Расчет трансформатора ТМ1000/35

Примечание. Толщина изоляции на две стороны : нормальная 0,50 мм ; усиленная 1,06 ; 1,50 ; 2,07 мм

4. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

4.1 Потери в обмотке Pобм определяются плотностью тока, материалом и весом обмоточного провода

где D - уточненная плотность тока в обмотке;

k – коэффициент, учитывающий плотность и электропроводность материала обмотки (для медного провода k=2,4 , для алюминиевого провода k=12,75);

kдоп – коэффициент, учитывающий дополнительные потери в обмотке (приближенно можно принять kдоп = 1,09 ).

4.2 Общие потери короткого замыкания

где kотв –учитывает потери в отводах обмоток, в стенках бака, других элементах конструкции от потоков рассеяния (ориентировочно можно принять kотв=1,1).

4.3. Активная составляющая напряжения короткого замыкания

4.4. Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания

Здесь ширина приведенного канала рассеяния (aр) и параметр b определяются реальными размерами спроектированной обмотки:

Принимаем  =

Коэффициент kр учитывает реальное распределение потоков рассеяния (kр = 0,93-0,98).

4.5.Полное напряжение короткого замыкания

5. РАСЧЕТ МАГНИТОПРОВОДА

Основные размеры и данные стержня магнитной системы—его диаметр и высота, активное сечение — приближенно определяются в начале расчета трансформатора до расчета обмоток. Окончательный расчет магнитной системы обычно проводится после того, как установлены размеры обмоток трансформатора и главных изоляционных промежутков и проверены некоторые параметры трансформатора—потери и напряжение короткого замыкания.

При окончательном расчете определяются: размеры пакетов стержня и ярма, расположение охлаждающих каналов, схему шихтовки, активные сечения стержня и ярма, число пластин стали в пакетах, высота стержня, расстояние между осями стержней, полный вес стали в трансформаторе. После окончательного установления всех размеров определяются потери и ток холостого хода.

Размеры пакетов стержня следует выбирать с таким расчетом, чтобы площадь поперечного сечения (ступенчатой фигуры) стержня была максимально возможной (рис.5.1, а).

Форма поперечного сечения ярма несколько отличается от формы сечения стержня. В средней своей части по размеры пакетов ярма и стержня делают одинаковыми, а крайние пакеты выполняются более широкими путем объединения двух-трех пакетов в один (рис. 5.1 б). Это делается с целью улучшения прессовки ярма ярмовыми балками, более равномерного распределения давления но ширине пакетов и уменьшения веера пластин на углах пакетов.

Шихтованные магнитопроводы собирают перекладывая пластины стержней и ярем в переплет, благодаря чему уменьшаются воздушные зазоры. Форма стыка пластин стержней и ярм определяет схему шихтовки магнитопровода (рис. 5.2):

- с прямыми стыками;

- с косыми стыками;

- с комбинированными стыками.

Для магнитопроводов из холоднокатанных сталей применяются схемы с косыми и комбинированными стыками.

5.1 Определение числа и размеров пакетов стержня производится по табл 5.3. в зависимости от диаметра стержня магнитопровода. Результаты занесены в табл. 5.1.

Таблица 5.1.

5.2. Сечение стержня магнитопровода

5.3 Определение числа и размеров пакетов ярма производится по табл 5.3. в зависимости от диаметра стержня магнитопровода. Результаты занесены в табл. 5.2.

Таблица 5.2.

Таблица 5.3.

5.4. Сечение ярма магнитопровода

5.5. Уточненное значение индукции в стержне магнитопровода

где kЗ - коэффициент заполнения пакета активной сталью, выбираемый по табл. 5.4. Принимаем kЗ = 0,95

5.6. Значение индукции в ярме магнитопровода

Таблица 5.4.

Коэффициент заполнения пакета стержня сталью

5.7. Длина стержня магнитопровода

5.8. Высота ярма

5.9. Высота магнитопровода

5.10. Расстояние между осями стержней

5.11. Ширина пакета магнитопровода

5.12. Магнитопровод трансформатора представляет собой сложную пространственную фигуру. Для определения объема стали магнитопровода удобно ввести понятие объема угла магнитопровода

Тогда весь объем магнитной системы можно определить как сумму объемов

- двух ярем

 - трех стержней

5.13. Вес стали магнитопровода

6. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ХОЛОСТОГО ХОДА

6.1. Потери холостого хода

где pс - удельные потери в стали стержней

   pя - удельные потери в стали ярем

   kд - коэффициент добавочных потерь (kд =1.1)

Удельные потери в (6.1) можно определить по табл. 6.4. по величине индукции в стержне и ярме.

pс=1,134 Вт/кг    qс = 585 ВА/кг              qзс =17890 ВА/м2

pя=1,295 Вт/кг    qя = 645 ВА/кг   

6.2. Полная намагничивающая мощность

, м3

 м3

, м2.

где qс - удельная намагничивающая мощность в стали стержней

   qя - удельная намагничивающая мощность в стали ярем

    qя - удельная намагничивающая мощность в области стыков стержней и ярем.

6.3. Реактивная составляющая тока холостого хода.

6.4. Активная составляющая тока холостого хода.

6.5. Ток холостого хода.

Таблица 6.4

Удельные потери и намагничивающая мощность стали 3404 толщиной 0.35  мм

7. РАСЧЕТ БАКА

Размеры бака определяются габаритами активной части и минимальными изоляционными расстояниями от обмоток и отводов до стенок бака. Эти расстояния определяются по табл. 7.1 -7.2

Таблица 7.1.

минимальное расстояние от крышки до ярма h2

Таблица 7.2.

минимальное расстояние от отвода до обмотки s1, s3

минимальное расстояние от отвода до стенки бака s2, s4

7.1. Диаметр отвода обмотки ВН

7.2 По рассчитанным размерам бака необходимо определить поверхность охлаждения бака Пбак - площадь крышки и боковой поверхности.

8. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ

Тепловое состояние электрической машины является важным фактором ее работоспособности. Это связано, прежде всего, с тем, что работа любой электрической машины связана с наличием изоляции между токоведущими частями. В качестве изоляции электрических машин чаще всего используются материалы органического происхождения (в трансформаторе это бумага и масло), в которые быстро разрушаются при относительно небольших температурах - около 200о С. Помимо этого в таких материалах происходят естественные процессы старения, резко ускоряющиеся при повышении температуры. Так в диапазоне температур 80-120о С увеличение температуры на каждые 6о приводит у снижению срока службы изоляции в два раза. Так при сроке службы изоляции трансформатора около 20 лет длительное увеличение температуры на 30о выше допустимой приведет к сокращению срока службы до полугода, а на 40о - до двух месяцев. Таким образом машина, правильно спроектированная в электромагнитном отношении, может оказаться совершенно неработоспособной в тепловом. Указанные обстоятельства обусловливают чрезвычайную значимость тепловых расчетов электрических машин. Однако, ввиду того, что, учебный план специальности составлен так, курсы по теории нагрева читаются позже выполнения проекта, то тепловой расчет трансформатора резко упрощен и представляет собой лишь приблизительную оценку теплового состояния трансформатора.

Такая оценка может быть получена на основе закона Ньютона-Рихмана, описывающий процесс конвективного переноса теплоты

где P - мощность, выделяемая в объеме нагреваемого тела;

Похл - площадь поверхности тела, через которую происходит охлаждение;

a - коэффициент теплоотдачи с поверхности;

Q - температура нагреваемого тела;

Qос - температура окружающей среды.

При этом предполагается, что весь внутренний объем трансформатора представляет собой однородное тело с идеальной теплопроводностью.

Для проведения тепловых расчетов удобно ввести величину перегрева - превышения температуры охлаждаемой поверхности на температурой охлаждающей среды

В нашем случае мощность Р в уравнении (8.1) - это мощность потерь холостого хода и короткого замыкания, которые были определены на этапе электромагнитного расчета, и таким образом, на этапе теплового расчета являются заданной величиной. Величина перегрева определяется классом применяемой изоляции и потому также известна. Поэтому тепловой расчет сводится к определению поверхности охлаждения, обеспечивающей допустимые значения перегрева при заданной мощности потерь

Для масляного трансформатора поверхностью охлаждения является поверхность бака. С увеличением габарита трансформатора мощность потерь растет быстрее, чем объем а следовательно и поверхность бака. Для уменьшения габаритов в этом случае применяют баки с волнистой поверхностью, радиаторы, обладающие развитой поверхностью охлаждения. Ориентировочно, тип бака можно определить по табл. 8.1.

Таблица 8.1.

Области применения баков различной конструкции

8.1. Коэффициент теплоотдачи с плоской поверхности;

где kф - коэффициент формы поверхности (для гладкой стенки kф=1)

8.2. Предварительное значение общей поверхности охлаждения

Величину перегрева в (8.5) принять равной DQ=65оС.

8.3. Поверхность охлаждения радиаторов

где kф = 1.3 - коэффициент формы поверхности для радиаторов.

8.4.Используя табл. 8.2, выбрать необходимое количество и тип радиатора.

Таблица 8.2.

Основные данные трубчатых радиаторов с прямыми трубами.

ПРИМЕЧАНИЯ:

1.     Минимальное расстояние осей фланцев радиатора от нижнего и верхнего срезов стенки бака  и  - соответственно 0,085 и 0,10 м.

2.     Ширина радиатора (В) 354 мм для однорядного и 505 мм для двухрядного.

3.     Длина радиатора (С) 158 и 253 мм соответственно.

Принимаем трубчатые радиаторы с прямыми трубами со следующими параметрами

ЛИТЕРАТУРА

1. Вольдек А. И. Электрические машины. Л: Энергия, 1978, 832 с.

2. Сергеенков Б.Н., Киселев В.М., Акимова Н.А. Электрические машины: Трансформаторы: Учеб. пособие для электромех. спец. вузов. - М.: Высш. шк., 1989 - 352 с.

3. Лейтес Л.В.. Электромагнитные расчеты трансформаторов и реакторов. М.:Энергия, 1981. 392 с.

4. Тихомиров П.М. Расчет трансформаторов: Учеб. пособие для вузов, 5 -е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1986. 528 с.

5 . Сапожников А.В. Конструирование трансформаторов. -М. - Л: Госэнергоиздат. 1959.360с.

6. Аншин В.Ш., Хадяков З.Т. Сборка трансформаторов и их магнитных систем. М.: Высш. шк. 1895. 272 с..

7. Боднар В. В. Нагрузочная способность силовых масляных трансформаторов. М.: Энергоатоминздат, 1983. 176 с.

8. Испытания мощных трансформаторов и реакторов /Г. В. Алексенко, А.К.Ашрятов, Е.В.Веремей, Е.С.Фрид. М-: Энергия, 1978. 519 с.

9. ГОСТ 11 677-85. Трансформаторы силовые масляные.

Страницы: 1, 2, 3, 4