Расчет и конструирование трансформаторов (стр. 9 )

Техника раскладки витков в непрерывной обмотке лучше всего может быть пояснена на примере.

Пример 3.1. Задано: ток обмотки ВН — 78 а, осевой размер обмотки Но = 775 мм, общее число витков по ступеням напряжения составляет 416—396— 376 витков.

Требуется выбрать обмоточный провод и определить число катушек и число витков по катушкам.

Заданный расчет может быть выполнен в двух вариантах.

Решение. Вариант I. Задавшись плотностью тока 4 а/мм2, находим необходимое сечение провода

SВН = 78/4=19,5 мм2

Приняв число катушек равным 42, получим, что на одну катушку с каналом в осевом направлении потребуется

775 /42= 18,5 мм.

при канале 7,5 мм ширина провода должна быть 18,5 — 7,5= 11 мм.

По таблице выбирается провод с размерами 10,8х 1,81 мм, сечением 19,3 мм2 и уточняется значение плотности тока

δ=78/19,3 = 4,04 а/мм2

Распределение витков по катушкам производится следующим образом.

Из общего числа катушек 42 4 катушки (10%) будут регулировочными, остальные 38 — основными. На 38 основных катушек приходится 376 витков. Если взять по 10 витков в катушке, то получится 10x38 = 380 витков, т. е. на 4 витка больше, чем нужно. Поэтому 4 катушки из 38 надо взять по 9 витков.

Таким образом получается:

34	основных	катушки	по 10 витков	= 340
4	»	»	по 9 витков	= 36
4	регулировочных	»	по 10 витков	= 40
Всего = 416

Каждая регулировочная ступень содержит по 2x10 = 20 витков. Расчет осевого строения обмотки ВН.

Провод 10,8x1,81 марки ПББО имеет расчетный размер с изоляцией 11,Зх х2,31 мм (плюс по 0,5 мм на обе стороны):

42 катушки	по 11,3	= 475 мм
40 каналов	по 7,5	= 300 мм
1 увеличенный канал	15	= 15 мм
	= 790 мм
Прессовка прокладок	15 мм
	Н0=775 мм

Прессовка прокладок в каналах 15/(300+15)=4,7%, что в пределах нормы.

Увеличенный канал делается в середине обмотки там, где она имеет разрыв, согласно схеме регулирования. На ступени напряжения ВН — 5% в месте разрыва напряжение между катушками равно около 10,5% (40•100/276) от фазного напряжения.

Вариант I1.

Если принять число катушек 64, то на одну катушку с каналом потребуется 775/64=12,1 мм.

Принимая канал 5 мм, выбираем провод с размерами 6,9x2,83 мм, сечением 19 мм2

Плотность тока δ =78/19=4,1 а/мм2.

Из 64 катушек 6 будут регулировочными, остальные 58 — основными.

Рассуждая так же, как в варианте I, получим следующую раскладку витков:

28	основных катушек	по 7 витков	= 196
30	»	по 6 витков	= 180
4	регулировочных	по 7 витков	= 28
2	»	по 6 витков	= 12
		Всего	= 416

Каждая регулировочная ступень содержит по 2.7 + 1-6 = 20 витков.

Расчет осевого строения:

65	катушки	по 7,4	= 474 мм
62	канал	по 5	= 310 мм
1	увеличенный канал	по 10	= 10 мм
			= 797 мм
Прессовка прокладок	-19 мм
	Н0=775 мм

Прессовка составляет 19•100/320 = 5,9%.

Прокладки, которые ставятся в масляные каналы, штампуются из электроизоляционного картона толщиной 1,5; 2 и 2,5 мм. Поэтому размеры каналов должны быть кратны этим числам, т. е. они могут быть равными 4,5; 5; 6; 7,5; 8; 9; 10 мм и т. д.

Радиальный размер непрерывной обмотки определяется так же, как и у винтовой обмотки, только число параллельных проводов п заменяется числом витков wB катушки

а2 = 1,03 ωкаиз мм,

где ωк — большее число витков катушки.

Контрольные вопросы

Как определяются число и размеры ступеней сечения стержня и ярма магнитопровода? Что такое коэффициент заполнения стали? Напишите основную формулу напряжения трансформатора. В каких случаях применяются двухслойная цилиндрическая, непрерывная и винтовая обмотки?

ГЛАВА IV

РАСЧЕТ РЕЖИМА ХОЛОСТОГО ХОДА ТРАНСФОРМАТОРА

§ 4.1. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ПАРАМЕТРЫ (ХАРАКТЕРИСТИКИ) ХОЛОСТОГО ХОДА ПО ГОСТу: ПОТЕРИ И ТОК ХОЛОСТОГО ХОДА

Режим работы трансформатора, когда его первичная обмотка включена в сеть с переменным напряжением, а вторичная обмотка разом кнута, называется режимом холостого хода трансформатора. При холостом ходе трансформатор только возбужден, т. е. на вторичной обмотке имеется напряжение, но полезную нагрузку трансформатор не несет.

Режим холостого хода используется, в частности, при испытании готового трансформатора. При так называемом опыте холостого хода определяются некоторые из его эксплуатационных параметров (характеристик), а именно:

а) потери холостого хода Рх;

б) ток холостого хода t0;

в) коэффициент трансформации К.

Потери и ток холостого хода силовых трансформаторов нормированы соответствующими ГОСТами. Их значения были приведены в табл. 2.1 и 2.2.

Правильно рассчитанный и изготовленный силовой трансформатор должен иметь характеристики в пределах допустимых значений, предусмотренных ГОСТами. Однако значения характеристик, которые в ГОСТах не ограничены нижними пределами, например потери и ток холостого хода, не должны на много отличаться в меньшую сторону от их нормированных значений, так как это указывало бы на недоиспользование активных материалов и. следовательно, на излишнюю стоимость трансформатора.

В связи с этим в задачу учащегося, а на заводе-изготовителе трансформаторов — расчетного инженера входит умение правильно рассчитать трансформатор с тем, чтобы, кроме получения его основных пара метров — мощности и напряжений — он также имел бы значения характеристик, близкие к нормированным ГОСТами.

§ 4.2. КОЭФФИЦИЕНТ ТРАНСФОРМАЦИИ

Согласно определению коэффициентом трансформации К называется отношение первичной и вторичной э. д. с. равное отношению

чисел витков обмоток,

К=Е1/Е2=ω1/ω2

Так как падения напряжения в сопротивлениях обмоток силовых трансформаторов при холостом ходе очень малы, то обычно считают, что э. д. с. и напряжения соответствующих обмоток равны, т. е.

Е1≈U1 и Е2 = U2

и, следовательно,

К=U1/U2 (4.1)

§ 4.3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕСА МАГНИТОПРОВОДА

Для определения веса стали магнитопровода должны быть известны его основные геометрические размеры: сечения стержня FCT и ярма FЯ , высота окна Н и расстояние между осями стержней МО. Расчет сечений стержня и ярма был дан в § 3.1.

Размеры Н и МО определяются исходя из размещения обмоток в окне магнитопровода.

Высота Н окна равна длине Но обмотки плюс изоляционные расстояния до ярма по концам обмотки (рис. 4.1), DВН — наружный диаметр обмотки ВН,

Рис. 4.1. Изоляционные рас стояния до ярма и между об мотками соседних фаз

Расстояния l0 до верхнего и нижнего ярм выбираются по таблицам 13.1 и 13.4. В случае необходимости установки нажимных колец в трансформаторах мощностью 1000 ква

и более расстояние до верхнего ярма увеличивается на 65 мм. В некоторых случаях, например, при необходимости вывода концов обмотки НН большого сечения, расстояние до ярма по конструктивным соображениям увеличивается.

Расстояние между осями стержней МО, как это видно из рис. 4.1, равно наружному диаметру обмотки ВН плюс изоляционное, расстояние а22 между обмотками ВН соседних стержней, определяемое по табл. 13.4.

Вес стали в стержнях

GCT = cγСFCTН•103 кГ,

где с — число стержней (для трехфазного трансформатора с = 3); γС— удельный вес электротехнической стали (горячекатаная имеет γС— 7,55 кГ/дм3 и холоднокатаная — γС= 7,65 кГ1дм3); FCT — активное сечение стержня, см2; Н — высота стержня, см.

Данная формула справедлива для случаев применения ярма прямоугольной или ступенчатой формы со ступенями с внешней стороны магнитопровода.

Вес G3 стали в ярмах ввиду несколько более сложной их геометрической формы определяется как сумма весов основных частей ярм G΄Я и их частей G΄΄Я, находящихся в углах магнитопровода.

Вес основных частей (для трехфазного магнитопровода)

G'Я = 4γС FСТ МО•10-3 кГ. (4.2)

Вес частей в углах при прямоугольных ярмах

G'Я = 2γС FСТ hЯ •10-3 кГ. (4.3)

где hЯ— высота ярма (ширина пластин), см.

Если ярма имеют ступенчатую форму, то вес углов магнитопровода приходится считать по отдельным пакетам, предварительно определяя их объемы.

Например, при часто применяемых двухступенчатых ярмах и при числе ступеней 5 или 6 толщина большего пакета ярма принимается

bЯ1 = b1 + 2b2.

Тогда вес углов

G'Я = 2γС 10-3 [FСТ hЯ2 + F'СТ (hЯ1 - hЯ2 )] кГ, (4.4)

где hЯ1 и hЯ2 — высоты большего и меньшего пакетов ярма, см;