Проектирование силового трансформатора мощностью 630 кВА (стр. 3 из 5)

Целью данного проекта является расчет трансформатора, имеющего минимальные потери на ХХ и минимальный расход стали. Однако должна также учитываться масса обмоток и стоимость активных материалов. В связи с этим, считаю оптимальным значение β равным примерно 1,3-1,4. Примем диаметр стержня равным 0,19м и получим β=1,326. Дальнейший расчет трансформатора ведем с применением этого значения.

3. Расчет обмотки низкого напряжения.

Для удобства расчетов примем высоту обмоток L_o=0,665м, тогда значение β=1,332.

3.1 Число витков обмотки НН:

W_HH=

витков, округлим полученное число до целого:

W_HH=46

Тогда: u_v=

=8,66 В;

3.2. Сечение витка:

П_НН=

=348,8 мм²;

Выбираем тип обмотки из алюминиевой ленты, шириной 665мм и толщиной b=0,5мм, сечением П_ННВ=332,5 мм²;

3.3. Плотность тока:

J_НН=

1,585 А/мм²;

Принимаем плотность теплового потока на поверхности обмотки:

q=1000 Вт/м²;

3.4. Максимальный радиальный размер катушки обмотки:

b_p=

0,0185 м, где k₃=0,8 для цилиндрических обмоток;

В этот размер можно уложить не более 37 витков. Разбиваем обмотку на две катушки по w=23 витка в каждой с изоляцией из кабельной бумаги К-120 и охлаждающим каналом, между катушками 6мм.

3.5. Радиальный размер обмотки:

Размер одной катушки:

23·0,5+22·0,12=14,14 мм

Итак, радиальный размер обмотки примерно d₁ = 34мм.

3.6. Внутренний и внешний диаметры обмоток:

D_1внутр=d+2·а₀₁=0,19+2·0,005=0,200м;

D_1внеш= D_1внутр +2·d₁=0,20+2·0,034=0,268 м.

3.7. Плотность теплового потока:

q_HH=

=663,168Вт/м², где k₃ – коэффициент закрытия поверхности,

k_Д – коэффициент добавочных потерь, определен в пункте 5.2.1.

3.8. Масса алюминиевой ленты и изоляции:

Основываясь на эскизе обмотки НН (рис. 2) определим массу алюминия и кабельной бумаге (плотность алюминия γ_А=2700 кг/м³, а бумаги γ_бум= 750 кг/м³):

Объем алюминия и изоляции:

V_ал=11250 мм²;

V_бум=2595 мм²;

Масса алюминия и изоляции:

G_HH=3· V_ал · γ_А =3·11250·2700=91,1 кг;

G_изол=3· V_бум· γ_бум=3·2595·750=5,8 кг.

рис.2. Структура обмотки НН.

С торцов обмотки кабельная бумага выступает на 10мм, к этим частям бумаги приклеиваются ленты картона, для придания жесткости торцевым частям обмотки и дополнительной изоляции.

4. Расчет обмотки высокого напряжения.

Обмотка ВН соединена в треугольник, соответственно регулировочные витки располагаем в середине (рис.3) катушки, так как при другом расположении витков контакты переключающего устройства попадают под номинальное напряжение. С учетом этого обстоятельства возможно применение только непрерывной катушечной обмотки (в случае применения механического переключателя).

Обмотку выполняем из прямоугольного алюминиевого провода марки АПБ.

4.1. Число витков при номинальном напряжении:

W_ВH=

витков;

Округлим: W_ВH=727 витков.

4.2. Число витков на одной ступени регулирования (+/- 5%):

N=U_ВНф·0,05=6300·0,05=315

w_p=

36 витков

4.3. Число витков на 5 ступенях регулирования:

Напряжение, В	Число витков
6612	727+36=763
6456	727+0,5·36=745
6300	727
6144	727-0,5·36=709
5988	727-36=691

4.4. Плотность тока в обмотке ВН:

J_ВН=2·J-J_HH=2·1,511-1,585=1,437

4.5. Сечение витка:

П_ВН=

23,191 мм²;

Выбираем (по табл.5.2 [1]):

АПБ

сечением П_ВН =20,8мм².

4.6. Уточненная плотность тока в обмотке ВН:

J_ВН =

1,602 А/мм².

4.7. Число катушек:

n_кат=

44,04 катушки, где

b^/ - ширина провода с изоляцией, м;

h_k – осевой канал между катушками, м.

Принимаем n_кат=43.

4.8. Число витков в катушке:

W =

, принимаем 18.

4.9. Данные катушек:

Таблица 4. Данные катушек обмотки ВН

Данные	Условные обозначения катушек			Всего
	А	Б	В
Назначение катушки	Основная	Основная	Регулир.	-
Число катушек	11	26	6	43
Число витков в катушке	17	18	18	-
Всего витков	187	486	108	763
Радиальный размер, ap, мм	45*	45	45	-

* - вплетаются полосы картона до радиального размера 45мм.

рис.3. Схема выполнения ответвлений в обмотке НН при ПБВ.

Размер масляного канала в месте разрыва обмотки 8мм. В обмотке 31 осевой канал шириной 4,5мм и 10 каналов 4мм. Итого:

L=43·11,1+31·4,5+10·4+8=664,8 мм – высота обмотки.

рис.4. Структура обмотки ВН.

4.10. Плотность теплового потока:

q_ВH=

=392,14 Вт/м², меньше значения из графика 5.34 [1].

Между обмотками ВН и НН помещаем бумажно-бакелитовый цилиндр толщиной 3мм, внутренним диаметром 137мм.

4.11. Масса алюминия (формула 7.7 [1]):

G_ВН=8,47·10³·с·D_ср·w·П_ВН=8,47·10³·3·331·763·20,8=133,5 кг, где

с – число стержней;

D_cp – средний диаметр обмотки;

4.12. Внутренний и внешний диаметры обмоток:

D_2внутр= D_1внутр +2·а₁₂=0,268+2·0,009=0,286м;

D_2внеш= D_2внутр +2·а_р=0,286+2·0,045=0,376 м.

4.13. Масса обмоток:

G_o=G_HH+G_ВН=91,1+133,5=224,6кг.

Алюминиевого провода потребовалось на 5,3кг меньше, чем было рассчитано в пункте 2.10.

5. Расчет параметров короткого замыкания

5.1. Потери КЗ:

На низкой стороне:

P_оснНН=12,75·J_HH·G_HH=12,75·1,585·91,1=2920 Вт (при t⁰ обмоток 75⁰С);

На высокой стороне:

P_оснВН=12,75·J_ВH·G_ВH=12,75·1,602·133,5=4371 Вт.

5.2. Добавочные потери:

5.2.1. Добавочные коэффициенты:

На низкой стороне:

k_д=1+0,037·10^-4·β²·a⁴·n² – коэффициент добавочных потерь, где

β=

,

где b – осевой размер проводника,

l – осевой размер обмотки;

а – радиальный размер проводника;

n – число витков.

β=

= =0,95

k_дНН=1+0,037·10^-4·β²·a⁴·n²=1+0,037·10^-4·0,95²·0,5⁴·46²=1,0004

На высокой стороне:

β=

= =0,651,