150641 (Проект трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора), страница 2

3.2.6 Полное сечение витка, мм²,

П_в = п_пр.П_пр,

Где n_пр. – число параллельных проводов;

П_пр. – сечение одного провода, табл.5.2 (2),

П_в = 3^. 14,0 5,6 = 3 ^. 78,4 = 235,2 мм².

3.2.7 Уточняем плотность тока, А/мм²,

_вн = I_ф.вн / П_в = 144,5 / 235,2 = 0,6 А/мм².

3.2.8 Вычислим число витков в слое,

_сл. = Н_о / (n_пр. ^. d^/) – 1 = 73,27 / (3 ^. 5,6) – 1 = 4,6 5.

3.2.9 Определим число слоев в обмотке,

n_сл. = _вн / _сл. =178 / 41 = 4,34, принимаем 5.

3.2.10 Рабочее напряжение двух слоев, В,

U_{м сл.} = 2 _сл. ^. U_в = 2 ^. 41 ^. 9,78 = 801,96 В

Межслойную изоляцию по табл.5.5 (1) выбираем в два слоя кабельной бумаги – 0,12 мм, выступ изоляции на торцах обмотки 1 см на одну сторону.

3.2.11 Радиальный размер обмотки, см,

а₂ = d^/_сл. + _{м сл.}(n_сл. – 1),

где _{м сл.}- число слоев и толщина кабельной бумаги, табл.5.5 (1),

а₂ = 5,6 ^. 5 + 0,012 ^. 2(5 -1) =28,096 см 28 см.

3.2.12 Внутренний диаметр обмотки, см,

Д^/₂ = Д^//₁ + 2а₁₂ = 35,9 + 2 ^.0,9 = 37,7 см.

3.2.13 Наружный диаметр обмотки, см

Д^//₂ = Д^/₂ + 2а₂ = 37,7 + 2 ^. 28 = 93,7 см.

4. Определение параметров короткого замыкания

4.1 Определение потерь короткого замыкания

4.1.1 Основные потери обмотки НН, Вт,

Р_{осн. НН} = 2,4 _нн ^.М_{м нн} ,

Где М_{м нн} – масса металла обмотки НН, кг,

М_{м нн} =28 ^. с ^{. .} _нн ^. П_{в нн} ^. 10^-5 = 28 ^. 3 ^{. .} 41 ^. 226,92 ^. 10^-5 =247,35 кг. Р_{осн НН} = 2,4 ^. 2,8^{2 .} 247,35 = 4654,14 Вт.

4.1.2 Основные потери обмотки ВН, Вт,

Р_{осн ВН} = 2,4 _нн ^. М_{м вн}

М_{м вн} = 28 ^. 3 ^{. .} 178 ^. 235,2 ^. 10^-5 = 2310,48 кг

Р_{осн вн} = 2,4 ^. 0,6^{2 .} 2310,48 = 1996,25 Вт.

4.1.3 Добавочные потери в обмотке НН,

К_{д нн} = 1+ 0,095 _д² . а^{4 .} (h² -0,2),

Где _д= bm К_р / Н_о

b –размер проводника, парралельный направлению линий магнитной индукции осевой составляющей поля рассеивания,

m – число проводников в обмотке,

К_р –коэффициент приведения поля рассеяния, К_р = 0,95

= 0,22

а – размер проводника, перпендикулярный направлению линии магнитной индукции осевой составляющей поля рассеяния,

n – число проводников обмотки,

К_д.нн = 1+ 0,095 ^. 0,22^{2 .} 0,45⁴(3 – 0,2) = 1,001.

Рис.4 а- к расчету массы обмоток; б – к определению добавочных потерь в обмотках.

4.1.4 Добавочные потери в обмотке ВН

К_{д вн} = 1 + 0,044 ^. _д1^{2 .} d^{4 .} n²,

Где = bm ^.К_р /Н_о, d – диаметр проводника;

_д1 = 14 ^. 5^. 0,95 / 73,27 = 0,26

К_{д вн} =1 + 0,044 ^. 0,26^{2 .} 5,6^{4 .} 3² = 2,74

4.1.5 Длинна отводов для схемы соединения «звезда» ВН и НН имеют одинаковую длину, см,

l_отв.ВН = l_отв.НН = 7,5Н_о = 7,5 ^. 73,27 = 549,5 см

4.1.6 Масса отводов НН,кг,

М_отв.НН = _м ^. П_в.НН ^. l_отв.НН ^. 10^-8,

Где - плотность металла отводов,

_м = 8900 кг/м³

М_отв.НН = 8900 ^. 226,92 ^. 549,5 ^. 10^-8 = 11,09 кг

4.1.7 Потери в проводах НН, Вт,

Р_отв.НН = 2,4 ^. М_отв.НН = 2,4 ^. 2,8^{2 .} 11,09 =208,67 Вт

4.1.8 Масса отводов ВН, кг

М_отв.ВН = _м ^. П_в.ВН ^. l_отв.ВН ^. 10^-8 = 8900^. 235,2 ^. 11,09 ^. 10^-8 = 0,23 кг

4.1.9 Потери в отводах ВН, Вт,

Р_отв.ВН =2,4 _вн^{2 .} М_отв.ВН = 2,4 ^. 2,8^{2 .} 0,23 = 4,3 Вт

4.1.10 Потери в стенках бака и других элементах конструкции, Вт

Р = 10 ^.К ^. S,

Где К - принимаем К = 0,015

S – полная мощность трансформатора, кВА,

Р = 10 ^. 0,015 ^. 750 = 112,5 Вт.

4.1.11 Полные потери короткого замыкания, Вт,

Р_к = К_дНН ^. Р_осн.НН + К_дВН ^. Р_осн.ВН + Р_отв.ВН + Р_отв.НН + Р =

= 1,001 ^. 4654,14 + 1996, ^. 2,74 + 208,67 + 4,3 +112,5 10453,98 Вт

или 1098 ^. 100% / 600 = 174,2%

4.2 Расчет напряжения короткого замыкания

Рис.5 Поле рассеяния двух концентрических обмоток: 1- обмотка ВН; 2- обмотка НН; 3- ярмо; 4- стержень; 5- поток рассеяния.

4.2.1 Расчет активной составляющей, %,

U_а = Р_к / (10S) =10453,98 / 10 ^. 750 =1,39%

4.2.2 Расчет реактивной составляющей, %,

U_р = 7,92 ^. f ^. S^{| .} а_р ^. К_р ^. К_q ^. 10^-3 / U ,

Где = Д₁₂ / Н_о

Д₁₂ = Д^//₁ + а₁₂ = 35,9 + 0,9 = 36,8 см

= 3,14 ^. 36,15 / 73,27 = 1,55

а_р – ширина приведенного канала расстояния, см,

а_р = 0,9 + = 11,65 см

К_q – коэффициент учета неравномерного распределения витков по высоте К_q = 1,

К_р – коэффициент, учитывающий отклонения реального поля рассеяния от идеального параллельного,

К_р 1-

= (а₁₂ + а₁ + а₂) / Н_о = = 0,14

К_р = 1- 0,14 = 0,86

U_р = = 16,13%

4.2.3 Напряжение короткого замыкания, %,

Рис.6 Продольное и поперечное поля в концентрических обмотках: 1и 2- обмотки внутренняя и наружна

U_к = = = 16,13% Или = 358,5 В

4.3 Расчет механических сил в обмотках

4.3.1 Установившейся ток короткого замыкания, А,

I_к.у. = I_ном.ВН ^. 100 / U_к = = 895,8 А

4.3.2 Мгновенное максимальное значение тока короткого замыкания,А,

i_к.max = 1,44 ^. K_max ^. I_кy,

где K_max – коэффициент учитывающий периодическую составляющую тока КЗ.

K_max = 1 + e ^{- U}_a ^{\ U}_p = 1+ e ^- = 0,27

I_к.max = 1,41 ^. 0,27 ^. 895,8 = 341 А

4.3.3 Радиальная сила, Н,

F_p = 0,628(i_к.max ^. _BH)^{2 .} К_р ^. 10^-6 = 0,628(341 ^. 178)^{2 .} 1,55 ^. 0,86 ^. 10^-6 =

= 3168,45 Н.

4.3.4 Полная осевая сила, Н,

F_ос.д = (F_р ^. а_р) / 2Н_о = = 251,89 Н.

Рис.6 Осевые силы: а- определение h_х; приближенное определение l_а.р.:

1- обмотка НН; 2- обмотка ВН; 3- стержень; 4- прессующее кольцо; 5- ярмовая балка; 6- стенка бака.

Согласно рис. вторая составляющая осевой силы, равна = 0, т.к. регулировочные витки располагаются по высоте всего наружного слоя.

4.4 Расчет обмоток на магнитную прочность

Рис.6 К определению механических напряжений.

4.4.1 Напряжение на сжатие в проводе обмотке НН, МПа,

_сж.р= F_р / 2 _НН ^. П_в.НН = = 0,24 МПа

или _сж.р.д= = 0,008%

4.4.2 Напряжение сжатия на прокладках обмотки НН, МПа

_сж.= F_ос.д / (n _пНН ^. a₁ ^. b_пНН),

где n_п – число прокладок по окружности обмотки;

a₁ – радиальный размер обмотки, мм;

b_п – ширина прокладки, мм

_сж = = 1.48 МПа

или _сж.д = = 7,4% допустимого.

4.5 Расчет температуры нагрева обмоток при коротком замыкании

4.5.1 Температура обмотки через t_к = 4сек. Возникновения короткого замыкания, ^оС,

V_к.а = (670t_к / (12,5 ^. (U_к/ I_ВН)² – t_к)) + V_н,

Где t_к – наибольшая продолжительность короткого замыкания,

V_н – начальная температура обмотки, V_н = 90^оС.

V_к.а = + 90 = 96,5⁰С,

Что ниже допустимой температуры для медных обмоток

V_к.а 250⁰С, табл.8.1(1).

4.5.2 Время достижения температуры 250⁰С, с,

t_{к 250} = 2,5 (U_к / _ВН)² = 82,96 с.

5. Расчет магнитной системы

5.1 Определение размеров и массы магнитопровода

Выбираем трехфазную конструкцию магнитной системы с косыми стыками на крайних стержнях и прямыми на среднем. Прессовку стержня осуществляем расклиниванием с обмоткой, ярма – ярмовыми балками без бандажей.

5.1.1 Рассчитываем расстояние между осями обмоток, см,

А = Д^//₂ + а₂₂ = 93,7 +0,8 = 94,5 см принимаем 95.

По табл. 9.1(1) определяем сечения стержня, ярма и объема угла:

П_ф.с. = 278 см²; П_я = 279 см²; h_я =17,5 см; V_у =4,69 дм².

5.1.2 Определим высоту окна, см,

Н = Н_о +h^| _о +h^|| _о = 73,27+ 2 + (1,5+1,8) = 78,57 cм, принимаем 79.

5.1.3 Масса угла, кг,

М_у =V _у ^. _ст.^. К_з,

Где V _у – объем угла, дм²; К_з – коэффициент заполнения сечения сталью; _ст – плотность электротехнической стали, _ст = 7850 кг/см²

М_у = 4,69 ^. 7,65 ^. 0,96 = 34,44 кг

5.1.4 Масса стержней, кг,

М_с = с ^. П_ф.с^. К_з. ^. (Н + h_я) _ст^. 10^-3 – с^. М_у,

Где с – число стержней магнитной системы;

П_ф.с – площадь поперечного сечения стержня, см;

h_я – высота ярма.

М_с = 4 ^.278 ^. 0,96 ^.(79 +17,5) ^. 7,65 ^. 10^-3 – 3 ^. 34,44 = 487,73 кг

5.1.5 Масса ярма, кг,

М_я = 4 П_ф.я ^. К_з ^. А ^. _ст ^. 10^-3 – 4 М_у,

Где П_ф.я – площадь поперечного сечения ярма, см²

М_я = 4^. 279 ^. 0,96 ^. 95 ^. 7,65 ^. 10^-3 – 4^. 34,44 = 640,85 кг

5.1.6 Масса стали магнитопровода, кг,

М_ст. = М_с + М_я + 6М_у = 487,73 + 640,85 + 6 ^. 34,44 = 1335,22.кг.

5.2 Расчет потерь холостого хода

В_с =1,65 Тл; В_я = В_с ^. П_ф.с / П_ф.я = = 1,64 Тл

Среднее значение индукции в углах возьмем равным индукции в стержне

В_у = В_с = 1,64 Тл.

Из табл.9.2(1) находим значение удельных потерь и из табл.9.3(1) коэффициент увеличения потерь для углов с прямыми и косыми стыками:

Р_с =1,238 Вт/кг; Р_я = 1,260 Вт/кг; К_пр.= 2,61; К_к = 1,59.

5.2.1 Определим потери в магнитопроводе, Вт,

Р_о = К₁ (М_ср_с + М_яр_я + М_у (К_прn _пр. + К_кn _к)),

Где К₁ – коэффициент, учитывающий добавочные потери в магнитопроводной системе;

n _пр. и n _к – числа углов с прямыми и косыми стыками.

Р_о = 1,1(487,73 ^. 1,238 +640,87 ^. 1,26 + 34,44 ^{. .} (2 ^. 2,61 + 4 ^. 1,59))= 2100,33 Вт

Потери получились меньше нормированных ГОСТ 11920-85 на

= -0,8%.

5.3 Расчет тока холостого тока

5.3.1 Средняя индукция в косом стыке, Тл,

В_к.з. = (В_с + В_я) / 2 = = 1,16 Тл

Из табл. 9.2(1) находим значение удельных намагничивающих мощностей стержней, ярм, прямого и косого стыков и из табл. 9.3(1) – коэффициенты увеличения намагничивающей мощности для углов с прямыми и косыми стыками:

q_с = 1,84 Вт/кг; q _я = 1,775 Вт/кг; q _к.з. =0,298 В^.А/см²; q _з.с. = 2,240 В^.А/см²;