Расчет трансформатора ТМ100035 (стр. 3 из 8)

d₁₂– средний диаметр обмоток (мм), определяемый на этапе расчета главных размеров;

k_д - коэффициент, учитывающий наличие добавочных потерь и приближенно определяемый полной мощностью трансформатора по табл. 2.10;

u_в- ЭДС одного витка обмоток (В), определяемая соотношением

, В,

(2.11)

где B_c - индукция в стержне магнитопровода (Тл), определяемая маркой стали при расчете главных размеров;

П_с – сечение стержня магнитопровода (мм²).

Таблица. 2.10

Мощность трансформатора, S, кВА	До 35	35 - 110	110 - 2000	2000-5000	5000-20000
kд	0,99	0,99-0,97	0,95-0,90	0,90-0,89	0,88-0,75

По таблице 2.9 принимаем k_д = 0,95

Получим

А/мм²

Полученное по (2.8) значение плотности тока укладывается в следующие пределы: - для медной обмотки -1.8-4.5 А/мм²;

2.10. Сечение витка обмотки предварительно может быть определено следующим образом:

первичной (НН)

, мм2

(2.12)

вторичной (ВН)

, мм2

(2.13)

где I_ф - ток фазы обмотки , А,

D_ср – средняя плотность тока обмоток (А/мм²).

Таблица.4.11

Сводная таблица

Расстояние обмотки НН от стержня	a01	мм	15
Расстояние между обмотками ВН и НН	a12	мм	27
Расстояние между обмотками ВН	a22	мм	30
Расстояние обмок от ярма	l0	мм	75
Высота обмоток	l	мм	609,25
Средний диаметр обмоток	d12	мм	313.72
Средняя плотность тока в обмотках	Dср	А/мм2	3.325
Сечение витка первичной обмотки НН	П1	мм2	9.546
Сечение витка вторичной обмотки ВН	П2	мм2	4,96
ЭДС витка	uв	В	12.066
Диаметр стержня магнитопровода	d	мм	230
Сечение стержня магнитопровода	Пс	мм2
Индукция в стали	Вс	Тл	1,55

3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОБМОТОК ТРАНСФОРМАТОРА

Проектирование обмоток трансформатора выполняется после выбора главных размеров трансформатора. Задачи, решаемые на этом этапе:

1. Выбор типа обмоток и схемы регулирования напряжения.

2. Расчет и выбор обмоточного провода и определение размеров обмоток.

3.1 Краткие сведения об обмотках трансформаторов

Конструкции обмоток трансформаторов могут существенно различаться в зависимости от мощности и напряжения. Определяющими конструктивное исполнение обмотки являются число витков, сечение витка и класс напряжения.

Классом напряжения обмотки трансформатора называют ее длительно допустимое рабочее напряжение. Класс совпадает с номинальным напряжением электрической сети, в которую обмотка включается. Каждому классу напряжения соответствуют определенные испытательные переменные напряжения при промышленной частоте и импульсные. Классом напряжения трансформатора считают класс напряжения обмотки ВН.

По расположению на стержне обмотки подразделяют на концентрические (рис. 3.1,а) и чередующиеся (рис. 3.1, б). При использовании концентрических обмоток в силовых трансформаторах обмотка НН располагается внутри, а ВН - снаружи.

Основным элементом каждой обмотки является виток, который состоит из одного или нескольких параллельных проводников. Совокупность витков, соединенных последовательно, образует катушку. Обмотка может состоять из одной или нескольких катушек. Витки, вплотную намотанные на цилиндрической поверхности, образуют слой.

Катушки называют «правыми», если обход вдоль витков совершается по часовой стрелке, и «левыми», если обход идет против часовой стрелки (по аналогии с обозначением резьбы винта) От направления намотки витков зависит направление ЭДС, индуцированной в катушке, и направление магнитных силовых линий. По соображениям удобства изготовления большинство обмоток трансформаторов выполняют с левой намоткой.

Рис 3.1. Концентрические и чередующиеся обмотки	Рис. 3.2. Направления намотки катушек

Силовые трансформаторы должны позволять регулировать напряжение на нагрузке в небольших пределах. Такое регулирование напряжения осуществляется изменением коэффициента трансформации. С этой целью одна из обмоток (обмотка ВН) должна иметь несколько отпаек. В силовых трансформаторах предусматривается два вида регулирования напряжений силового трансформатора:

- регулирование напряжения путем переключения ответвлений обмотки без возбуждения (ПБВ) после отключения всех обмоток трансформатора от сети;

- регулирование напряжения под нагрузкой (РПН), без отключения обмоток трансформатора от сети.

В масляных трансформаторах мощностью от 25 до 200000 кВА с ПБВ стандартами ГОСТ 12022-66; 11920-73 и 12965-74 предусмотрено выполнение на обмотках ВН четырех ответвлений на +5; +2,5; -2,5 и -5% от номинального напряжения помимо основного зажима с номинальным напряжением.

3.2 Выбор типа обмоток

Проектирование обмоток трансформатора осуществляется с учетом производственных и эксплуатационных требований, предъявляемых к ним.

Производственные требования сводятся к оптимизации затрат материалов и труда на производство трансформатора. Это обеспечивается выбором рационального типа обмотки, материала обмоточного провода, компактным размещением и распределением витков и катушек чтобы ограничить расход обмоточного провода и обеспечить наилучшее заполнение окна магнитопровода.

К эксплуатационным требованиям относятся механическая прочность при воздействии сил короткого замыкания и ограниченный нагрев обмоток в номинальном режиме работы.

Механическая прочность обеспечивается рациональным расположением витков и катушек так, чтобы ограничить возникающие электромагнитные усилия.

Для достижения необходимой нагревостойкости следует обеспечить эффективную теплоотдачу от обмотки в охлаждающую среду путем создания развитой охлаждающей поверхности и выбором рациональной плотности тока. Требование эффективной теплоотдачи ограничивает радиальный размер обмотки между двумя охлаждающими поверхностями.

Основные параметры для выбора типа обмоток следующие:

1. Мощность трансформатора (S, кВА).

2. Ток фазы обмотки (I_ф, А).

3. Номинальное напряжение (U_ном , кВ) .

4. Сечение витка обмотки (П, мм² ).

5. Схема регулирования напряжения (для обмоток ВН).

Первые четыре параметра определены техническим заданием, либо предыдущим этапом проектирования (выбор главных размеров).

На выбор схемы регулировочных ответвлений влияет ряд факторов:

- схема соединения обмоток;

- тип обмотки;

- механическая прочность при коротких замыканиях;

- напряжение между частями обмотки.

На рис. 3.3 показаны наиболее употребительные схемы выполнения регулировочных ответвлений в обмотках ВН трансформаторов и стандартные обозначения начал, концов и ответвлений обмоток ВН

Рис. 3.3. Различные схемы выполнения ответвлений в обмотке ВН при регулировании напряжения без возбуждения ПБВ.

При соединении обмоток в звезду наиболее целесообразны схемы рис. 3.3, а, б, в, поскольку допускают применение наиболее простого и дешевого переключателя - одного на три фазы трансформатора. В этих схемах рабочее напряжение между отдельными частямипереключателя не превышает 10% линейного напряжения трансформатора. Схема по рис. 3.3, г требует или трех отдельных переключателей для каждой фазы или одного трехфазного переключателя. В последнем рабочее напряжение между отдельными его частями может достигать 50% номинального напряжения обмотки, однако и такие переключатели находят широкое применение.

При соединении обмоток треугольником наиболее целесообразна схема по рис. 3.3, г. В схемах регулирования, регулировочные витки каждой фазной обмотки присоединяются к линейному зажиму соседней фазы и рабочее напряжение между контактами различных фаз на переключателе достигает 100% номинального напряжения обмотки. Схема по рис. 3.3, в при соединении обмотки в треугольник не применяется.

Схемы регулирования по рис. 3.3, а, б могут быть реализованы в цилиндрических обмотках, а по рис. 3.3, в, г - в катушечных. Особенностью схемы по рис. 3.3, в является то, одна половина обмотки мотается правой, а другая левой намоткой.

Для снижения механических усилий, действующих на обмотку при коротком замыкании, рекомендуется размещать симметрично относительно середины высоты обмотки, например по схемам рис. 3.3, б, в, г. Схема по рис. 3.3 а для регулирования напряжения при многослойной цилиндрической обмотке применяется в трансформаторах мощностью до 160 кВА.