Расчет и конструктивная разработка трансформатора ТМ-160/20 (потери короткого замыкания - 3100 Вт)

большего из двух размеров провода прямоугольного сечения b, мм,

;

,

где  

мм,

мм.

По условиям охлаждения при допустимом уровне добавочных потерь размер провода b, мм,

,

где        

q=1400

мм.

Делаем радиальные каналы через два витка.

Число параллельных проводов – 10.

Выбираем сечение провода

П=13,1 мм² ,

a=2,24 мм,

b=6,00 мм.

               Радиальный размер a₁ обмотки, мм,

,

                                                  мм,

где

           ^.

                    Предельное значение радиального размера обмотки определяют из условия охлаждения, мм,

,

где - коэффициент, учитывающий закрытие изоляционными деталями части охлаждаемой поверхности обмотки;

;

.

               Допустимый радиальный размер провода

 мм.

               Размер провода

Марка провода

АПБ

               Полное сечение витка обмотки, мм,

,

                                                      .

               Реальная плотность тока в обмотке, мм,

.

               Осевой размер , м, опрессованной после сушки трансформатора обмотки, для одноходовой обмотки с  радиальными каналами через два     витка, м,

,

где .

Различие осевого размера  с предварительно рассчитанным составляет 1,9 %, что допустимо.

               Внутренний диаметр обмотки, м,

.

               Наружный диаметр обмотки, м,

.

               Плотность теплового потока , , на поверхности обмотки

,

где ,

Полученная величина не превышает 1400 .

3.2 Расчет обмоток ВН

Обмотка цилиндрическая многослойная из провода круглого сечения, регулировочные витки размещают в наружном слое обмотки симметрично относительно середины ее высоты, например по схеме на рисунке 3.2.1.

Рисунок 3.2.1 – Схема регулировочных ответвлений в обмотке ВН при регулировании напряжения без возбуждения

Число витков обмотки ВН при

.

Число витков на одной ступени регулирования

.

Число витков обмотки на ответвлениях +5; +2,5; 0; -2,5; -5 % от номинального напряжения соответственно равно

 Предварительно плотность тока в обмотке ВН, ,

.

               Сечение витка обмотки ВН, мм²

.

3.2.1 Расчет многослойной цилиндрической обмотки

из провода круглого сечения

Рисунок 3.2.1 – Устройство и изоляция многослойной цилиндрической обмотки из провода круглого сечения

По ориентировочному сечению витка и сортаменту провода выбираем провод подходящего сечения (по таблице 2.3)

Марка провода

АПБ.

               Полное сечение витка, мм²,

                                                                                          ,

мм,

 мм².

Реальная плотность тока, ,

.

Число витков в слое

               Число слоев в обмотке

Округляем до ближайшего большего числа,

               Рабочее напряжение двух слоев, В,

.

               В качестве междуслойной изоляции применяем кабельную бумагу, положенную в несколько слоев. Число слоев кабельной бумаги – 4, толщина междуслойной изоляции , выступ междуслойной изоляции на торцах обмотки (на одну сторону) – 16 мм. Для улучшения охлаждения обмотку выполняем в виде двух концентрических катушек с осевым масляным каналом между ними. Число слоев внутренней катушки – 5.

               Минимальная ширина вертикального масляного канала, мм,

.

               Радиальный размер обмотки без экрана, мм,

.

           Радиальный размер обмотки с экраном, мм,

,

.

Внутренний диаметр обмотки, м,

.

Наружный диаметр обмотки с экраном, м,

.

               Расстояние между обмотками  ВН соседних стержней .

               Поверхность охлаждения обмотки, разделенной на две катушки вертикальным охлаждающим каналом, м,

где к=4,5 и к₃=0,83, т.к. обмотка намотана непосредственно на изоляционный цилиндр;

Плотность теплового потока, Вт/м,

где Р_ОСН2 – потери в обмотке ВН, к_Д2=1,001– коэффициент, учитывающий добавочные потери в обмотке ВН.

4. Определение параметров короткого замыкания

4.1. Определение потерь короткого замыкания

Средний диаметр, м, обмоток НН и ВН соответственно:

;

.

где   - соответственно внутренние и наружные диаметры обмоток НН и ВН, м, найденные в разделе 3.

               Масса металла, кг, обмоток НН и ВН соответственно:

 ;

,

где  k=25,4 для алюминиевого провода;

       и  - сечения витков обмоток НН и ВН, мм²;

       и  - средние диаметры обмоток, м.

Основные потери, Вт, в обмотках НН и ВН соответственно

;

,

где  k=12,75 для алюминиевого провода;

        и  - реальная плотность тока, , в обмотках НН и ВН;

        и   - массы металла обмоток НН и ВН, кг.

               Масса металла обмотки ВН с учетом витков верхних ступеней регулирования, кг,

 кг.

               Полная масса металла обмоток трансформатора, кг,

 =30,28+49,96=80,24  кг.

               Для расчета добавочных потерь в обмотках НН и ВН от потока рассеяния Ф_р необходимо определить коэффициенты, учитывающие заполнение высоты обмотки материалом провода:

               для обмотки из провода прямоугольного сечения (НН)

 =;

               для обмотки из провода круглого сечения (ВН)

,

 =,

где - размер провода прямоугольного сечения в осевом направлении обмотки;    

       m - число проводников в осевом направлении обмотки;

       d – диаметр провода круглого сечения;

       = 0,93 – коэффициент приведения поля рассеяния.

Число проводников в осевом направлении (вдоль) обмотки m для винтовой обмотки, равно произведению числа витков  в слое на число ходов  обмотки:  для цилиндрических -

Коэффициенты, учитывающие добавочные потери в обмотке НН  и в обмотке ВН :

для обмотки из провода прямоугольного сечения (НН)

 =

где  - коэффициент для проводов прямоугольного сечения;

 =2,24 мм - размер провода прямоугольного сечения в радиальном направлении;

  n – число параллельных проводов в  ходе винтовой обмотки;

        для  обмотки из провода круглого сечения (ВН)

 =

где k₁=0,017,

      n=n_c2=7.

Общая длина отводов, м, обмотки НН (соединение в «звезду»)

=

и для обмотки ВН

,

где  - длина соответствующей обмотки, определяемая в разделе 3.

               Масса металла отводов обмотки НН и ВН, кг, соответственно:

;

,

где  - сечение отвода обмотки НН или ВН и равно сечению витка