Расчет обмоток трансформатора

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 5Следующая ⇒

2.1 Расчет обмотки НН

Число витков обмотки НН определяем по её фазовому напряжению и напряжению на один виток (1.16):

(2.1)

После этого уточняются напряжение на один виток, В/виток:

(2.2)

и индукция в стержне, Тл:

, (2.3)

которые используются во всех дальнейших расчетах.

В/виток

Тл

Ориентировочное сечение витка, мм²:

(2.4)

Таблица 2–Обоснование выбора типа обмотки НН

Параметр	1-2х-слойная цилиндрическая из прямоугольного провода	Катушечная из прямоугольного провода	Винтовая из прямоугольного провода	Многослойная цилиндрическая из круглого провода	Расчетное значение
U_ф1,кВ	до 6	от 3 до 110-220	до 35	до 35	1
I_ф1,А	до 600-650	от 10-13 и выше	от 150-200 и выше	до 125-135	923,76
П_1,мм²	до 300	от 6,39 и выше	от 75-100 и выше	до 50,24	257,409
n_пр	до 4-8	до 3-5	от 4 до 12-16	1-2	более 2

По расчетным значениям подходит только винтовая обмотка из прямоугольного провода, следовательно, для дальнейшего расчёта выбираем данный тип обмотки. И медный проводник сечением П_пр = 44,1 мм². Типоразмер выбранного прямоугольного провода:

ПБ 6

b^’ ⁼ 10 ,5

a ^’= 30

Рисунок 3 – Эскиз витка обмотки

Далее рассчитываем реальную (уточненную) плотность тока первичной обмотки, которая и будет использоваться в ходе дальнейших расчетов:

2.2 Расчет винтовой обмотки из прямоугольного провода

Витки винтовой обмотки следуют друг за другом в осевом направлении по винтовой линии. Сечение витка образуется из нескольких параллельных проводников прямоугольного сечения одинакового размера.

Обмотка может быть одно- или двухходовой с охлаждающими каналами между всеми витками или частью витков.

При расчете винтовых обмоток следует выдерживать следующие условия:

1) осевой размер проводника b не должен существенно отличаться от ориентировочного размера витка и не должен превышать максимально допустимого значения, вычисленного по формуле (15);

2) количество проводов в витке одноходовой обмотки должно быть не менее четырех, в витке двухходовой обмотки – не менее восьми;

3) все провода должны иметь одинаковые размеры;

4) суммарное сечение витка должно быть близким к расчетному.

Радиальный размер (толщина) обмотки, мм,

(2.5)

где в n_в – число параллельных проводников в витке (при двухходовой обмотке – 0,5n_в ).

Осевой размер (высота) одноходовой обмотки определяется по формуле, мм:

(2.6)

где k ‒ коэффициент, учитывающий усадку обмотки после опрессовки и сушки, примем k = 0,94.

h _к – ширина осевого охлаждающего канала, h _к=8 мм.

Внутренний диаметр обмотки определяется по формуле: мм,

(2.7)

Наружный диаметр обмотки: мм,

(2.8)

а₁= 30 мм

l₁= 605,16 мм

D₁'' = 380 мм

D₁' = 320 мм

h_k = 8 мм

Рисунок 4 – Эскиз обмотки НН

2.3 Расчет обмотки ВН

Число витков обмотки при номинальном напряжении:

; (2.9)

Ориентировочная плотность тока в обмотке ВН, А/мм²:

; (2.10)

Ориентировочное сечение витка, А/мм²:

(2.11)

Таблица 3 –Обоснование выбора типа обмотки ВН

Параметр	1-2х-слойная цилиндрическая из прямоугольного провода	Катушечная из прямоугольного провода	Винтовая из прямоугольного провода	Многослойная цилиндрическая из круглого провода	Расчетное значение
U_ф2,кВ	до 6	от 3до 110-220	до 35	до 35	5,774
I_ф2,А	до 600-650	от 10-13 и выше	от 150-200 и выше	до 125-135	92,376
П_2,мм²	до 300	от 6,39 и выше	от 75-100 и выше	до 50,24	25,06
n_пр	до 4-8	до 3-5	от 4 до 12-16	1-2	1

По расчетным значениям подходят катушечная обмотка из прямоугольного провода, многослойная цилиндрическая из круглого провода и 1-2х-слойная цилиндрическая из прямоугольного провода. По заданию преподавателя для дальнейшего расчёта выбираем катушечную обмотку из прямоугольного провода. И медный проводник сечением П₂ = 26,1 мм². Типоразмер выбранного прямоугольного провода:

ПБ 1

Уточненная плотность тока в проводниках обмотки ВН, А/мм²:

; (2.12)

h _в = b’ ⁼ 10

a ^’= 3 ,3

Рисунок 5 – Эскиз витка обмотки ВН

Прежде чем приступить к конструктивному расчету ВН, нужно рассчитать систему регулирования напряжения.

2.4 Регулирование напряжения

В расчете принимаем регулирование на отключенном трансформаторе ПБВ, на стороне ВН. Схема регулирования приведена на рисунке 6.

A₂

A₁

A₆

A₄

A₅

A₃

Рисунок 6 − Схема регулирования

Фазное напряжение одной ступени регулирования, В:

;(2.13)

,35.

Число витков на одной ступени регулирования:

; (2.14)

витков.

Число витков обмотки ВН на ответвлениях:

1,05U_2Н – U_2Н + 2D U = 10288,7В, w₂ + 2w_P= 316;

1,025U_2Н – U_2Н + D U = 10144,35В, w₂ + w_P= 308;

U_2Н – U_2Н = 10000 В, w₂= 300;

0,975U_2Н – U_2Н - D U = 9855,65 В, w₂ - w_P= 292 ;

0,95U_2Н – U_2Н - 2D U = 9711,3 В, w₂ - 2w_P = 284;

2.5 Расчет непрерывной катушечной обмотки из прямоугольного провода для ВН

Катушечная обмотка является наиболее универсальной, она с успехом может быть применена как на стороне ВН, так и на стороне НН трансформатора. Обмотка обладает достаточной механической прочностью и имеет хорошие условия охлаждения. Обмотка состоит из ряда последовательно соединенных катушек, намотанных в виде плоских спиралей и разделенных осевыми охлаждающими каналами.

Виток катушечной обмотки может включать в себя от одного до четырех проводников прямоугольного сечения с одинаковыми размерами. Так как с ростом размеров провода увеличиваются дополнительные потери от вихревых токов, вызванных полями рассеяния, необходимо проверить размер b провода по максимально допустимой величине. Максимально допустимый размер провода найдём по формуле, мм:

, (2.15)

где q- плотность теплового потока, равная 1200-1400 Вт/м²;

k _З- коэффициент закрытия, равный 1- для катушечных обмоток;

k _М- коэффициент, равный 10,7 - для медного провода;

J - плотность тока в данной обмотке, А/мм².

10,445>10- условие выполнено.

Суммарное сечение витка должно быть близким к ориентировочному, рассчитанному по формуле (2.11). Провод может быть взят с любым осевым размером при соблюдении условия b< b _тахпо формуле (2.15).

В принципе допускается использование катушек различного типа (но не более четырех) с незначительными отличиями числа витков, которое может быть и дробным, но обязательно кратным числу реек.

Ориентировочное число катушек на одном стержне

, (2.16)

где l₁ - высота обмотки НН, мм, при использовании данной обмотки на стороне НН подставляется ориентировочная высота обмотки, найденная по формуле (1.14).

h _к – высота осевого охлаждающего канала, не менее 4 мм (примем h _к= 4 мм);

b' – размер провода в осевом направлении с учетом изоляции, мм.

Так как при использовании обмотки на стороне ВН число любого типа катушек должно быть четным, так как они располагаются симметрично относительно канала регулирования h_k, то искусственно уменьшим количество катушек на одном стержне на 1 и примем:

n _кат = 42.

Число витков в катушке (ориентировочное) :

, (2.17)

при использовании данного типа обмотки на стороне ВН

w _кат = 8.

Таблица 4-Распределение числа витков

Тип катушки	Количество катушек	Полное число витков
Регулировочная типа А	4-по 8 витков	32
Основная типа В	18-по 8 витков	144
Основная типа С	20-по 7 витков	140
Всего	42	316