Размещено на http://www.allbest.ru/

Задание для расчета трансформатора

1. Определить главные и конструктивные размеры магнитопровода и обмоток.

2. Произвести электромагнитный и тепловой расчет трансформатора.

3. Произвести расчет параметров трансформатора для определения токов однофазного, двухфазного и трехфазного короткого замыкания.

Определить габаритные размеры и массу трансформатора на основании следующих технических условий:

№	параметр
1	Номинальная мощность, S (кВА)	63
2	Номинальное напряжение обмоток, UВН (кВ)	20
3	Номинальное напряжение обмоток, UНН (кВ)	0.4
4	Схема и группа соединений обмоток	Х/Д - 11
5	Напряжение короткого замыкания, UКЗ (%)	5.0
6	Потери мощности короткого замыкания, ДPКЗ (Вт)	1500
7	Ток холостого хода, I0 (%)	3.0
8	Потери мощности холостого хода, ДPХХ (Вт)	250
9	Материал обмоток	Cu
10	Сталь магнитопровода	3413/3330
11	Охлаждение	масляное
12	Частота, f (Гц)	50
13	Количество фаз, m	3



Содержание

Введение

1. Расчет основных электрических величин и изоляционных расстояний

1.1 Определение основных электрических величин

1.2 Расчет основных коэффициентов

2. Расчет обмоток

2.1 Расчет обмотки НН

2.2 Расчет обмотки ВН

3. Расчет параметров короткого замыкания

4. Расчет магнитной системы

4.1 Определение размеров магнитной системы и массы стали

4.2 Расчет потерь холостого хода

4.3 Расчет тока холостого хода

Список использованной литературы



Введение

В настоящее время электрическая энергия для промышленных целей и электроснабжения городов производится на крупных тепловых или гидроэлектростанциях в виде трехфазной системы переменного тока частотой 50 Гц. Напряжения генераторов, установленных на электростанциях, стандартизованы и могут иметь значения 6600, 11 000, 13 800, 15 750, 18 000 или 20 000 в (ГОСТ 721-62). Для передачи электроэнергии на большие расстояния -- это напряжение необходимо повышать до 110, 220, 330 или 500 кв в зависимости от расстояния и передаваемой мощности. Далее, на распределительных подстанциях напряжение требуется понижать до 6 или 10 кв (в городах и промышленных объектах) или до 35 кв (в сельских местностях и при большой протяженности распределительных сетей). Наконец, для ввода в заводские цеха и жилые квартиры напряжение сетей должно быть понижено до 380, 220 или 127 в. В некоторых случаях, например, для освещения котельных или механических цехов и сырых помещений, напряжение должно быть понижено до безопасной для жизни величины - 12, 24 или 36 в.

Повышение и понижение напряжения переменного тока и выполняют силовые трансформаторы. Трансформаторы сами электрическую энергию не производят, а только ее трансформируют, т. е. изменяют величину электрического напряжения. При этом трансформаторы могут быть повышающими, если они предназначены для повышения напряжения, и понижающими, если они предназначены для понижения напряжения. Но принципиально каждый трансформатор может быть использован либо как повышающий, либо как понижающий в зависимости от его назначения, т. е. он является обратимым аппаратом. Силовые трансформаторы обладают весьма высоким коэффициентом полезного действия (к. п. д.), значение которого составляет от 95 до 99,5%, в зависимости от мощности. Трансформатор большей мощности имеет соответственно и более высокий к. п. д.

Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования одной (первичной) системы переменного тока в другую (вторичную), имеющую другие характеристики. Принцип действия трансформатора основан на законе электромагнитной индукции, открытом английским физиком Фарадеем в 1831 г. Явление электромагнитной индукции, состоит в том, что если внутри замкнутого проводникового контура изменяется во времени магнитный поток, то в самом контуре наводится (индуктируется) электродвижущая сила (э. д. с.) и возникает индукционный ток. Чтобы уменьшить сопротивление по пути прохождения магнитного потока и тем самым усилить магнитную связь между первичной и вторичной катушками или, как их более принято называть, обмотками, последние должны быть расположены на замкнутом железном (стальном) сердечнике (магнитопроводе). Применение замкнутого стального магнитопровода значительно снижает относительную величину потока рассеяния, так как проницаемость применяемой для магнитопроводов стали в 800-1000 раз выше, чем у воздуха (или вообще у диамагнитных материалов).

Трансформатор состоит из магнитопровода и насаженных на него обмоток. Кроме того, трансформатор состоит из целого ряда чисто конструкционных узлов и элементов, представляющих собой конструктивную его часть. Элементы конструкции служат главным образом для удобства применения и эксплуатации трансформатора. К ним относятся изоляционные конструкции, предназначенные для обеспечения изоляции токоведущих частей, отводы и вводы - для присоединения обмоток к линии электропередачи, переключатели - для регулирования напряжения трансформатора, баки - для заполнения их трансформаторным маслом, трубы и радиаторы - для охлаждения трансформатора и др.

Магнитопровод и обмотки вместе с крепежными деталями образуют активную часть силового трансформатора.

Трансформатор во время своей работы вследствие возникающих в нем потерь нагревается. Чтобы температура нагрева трансформатора (в основном его изоляции) не превышала допустимого значения, необходимо обеспечить достаточное охлаждение обмоток и магнитопровода. Для этого в большинстве случаев трансформатор (активную часть) помещают в бак, заполненный трансформаторным маслом. При нагревании масло начинает циркулировать и отдает тепло стенкам бака, а от последних тепло рассеивается в окружающем воздухе.



1. Расчет основных электрических величин и изоляционных расстояний

1.1 Определение основных электрических величин

Расчет проводим для трехфазного трансформатора стержневого типа с концентрическими обмотками.

Мощность одной фазы

,

где m - число фаз.

Мощность на один стержень

,

где с - число активных стержней, несущих обмотки трансформатора, для силовых масляных трёхфазных трансформаторов c = m = 3.

Номинальный линейный ток обмотки низкого напряжения



Номинальный линейный ток обмотки высокого напряжения

,

Номинальный фазный ток и напряжение обмотки низкого напряжения

Номинальный фазный ток и напряжение обмотки высокого напряжения

,

Испытательное напряжение обмотки НН

Испытательное напряжение обмотки ВН

Активная составляющая напряжения короткого замыкания



Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания

1.2 Расчет основных коэффициентов

Изоляционный расстояния для испытательных напряжений ОНН и ОВН приведены на рисунке 1.1.

По табл. 5.8 [1] выбираем тип обмоток.

Обмотка НН при напряжении 0,4 кВ и токе 90,93 А винтовая из прямоугольного медного провода, обмотка ВН при напряжении 20 кВ и токе 1,82 А непрерывная катушечная из прямоугольного медного провода.

Рисунок 2.1 - Основные размеры трансформатора

Для испытательного напряжения обмотки ВН UИСП = 55 кВ по табл. 4.5[1] находим изоляционные расстояния (см. рис. 3.5[1]):

a'12 = 20 мм; l'0 = 50 мм; a'22 = 20 мм.

Для испытательного напряжения обмотки НН UИСП = 5 кВ по табл. 4.4[1] находим a'01 = 15 мм.



где k = 0,5132 по табл. 3.3[1].

Приведенный канал рассеяния:

Выбираем трехфазную стержневую шихтованную магнитную систему по рис. 2.5д [1] с косыми стыками на крайних стержнях и прямыми стыками на среднем стержне по рис. 2.17б [1]. Прессовка стержней расклиниванием с обмоткой по рис. 2.18а [1] и ярм - балками, стянутыми шпильками, расположенными вне ярма, по рис. 2.21а [1]. Материал магнитной системы - сталь марки 3413 толщиной 0,35 мм.

Число ступеней в сечении стержня - шесть. Индукция в стержне

BC = 1,54 Тл (по табл. 2.4[1]).

Коэффициент заполнения круга kКР = 0,91 (см. табл. 2.5[1]); изоляция пластин - нагревостойкое изоляционное покрытие kЗ = 0,92 (см. табл. 2.2[1]). Коэффициент заполнения сталью

kС = kКР · kЗ = 0,91 · 0,92 = 0,837.

Число ступеней ярма - четыре, коэффициент усиления ярма kЯ = 1,015 (табл. 8.6 - 8.7[1]).

Индукция в ярме

Число зазоров в магнитной системе на косом стыке четыре, на прямом три. Индукция в зазоре на прямом стыке B''З = BС = 1,54 Тл, на косом стыке

Удельные потери в стали pС = 1,3 Вт/кг; pЯ = 1,55 Вт/кг. Удельная намагничивающая мощность qC = 3,85 В·А/кг; qЯ = 4,85 В·А/кг; для зазоров на прямых стыках q''З = 16700 В·А/м2; для зазоров на косых стыках

q'З = 2200 В·А/м2 (см. табл. 8.9, 8.17[1]).

По табл. 3.6[1] находим коэффициент, учитывающий отношение основных потерь в обмотках к потерям короткого замыкания, kД = 0,97 и по табл. 3.4 и 3.5[1] - постоянные коэффициенты для медных обмоток

а = 1,36 и b = 0,55.

Принимаем kР = 0,95. Диапазон изменения в от 1,2 до 1,6 (см. табл. 12.1[1]).

Расчет основных коэффициентов. По (3.30), (3.36), (3.43), (3.44), (3.52), (3.65) находим коэффициенты:

МПА;



По (3.61) и (3.66) находим предельные значения в по допустимым значениям плотности тока и растягивающим механическим напряжениям:

Оба полученных значения в лежат за пределами обычно применяемых. Масса одного угла магнитной системы по (3.45):

Активное сечение стержня по (3.59):

Площадь зазора на прямом стыке ПЗ'' = ПС = 0,008·x2;

на косом стыке

Для магнитной системы рис. 2.17б[1] по (8.33) потери холостого хода с учетом табл. 8.10, 8.13 и 8.14[1]:



Намагничивающая мощность по (8.44) с учетом табл. 8.17 и 8.20[1]:

Далее определяются основные размеры трансформатора:

Весь дальнейший расчет, начиная с определения массы стали магнитной системы для различных значений в (от 1,2 до 1,6) приводится в табл. 1.1. электромагнитный тепловой трансформатор замыкание

Результаты расчетов, приведенные в табл. 1.1 показаны в виде графиков на рис. 1.1-1.4.

Графики на рис. 1.1 позволяют заметить, что с ростом в масса металла обмоток GO и масса стали в стержнях СC уменьшаются, а масса стали в ярмах GЯ и общая масса стали GСТ трансформатора возрастают. Общая стоимость активной части СА.Ч, (рис. 1.2) с ростом в сначала падает, а затем, пройдя через минимальное значение, снова возрастает. Поскольку с увеличением в при сохранении индукции BC общая масса стали возрастает, должны возрастать также потери и ток холостого хода, что подтверждается графиками PX и i0 на рис. 1.3.

Таблица 1.1. - Предварительный расчет трансформатора

в	1,2	1,3	1,4	1,5	1,6
	1,0466	1,0678	1,0878	1,1067	1,1247
	1,0954	1,1402	1,1832	1,2247	1,2649
	1,1465	1,2175	1,2871	1,3554	1,4226
	81,547	79,931	78,464	77,122	75,888
	20,003	20,820	21,606	22,364	23,097
	101,55	100,751	100,07	99,486	98,985
	72,178	76,654	81,042	85,340	89,573
	10,812	11,254	11,678	12,088	12,485
	82,990	87,908	92,721	97,428	102,057
	184,540	188,659	192,791	196,914	201,042
	6,378	6,773	7,161	7,540	7,914
	158,418	157,17156	156,1092	155,19816	154,4166
	154,361	163,508	172,460	181,216	189,826
	22,615	24,017	25,392	26,739	28,065
	341,771	351,470	361,122	370,694	380,222
	0,009	0,009	0,009	0,010	0,010
	501,66	497,71	494,35	491,46	488,99
	517,027	547,665	577,649	606,977	635,816
	176,530	187,476	198,209	208,720	219,071
	583,235	607,088	629,983	652,079	673,483
	1778,45	1839,94	1900,19	1959,24	2017,36
	1,847	1,876	1,905	1,933	1,961
	27,506	26,425	25,465	24,602	23,820
	28,331	27,218	26,229	25,340	24,535
	32,014	49,264	47,474	45,865	44,408
	57,946	55,669	53,646	51,828	50,181
	86,277	82,887	79,875	84,168	87,715
	0,962•106	0,982•106	1,000•106	1,017•106	1,034•106
	2,876	3,055	3,230	3,401	3,570
	0,105	0,107	0,110	0,112	0,114
	0,157	0,160	0,163	0,166	0,168
	0,410	0,386	0,365	0,347	0,330
	0,683	0,689	0,694	0,699	0,704

Принципиальные выводы в отношении характера изменения масс активных материалов, стоимости активной части, потерь и тока холостого хода, плотности тока и механических напряжений от растяжения с изменением соотношения размеров в, сделанные на основании графиков рис. 1.2, являются общими для любых трансформаторов с плоской магнитной системой.

Широкий диапазон значений в, практически обеспечивающий получение минимальной стоимости активной части трансформатора с отклонением от минимума не более чем на 1%, еще не определяет оптимального значения в. Для выбора оптимального в необходимо обратиться к другим критериям. Графики на рис. 1.2,в позволяют определить предельные значения в ? 1,94 для заданных потерь холостого хода PХ = 1500 Вт. Предельное значение для заданного тока холостого хода

i0 = 3,0% составляет в ? 2,31. Ранее были установлены предельные значения, ограниченные плотностью тока, в ? 0,131, и механической прочностью обмоток при коротком замыкании, в ? 6,889. Полученные по этим критериям предельные значения в сведены в табл. 1.2 и графически представлены на рис. 1.5.

На этом рисунке заштрихованы те зоны, в которых данный параметр выходит за пределы, установленные для него ГОСТ или заданными условиями. Выбор значений в (и диаметра стержня) возможен только в пределах всех незаштрихованных зон. С учетом заданных критериев выбираем значение d = 0,12 м при в = 1,71.

а) б)

в) г)

Рисунок 1.2 - Графики изменения: а) массы стали стержней GС, GЯ, магнитной системы GСТ и металла обмоток GO с изменением в; б) стоимости активной части с изменением в; в) потерь и тока холостого хода с изменением в; г) механических напряжений и плотности тока с изменением в

Таблица 1.2. - Предельные значения в, полученные при предварительном расчете

C'А.Ч min	PX	i0	J	уP
1,4•(0,91 - 2)	1,94	2,31	0,131	6,889



Рисунок 1.3 - Определение оптимального значения в для трансформатора

Для выбранных значений d и в рассчитываем и находим по графикам приведенные ниже данные трансформатора.

в = 1,71;

x = 1,143; x2 = 1,307; x3 = 1,4928.

Диаметр стержня:

d = A·x = 0,11·1,143 = 0,125 м.

Активное сечение стержня:

ПC = 0,008·1,307 = 0,0105 м2.

Средний диаметр обмоток:

d12 = a·A• x = 1,36 · 0,11 · 1,143 = 0,148 м.

Высота обмоток:



Расстояние между осями стержней:

C = d12 + a12 + 2 · a2 + a22 = 0,148 + 0,02 + 0,069 + 0,02 = 0,257 м.

Электродвижущая сила одного витка:

uВ = 4,44 · f · П'С · BС = 4,44 · 50 · 1,54 · 0,0105 = 3,59 В.

Масса стали:

GСТ = 205,454 кг.

Масса обмоток:

GO = 23,053 кг.

Масса провода:

GПР = 23,053 · 1,03 = 23,74 кг.

Плотность тока:

J = 1,051 · 106 A/м2.

Механические напряжения в обмотках:

уР = 2,509 · 1,4928 = 3,75 МПа.

Стоимость активной части:



CА.Ч = 72,309 условных единиц.

Потери холостого хода:

PX = 390,347 Вт.

Ток холостого хода:

i0 = 1,99 %.

В процессе проведения предварительного расчета по обобщенному методу была получена возможность выбора оптимального варианта размеров трансформатора, определения и оценки ряда его параметров - масс активных материалов, стоимости активной части, параметров холостого хода и др. при предельно возможном диапазоне изменения соотношения основных размеров в и без детального расчета.

2. Расчет обмоток

2.1 Расчет обмотки НН

Число витков обмотки НН:

Принимаем w1 = 112 витков.

Напряжение одного витка:

Средняя плотность тока в обмотках по (5.4):

Сечение витка ориентировочно:

По табл. 5.8[1] при мощности 63 кВA, току на один стержень 90,93 A, номинальному напряжению обмотки 400 В и сечению витка 40,35 мм2 выбираем конструкцию цилиндрической однослойной обмотки из прямоугольного провода.

Число слоев в одном слое однослойном обмотки:

Ориентировочный осевой размер витка:

По полученным ориентировочным значениям П'В и hВ1 по табл. 5.2[1] подбираем сечение витка из 4 параллельных проводов проводов с каналами по 5 мм между группами витка и между витками - .

Полное сечение витка:

Плотность тока:

Осевой размер витка:

Высота обмотки:

Радиальный размер обмотки:



По табл. 4.4[1] для UИСП = 5 кВ, S = 630 кВА и винтовой обмотки находим а01 = 4 мм.

Внутренний диаметр обмотки:

D'1 = d + 2·a01 = 0,125 + 2·0,004 = 0,133 м.

Внешний диаметр обмотки:

D''1 = D'1 + 2·a1 = 0,133 + 2·0,003 = 0,139 м.

Полная охлаждаемая поверхность по (6.15):

Плотность теплового потока на поверхности обмотки по (6.16):

Масса металла обмотки по (7.6):

Масса провода по табл. 5.5[1]:



2.2 Расчет обмотки ВН

Число витков в обмотке ВН при номинальном напряжении:

Число витков на одной ступени регулирования:

Для обмотки ВН выбираем вид регулирования напряжения переключением ответвлений обмотки без возбуждения (ПБВ) после отключения всех обмоток трансформатора от сети (рис.2.1). В обмотки ВН выполнено четыре ответвления на +5%, +2,5%, -2,5% и -5% номинального напряжения помимо основного вывода с номинальным напряжением.

Рисунок 2.1 - Схема выполнения ответвлений в обмотке ВН

Число витков обмотки при номинальном напряжении:

Число витков на одной ступени регулирования напряжения при соединении обмотки ВН в звезду:

Для четырёх ступеней:

Напряжение, В	Число витков на ответвлениях
13814	3234 + 2·81 = 3396
12682	3234 + 81 = 3315
11550	3234
10418	3234 - 81 = 3153
9286	3234 - 2·81 = 3072

Предварительная плотность тока в обмотке ВН:

Ориентировочное сечение витка:

Осевой размер обмотки ВН равен размеру обмотки НН

l2 = l1 = 0,216 м.

По табл. 5.8 [1] выбираем цилиндрическую многослойную обмотку из медного круглого провода (S = 63 кВА; I = 1,82 А; U = 11550 В;

П = 0,824 мм2). По сортаменту медного обмоточного провода (табл. 5.1 [1]) выбираем провод марки ПБ диаметром 1,18 мм, сечением 1,094 мм2:

Полное сечение витка

Плотность тока в обмотке:

Число витков в слое:

Число слоёв в обмотке:

Рабочее напряжение двух слоёв:

По рабочему напряжению двух слоев по табл. 4.7 в соответствии с указаниями §4.5 выбираются число слоев и общая толщина дмсл кабельной бумаги в изоляции между двумя слоями обмотки. Выбираем изоляцию 3х0,12; выступ межслойной изоляции на торцах 16 мм.

По графикам (рис. 5.34 [1]) находим плотность теплового потока

q = 800 Вт/м2.

Общий суммарный размер металла, больше допустимого, поэтому разделяем обмотку на две концентрические катушки внутреннюю в 2 слоёв, а внешнюю в 4 слоя разделённые охлаждающим каналом в 2 мм.

Радиальный размер обмотки без экрана, где a'22 = 4 мм по таб.9.2а [1]:

а2 = [a'•nсл2 + дмсл•(nсл2 - 1) + а'22•nк]·10-3.

Количество охлаждающих каналов .

Межслойная изоляция (число слоёв кабельной бумаги):

а2 = [1,45•8 + 0,1• (8 - 1) + 4•2]·10-3 = 0,017 м.

Внутренний диаметр обмотки:

D'2 = D''1 + 2·a12 = 0,139 + 2·0,009 = 0,157 м.

Внешний диаметр обмотки:

D''2 = D'2 + 2·a2 = 0,157 + 2·0,017 = 0,191 м.

Полная охлаждаемая поверхность по (6.15):



Масса металла обмотки по (7.6):

Масса провода обмотки (таблица 5.1 [1]):

GПР = GO(1+3,3·0,05) = 51,71(1+3,3·0,05) = 60,24 кг.

Масса металла двух обмоток

GO = 51,69 + 51,71 = 103,4 кг.



3. Расчет параметров короткого замыкания

Потери короткого замыкания определяются согласно §7.1, основные потери - по (7.3).

Основные потери обмотки НН:

PОСН1 = 2,4 · 10-12 · J12 · GМ = 2,4 · 10-12 · 2,2512 · 1012 · 51,69 = 1028,59 Вт.

Основные потери обмотки ВН:

PОСН2 = 2,4 · 10-12 · 1,6642 · 1012 · 51,79 = 406,829 Вт.

Добавочные потери в обмотке НН по (7.14) (предварительно принимаем kР = 0,95):

kД1 = 1 + 0,095 · 108 · в2 · a4 · n2;

kД1 = 1 + 0,095 · 108 · 1,906 · 2,54 · 10-12 · 42 = 1,11.

Добавочные потери в обмотке ВН по (7.14):

kД2 = 1 + 0,095 · 108 · 0,59· 1,184 · 10-12 · 12 = 1,03.

Длина отводов обмотки НН определяется приближенно по (7.21):



lОТВ1 = 7,5 · l = 7,5 · 0,216 = 1,62 м.

Длина отводов обмотки ВН по (7.21):

lОТВ2 = 7,5 · 0,216 = 41,62 м.

Масса отводов НН:

GОТВ1 = lОТВ · ПОТВ · г =1,62 · 40,4 · 10-6 · 8900 = 0,582 кг.

Потери отводов НН:

PОТВ1 = 2,4 · 10-12 · J2 · GОТВ = 2,4 · 10-12 · 2,2512 · 1012 · 0,582 = 7,078 Вт.

Масса отводов ВН:

GОТВ2 = 1,62 · 1,094 · 10-6 · 8900 = 0,016 кг.

Потери отводов ВН:

PОТВ2 = 2,4 · 10-12 · 1,6642 · 1012 · 0,016 = 0,106 Вт.

Потери в стенках бака и других элементах конструкции до выяснения размеров бака определяем приближенно по (7.25) и табл. 7.1[1]:

PБ = 10 · k · S = 10 · 0,028 · 63 = 17,64 Вт.

Полные потери короткого замыкания:



PК = PОСН1 · kД1 + PОСН2 · kД2 + PОТВ1 + PОТВ2 + PБ =

= 1028,509 · 1,11 + 406,829 · 1,03+ 7,078 + 0,106 + 17,64 = 1515,503 Вт.

Полные потери к.з. несколько больше заданных и составляют

заданного значения.

Напряжение короткого замыкания рассчитывается согласно §7.2.

Активная составляющая напряжения короткого замыкания:

Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания по (7.32):

где



Напряжение короткого замыкания:

или 98,88% заданного значения.

Установившийся ток короткого замыкания на обмотке ВН по (7.38) и табл. 7.2[1]:

Мгновенное максимальное значение тока короткого замыкания:

При по табл. 7.3[1]

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 3.1 - Распределение сжимающих осевых сил

Радиальная сила по (7.43):



Среднее сжимающее напряжение в проводе обмотки НН по (7.48) и (7.49):

Среднее растягивающее напряжение в проводах обмотки ВН по (7.48) и (7.49):

т.е. меньше допустимого значения 18-20 МПа.

Осевые силы по рис. 7.11[1]:

Температура обмотки через tК = 5 с после возникновения короткого замыкания по (7.54):

что ниже допустимой температуры обмотки 250оС (таблица 7.6 [1]).

4. Расчет магнитной системы

4.1 Определение размеров магнитной системы и массы стали

Расчет выполняется по §8.1.

Выбрана конструкция трёхфазной шихтованной магнитной системы, собираемой из пластин холоднокатаной текстурованной стали марки 3413, толщиной 0,35 мм. Стержни магнитной системы прессуются путём расклинивания с обмоткой низкого напряжения или её жёстким изоляционным бумажно-бакелитовым цилиндром, ярма прессуются стальными балками, стянутыми шпильками, расположенными вне ярма. Число ступеней в сечении стержня 6, в ярме 5. Сечение стержня и ярма изображены рис. 4.1. Основные размеры магнитной системы - на рис. 4.2. (выбраны по таблице 8.2 [1]) для стержня, диаметром 0,125 м.

№ пакета	Стержень, мм	Ярмо, мм
1	120х18	120х18
2	105х16	105х16
3	95х6	95х6
4	85х6	85х6
5	65х7	65х7
6	40х6

Рисунок 4.1 - Сечение стержня и ярма

Общая толщина пакетов стержня (ширина ярма) 0,125 м. Площадь ступенчатой фигуры сечения стержня и ярма соответственно по табл. 8.6 Пф,с = 112,3 см2, Пф,я = 115,3 см2.

Объём угла магнитной системы Vу =1194 см3.

Активное сечение стержня

Пс = kз• Пф,с = 0,97112,3 = 108,93 см2 = 0,0108 м2.

Активное сечение ярма

Пя = kз• Пф,я = 0,97115,3= 111,84 см2 = 0,0112 м2.

Длина стержня

lс = l + (l'0 + l"0)10-3 = 0,314 + 20,02 = 0,354 м.

Расстояние между осями стержней

С = D"2 + a22 = 0,191 + 0,008 = 0,199 м.

Рисунок 4.2 - Основные размеры магнитной системы



Масса стали угла магнитной системе гст = 7650 кг/м.

Gу = kз •Vу • гст = 0,97•11,9410-47650 = 8,86 кг.

Масса стали ярма

Gя = G'я + G"я = 2 Пя С• гст + 2Gу = 20,0112 0,199·7650 + 28,86 = 51,821 кг.

Масса стали стержней (а1я = 0,065 по таблице 8.2 для d = 0,125 м)

Gс = G'с + G"с = 3• lс • Пс • гст + 3•(Пс • а1я • гст - Gу)=

=30,3540,01097650 + 3(0,01090,0657650 - 8,86) = 78,235 кг.

Общая масса стали

Gст = Gс + Gя = 78,235 + 51,821 = 130,056 кг.

4.2 Расчет потерь холостого хода

Расчет выполняется по §8.2.

Индукция в стержне:

Индукция в ярме:



Индукция на косом стыке:

Площади сечения немагнитных зазоров на прямом стыке среднего стержня равны соответственно активным сечениям стержня и ярма.

Площадь сечения стержня на косом стыке:

Удельные потери для стали стержней, ярм и стыков по табл. 8.9 [1] для стали марки 3413 толщиной 0,35 мм:

при :;

при :;

при :

Для плоской магнитной системы с косыми стыками на крайних стержнях и прямыми стыками на среднем стержне, с многоступенчатым ярмом, без отверстий для шпилек, с отжигом пластин после резки стали и удаления заусенцев для определения потерь применим выражение (8.32).

На основании §8.2 и табл. 8.12 [1] принимаем:

kпр = 1,05; kпз = 1; kпя = 1; kпп = 1,025; kпш = 1,04.

По табл. 8.13[1] находим коэффициент:

kпу = 8,63.

Тогда потери холостого хода составят:



или 72,6% заданного значения.

4.3 Расчет тока холостого хода

Расчет выполняется по §8.3.

По табл. 8.16[1] находим удельные намагничивающие мощности:

при :;

при :;

при :

Для принятой конструкции магнитной системы и технологии ее изготовления используем (8.43), в котором по §8.3 и табл. 8.12 и 8.21[1] принимаем коэффициенты:

kТ.Р = 1,18; kТ.З = 1; kТ.ПЛ = 1,2; kТ.Я = 1; kТ.П = 1,04; kТ.Ш = 1,04.

По табл. 8.20 [1] находим коэффициент:

kТ.У = 42,16.

Тогда намагничивающая мощность холостого хода составит:



Ток холостого хода:

или 65,76% заданного значения.

Активная составляющая тока холостого хода:

Реактивная составляющая тока холостого хода:



Список использованной литературы

1. П. М. Тихомиров. Расчет трансформаторов: Учеб. пособие для вузов. М.: "Энергоатомиздат", 1986.

2. А. М. Дымков. Расчет и конструирование трансформаторов. Учебник для техникумов. "Высшая школа", 1971.

3. В. Е. Китаев. Трансформаторы. "Высшая школа", 1967.

4. А. В. Сапожников. Конструирование трансформаторов. Госэнергоиздат, 1956.

5. М. М. Кацман. Электрические машины и трансформаторы. "Высшая школа", 1971.

6. М. П. Костенко и Л. М. Пиотровский. Электрические машины. "Энергия", 1964.

7. А. М. Голунов. Охлаждающие устройства масляных трансформаторов. "Энергия", 1964.

8. В. В. Порудоминский. Трансформаторы с переключением под нагрузкой. "Энергия", 1965.

9. П. М. Тихомиров. Расчет трансформаторов для дуговых электрических печей. Госэнергоиздат, 1959.

10. Е. А. Каганович. Испытание трансформаторов малой и средней мощности на напряжение до 35 кв включительно. "Энергия", 1969.

11. В. П. Шуйский. Расчет электрических машин. "Энергия", 1968.

Размещено на Allbest.ru