Электромагнитные расчеты при ремонте электрических машин

Фазный ток ВН для средней ступени напряжения:

.

Фазный ток НН:

.

6.2 Определение конструктивных параметров магнитопровода и размеров изоляции в окне

Сначала определим коэффициент использования площади круга Кг:

.

Это значение несколько отличается от предварительно рассчитанного (0,922), но объясняется тем, что уменьшилось значение диаметра стержня. Полученное значение Кг соответствует значению, указанному для трансформатора рассчитываемой мощности согласно таблицы 2.4 [4].

Теперь найдем коэффициент заполнения пакета электротехнической стали активной (чистой) сталью Кз. Значение этого коэффициента зависит от толщины листов стали, толщины изоляции стали и усилия опрессовки стержня. Согласно таблице 2.2 [4] для стали Э3407 толщиной 0,3 мм Кз = 0,96.

Имея информацию о выше указанных коэффициентах, определим коэффициент заполнения активной сталью площади поперечного сечения стержня магнитопровода: .

Определим число ступеней (углов пакетов) nс в площади окружности, описанной вокруг стержня. Согласно таблице 2.4 [4] для номинальной мощности Sн = 250 кВА и величине коэффициента использования площади круга Кг = 0,915, число ступеней nс = 6.

Ширина окна:

.

Высота обмоток:

;

.

Изоляционные расстояния для трансформатора с размещением обмоток по схеме 2 класса напряжения 10 кВ выбираем по таблицам 2.6 - 2.8 [4]:

· минимально допустимый изоляционный промежуток для обмоток НН от стержня: .

· минимально допустимые изоляционные расстояния для обмоток ВН согласно таблицы 2.7 [4]:

где:

t12 - толщина изоляционного цилиндра между обмотками НН и ВН;

lн2 - выступ этого цилиндра за высоту обмоток.

Класс напряжения ВН (до 35 кВ) и номинальная мощность (в диапазоне 25ч400 кВА) рассчитываемого трансформатора не предусматривают наличие изоляционной шайбы и междуфазной перегородки, поэтому в таблице данные величины не приведены и при расчетах учтены не будут.

Ширину вертикальных охлаждающих каналов для 500 < Н = 629 < 1200 согласно таблице 2.8 примем равной: .

Сумма изоляционных расстояний в окне в радиальном направлении:

.

Суммарный размер обмоток поперек окна:

.

Значение предварительного расчета - 110 мм.

6.3 Определение числа витков обмоток

Число витков обмотки НН на одну фазу:

.

Ранее рассчитанное значение - 92.

Уточненное значение Bc:

.

Число витков обмотки ВН на одну фазу для средней ступени напряжения:

.

Проверка коэффициента трансформации:

;

.

Рисунок 4. Схема регулирования напряжения.

асинхронный двигатель напряжение ток

Число витков для регулирования напряжения (ПБВ):

;

;

;

;

;

.

6.4 Расчет среднего значения плотности тока в обмотках. Определение плотности тока в обмотках НН и ВН

Средняя плотность тока в обмотках:

.

Согласно [4] рекомендуемое значение для алюминиевых обмоток составляет . Принимаем усредненное значение средней плотности в обмотках:

Плотность тока в обмотке ВН:

.

Плотность тока в обмотке НН:

.

Предварительное значение средней тепловой нагрузки обмоток:

.

Данное значение входит в рекомендуемый диапазон для алюминиевых обмоток трансформатора мощностью 250 кВА согласно таблице 2.10 [4].

6.5 Расчет обмотки НН

Предварительное значение площади сечения витка:

.

Число витков в слое обмотки:

.

Вследствие намотки витков по винтовой линии по высоте слоя требуется уложить w+1 витков. Для учета неплотностей при изготовлении обмотки и стремлении пружинить после снятия ее с оправки вводится добавочный коэффициент 1,03.

Осевой размер витка с изоляцией:

.

Расчетный размер изоляции принимается на 0,1 мм больше истинного размера для обеспечения рационального размещения обмоток в окне:

.

Осевой размер провода без изоляции:

.

Радиальный размер прямоугольного провода без изоляции:

,

где коэффициент 1,02 учитывает округление кромок проводов прямоугольного сечения.

Требуется выбрать провод с осевым размером и радиальным размером . Такого провода в сортаменте (таблица Б3 [4]) отсутствует, поэтому составляем сечение витка из 6-ти параллельных проводов. По высоте витка располагаются 3 проводника, по ширине - 2. По таблице сортамента провода выбираем провод со следующими характеристиками:

;

.

Провод наматывается плашмя (см. рис.3).

Рисунок 5. Сечение витка обмотки НН.

Размеры и марка провода:

.

Проверка действительной высоты обмотки по выбранному сечению витка:

Полный радиальный размер обмотки, состоящей из двух слоев с учетом ширины вертикального охлаждающего канала равен:

.

Радиальный размер обмотки без канала:

.

Уточняем действительную плотность тока в обмотке НН:

.

6.6 Расчет обмотки ВН

Предварительное значение площади сечения витка:

.

По таблице Б1 [4] сортамента круглого провода выбираем ближайшее сечение провода и диаметр неизолированного провода при этом составляет .

Размеры и марка провода:

,

где - диаметр изолированного провода.

Уточняем действительное значение плотности тока в обмотке по выбранному полному сечению витка:

.

Разместим проводники по слоям обмоток.

Число витков в слое:

.

Число слоев обмотки:

.

Округление производим до ближайшего большего целого числа.

Разделим обмотку ВН каждой фазы на две катушки - Г и Д. Количество слоев в частях обмоток отделенных каналом, выбираем пропорционально количеству охлаждающих поверхностей этих катушек. Катушка Г имеет одну поверхность охлаждения, а катушка Д - две, поэтому катушка Г выполняется из 2-х слоев, а катушка Д - из пяти.

Толщина изоляции между слоями выбирается по суммарному рабочему напряжению двух слоев: .

Согласно таблице 3.1 [4] в качестве межслойной изоляции выбираем три слоя кабельной бумаги толщиной по 0,12 мм. Толщина межслойной изоляции: .

Радиальный размер обмотки (с каналом между слоями):

.

Радиальный размер катушки Г: .

Радиальный размер катушки Г: .

Радиальный размер обмотки без канала:

.

Радиальные размеры и размещение обмоток в окне:

Рисунок 6. Разделение обмотки ВН на катушки Г и Д

Расстояние между осями обмоток - 273,1 мм, что меньше предварительно рассчитанной величины МО. Существенное отличие ~8% объясняется тем, что при детальном расчете взяты минимальные, а не удвоенные расстояния между НН и ВН. При пересчете с удвоенными расстояниями существенно уменьшается значение F0 , qm0 и возрастают средние значения плотностей обмоток, а значит и типоразмер проводов НН и ВН, причем при этом , т.е. намотку провода придется производить на ребро, что нежелательно с точки зрения технологической (сложность при намотке) и экономической (возрастают потери).

6.7 Определение площади поверхности охлаждения обмоток

Для обмотки НН и схемы на рис. 5:

Площадь охлаждаемой поверхности обмоток НН:

;

.

Рисунок 7. Радиальные размеры и размещение обмоток в окне

Площадь поверхности, закрытая рейками:

,

где число реек по окружности обмотки для трансформатора мощностью 100ч630 кВА;

обычная ширина реек;

число поверхностей обмотки НН, закрытых рейками;

Площадь эффективной поверхности охлаждения обмоток НН:

.

Для обмотки ВН

Площадь охлаждаемой поверхности ВН:

.

Площадь поверхности ВН, закрытая рейками:

,

где число поверхностей обмотки ВН, закрытых рейками;

Площадь эффективной поверхности охлаждения обмоток ВН:

.

6.8 Определение массы обмоток, расчет основных и добавочных потерь в обмотках, отводах и баке. Проверка величины напряжения короткого замыкания

Средний диаметр обмотки НН:

.

Средний диаметр обмотки ВН:

.

Средний диаметр канала рассеяния:

.

Масса обмотки НН:

.

Масса обмотки ВН:

.

Общая масса обмоток:

.

Основные потери в обмотках ВН и НН:

;

,

где коэффициент, учитывающий регулировочные витки.

В предварительных расчетах коэффициент Роговского принимался равным . Теперь рассчитаем его значение:

.

Индукция потока рассеяния:

.

Добавочные потери в обмотке НН:

.

Добавочные потери в обмотке ВН:

.Потери в отводах НН:

.

Потерями в отводах ВН пренебрегаем согласно рекомендациям п. 3.2.7 [4].

Приближенные потери в баке:

.

Суммарные потери короткого замыкания:

.

Активная составляющая напряжения короткого замыкания:

.

Ширина приведенного канала рассеяния для обмотки ВН:

;

.

Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания:

.Увеличение реактивной составляющей за счет поперечного поля рассеяния:

.

Напряжение короткого замыкания:

.

Полученное значение существенно отличается от заданного (5,5%). Причина состоит в том, что для низкой стороны задан несколько завышенное значение напряжения короткого замыкания. Для серийных трансформаторов ТМ 250/10 напряжение короткого замыкания не превышает 4%.

Кроме этого, как видно из расчетов, значение короткого замыкания существенно зависит от величины каналов рассеяния, которые в свою очередь, зависят от выбора величины изоляционных промежутков между обмотками. Поскольку по сравнению с предварительным расчетом величины промежутка между ВН и НН уменьшены в 2 раза, это сказывается на величине каналов рассеяния, а значит и на величине напряжения короткого замыкания.

Литература: