Расчет и конструирование трансформаторов (стр. 7 )

Ввиду этого при расчете трансформаторов прибегают к разного рода приближенным методам расчета, используя накопленный опыт, выраженный в разного рода эмпирических формулах, таблицах, кривых и т. п. Полученные в результате приближенного расчета основные размеры магнитопровода затем проверяются на нескольких вариантах расчета, и при необходимости вносятся нужные коррективы.

Рис. 2.2 Трехфазный магнитопровод, основные размеры

Кажущаяся сложность такой методики на самом деле не представляет затруднений, так как такая работа требуется только при расчете новой серии силовых трансформаторов. А когда такая серия уже создана, т. е. уже имеется определенный ряд магнитопроводов на соответствующие мощности, то выбранные основные размеры магнитопровода для каждого типа остаются неизменными. Расчет трансформатора той или иной мощности практически сводится только к расчету обмоточных данных на заданные иные сочетания напряжения.

§ 2.5. ТЕОРИЯ СОРАЗМЕРНОСТИ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЗАВОДСКОГО ОПЫТА РАСЧЕТА ДЛЯ ВЫБОРА МОДЕЛИ

Совокупность различных, предложенных разными авторами, методов расчета трансформаторов носит общее название «теория соразмерности».

Полученные по одному из методов расчета основные размеры магнитопровода затем корректируются исходя из условий размещения обмоток в окне магнитопровода, получения требующихся эксплуатационных параметров (характеристик) и по конструктивным соображениям.

В учебных расчетах может быть использован обобщенный метод, предложенный [Л.2], как наиболее современный.

Используя данные табл. 2.1 и 2.2 и принимая уровень Б для потерь холостого хода, предварительный выбор значения диаметра D можно сделать по кривым (рис. 2.3): при классе напряжения 6 — 10 кв — между кривыми 1, 2, при 20 кв — между кривыми 2, 3 и при 35 кв — между кривыми 3, 4.

Высота окна Н магнитопровода складывается из высоты (длины) обмоток Н0 и изоляционных расстояний «до ярма» по концам обмоток. Предварительный выбор значения Н можно сделать по кривым (рис. 2.4): при классе напряжения 6—10 кв — между кривыми 1, 2, при 20 кв— между кривыми 2, 3, при 35 кв— между кривыми 3, 4.

Рис. 2.3. Кривые для выбора диаметра стержня магнитопровода трехфазных трансформаторов в зависимости от мощности и класса напряжения

Рис. 2.4. Кривые для предварительного выбора высоты окна магнитопровода в зависимости от мощности и класса напряжения

После выполнения первых вариантов расчета размер Н может быть увеличен или уменьшен в зависимости от полученных результатов расчета: условий размещения витков обмоток, значения полученного напряжения рассеяния и т. п.

Изоляционные расстояния выбираются по данным, приведенным в гл. XIII.

Контрольные вопросы

Какие параметры трансформатора должны быть заданы для его расчета? Какие размеры должны определяться в начале расчета трансформатора?

ГЛАВА III

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА

§ 3.1. РАСЧЕТ МАГНИТОПРОВОДА - ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИАМЕТРА, СЕЧЕНИЯ ЧИСЛА СТУПЕНЕЙ СТЕРЖНЯ И ЯРМА, КОЭФФИЦИЕНТА ЗАПОЛНЕНИЯ

Предварительный выбор диаметра D согласно предыдущей главе делается либо по общей формуле, предложенной [Л.2], либо по кривым (см. рис. 2.3).

Активное сечение FCT стержня, т. е. сечение активной стали, будет зависеть от выбранной формы сечения, числа ступеней и коэффициента заполнения.

Число ступеней в принципе должно быть возможно большим потому что чем больше ступеней, тем большим будет коэффициент Кз. кр заполнения площади круга геометрической фигурой сечения стержня. Но по технологическим соображениям число ступеней часто предпочитают ограничивать с тем, чтобы не усложнять производство чрезмерно большим количеством размеров пластин. Поэтому число ступеней выбирается в зависимости от выбранного диаметра D согласно табл. 14.1 или следующим образом:

Диаметр стержня D, мм	до 80	80—100	90—120	100—200	205—300
Число ступеней	3	4	5	6	7

Выбранное число ступеней определяет число пакетов пластин, из которых складывается сечение стержня.

Наибольшее сечение стержня (ступенчатой фигуры) получается лишь при определенных соотношениях ширины сП пакетов к диаметру D Зги соотношения различны для разных чисел ступеней (см. рис. 14.1).

Ширина каждого пакета сП получается путем умножения соответствующего коэффициента на диаметр D.

Однако на практике приходится отступать от теоретических значений ширины пакетов (а следовательно, и пластин) по следующим причинам:

1. Необходимость применения таких размеров ширины пластин, которые давали бы наименьший процент отходов стали при ее раскрое из листов стандартных размеров.

Так как стандартный лист наиболее часто имеет ширину 750 мм а после обрезки кромок около 735 мм, то в заводских нормалях приняты следующие размеры для ширины пластин: 49, 52, 56, 61, 66, 73, 81, 91, 105, 114, 122, 135, 147, 164, 175, 184, 195, 205, 215, 235, 245, 260, 280, 295, 310, 340, 350, 368 и 420 мм. Некоторые из этих размеров, не укладывающиеся целое число раз в ширину 735 мм, назначены как промежуточные.

2. Для диаметров свыше 250 мм, при которых стержни по высоте прессуются сквозными шпильками, необходимо иметь место для размещения прессующих гаек и шайб в пределах описанной окружности (см. рис. 14.2).

Кроме того, часто при определении размеров пакетов необходимо учитывать волнистость пластин, рациональное расположение охлаждающих каналов, размещение прессующих клиньев и другие конструктивные соображения. Так как это относится главным образом к большим диаметрам (свыше 350—400 мм), то вышеуказанные причины изменения размеров пакетов здесь не рассматриваются.

Сечение ярма, поскольку магнитный поток в ярме такой же величины, как и в стержне, теоретически (по крайней мере в геометрическом смысле) должно было бы повторять сечение стержня. Однако ярмо не несет обмоток и поэтому его форма не обусловлена в этом отношении особыми требованиями. С другой стороны, желание упростить в какой-то мере конструкцию магнитопровода приводит к уменьшению числа ступеней сечения ярма по сравнению со стержнем. У трансформаторов малой мощности (габарита I) ярмо вообще делают прямоугольного сечения. Для трансформаторов габарита II наиболее распространенным является двухступенчатое (Т-образное) ярмо. И лишь у более крупных трансформаторов габарита III и выше ярмо делают многоступенчатым с числом ступеней, близким или равным числу ступеней стержня.

В случае применения прямоугольного или двухступенчатого ярма необходимо увеличивать его сечение, т. е. делать так называемое усиление ярма. Усиление ярма делается из следующих соображений. Так как пакеты ярма в этих случаях не равны соответствующим пакетам стержня, то при равных общих сечениях магнитные индукции в пакетах будут разными. Например, в прямоугольном ярме сечение среднего пакета, очевидно, будет меньше сечения среднего (большего) пакета стержня, следовательно, индукция в среднем пакете ярма будет больше средней индукции. Кроме того, индукция будет стремиться выравниваться по общему сечению, а это значит, что часть магнитного потока будет переходить из одного пакета в другой, вызывая добавочные потери от вихревых токов в пластинах стали. Это явление главным образом будет происходить в углах магнитопровода.

Чтобы уменьшить добавочные потери и отчасти несколько уменьшить перераспределение магнитного потока по пакетам, делают усиление ярма. Величина усиления обычно составляет 10—15% при прямоугольном ярме и около 5% при двухступенчатом ярме. При этом только в среднем (большем) пакете ярма индукция будет примерно на 10% больше средней индукции стержня.

Усиление ярма особенно требуется делать при применении холоднокатаной стали, у которой процент потерь от вихревых токов значительно больший, чем у горячекатаной стали.

Так как пакеты стержня и ярма собираются из тонких изолированных пластин электротехнической стали, то из-за наличия изоляционных прослоек и неплотностей между пластинами активное сечение стержня и ярма на несколько процентов меньше площади ступенчатой фигуры.

Активное сечение определяется умножением площади сечения ступенчатой фигуры на коэффициент заполнения сталью этой площади.

Для обычно применяемого двустороннего изоляционного покрытия пластин лаковой пленкой коэффициенты заполнения имеют значения, приведенные в табл. 3.1.

Таблица 3.1

Толщина пластин, мм	Коэффициент заполнения, КЗ
Покрытие
однократное	двукраткое
0,35 0,5	0,93 0,95	0,91 0,93

Двукратное покрытие применяется для крупных трансформаторов при диаметрах свыше 300—350 мм.

Применяемое за рубежом жаростойкое химическое покрытие позволяет увеличить коэффициент заполнения до 0,96.

Основные размеры магнитопровода Н и МО определяются после расчета обмоток, при котором производится раскладка витков в окне магнитопровода и тем самым определяются размеры окна магнитопровода (см. § 4.3).

§ 3.2. РАСЧЕТ ОБМОТОК. РАСЧЕТ ТОКОВ, ЧИСЛА ВИТКОВ И ВЫБОР РАЗМЕРА ПРОВОДОВ

Расчет обмоток ведется исходя из фазных значений токов и напряжений.

Мощность трехфазной системы переменного тока

S =UЛIЛ√3•10-3 ква,

где UЛ — линейное напряжение, в;

IЛ — линейный ток, а, откуда

IЛ=S•103/UЛ√3 а,

При схеме соединения «звезда» фазное значение тока