометрии обмоточной системы

Важнейшим параметром трансформатора является напряжение короткого замыкания, которое является постоянной величиной для каждого трансформатора и зависит от геометрии трансформатора и некоторых исходных данных. Напряжение короткого замыкания определяет падение напряжения в трансформаторе, его внешнюю характеристику и ток короткого замыкания. Оно учитывается также при выборе трансформатора для параллельной работы. При проектировании трансформатора исходное значение регламентируется ГОСТом. В процессе проектирования и производства трансформатора необходимо обеспечить такое значение напряжения короткого замыкания, которое отличалось бы от заданного не более чем на ±10%. При этом обычно половина этого допуска отводится на отклонение при проектировании, половина - на отклонение при

— ПЛОСКИЙ БРОНЕСТЕРЖНЕВОЙ (4)

— ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ БРОНЕВОЙ (5)

? 1

ДИАМЕТР СТЕРЖНЯ МАГНИТОПРОВОДА ВАШЕГО ТРАНСФОРМАТОРА

ДОЛЖЕН БЫТЬ ПРИМЕРНО РАВЕН 332.351 ММ

СРАВНИТЕ ЭТО ЗНАЧЕНИЕ С РЕКОМЕНДАЦИЯМИ /1/ ТАБЛ. 2.5

И ВВЕДИТЕ ОКОНЧАТЕЛЬНОЕ ЗНАЧЕНИЕ

D (ММ) - ? 340

ДЛЯ РАСЧЕТА АКТИВНОГО СЕЧЕНИЯ СТЕРЖНЯ НЕОБХОДИМО

ЗАДАТЬ КОЭФФИЦИЕНТЫ ЗАПОЛНЕНИЯ КРУГА И СТАЛИ

ВОСПОЛЬЗУЙТЕСЬ РЕКОМЕНДАЦИЯМИ /1/ ТАБЛ. 2.2 И ТАБЛ. 2.5

КОЭФФ. ЗАП. КРУГА =

?.86

КОЭФФ. ЗАП. СТАЛИ =

?.94

ВАМ ПРЕДСТОИТ ВЫБРАТЬ МАРКУ СТАЛИ И ЗАДАТЬ

ИНДУКЦИЮ В СТЕРЖНЕ МАГНИТОПРОВОДА

ВЕЛИЧИНА ИНДУКЦИИ В ЗНАЧИТЕЛЬНОЙ СТЕПЕНИ

ВЛИЯЕТ НА ПАРАМЕТРЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОЕКТИРУЕМОГО

ВАМИ ТРАНСФОРМАТОРА

ДЛЯ ПРАВИЛЬНОГО ВЫБОРА ЭТОГО ПАРАМЕТРА

ВОСПОЛЬЗУЙТЕСЬ РЕКОМЕНДАЦИЯМИ /1/ ТАБЛ. 2.4 В (ТЛ) - ? 1.65

ЧИСЛО ВИТКОВ В ОБМОТКЕ НН РАВНО 234.33

ОКРУГЛИТЕ ПОЛУЧЕННОЕ ЗНАЧЕНИЕ ДО ЦЕЛОГО W1 - ? 234

изготовлении трансформатора. Таким образом, расчетное должно соответствовать заданному с точностью ±5%, что представляет достаточно сложную проектную задачу.

После задания необходимо ввести в ЭВМ основные изоляционные расстояния (рис. 2.7):- между стержнем и обмоткой НН, мм; - между обмотками НН и ВН, мм; - междуфазное, мм; - от верхнего края обмотки до ярма, мм; - от нижнего края обмотки до ярма, мм.

Величина изоляционных расстояний определяется испытательными напряжениями, которые прикладываются к испытуемой обмотке при проверке ее электрической прочности (табл. 2.4 и 2.5).

Таблица 2.4

Класс напряжения обмотки, кВ	3	6	10	15	20	35
Испытательное напряжение обмотки, кВ	18	25	35	45	55	85

Примечание. Обмотки трансформаторов с рабочим напряжением до 1кВ испытываются напряжением 5 кВ.