Размещено на http://www.allbest.ru/

РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ

ТРАНСФОРМАТОРА

РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ

М.С. Удинцева

Екатеринбург-2014

СОДЕРЖАНИЕ

обмотка цилиндрический индукция

Введение

1. Задание

1.1 Выбор варианта

2. Предварительный расчет основных размеров

2.1 Выбор марки стали, индукции в стержне и конструкции магнитной системы

2.2 Расчет основных электрических величин

2.3 Расчет основных размеров

3. Расчет обмоток трансформатора

3.1 Общие положения

3.2 Расчет обмотки НН

3.3 Расчет обмотки ВН

3.4 Регулирование напряжения

3.5 Расчет цилиндрических одно- и двухслойных обмоток из прямоугольного провода

3.6 Расчет винтовых обмоток

3.7 Расчет катушечной обмотки

3.8 Расчет многослойной цилиндрической обмотки из круглого провода

4. Расчет параметров короткого замыкания

4.1 Определение массы обмоток

4.2 Расчет потерь короткого замыкания

4.3 Расчет напряжения короткого замыкания

5. Расчет потерь и тока холостого хода

5.1 Расчет массы стали

5.2 Расчет потерь холостого хода

5.3 Расчет намагничивающей мощности

5.4 Расчет тока холостого хода

6. Тепловой расчет трансформатора

6.1 Расчет размеров бака

6.2 Расчет плотности теплового потока

6.3 Тепловой расчет обмоток

6.4 Расчет необходимой и реальной поверхности охлаждения

6.5 Расчет превышения температуры обмоток

7. Расчет весовых данных трансформатора

7.1 Полная рабочая масса трансформатора

Библиографический список

ВВЕДЕНИЕ

В соответствии с учебным планом студенты очного и заочного обучения по специальности 10.18.00 должны выполнить курсовую работу по расчету силового трансформатора. Студенты очного обучения обеспечены фундаментальными учебными пособиями для качественного выполнения данной работы. Для студентов-заочников поиск подобной литературы в большинстве случаев представляет достаточно сложную проблему, в связи с этим авторы по возможности кратко изложили действующую методику расчета, привели необходимый справочный и иллюстрационный материал.

Небольшой объем методических указаний вызвал сокращение диапазона мощностей трансформаторов, предлагаемых для расчета, в пре-делах 1000 - 6300 кВА, использование лишь одного класса напряжения 35 кВ, одного варианта конструкции магнитной системы и другие ограничения. Поэтому студенты могут использовать другие типы магнитной системы, обмоток и прочие конструктивные элементы трансформаторов с соответствующим изменением расчетных выражений, но при сохранении основных параметров задания.

Задание содержит 100 вариантов и охватывает большую группу трансформаторов, широко распространенных в распределительных электрических сетях городского и сельского электроснабжения. Выбор необходимого варианта производится по двум последним цифрам шифра, присвоенного студенту.

Пояснительная записка выполняется в соответствии со стандартом предприятия СТП ОмИИТ-15-94 на листах формата А4 и должна содержать не только расчетный материал, но и все рисунки, схемы и графики, поясняющие расчет и его результаты. Любая расчетная формула должна быть записана в общем виде, затем в нее подставляются необходимые количественные значения и лишь после этого приводится результат. Промежуточные вычисления не требуются.

Пояснительная записка сопровождается эскизным сборочным чертежом с разрезами по одному стержню, выполненном на листе (двух листах) миллиметровой бумаги формата А2 или А1 с соблюдением всех расчетных размеров. Масштаб чертежа - не менее 1:10.

1. ЗАДАНИЕ

Произвести ориентировочный расчет основных параметров трехфазного двухобмоточного силового трансформатора, отвечающего указанным в табл. 1.1 и 1.2 техническим условиям.

1.1 Выбор варианта

Выбор варианта задания производится по двум последним цифрам шифра, присвоенного студенту. В табл. 1.1 приведены основные технические условия, которым должен соответствовать спроектированный трансформатор, в табл. 1.2 - дополнительные требования по материалу и группе соединения обмоток трансформатора.

Общим для всех вариантов является высшее напряжение (ВН) обмотки U₂ = 35 кВ. Для четной последней цифры шифра (варианта) низкое напряжение (НН) обмотки U₁ = 6,0 кВ, для нечетной цифры - U₁ = 10 кВ.

Магнитная система трансформатора плоская. При наличии учебного пособия [1] студенты могут изменить конструкцию магнитной системы.

Т а б л и ц а 1.1

Технические условия

Заданная величина	Обозна-чение величины	Последняя цифра шифра
		0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Мощность, кВА		1000	1600	2500	4000	6300
Напряжение к. з., %		6,5	6,5	6,5	7,5	7,5
Потери к. з., Вт		11600	16500	23500	33500	46500
Потери х. х., Вт		2000	2750	3900	5300	7600
Ток х. х., %		1,4	1,3	1,0	0,9	0,8

П р и м е ч а н и я.

1. Напряжение в задании указано линейные.

2. Потери и ток холостого хода (х. х.) приведены для ориентировочной оценки полученных в ходе расчета величин.

Т а б л и ц а 1.2

Дополнительные требования

Условие	Предпоследняя цифра шифpa
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Материал обмоток	Cu	Al	Cu	Al	Cu	Al	Cu	Al	Cu	Al
Группы соединения	Y/Д-11	Д/Y-11	Y/Y-0	Y/Д-5	Д/Y-5

П р и м е ч а н и я.

1. В обозначениях группы соединения на первом месте всегда указыва-ется схема соединения обмоток высшего напряжения (ВН), а на втором - низкого напряжения (НН), независимо от нумерации обмоток в ходе расчета.

2. Приняты следующие условные обозначения схем соединения обмоток: Y - звезда, Д - треугольник.

2. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ

1.1 Выбор марки стали, индукции в стержне и конструкции магнитной системы

конструктивной основой трансформатора является его магнитная система (магнитопровод, сердечник). Стержни и ярмо с целью снижения потерь на вихревые токи набираются (шихтуются) из листов электротехнической стали толщиной 0,35; 0,3 или 0,27 мм и выполняются ступенчатыми для наибольшего заполнения площади круга сталью (рис. 2.1). Отношение сечения стали к общей площади круга учитывается в расчете коэффициентом круга Число ступеней ярма для заданного ряда мощностей можно принять равным числу ступеней стержня. Ориентировочные диаметры стержня, число ступеней и коэффициенты круга приведены в табл. 2.1.

Сечение ярма за счет увеличения его высоты обычно больше сечения стержня. Для заданного ряда мощностей коэффициент усиления ярма = 1,02 - 1,03.

Т а б л и ц а 2.1

Ориентировочные сведения о конструкции сердечника

Мощность , кВА	1000	1600	2500	4000	6300
Диаметр стержня , мм	240 - 260	280 - 300	320 - 330	340 - 350	360 - 380
Число ступеней	8	8	8	9	9
Коэффициент круга,	0,925	0,928	0,929	0,913	0,913



Рис. 2.1 Конструкция стержня трансформатора

Вследствие неплотного прилегания листов стали и наличия изоляции между листами активное сечение стали оказывается меньше сечения ступенчатой фигуры стержня, что учитывается коэффициентом заполнения пакета = 0,94 - 0,97.

Таким образом общий коэффициент заполнения активной сталью фактической площади круга, описанного вокруг ступенчатой фигуры стержня,

(2.1)

В современном трансформаторостроении используется холоднокатаная текстурованная сталь марок 3404, 3408, обладающая достаточно сильно выра-женными анизотропными свойствами, что дает возможность использовать при конструировании магнитопровода косые стыки [1]. Характерно, что чем выше марка стали, тем более резко ухудшаются ее свойства при отклонении направления магнитного потока от направления проката. В связи с этим высоколегированная сталь марок 3407, 3408 используется лишь для витых магнитопроводов и сердечников сверхмощных и наиболее ответственных трансформаторов. Для изготовления сердечников серийных трансформаторов обычно применяют сталь марок 3404 - 3406 толщиной 0,35 - 0,27 мм.

В последнее время наметилась тенденция к использованию в обычных силовых распределительных трансформаторах изотропной холоднокатаной стали марок 2411 - 2413 [3]. (В данной работе технические данные таких сталей отсутствуют и выбирать их при выполнении курсовой работы не рекомендуется.)

Существенно влияет на технико-экономические показатели трансформатора расчетная индукция в стержне . Уменьшение индукции способствует снижению потерь х. х. и, следовательно, эксплутационных затрат, но приводит к увеличению массы стали и обмоток, габаритов трансформатора и, в конечном счете, к увеличению его стоимости, т. е. капитальных затрат. Увеличение индукции напротив позволяет уменьшить затраты активных материалов, но вызывает увеличение потерь и тока х. х. Практика современного трансформаторостроения рекомендует для стали марок 3404 - 3406 принимать индукцию в стержне = 1,5 - 1,65 Тл .

Для расчета предлагаются два варианта конструкции плоской магнитной системы: с четырьмя косыми стыками по углам, двумя прямыми в ярме и одним прямым в стержне (рис. 2.2, а); с шестью косыми стыками и двумя прямыми в ярме (рис. 2.2, б).

2.2 Расчет основных электрических величин

Расчет трансформатора начинается с определения номинальных напря-жений и токов. В силовых трансформаторах нормального исполнения с целью уменьшения массы активных материалов принято располагать первой от стер-жня обмотку низшего напряжения, в связи с этим всем величинам, относящим-ся к обмотке НН, будет присваиваться индекс "1", а для обмотки ВН - индекс "2".

Расчет обмоток производится по фазным напряжениям и токам, которые определяются по схеме соединения соответствующей обмотки. Напоминаем, что в обозначении группы соединения на первом месте всегда указывается схема обмотки ВН независимо от ее расположения на стержне .

Номинальные линейные токи при любой схеме соединения, А,

, (2.2)

где - номинальная мощность по заданию, кВА;

- номинальное линейное напряжение по заданию, кВ;

- номер обмотки.

Фазные токи при соединении Y равны линейным:

при соединении Д -

(2.3)

Фазные напряжения при соединении Y

при соединении Д

. (2.4)

Активная составляющая напряжения к. з., %,

, (2.5)

где - потери к. з. по заданию, Вт.

(Различие размерности в числителе и знаменателе не является опечаткой.)

Реактивная составляющая, %,

, (2.6)

где - напряжение к. з. по заданию, %.

2.3 Расчет основных размеров

Размещено на http://www.allbest.ru/

Для обеспечения достаточной электрической прочности трансформатора необходимо найти минимальные допустимые изоляционные расстояния (промежутки) между элементами обмоток и заземленными деталями конструкции. К таким промежуткам относятся (рис. 2.3) расстояния: от стержня до обмотки HH (a₀₁); между обмотками НН и ВН одной фазы (а₁₂); между обмотками ВН соседних фаз (а₂₂); от обмотки ВН до ярма магнитопровода (l₀₂). Эти расстояния определяются рабо-чими и испытательными напряжениями соответствующей обмотки. В данной курсовой работе следует принять [1, с. 183, 184]:

а₀₁ = 15 мм (при 1600 кВА); а₀₁ = 17,5 мм (при 2500 кВА);

а₁₂ = 27 мм; а₂₂ = 30 мм; l₀₂ = 75 мм.

(Здесь указаны минимальные допустимые изоляционные промежутки, при необходимости они могут быть увеличены в разумных пределах.)

Одним из основных критериев, определяющих технико-экономические показатели трансформатора, является соотношение между средней длиной витка и высотой обмоток:

, (2.7)

где - средний диаметр канала между обмотками ВН и НН;

- высота обмотки.

Опыт проектирования и производства трансформаторов показывает, что существует определенный диапазон оптимальных значений при которых трансформатор будет иметь наименьшую стоимость при достаточно удовлетворительных эксплуатационных показателях.

Для заданного ряда мощностей и класса напряжения 35 кВ эти диапазоны составляют:

для медных обмоток - 1,8 - 2,4;

алюминиевых - 1,2 - 1,6.

Условимся в дальнейшем все величины, носящие предварительный ори-ентировочный характер и подлежащие уточнению в ходе дальнейшего расчета, обозначать верхним штрихом. Так, например, ширина приведенного канала магнитного рассеяния может быть найдена только после конструктивного расчета обмоток, ориентировочное ее значение определяется по формуле, мм:

, (2.8)

где - коэффициент, определяемый мощностью трансформатора и классом напряжения; в настоящем расчете его можно принять для медных обмоток в интервале 5,4 - 4,8, для алюминиевых - 6,5 - 6,0.

Ориентировочный диаметр стержня (диаметр окружности, описанной около ступенчатой фигуры стержня) находится по формуле, мм

(2.9)

где - предварительное значение, принятое ранее;

- ширина канала рассеяния, рассчитывается по формуле (2.8), мм;

- коэффициент приведения поля рассеяния к прямоугольной форме (ко-эффициент Роговского), в предварительном расчете можно принять = 0,95;

- частота питающей сети, Гц;

- принятая индукция в стержне, Тл.

Для дальнейшего расчета следует принять ближайший нормализованный диаметр стержня по следующей шкале, мм: 220; 225; 230; 240; 245; 250; 260; 270; 280; 290; 300; 310; 320; 330; 340; 350; 360; 370; 380; 390; 400; 420 .

По принятому нормализованному диаметру пересчитывается параметр:

, (2.10)

находится предварительный средний диаметр витка, мм:

(2.11)

и ориентировочная высота обмотки, мм:

. (2.12)

По принятому нормализованному диаметру можно найти также активное сечение стали стержня, мм²:

(2.13)

и напряжение на один виток (ЭДС витка), B/ виток:

. (2.14)

По заданным потерям к. з. , Вт, находится ориентировочное значение средней плотности тока в обмотках, А/мм²:

, (2. 15)

где - коэффициент материала, для медных обмоток = 6,75; для алюминиевых - 4,18;

- напряжение на виток, рассчитывается по формуле (2.14), В;

- средний диаметр витка, рассчитывается по формуле (2.11), мм.

Плотность тока обычно лежит в пределах 2,5 - 3,5 А/мм² для медных обмоток и 1,2 - 1,8 А/мм² - для алюминиевых.

3. РАСЧЕТ ОБМОТОК ТРАНСФОРМАТОРА

3.1 Общие положения

Расчет обмоток ведется раздельно для сторон НН и ВН и начинается с обмотки НН, которая располагается ближе к стержню, поэтому всем ее размерам присваивается индекс "1", а размерам обмотки ВН - индекс "2". Поскольку некоторые типы обмотки могут быть использованы на сторонах ВН и НН трансформатора, в разделах конструктивного расчета настоящих указа-ний индексация не приводится, однако в пояснительной записке она обязательна.

конструкция (тип) обмотки определяется рядом параметров: током, напряжением, сечением витка, числом витков и т. п. Для заданного ряда мощностей и напряжений ориентировочно тип обмотки можно выбрать по данным табл. 3.1.

Обмотки одно- или двухслойные и винтовые используются только на стороне НН, многослойные из круглого провода, как правило, - на стороне ВН, катушечные из прямоугольного провода могут быть использованы на любой стороне трансформатора.

Многослойная обмотка из круглого провода наиболее проста в изготовлении, однако имеет наихудшие условия охлаждения. Обмотка из прямоугольного провода имеет более лучшие условия охлаждения, проста в изготовлении и в связи с этим широко используется в практике трансформаторостроения. Катушечная обмотка является наиболее универсальной, достаточно простой и хорошо охлаждаемой.

Т а б л и ц а 3.1

Область использования различных типов обмоток

Тип обмотки	Предельные параметры	Схема регулирования
	кВ	, А	мм
Цилиндрическая одно- или двухслойная из прямоугольного провода	до 10	до 800	до 300
Винтовая одно- или двуххо-довая из прямоугольного провода	до 35	от 300	от 75
Цилиндрическая многослойная из круглого провода	до 35	до 100	до 50
Непрерывная катушечная из прямоугольного провода		от 10

при расчете обмотки из прямоугольного провода желательно использовать наиболее крупные сечения проводов, однако нельзя забывать, что с увеличением размеров провода возрастают дополнительные потери от вихревых токов в сечении проводника, вызванных полями рассеяния, поэтому обязательна проверка по максимально допустимому размеру проводника, который находится по формуле, мм:

(3.1)

где - плотность теплового потока, = 1200 - 1400 Вт/м²;

- плотность тока в данной обмотке, А/мм²;

- коэффициент закрытия, для катушечных и винтовых обмоток = 1, для одно- или двухслойных обмоток = 0,75;

- коэффициент, для медных обмоток - 10,7; для алюминиевых - 17,2.

Для одно- или двухслойных цилиндрических обмоток максимальный допустимый размер определяется лишь при намотке "на ребро".

Полное сечение витка любой обмотки может быть набрано из нескольких проводников с суммарным сечением, близким к ориентировочному. Условия подбора проводников изложены в разделах конструктивного расчета каждого типа обмотки.

В практике проектирования принята следующая форма записи типоразмера выбранного провода:

для прямоугольного провода марка провода -

, (3.2)

для круглого провода -

, (3.3)

где - число параллельных проводников в витке;

- размер неизолированного провода по таблице сортамента;

- размеры провода с учетом толщины изоляции.

Для проводов с изоляцией из хлопчатобумажной пряжи принимают, мм:

; ; . (3.4)

Медные провода имеют марку ПБ, алюминиевые - АПБ.

Обмотка НН изолируется от стержня бакелитовым цилиндром, толщина которого входит в изоляционный размер а₀₁, и для улучшения условий охлаждения обычно наматывается на рейки из клееного электрокартона. Число реек зависит от мощности трансформатора: от 1000 до 1600 кВА - 12 шт.; от 2500 до 6300 кВА - 16 шт.

Обмотка ВН также наматывается на рейки, расположенные в промежутке а₁₂, число их совпадает с числом реек обмотки НН.

Отдельные слои двухслойных и катушки многослойных обмоток также разделяются рейками.

3.2 Расчет обмотки НН

Число витков обмотки НН определяется по ее фазному напряжению и напряжению на один виток (2.13):

, (3.5)

где - фазное напряжение, В.

Найденное число витков округляется до ближайшего целого числа w₁, после чего уточняются напряжение на один виток, В/виток,:

(3.6)

и индукция в стержне, Тл:

, (3.7)

которые используются во всех дальнейших расчетах.

Ориентировочное сечение витка определяется по фазному току обмотки и средней плотности тока:

(3.8)

После выбора проводников необходимо рассчитать реальную (уточнен-ную) плотность тока первичной обмотки, которая и должна использоваться в ходе дальнейших расчетов.

Зная число витков и ориентировочное сечение витка, можно выбрать тип обмотки и приступить к ее конструктивному расчету (см. подразд. 3.5 - 3.8).

3.3 Расчет обмотки ВН

К выполнению данного расчета можно приступить только после выполнения конструктивного расчета обмотки НН.

Число витков обмотки ВН при номинальном напряжении

(3.9)

где - уточненное число витков обмотки НН.

Ориентировочная плотность тока в обмотке ВН, А/мм²,

, (3.10)

где - уточненная в ходе расчета обмотки НН плотность тока, А/мм².

Ориентировочное сечение витка, мм,

(3.11)

По полученным значениям выбираются тип обмотки, реальные размеры проводников, уточняются сечение витка и плотность тока. Однако прежде чем приступить к конструктивному расчету обмотки ВН нужно рассчитать систему регулирования напряжения.

3.4 Регулирование напряжения

В практике отечественного трансформаторостроения принято регулирование напряжения на стороне ВН. Различают регулирование на отключенном трансформаторе ПБВ (переключение без возбуждения) и РПН (регулирование под нагрузкой). В настоящей работе предлагается выполнить расчет системы ПБВ.

При ПБВ обычно выполняется пять ступеней регулирования: от +5 до

-5 % через 2,5 % от номинального напряжения. Приемлемые для заданного ряда мощностей схемы регулирования приведены на рис. 3.1. Существуют и другие схемы [1].

Схемы, изображенные на рис. 3.1, а и б, используются при цилиндри-ческих многослойных обмотках из круглого провода; схемы, приведенные на рис. 3.1, в и г, - при катушечных обмотках. Обратите внимание на то, что схема, приведенная на рис. 3.1, в, не применяется при соединении обмотки ВН в треугольник.



Рис. 3.1. Схемы регулирования

Число витков на одной ступени регулирования

(3.12)

где - фазное напряжение одной ступени регулирования, В, ;

- уточненное по формуле (3.5) значение напряжения на виток, В.

Число витков обмотки ВН на ответвлениях:

1,05 U_2н - U_2н + 2 U = ... , w₂ + 2w_2р = ...;

1,025 U_2н - U_2н + U = ... , w₂ + w_2р = ...;

U_2н - U_2н = .. , w₂ = ...;

0,975 U_2н - U_2н + U = ... , w₂ + w_2р = ...;

0,95 U_2н - U_2н + 2 U = ... , w₂ + 2w_2р = ...

(При расчете за знаками равенства должны стоять конкретные цифры).

В случае применения катушечной обмотки одна ступень регулирования может содержать одну или две катушки с суммарным числом витков . В месте разрыва обмотки (в середине ее высоты, см. рис. 3.1, в и г) оставляется изоляционный промежуток для вывода проводников к переключателю (канал регулирования, в данном случае = 35 кВ, при регулировании по схеме рис. 3.1, в = 25 мм, по схеме рис. 3.1, г = 12 мм).

3.5 Расчет цилиндрических одно- и двухслойных обмоток из прямоугольного провода

Приступая к конструктивному расчету цилиндрических обмоток, преж-де всего необходимо найти ориентировочный допустимый осевой размер витка, мм:

(3.13)

где - высота обмотки, предварительно рассчитывается по формуле (2.11), мм;

- число витков в слое, при однослойной обмотке , при двухслойной - (округление в этом случае ведется до четного числа).

По величине и найденному по формуле (3.7) ориентировочному сечению витка подбираются подходящие провода по таблице сортамента обмоточных проводов (табл. 3.2) с соблюдением следующих требований:

1) число проводников в витке - не более 4 - 6 при намотке «плашмя» (рис. 3.2, а) или 6 - 8 (по высоте) при намотке «на ребро» (рис. 3.2, б);

2) при намотке «на ребро» отношение большего размера проводника (b) к меньшему (а) не должно превышать 3;

3) радиальный размер проводника (а - при намотке плашмя или b - при намотке на ребро) не должен превышать предельно допустимый размер .

Размещено на http://www.allbest.ru/

Если выполнить поставленные требования не удается, следует изменить тип обмотки.

Для правильного конструирования обмотки необходимо выполнить эскиз витка обмотки с указанием реальных размеров (см. рис. 3.2, а или 3.2, б).

Запись типоразмера и числа выбранных проводников производится по указанной ранее форме (3.2). Реальное (уточненное) сечение витка обмотки НН , мм²,

, (3.14)

где - число параллельных проводов в витке;

- сечение одного проводника (таблица сортамента проводов), мм².

Уточненная плотность тока в проводниках обмотки НН, А/мм²,

(3.15)

не должна существенно отличаться от ориентировочной (рассчитанной по формуле (2.15)).

Реальный осевой размер обмотки, м,

, (3.16)

где - реальная высота витка, определяется по эскизу витка обмотки (см. рис. 3.2), мм;

- число витков в слое;

- технологический зазор, 5 - 15 мм.

Размер должен быть как можно ближе к предварительному значению, найденному по формуле (2.12).

Радиальный размер (толщина) однослойной обмотки, мм,

(3.17)

(при намотке на ребро ),

двухслойной обмотки, мм, -

(3.18)

(при намотке на ребро ),

где - ширина охлаждающего канала между слоями, = 4 - 8 мм.

Внутренний диаметр обмотки, мм,

. (3.19)

Наружный диаметр обмотки, мм,

. (3.20)

Поверхность охлаждения однослойной обмотки, м²,

, (3.21)

где = 0,75 - коэффициент, учитывающий закрытие части поверхности обмотки рейками.

Поверхность охлаждения двухслойной обмотки вдвое больше найденной по формуле (3.21).

Т а б л и ц а 3.2

Номинальные размеры, мм, и сечения, мм², обмоточных проводов

прямоугольного сечения

b	а
	1,80	2,00	2,24	2,50	2,80	3,15	3,55	4,00	4,50	5,00	5,60
3,75 4,00 4,25 4,50 4,75 5,00 5,30 5,60 6,00 6,30 6,70 7,10 7,50 8,00 8,50 9,00 9,50 10,0 10,6	6,39 6,84 7,29 7,74 8,19 8,64 9,18 9,72 10,4 11,0 11,7 12,4 13,1 14,0 14,9 15,8 16,7 17,6 18,7	7,14 7,64 8,14 8,64 9,14 9,64 10,2 10,8 11,6 12,2 13,0 13,8 14,6 15,6 16,6 17,6 18,6 19,6 20,8	8,04 8,60 9,16 9,72 10,3 10,8 11,5 12,2 13,1 13,8 14,7 15,5 16,4 17,6 18,7 19,8 20,9 22,0 23,4	8,83 9,45 10,1 10,7 11,3 12,0 12,7 13,5 14,5 15,2 16,2 17,2 18,2 19,5 20,7 22,0 23,2 24,5 26,0	- 10,7 11,4 12,1 12,8 13,5 14,3 15,1 16,3 17,1 18,2 19,3 20,5 21,9 23,3 24,7 26,1 27,5 29,1	- - - 13,6 14,4 15,2 16,2 17,1 18,4 19,3 20,6 21,8 23,1 24,7 26,2 27,8 29,4 31,0 32,8	- - - - - 17,2 18,3 19,3 20,8 21,8 23,2 24,7 26,1 27,9 29,6 31,4 33,2 35,0 37,1	- - - - - - - 21,5 23,1 24,3 25,9 27,5 29,1 31,1 33,1 35,1 37,1 39,1 41,5	- - - - - - - - - 27,5 29,3 31,1 32,9 35,1 37,4 39,6 41,9 44,1 46,8	- - - - - - - - - - - 34,6 36,6 39,2 41,6 44,1 46,6 49,1 52,1	- - - - - - - - - - - - - 43,9 46,7 49,5 52,1 55,1 58,5

3.6 Расчет винтовых обмоток

Витки винтовой обмотки следуют друг за другом в осевом направлении по винтовой линии (рис. 3.3). Сечение витка образуется из нескольких параллельных проводников прямоугольного сечения одинакового размера. Обмотка может быть одно- или двухходовой с охлаждающими каналами между всеми витками или частью витков.

При расчете винтовых обмоток следует выдерживать следующие условия:

1) осевой размер проводника b не должен существенно отличаться от ориентировочного размера витка и не должен превышать максимально допустимого значения, вычисленного по формуле (3.1);

2) количество проводов в витке одноходовой обмотки должно быть не менее четырех, в витке двухходовой обмотки - не менее восьми;

3) все провода должны иметь одинаковые размеры;

4) суммарное сечение витка должно быть близким к расчетному.

Ориентировочный осевой размер витка одноходовой винтовой обмотки определяется по формуле, мм:

, (3.22)

Размещено на http://www.allbest.ru/

где - ширина осевого ох-лаждающего канала, = 4 - 8 мм.

Если найденный по формуле (3.22) осевой размер витка превышает 10,6 мм, следует выбрать двухходовую обмотку. В этом случае ориентировочный осевой размер проводника при наличии канала между ходами, мм,

, (3.23)

при отсутствии канала (сдвоенные витки), мм,

, (3.24)

где - толщина прокладки, обычно принимают = 1 - 1,5 мм.

По найденным размерам и ориентировочному сечению витка подбираются необходимое число и типоразмер проводников, запись которых производится по форме (3.2).

Реальные осевой и радиальный размеры витка определяются по эскизу витка (рис. 3.4), наличие которого в пояснительной записке обязательно.

Рис. 3.4. Осевые и радиальные размеры витка

Радиальный размер (толщина) обмотки, мм,

(3.25)

где - число параллельных проводников в витке (при двухходовой обмотке - 0,5 ).

Осевой размер (высота) обмотки определяется по формуле, мм:

одноходовая обмотка (рис. 3.4, а) -

; (3.26)

двухходовая с каналами между ходами (рис. 3.4, б) -

; (3.27)

двухходовая с плотным прилеганием ходов (рис. 3.4, в) -

. (3.28)

Коэффициент учитывает усадку обмотки после опрессовки и сушки, можно принять = 0,94 - 0,96 .

Внутренний диаметр обмотки определяется по формуле (3.19), наруж-ный - по формуле (3.20).

3.7 Расчет катушечной обмотки

Катушечная обмотка является наиболее универсальной, она с успехом может быть применена как на стороне ВН, так и на стороне НН трансформатора. Обмотка обладает достаточной механической прочностью и имеет хорошие условия охлаждения. Обмотка состоит из ряда последовательно соединенных катушек, намотанных в виде плоских спиралей и разделенных осевыми охлаждающими каналами (рис. 3.5).

Виток катушечной обмотки может включать в себя от одного до четырех проводников прямо-угольного сечения с одинаковыми размерами. Сум-марное сечение витка должно быть близко к ориен-тировочному, рассчитанному по формуле (3.8) или (3.9). Провод может быть взят с любым осевым раз-мером при соблюдении условия по формуле (3.1) .

При использовании данной обмотки на стороне ВН, варьируя осевым размером проводника , следует подобрать такой провод, чтобы число витков в катушке было близко к рассчитанному по формуле (3.11), или . В последнем случае одна ступень регулирования будет состоять из двух катушек.

В принципе допускается использование катушек различного типа (но не более четырех) с незначительными отличиями числа витков, которое может быть и дробным, но обязательно кратным числу реек (см. подразд. 3.1).

Ориентировочное число катушек на одном стержне

(3.29)

где - высота обмотки НН, мм, при использовании данной обмотки на стороне НН подставляется ориентировочная высота обмотки, найденная по формуле (2.12);

- высота осевого охлаждающего канала, не менее 4 мм;

- размер провода в осевом направлении с учетом изоляции, мм.

Число витков в катушке (ориентировочно)

, (3.30)

где - число витков обмотки фазы; при использовании данного типа обмотки на стороне ВН .

Обычно бывает необходимым перебрать несколько вариантов, чтобы подобрать соответствующий провод и свести полное число витков к (обмотка НН) или (). Например, в табл. 3.3 приведено распределение витков по типам катушек.

Т а б л и ц а 3.3

Распределение числа витков

Тип катушки	Количество катушек	Полное число витков
Регулировочная типа А Основная типа В Основная типа С	8 - по 12 витков 54 - по 12 и 1/6 витка 16 - по 13 витков	96 657 208
В с е г о	78	961

При использовании обмотки на стороне ВН число любого типа катушек должно быть четным, так как они располагаются симметрично относительно канала регулирования . На стороне НН может быть и нечетное число катушек, поскольку регулировочных катушек в этом случае нет.

В курсовой работе необходимо привести эскиз витка обмотки и схему расположения катушек.

После окончательного подбора проводников производится их запись по форме (3.2), уточняются сечение витка, плотность тока и находится осевой размер (высота) обмотки:

, (3.31)

где - коэффициент усадки обмотки после сушки и опрессовки, = 0,94 - 0,96;

- канал регулирования, при использовании обмотки на стороне низкого напряжения = 0.

Высота обмотки ВН ни в коем случае не должна быть больше .

Радиальный размер (толщина) обмотки определяется по катушке с наибольшим числом витков, мм:

. (3.32)

Внутренний и наружный диаметры обмотки НН определяются по выражениям (3.19) и (3.20) соответственно. Для обмотки на стороне ВН внутренний диаметр, мм,

, (3.33)

наружный диаметр, мм,

. (3.34)

3.8 Расчет многослойной цилиндрической обмотки из круглого провода

При заданных диапазонах мощностей и напряжений данная обмотка может быть использована на стороне ВН для некоторых вариантов трансформаторов.

По найденному ранее ориентировочному сечению витка подбирается необходимый провод по таблице сортамента круглых проводов (табл. 3.4). Виток может состоять из одного или двух параллельных проводников. Запись выбранного провода производится по форме (3.3).

Т а б л и ц а 3.4

Номинальные сечения круглых обмоточных проводов

Диаметр, мм	Сечение, мм2	Диаметр, мм	Сечение, мм2	Диаметр, мм	Сечение, мм2
2,00 2,12 2,24 2,36 2,50 2,65	3,14 3,53 3,94 4,38 4,91 5,52	2,80 3,00 3,15 3,35 3,55 3,75	6,16 7,07 7,80 8,81 9,90 11,05	4,00 4,10 4,25 4,50 4,75 5,00	12,55 13,20 14,20 15,90 17,70 19,63

Число витков в слое

, (3.35)

где - уточненная высота обмотки НН, мм;

- диаметр изолированного проводника, мм;

- число параллельных проводников в витке.

Число слоев обмотки

(3.36)

округляется до ближайшего большего целого числа. Если округлению подлежит часть слоя много меньше половины, целесообразнее изменить размеры провода.

Рабочее напряжение между двумя соседними слоями

, (3.37)

где - уточненное значение напряжения на один виток (после расчета обмотки НН).

По найденному напряжению выбирается толщина междуслойной изоляции (табл. 3.5). При мощности трансформатора 1000 кВА и более толщина междуслойной изоляции должна быть не менее шести слоев (0,72 мм)

Т а б л и ц а 3.5

Толщина междуслойной изоляции

(кабельная бумага К-120 толщиной 0,12 мм)

Напряжение между соседними слоями Uм.сл , В	Число слоев бумаги	Суммарная толщина изоляции м.сл, мм
4001 - 4500 4501 - 5000 5000 - 5500 5501 - 6000	7 0,12 8 0,12 9 0,12 10 0,12	0,72 0,96 1,08 1,20

По условиям охлаждения катушку чаще всего приходится разделять на две (иногда на три) части с осевым охлаждающим каналом; причем внутренняя часть должна составлять примерно 1/3 - 2/5 от общего числа слоев. Ширина канала между катушками а'₂₂ при высоте обмотки до 500 мм составляет 4 - 6 мм, при высоте обмотки от 500 до 1000 мм - 6 - 8 мм, свыше 1000 мм - 8 -10 мм.

Радиальный размер (толщина) обмотки, мм,

. (3.38)

Внутренний и наружный диаметры обмотки при использовании ее на стороне ВН определяются по формулам (3.33) и (3.34) соответственно.

Поверхность охлаждения может быть найдена по формуле, м²:

. (3.39)

Коэффициенты и в формуле (3.39) определяются конструкцией обмотки: для одной катушки, намотанной на рейках, можно принять = 1,

= 0,88; для двух катушек с осевым охлаждающим каналом - = 2, = 0,8.

4. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

4.1 Определение массы обмоток

Масса металла обмоток, кг,

, (4.1)

где - средний диаметр витка, равный полусумме внутреннего и наруж-ного диаметров обмотки, мм;

- полное число витков обмотки (в том числе регулировочные витки на стороне ВН);

- уточненное сечение витка соответствующей обмотки, мм²;

- плотность металла обмотки (у меди = 8900 кг/м³; у алюминия = 2700 кг/м³);

- номер обмотки (1 - НН, 2 - ВН).

Для обмотки ВН необходимо определить также массу металла при работе трансформатора на средней ступени регулирования, которая потребуется позднее для расчета потерь короткого замыкания (к. з.).

Масса проводов обмоток с учетом изоляции увеличивается ориентировочно на 3 % для прямоугольных и на 2 % для круглых проводов при нормальной толщине изоляции.

4.2 Расчет потерь короткого замыкания

Основные потери в обмотках находятся по формуле, Вт:

, (4.2)

где - уточненная плотность тока в соответствующей обмотке, А/мм²;

- коэффициент, учитывающий удельное сопротивление и плотность металла обмоток, при расчетной температуре 75^оС следует принять = 2,4 для меди и = 12,75 для алюминия.

При расчете потерь в обмотке ВН за расчетную принимается масса металла при работе на средней ступени регулирования. Расчетной температурой по ГОСТ 11677-75 при термостойкости изоляции класса А является 75^оС.

Добавочные потери в обмотках учитываются коэффициентом добавочных потерь:

для прямоугольного провода -

, (4.3)

для круглого провода -

, (4.4)

где - размер неизолированного провода в радиальном направлении, мм;

- то же в осевом направлении, мм;

- диаметр круглого неизолированного провода, мм;

- число проводников в радиальном направлении;

- число проводников в осевом направлении (по высоте);

- коэффициенты,

(4.5)

(4.6)

При намотке "на ребро" размеры и в формулах (4.3) и (4.4) меняются местами.

Значения коэффициента б в формуле (4.3) или (4.4) следует принять: для прямоугольного медного провода - 95, алюминиевого - 37; для круглого провода - соответственно 44 и 17.

Число проводников в осевом и радиальном направлении определяется типом обмотки и конструкцией витка. Для описанных выше обмоток эти величины могут быть определены по табл. 4.1.

Т а б л и ц а 4.1

Число проводников в осевом и радиальном направлениях

Тип обмотки	M	n
Однослойная из прямоугольного провода	nвwсл	1
Двухслойная из прямоугольного провода	nвwсл	2
Винтовая одноходовая	w
Винтовая двухходовая	2w	0,5 nb
Катушечная	nкат	nвwкат
Многослойная из круглого провода	nвwсл	nсл

Коэффициент добавочных потерь может достигать значений 1,1 - 1,15 при намотке "на ребро", а при намотке "плашмя" он обычно меньше 1,1.

Для расчета потерь в отводах сечение отвода принимается равным сечению витка, длина отвода при соединении обмоток в «звезду» ; в «треугольник» - где - высота соответствующей обмотки. В этом случае масса металла отводов, кг,

. (4.7)

Поскольку размеры бака еще неизвестны, потери в стенках бака можно приблизительно определить по эмпирической зависимости, Вт:

. (4.8)

Полные потери к. з. будут равны сумме найденных выше потерь, Вт:

(4.9)

Полные потери к. з. по формуле (4.9) не должны отличаться от заданных более чем на 15 %. Косвенным контролем правильности расчетов может служить соотношение массы металла обмоток НН и ВН, следовательно, основные потери в них близки друг другу.

4.3 Расчет напряжения короткого замыкания

При переходе к расчету напряжения к. з. прежде всего необходимо пересчитать на реальные (уточненные) размеры обмоток следующие характеристики:

средний диаметр канала рассеяния, мм,

(4.10)

ширину приведенного канала рассеяния, мм,

(4.11)

параметр

(4.12)

Активная составляющая напряжения к. з. (в процентах от номинального напряжения) может быть найдена по формуле:

. (4.13)

Реактивная составляющая напряжения к. з., %,

(4.14)

где - коэффициент приведения реального поля рассеяния к прямоугольной

форме, обычно = 0,93 - 0,98 ; в данном случае можно принять = 0,95;

- коэффициент, вводимый при расположении регулировочных витков в середине обмотки,

(4.15)

при этом условно принимается, что трансформатор работает на средней ступе-ни регулирования, т. е. включает в себя высоту катушек двух ступеней ре-гулирования и ширину канала регулирования , как это показано на рис. 4.1 при одной катушке на ступени регулирования (слева) или двух катушках (справа).

Полное напряжение к. з., %,

(4.16)

Расчетное напряжение к. з. не должно отличаться от заданного более чем на 5 %. Например, при заданном

= 5,5 % допускается расчетное = 5,23 - 5,78 %. (Это очень жесткое условие.)

Если в результате расчета оказалось больше , необходимо увеличить высоту обмотки и уменьшить соответственно толщину обмоток. Это можно сделать за счет увеличения ширины каналов в винтовых и катушечных обмотках или выбрать другие размеры проводников, т. е. требуется пересчет конструктивных размеров обмоток. Если напротив < , следует увеличить диаметры обмоток и уменьшить их высоту. Для этого в ряде случаев бывает достаточным немного увеличить изоляционные промежутки и . Если этого недостаточно, нужно изменить размеры выбранных проводников, чтобы искусственно уменьшить высоту обмотки и увеличить диаметр.

Как правило, если предварительные и уточненные размеры близки друг к другу и нет грубых ошибок в расчетах размеров обмоток, условие выполняется.

5. РАСЧЕТ ПОТЕРЬ И ТОКА ХОЛОСТОГО ХОДА

5.1 Расчет массы стали

Приведенная ниже методика расчета основана на использовании обобщенных размеров магнитной системы и в связи с этим носит достаточно приблизительный характер. Более подробный и уточненный метод расчета изложен в дополнительной литературе, например в [1].

Для ориентировочного расчета массы стали магнитной системы найдем следующие размеры (рис. 5.1), мм: высоту стержня

, (5.1)

где - высота обмотки, мм;

- изоляционный промежуток (см. подразд. 2.3), мм;

расстояние между центрами стержней

, (5.2)

где - наружный диаметр обмотки ВН, мм;

- изоляционный промежуток, мм.

Ориентировочная масса стали стержней, кг,

, (5.3)

где - активное сечение стержня, рассчитывается по формуле (2.12), мм²;

- плотность электротехнической стали, = 7650 кг/м³.

Масса стали ярма, кг,

, (5.4)

где - активное сечение стали стержня, мм²;

- коэффициент усиления ярма (см. подразд. 2.1).

Объем стали в углах магнитной системы, заштрихованных на рис. 5.1,

,

если при этом принять ориентировочную высоту ярма , суммарная масса стали в углах, кг,

, (5.5)

и тогда общая масса стали трансформатора, кг,

. (5.6)

5.2 Расчет потерь холостого хода

Для принятой марки стали и индукции в стержне по табл. 5.1 находятся удельные потери в стержне [4].

Индукция в ярме , для этой индукции по табл. 5.1 находятся удельные потери в ярме , прибегая при необходимости к линейной интерполяции. Тогда потери х. х. (потери в стали) можно ориентировочно определить по выражению, Вт:

, (5.7)

где - коэффициент, учитывающий добавочные потери, вызванные резкой стали, снятием заусенец, перешихтовкой верхнего ярма, прессовкой магнитной системы; можно принять = 1,15 - 1,20;

- коэффициент увеличения потерь в углах магнитной системы, в данном расчете можно принять = 10,2 - 10,6.

Т а б л и ц а 5.1

Удельные потери, Вт / кг, холоднокатаной стали

марок 3404 - 3407

Индукция В, Тл	Марка стали (толщина листа, мм)
	3404 (0,35)	3404 (0,30), 3405 (0,35)	3405 (0,30), 3406 (0,35)	3406 (0,30), 3407 (0,35)	3407 (0,30)
1,00 1,10 1,20 1,30 1,40 1,50 1,52 1,54 1,56 1,58 1,60 1,62 1,64 1,66 1,68 1,70	0,480 0,575 0,675 0,790 0,930 1,095 1,130 1,168 1,210 1,255 1,300 1,355 1,410 1,465 1,522 1,595	0,450 0,539 0,640 0,752 0,880 1,025 1,060 1,100 1,141 1,187 1,231 1,282 1,332 1,390 1,445 1,500	0,425 0,505 0,600 0,710 0,835 0,970 1,000 1,034 1,070 1,109 1,148 1,191 1,238 1,286 1,341 1,400	0,401 0,475 0,567 0,657 0,771 0,901 0,931 0,960 0,994 1,030 1,069 1,109 1,153 1,198 1,251 1,307	0,376 0,447 0,542 0,633 0,738 0,865 0,896 0,921 0,950 0,982 1,014 1,052 1,094 1,139 1,188 1,238

5.3 Расчет намагничивающей мощности

Для найденных выше значений индукции по табл. 5.2 находится удельная намагничивающая мощность в стержнях и ярме . В этом случае намагничивающую мощность, необходимую для проведения магнитного потока по стальным участкам магнитопровода, можно найти по формуле, ВА:

, (5.8)

где - коэффициент увеличения намагничивающей мощности в углах магнитной системы, в данном расчете можно принять = 50.

Большое влияние на намагничивающую мощность оказывают воздушные зазоры, неизбежно появляющиеся при шихтовке, которые можно найти по формуле, ВА:

, (5.9)

где - намагничивающая мощность в зазорах, ВА/м²;

- число зазоров;

- сечение зазора, м².

Число косых и прямых стыков определяется выбранной конструкцией магнитной системы (см. подразд. 2.1). Намагничивающая мощность в зазорах находится по табл. 5.2 по соответствующей индукции в стержне или ярме, сечение берется соответственно либо , либо .

Для косых стыков индукция снижается в раз:

, (5.10)

а сечение напротив увеличивается в раз:

. (5.11)

С целью уменьшения трудозатрат, т. е. снижения стоимости и времени сборки трансформатора, в последнее время практикуется шихтовка сердечника в две пластины. Потери и ток х. х. в этом случае несколько возрастают.

Полная намагничивающая мощность, ВА,

, (5.12)

где = 1,1 - 1,15 - коэффициент, учитывающий увеличение намагничивающей мощности за счет резки пластин, магнитопровода, перешихтовки верхнего ярма и т. д.

Т а б л и ц а 5.2

Удельные намагничивающие мощности в сердечниках

из холоднокатаных сталей и намагничивающие мощности

в зазорах (стыках) магнитной системы

Индук-ция В, Тл	q, BA/кг	qз, BA/ м2
	марка стали	шихтовка
	3404, 3405	3406, 3407	в один лист	в два листа
1,00 1,10 1,20 1,30 1,40 1,50 1,52 1,54 1,56 1,58 1,60 1,62 1,64 1,66 1,68 1,70	0,525 0,633 0,745 0,866 1,048 1,236 1,306 1,377 1,456 1,543 1,630 1,798 1,966 2,170 2,410 2,650	0,488 0,575 0,680 0,800 0,950 1,110 1,201 1,231 1,291 1,352 1,412 1,527 1,642 1,784 1,952 2,120	900 1900 3700 6000 9200 13800 14760 15720 16800 18000 19200 20480 21760 23160 24680 26200	1000 2200 4000 7400 11400 16600 17960 19320 20700 22100 23500 25100 26700 28600 30800 33000

5.4 Расчет тока холостого хода

Активная составляющая тока х. х., % [2, 3],

. (5.13)

Реактивная составляющая тока х. х. (намагничивающий ток), %,

, (5.14)

где - намагничивающая мощность трансформатора, ВА.

Полный ток х. х., %,

. (5.15)

6. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА

6.1 Расчет размеров бака

Минимальные внутренние размеры бака масляного трансформатора

(рис. 6. 1) определяются минимальными допустимыми изоляционными расстоя-ниями:

- от отвода обмотки ВН до собственной обмотки;

- от отвода обмотки ВН до боковой стенки бака;

- от отвода обмотки НН до обмотки ВН;

- от отвода обмотки НН до боковой стенки бака;

- от обмотки ВН до торцевой стенки бака.

При рабочем напряжении обмотки ВН 35 кВ (испытательное напряжение 85 кВ) эти расстояния для неизолированных отводов будут следующими:

= 35 мм; = 90 мм; = 40 мм. Размер (диаметр отвода ВН) при мощности трансформатора менее 10 000 кВА должен быть не менее 20 мм; за размер отвода обмотки НН (размер ) при токе обмотки 600 А и более рекомендуется принять реальный радиальный размер витка, при меньшем токе - .

Бак имеет овальную форму. Сердечник в баке трансформатора располагается симметрично относительно его продольной оси. Для этого при конструировании бака рассчитываются отдельно расстояния от обмотки ВН до боковых стенок бака со стороны отводов ВН и НН, мм:

, (6.1)

и за расчетное принимается большее . Величина также принимается равной .

Длина бака в этом случае определяется по формуле, мм:

(6.2)

ширина бака, мм, -

; (6.3)

глубина (высота) бака, мм, -

(6.4)

где - высота активной части, мм,

(6.5)

где - высота стержня, мм;

- высота ярма, мм;

- толщина подкладки под нижнее ярмо, = 30 - 50 мм;

- расстояние от верхнего ярма до крышки бака, зависит от принятой конструкции переключателя: при горизонтальном расположении переключа-теля = 400 мм, при вертикальном - 850 мм.

Найденные размеры бака должны быть округлены в большую сторону в соответствии с основной шкалой нормальных размеров.

6.2 Расчет плотности теплового потока

Основной причиной, вызывающей нагревание трансформатора при работе, являются потери, возникающие в обмотках и магнитопроводе. В силовых трансформаторах общетехнического назначения наиболее нагретыми обычно являются обмотки. Квантитативной оценкой количества тепла, выделяемого той или иной обмоткой, может служить плотность теплового потока, т. е. количество тепла, выделяемого с единицы поверхности охлаждения данной обмотки. Для масляных трансформаторов с естественной циркуляцией масла оптимальной считают плотность теплового потока порядка = 1000 - 1200 Вт/м² , предельно допустимой - до 1400 Вт/м².

Плотность теплового потока для одно- и двухслойной обмоток из прямоугольного провода и многослойной из круглого провода определяется по найденной ранее поверхности охлаждения, Вт/м²:

(6.6)

где - основные потери в данной обмотке, Вт;

- коэффициент добавочных потерь;

- поверхность охлаждения, м².

Плотность теплового потока для винтовых и катушечных обмоток определяется по формуле, Вт/м²:

(6.7)

где - коэффициент материала обмоток (см. формулу 3.1);

- уточненная плотность тока в данной обмотке, А/мм²;

- номинальный ток данной обмотки, А;

- число витков в катушке при катушечной обмотке, при одноходовой винтовой обмотке = 1, при двухходовой = 0,5;

- коэффициент добавочных потерь в данной обмотке;

- осевой размер проводника с изоляцией (при намотке “на ребро” - размер ), мм;

- радиальный размер (толщина) обмотки, мм;

- коэффициент закрытия части обмотки рейками, = 0,75.

Для винтовой обмотки со сдвоенными ходами (или катушечной со сдвоенными катушками) найденную по формуле (6.7) плотность теплового потока необходимо увеличить вдвое.

При 1400 Вт/ м² следует изменить конструкцию обмотки, например отказаться от сдвоенных витков (катушек), заменить намотку “на ребро” намоткой “плашмя” и т. п.

6.3 Тепловой расчет обмоток

Тепловой расчет отдельных элементов и в целом электрической машины или трансформатора принято вести не в абсолютных единицах, а в так называемом превышении температуры того или иного элемента над температурой окружающей среды. При сопоставлении значений температуры двух элементов часто используется термин перепад температуры.

Тепловой расчет обмоток ведется раздельно для обмотки НН и ВН, поэтому во всех нижеследующих формулах данного подраздела необходимо проставлять цифровые индексы порядкового номера обмотки.

Внутренний перепад температуры в обмотках из прямоугольного провода с обтеканием проводника маслом со всех сторон (винтовые, катушечные, одно- и двухслойные) определяется по найденной плотности теплового потока, толщине и теплопроводности изоляции проводника, ^о С,

, (6.8)

где - плотность теплового потока , Вт/м²;

- толщина изоляции проводника на одну сторону (0,25·10 -³ м);

- теплопроводность изоляции, для хлопчатобумажной пряжи можно принять 0,27 Вт/(м ?^оС).

Средний перепад температуры обмотки, ^оС,

(6.9)

В многослойных обмотках из круглого провода внутренний перепад температуры определяется потерями, выделяющимися в 1 м³ объема обмотки, Вт/м³: