Разработка силового двухобмоточного трансформатора типа ТМ

Предельное значение для заданного значение тока холостого хода i₀ = 1,1 % по графику на рисунке 6 составляет β ≤ 2,2.

Ранее были установлены предельные значения, ограниченные плотностью тока, β ≤ 3,82, и механической прочностью обмоток при коротком замыкании, β ≤ 3,13.

Полученные по этим критериям предельные значения β сведены в таблицу 9 и графически представлены на рисунке 10.

Таблица 10 – Предельные значения β, полученные при предварительном расчете

Рисунок 10 – Определение оптимального значения β и диаметра стержня d для трансформатора типа ТМ-2500/35 с алюминиевыми обмотками

На рисунке 10 заштрихованы те зоны, в которых данный параметр выходит за пределы, установленные для него ГОСТ или заданными условиями. Следовательно, выбор значений β и диаметра стержня необходимо выбирать только в пределах всех не заштрихованных зон.

График на рисунке 10 позволяет для трансформатора с алюминиевыми обмотками определить оптимальное значение β с учетом всех исследованных критериев. С учетом заданных критериев выбираем значение d = 0,29 м при β = 1,45. В этом случае стоимость активной части отличается от минимального значения не более чем на 1 %, потери и ток холостого хода будут ниже заданного значения.

Для выбранных значений d и β рассчитываем приведенные ниже данные трансформатора.

β = 1,45,   х = 1,097,   х² = 1,204,   х³ = 1,321.

Диаметр стержня:

d_ст = 0.2644·1,097 = 0,29 м.

Активное сечение стержня:

П_с = 0,0488·1,204 = 0,0588 м².

Средний диаметр обмоток:

d₁₂ = 1,4·0,29 = 0,406 м.

Высота обмоток:

l = π·0,406/1,45 = 0,8796 м.

Высота стержня:

l_c = l + 2·l₀₁ = 0,8796 + 2·0,075 = 1,0296 м.

Расстояние между осями стержней:

С = 0,406 + 0,027 + 0,3·0,29 + 0,03 = 0,55 м.

Напряжение одного витка:

U_в = 4,44·f·В_c·П_с = U_в = 4,44·50·1,6·0,0588 = 20,89 В.

Масса стали G_ст = 2612,14 кг, масса металла обмоток G₀ = 388,39 кг, масса провода G_пр = 440,04 кг, плотность тока J = 2,12·10⁶ А/м².Механические напряжения в обмотках σ_р = 10,63·1,321 = 14,04 МПа. Потери и ток холостого хода: Р_х = 4301,97 Вт и i₀ = 0,863 %.

4 РАСЧЕТ ОБМОТОК

4.1 Обмотка низкого напряжения

4.1.1 Предварительный расчет ОНН

Число витков на одну фазу ОНН определим, как

После округления числа витков скорректируем под него значение напряжения одного витка:

а также индукцию в стержне:

Среднюю плотность тока в обмотке определим, как

                                           (4)

где  k_d – коэффициент, учитывающий добавочные потери в обмотках, в отводах, в стенках бака и других металлических конструкциях от гистерезиса и вихревых токов, определяемый из таблицы 3.6 /1, с. 131/.

Подставляя численные значения в выражение (4), определим среднюю плотность тока в обмотке:

Найденная величина средней плотности тока в обмотке лежит в пределах, указанных для трансформаторов соответствующей мощности и принятого материала обмоток в таблице 5.7 /1, с. 257/.

Предельно допустимое значение большего из двух размеров поперечного сечения провода равно:

                                          (5)

где  q_доп – предельно допустимая плотность теплового потока на поверхности обмотки, Вт/м², принимаемая по рекомендациям /1, с. 260/;

k_зап  – коэффициент закрытия, учитывающий закрытие части охлаждаемой поверхности обмотки конструктивными элементами, принимаемый по рекомендациям /1, с. 261/.

Подставляя численные значения в выражение (5), определим предельно допустимое значение большего из двух размеров поперечного сечения провода:

4.1.2 Расчет винтовой обмотки

По рекомендациям /1, с. 270/ выбираем двухходовую винтовую обмотку с радиальными каналами в витках и между витками с равномерно распределенной транспозицией. Действительный размер провода b принимаем равным около половины b_доп.

Ориентировочное сечение витка обмотки определим, как

По полученным ориентировочным значениям П'₂ и b по сортаменту /1, с. 212…213/ подбираем сечение витка из двадцати двух параллельных проводов:

, разделенных на две группы по одиннадцать проводов с каналами между группами витка и между витками.

Полное сечение витка обмотки определим, как

П₂ = n_в2·П"₂ = 22·43,9 = 965,8 мм², где  n_в2 – количество параллельных проводов, шт;

П"₂ – сечение одного провода по сортаменту /1, с. 212…213/, мм².

Сечение витка обмотки НН представлено на рисунке 11.

Рисунок 11 – Сечение витка ОНН

Определим высоту радиальных масляных охлаждающих каналов между витками:

где k – коэффициент, учитывающий усадку междукатушечных прокладок после сушки и опрессовки обмотки, определяемый по рекомендациям /1, с. 273/.

Действительная высота обмотки определится, как

l₂ = 2·b'·10^-3·(ω₂ + 1) + k·h_к·(2·ω₂ + 1)·10^-3 = 2·8,5·10^-3·(19 + 1) + 0,95·15·(2·19 + 1) =

= 0,8958 м.

Действительная плотность тока в обмотке будет равна:

Конструктивная схема ОНН представлена на рисунке 12.

Рисунок 12 – Конструктивная схема ОНН

Внутренний диаметр обмотки будет равен:

D'₂ = d_ст + 2·а₀₂ = 0,29 + 2·15·10^-3 = 0,32 м.

Наружный диаметр обмотки определим, как

D''₂ = D'₂ + 2·а₂ = 0,32 + 2·11·6,1·10^-3 = 0,4542 м.

Плотность теплового потока на поверхности обмотки:

где k_зак – коэффициент, учитывающий закрытие части поверхности обмотки рейками и другими изоляционными деталями, принимаемый по рекомендациям /1, с. 269/;

ω_к – число витков в катушке, определяемое по рекомендациям