Рис. 2. Электромагнитная система однофазного трансформатора:
1, 2 – первичная и вторичная обмотки; 3 – магнитопровод.
Обмотки трансформатора служат для создания магнитного поля, посредством которого осуществляется передача электрической энергии, а также обеспечивают наведение ЭДС, требуемых по условиям эксплуатации трансформатора. Обмотку к которой подводится электрическая энергия, называют первичной, а обмотку, от которой энергия отводится, - вторичной.
При подключении первичной обмотки к источнику переменного тока в витках этой обмотки протекает переменный ток i1, который создает в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф. Замыкаясь в магнитопроводе, этот поток сцепляется с обеими обмотками и индуцирует в них ЭДС.
U1 → I1 → I1W1 → Ф
В первичной обмотке ЭДС самоиндукции
.
Во вторичной обмотке ЭДС взаимоиндукции
.
Ф=Фm∙sinщt.
.
Т. к. cosщt=- sin(щt-р/2), то
.
Если sinщt=1, то получим максимальное значение
,
, щ=2рf,
,
,
где в соответствии с обозначениями на рис. 2.
f - частота сети;
W1,W2 – число витков соответствующих обмоток;
Ф – максимальное значение синусоидального магнитного потока.
Обмотки W1,W2 не имеют электрической связи и поэтому мощность из одной обмотки в другую передается электромагнитным путем.
Делением индуцированных ЭДС получают коэффициент трансформации.
,
При нагрузке ЭДС вторичной цепи Е2 вызывает ток I2. Ток определяется значением полного сопротивления нагрузки, а фазу определяет характер полного сопротивления (активного, индуктивного и емкостного). Во вторичной обмотке возникает МДС I2W2, которая действует против МДС I1W1. Однако в результате этого уменьшается также ЭДС E1, вследствие чего возрастает ток в первичной обмотке.
Трансформатор - это аппарат переменного тока. Если же его первичную обмотку подключить к источнику постоянного тока, то магнитный поток в магнитопроводе трансформатора также будет постоянным как по величине, так и по направлению, поэтому в обмотках трансформатора не будет наводиться ЭДС, а следовательно, электроэнергия из первичной цепи не будет передаваться во вторичную.
2. Предварительный расчёт трансформатора обобщённым методом
2.1 Определение основных электрических величин
Номинальный (линейный) ток обмотки В. Н.
А.
Номинальный (линейный) ток обмотки Н. Н.
А.
Фазный ток обмотки В. Н. (действующее значение)
А.
Фазный ток обмотки Н. Н. (действующее значение)
А.
Фазное напряжение обмотки В. Н. (действующее значение)
кВ.
Фазное напряжение обмотки Н. Н. (действующее значение)
кВ.
Выбор испытательного напряжения:
испытательное напряжение обмотки В. Н. Uисп. в =35 кВ;
испытательное напряжение обмотки Н. Н. Uисп. н =18 кВ.
Рис. 3. Главная изоляция обмоток ВН и НН для
испытательных напряжений от 5 до 85 кВ.
2.2 Определение основных размеров трансформатора
Рассчитываем плоскую стержневую конструкцию с концентрическими обмотками из медного провода со стержнями, имеющими поперечное сечение в форме ступенчатой фигуры.
По [1] выбираем основные изоляционные расстояния.
Для обмотки В. Н.:
Расстояние от обмотки В. Н. до ярма l02 =50 мм;
Расстояние между обмотками В. Н. и Н. Н. а12 =20 мм;
Расстояние до соседней обмотки В. Н. а22 =20 мм.
Для обмотки Н. Н.:
Расстояние от обмотки Н. Н. до ярма l01 =50 мм;
Расстояние от обмотки Н. Н. до стержня а01 =18 мм.
Мощность одной фазы и одного стержня трансформатора
кВА,
Активная составляющая напряжения КЗ
;
Реактивная составляющая напряжения КЗ
;
Определение исходных данных расчета
м,
k =0,625 [1; т.3.3; с. 121];
Согласно указаниям § 2.3 [1] выбираем трехфазную стержневую шихтованную магнитную систему по рис. 2.5, д [1] с косыми стыками на крайних стержнях и прямыми стыками на среднем стержне по рис. 2.17, б [1]. Материал магнитной системы–холоднокатаная текстурованная рулонная сталь марки 3404 толщиной 0,35 мм.
Индукция в стержне Вс=1,64 Тл [1; т.2.4; с. 78]. В сечении стержня девять ступеней, коэффициент заполнения круга кКР=0,91 [1; т.2.5; с. 83]; изоляция пластин – нагревостойкое изоляционное покрытие, кЗ=0,97 [1; т.2.2; с. 77]. Коэффициент заполнения сталью
.
Ярмо многоступенчатое, число ступеней семь, коэффициент усиления ярма кя=1,015 (табл. 8.7).
Диаметр стержня:
м.
Выбираем нормализованный диаметр стержня
dН =0,32 м.
Активное сечение стержня ПС=ПФ, С. КЗ =0,07462∙0,97=0,07238 м2.
Средний диаметр осевого канала между обмотками:
м.
Высота обмоток:
м.
Расстояние между осями стержней
Рис. 4. Основные размеры трансформатора.
3. Расчёт обмоток
3.1 Предварительный расчет
ЭДС одного витка
UВ = 4,44∙ f∙ВС ∙ПС =4,44∙50∙1,64∙0,07238=26,35 В.
Число витков обмотки Н. Н.
витка.
Число витков обмотки В. Н.
виток.
Коэффициент трансформации
;
;
Отклонение не превышает допустимого значения по ГОСТу.
Плотность тока в обмотках, обеспечивающую получение заданных потерь КЗ берем из расчета на ЭВМ J=2,014 А/мм2.
Ориентировочное сечение витка обмотки В. Н.
мм2.
Ориентировочное сечение витка обмотки Н. Н.
мм2.
Выбор типа обмоток по [2; табл.3.2;с. 30]
Принимаем:
обмотка В. Н.– цилиндрическая многослойная из прямоугольного провода,
обмотка Н. Н.– непрерывная обмотка из прямоугольного провода.
В качестве витковой изоляции используется собственная изоляция обмоточного провода. Для учебного проектирования рекомендуется провод марки АПБ, изолированный лентами кабельной бумаги, как для сухих, так и для масляных трансформаторов класса изоляции А.
3.2 Расчёт обмотки низкого напряжения
Выбираем нормированное сечение провода
.
ПНН=ПГОСТ∙nэл=71,1∙3=213,3 мм2,
Уточняем плотность тока:
А/мм2,
Принимаем конструкцию обмотки с радиальными каналами по 4 мм.
Находим число катушек:
принимаем 42 катушки.
Число витков в катушке:
принимаем 3 витка.
Радиальный размер катушки:
мм.
Высота обмотки
lHH=(b'+hК)nкат=(16,5+4)·42=861 мм.
Внутренний диаметр обмотки
D'1=dН+2a01=0,32+2∙0,018=0,356 мм.
Внешний диаметр обмотки
D"1=D'1+2a1=0,356+2∙0,0405=0,437 мм.
Поверхность охлаждения обмотки
ПОХЛ=3∙К∙(b’+a1)∙3.14∙(D'1+D"1)∙WНН =
=3∙0.75∙(0,0165+0,0405)∙3.14∙(0,356+0,437)∙120=38,3 м2.
Масса металла обмотки
кг.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 |
