Проектирование силового трансформатора мощностью 630 кВА (стр. 4 из 5)
где m – число проводников в радиальном направлении
kдВН=1+0,037·10-4·β2·a4·n2=1+0,037·10-4·0,6512·2,04·432=1,008
5.2.2. Потери в отводах:
На низкой стороне:
Длина провода при соединении в звезду:
lотв=7,5Lo=7,5·0,665=4,988м;
Масса отвода:
GотвНН=lотв·ПНН·γА=4,988·332,5·2700·10-6=4,478 кг;
Потери:
PотвНН=12,75·JНH2·GотвНН=12,75·1,5852·4,478=143,5 Вт.
На высокой стороне:
Длина провода при соединении в треугольник:
lотв=14·Lo=14·0,665=9,31м;
Масса отвода:
GотвВН=lотв·ПВН·γА=9,31·20,8·2700·10-6=0,523 кг;
Потери:
PотвВН=12,75·JВH2·GотвВН=12,75·1,6022·0,523=17,1 Вт.
5.2.3. Потери в стенках бака:
Pбак=10·k·S=10·0,015·630=94,5 Вт , где k по табл.7.1 [1].
5.3. Полные потери.
Pk=PоснНН·kдНН+PоснВН·kдВН+PотвНН+PотвВН+Pбак= =2920·1,0004+4371·1,008+143,5+17,1+94,5=7581 Вт.
Для номинального напряжения:
Pk=7581 – 0,05·PоснВН·kдВН=7581 – 0,05·4371·1,008=7361 Вт;
=2,24% - отклонение от заданного значения.5.4. Напряжение короткого замыкания.
Активная составляющая напряжения короткого замыкания:
ua=
1.168%;kp=1 – σ(1 – e-1/σ) – коэффициент, учитывающий отклонение реального поля рассеяния от идеализированного;
σ=
;kp=1 – σ(1 – e-1/σ)= 1 – 0,042(1 – e-1/0,042)=0,958;
ар=а12+
= 0,009+ 
=0,035мм;up/=
= 
=4,938%kq=1+
=1+ 
1,001;Реактивная часть напряжения КЗ:
up=kq·up/=1,001·4,828=4.943%
Напряжение КЗ:
uk=
= 
=5,079% 
=1,6% - отклонение от заданного значения.5.5. Определение механических сил в обмотках
Для трансформаторов мощностью менее 1,0 МВА действующее значение наибольшего установившегося тока КЗ:
IкуВН=
656,291 А;kmax=
– по таблице 7.3 [1], коэффициент учитывающий максимально возможную апериодическую составляющую тока КЗ;ikmax=
=2,1·656,291=1378 А – ударный ток короткого замыкания;Радиальная сила:
Fp=0,628·(ikmax·WBH)2·β·kp·10-6=0,628·(1378·727)2·1·0,958·10-6=80420 Н;
Напряжение сжатия:
На низкой стороне:
σsHH=
МПа;На высокой стороне:
σsВH =
МПа; 
от предельно допустимого значения 25МПа;Осевые силы:
F/ос=
Н;F//ос=
Н,где l// - расстояние от стержня до стенки бака;
m - по рисунку 7.11 [1];
Сжимающие силы:
По рисунку 7.11 [1]:
Рис.5. Сжимающие силы в обмотке ВН.
FсжВН= F/ос - F//ос=20690 – 13230=7464 Н – на высокой стороне;
Рис.6. Сжимающие силы в обмотке НН.
FсжНН= F/ос + F//ос=20690 + 13230=33920 Н – на низкой стороне;
σсжНН=
МПа, где 
- средний диаметр обмотки НН;а/ - радиальный размер алюминиевых лент (суммарный);
Обмотки после сборки прессуются силой, близкой к 34кН.
5.6. Температура обмоток спустя 5с после возникновения КЗ:
Θ=
= 
=156 0С,где J – средняя плотность тока.
Температура соответствует допустимой норме - 2000С.
6. Расчет магнитной системы
6.1. Полное сечение стержня:
Пфс=
м2;Активное сечение стержня:
Пс=k3Пфc=0,95·0,026=0,024м2;
6.2. Определение размеров кольца:
Рис.7. Полукольцо магнитопровода.
Длина стержня:
Lст=Lo+2lтех=0,665+2·0,03=0,725м,
где lтех – отступ необходимый для разъемного диска, который фиксирует два кольца при вращении (намотка стеклоленты, обмотки);
Размер «окна» между двумя стержнями:
C=D2внеш+0,014=0,39м;
Прочие размеры:
А=С+0,71·d=0,39+0,71·0,19=0,525м;
В=0,75·d=0,75·0,19=0,142м;
b=
0,113м;Координата центра тяжести сечения стержня:
ац=0,342·d=0,342·0,19=0,065м;
r=0,02м – радиус сопряжения ярмо-стержень;
R=
=0,374м;Длина средней линии кольца по положению центра тяжести:
α=arcsin
0,251 рад =14,4о;Lcp=
==
=1,99м;6.3. Масса стали навитой магнитной системы:
γст=7650 кг/м3 – плотность электротехнической стали (холоднокатаной);
Gст=1,5·Lcp·Пс·γст=1,5·1,99·0,024·7650=555,8 кг.
Масса стали получилась на 109,8кг меньше рассчитанной в предварительном расчете. Однако, это делает некоторые преимущества, например, уменьшились и потери холостого хода, ток холостого хода, уменьшилась стоимость трансформатора, так как сталь марки 3406 дорогостоящая (уменьшение массы стали дает большую экономию, чем уменьшение массы обмоток), трансформатор стал значительно легче, что в наше время является важным фактором.
Сечение полукольца можно рассматривать состоящим из 4 пакетов. На самом деле магнитопровод навивается из ленты стали переменной ширины. Чтобы отходов стали было как можно меньше, ленту сваривают из 4 отрезков точечной сваркой. В данном случае имеем:
Рис.8. Сечение стержня.
1 отрезок ленты: ширина от 26,8мм до 78,2мм; 165 слоев;
2 отрезок ленты: ширина от 78,2мм до 94,7мм; 87 слоев;
3 отрезок ленты: ширина от 94,7мм до 109,4мм; 176 слоев;
2 отрезок ленты: ширина от 109,4мм до 94,9мм; 128 слоев.
Между полукольцами укладывается изоляция из электрокартона в 1 слой – 0,5мм. Полукольца подвергаются отжигу. Скрепление двух полуколец осуществляется стеклолентой шириной 20мм.
7. Расчет потерь холостого хода и тока холостого хода.
7.1. Расчет потерь холостого хода:
В рассматриваемой пространственной системе следует учитывать, что при расчетной индукции в стержне Вс, первая гармоническая составляющая индукции, в отдельных частях магнитопровода, может достигать значения в 1,15 раза больше. При этом возникает гармоническая составляющая потока, которая уменьшает значение индукции в 1,14 раз. Соответственно максимальным значение индукции в системе можно считать принятое Вс. Понятие угла в данной системе не имеет места, однородность каждого кольца позволяет не разделять его на стержни и ярма.
Активные потери в стали:
Pх=kпт·kпи·pс·Gст ,
где kпт= 1,06 – коэффициент, учитывающий технологические факторы;
kпи=1,33 – коэффициент, учитывающий искажение формы кривой магнитного потока и индукции;
pc=1.080 Вт/кг – удельные потери в стали 3406 при индукции 1,6 Тл;
Pх=kпт·kпи·pс·Gст = 1,06·1,33·1,080·555,8=846,2 Вт, что составляет примерно 65% от заданного значения (846,2·100/1300 = 65,1%).
7.2. Расчет тока холостого хода:
Полная намагничивающая мощность:
Qx=kтт·kти·qc·Gcт ,
где kтт=1,15 –коэффициент, учитывающий несовершенство технологии и отжига;
kти=1,50 – коэффициент, учитывающий искажение формы кривой магнитной индукции;
qc=1.560 ВА/кг – полная удельная намагничивающая мощность в стали 3406 при индукции 1,6 Тл;
Qx=kтт·kти·qc·Gcт=1,15·1,50·1,560·555,8=1496 ВА;
Относительное значение тока холостого хода: