Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Вибір і розрахунок магнітної системи

Стрижні магнітопроводу мають ступінчату форму, для кращого заповнення площі круга геометричною фігурою перетину, на що вказує відповідний коефіцієнт заповнення Кз. Ярма не мають обмоток і можна зменшити кількість сходинок ярма, виконав його прямокутним або двоступінчастим, у той же час, для зменшення додаткових втрат, посиливши його, тобто збільшивши площу перетину на 10-15% при прямокутній формі або на 5% при двоступінчатій.

Розміри вікна магнітопроводу і його габарити можна вибрати після розрахунку обмоток і ізоляції, але можна скористатися заводськими даними про типові магнітопроводи відповідно до рисунку 1, що розроблені з урахуванням необхідних ізоляційних проміжків.

Рисунок 1 - Форма і основні розміри вікна магнітопроводу

Розрахунок магнітної системи полягає у визначенні габаритних розмірів пластин, товщини пакетів, площі поперечного перетину стрижнів і ярм, а також визначенні маси сталі, необхідної для виготовлення магнітопроводу.

Число сходинок для трансформаторів малої потужності повинно бути не менше чотирьох, щоб електромагнітний розрахунок наближався до оптимального, тому приймається шість сходинок стрижня

На рисунку 2 приведені форми стрижня і ярма шихтованої конструкції з визначеними значеннями коефіцієнта кожної сходинки К_с і коефіцієнта заповнення площі кола геометричною фігурою Кз.

Рисунок 2 - Коефіцієнти ступенів ярма та стрижня магнітопроводу: а) двоступінчасте ярмо б) шестиступінчастий стрижень

Відповідно до рисунку 2 ширина пластин, з яких шихтується стрижень магнітопроводу, знаходиться за формулою:

С_n = D_c K_c , (1)

де С_n - ширина n-ної пластини, м;

D_c - діаметр стрижня магнітопроводу, м;

K_c - коефіцієнт для визначення ширини кожної сходинки пластини відповідно до рисунку 2

Тоді ширина найбільшої першої сходинки складає:

C₁ = 110 10^-3 0,95 = 104,5 10^-3

Аналогічно визначається і ширина інших сходинок, а також висота (h_я) першої і другої сходинки ярма з урахуванням коефіцієнтів. Відповідно з розрахунками вони складають:

С₂ = 97,17 10^-3 м;

С₃ = 77,77 10^-3 м;

С₄ = 58,52 10^-3 м;

С₅ = 34,32 10^-3 м;

і h_я1 =93,5 10^-3 м;

h_я2 = 57,86 10^-3 м.

Корегуються знайдені величини відповідно до рекомендованого ряду чисел за [2] і знаходяться:

С₁ = 105 10^-3 м;

С₂ = 95 10^-3 м;

С₃ = 75 10^-3 м;

С₄ = 55 10^-3 м;

С₅ = 35 10^-3 м;

h_я1 = 95 10^-3 м;

h_я2 = 75 10^-3 м.

Крім того можна визначити товщину пакетів пластин стрижня, скориставшись геометричними співвідношеннями в прямокутниках, відповідно до рисунку 2. Для визначення певної товщини пакетів пластин застосовується формула (2) і її різновиди:

b₁ = (2)

b₂ = , і т.ін. (2а)

де b_1,2,3,4,5,6 - відповідно товщина n-го пакета пластин стрижня,м.

Тобто, для даного розрахунку:

b₁ = = 32,78 10^-3

Приймається товщина першого пакета пластин b₁ = 33 10^-3м і аналогічно визначаються: b₂ = 11 10^-3 м; b₃ = 12 10^-3 м; b₄ = 8 10^-3 м; b₅ = 4 10^-3 м;

Тоді сумарна товщина пакетів стрижня, яка буде дорівнювати сумарній товщині пакетів ярма визначається як:

b_c = b_я = b₁ + (3)

де b_c - сумарна товщина пакетів стрижня, м;

b₂ - сумарна товщина пакетів ярма, м;

n - число пакетів пластин.

b_c = b_я = 33 + 2 (11+12+8) 10^-3 = 103 10^-3

Рисунок 3 - Перетин стрижня

Визначається площа поперечного перетину стрижня магнітопроводу за формулою:

S'_c = S₁+ = С₁ b₁ + , (4)



де S'_c - повна площа поперечного перетину стрижня, м²;

S₁, S_n - повна площа поперечного перетину кожного пакету пластин, м²

S'_c = 105 33 + 2 (95 • 11 + 75 • 12 + 55 • 8+35·4) = 8515 10^-3

Активна площа поперечного перетину стрижня знаходиться з урахуванням коефіцієнта заповнення сталлю:

S_c = S'_c К_з (5)

Де S_c - активна площа поперечного перетину стрижня магнітопроводу, м²;

К_з - коефіцієнт заповнення сталлю згідно [2], приймається 0,95

S_c = 8,55 10^-3 0,95 = 8,09 10^-3

Товщина першого пакета ярма складається з товщини першої і другої сходинки стрижня, а товщина другого пакета з інших сходинок тобто:

b_я1 = b₁ + 2 b₂ (6)

b_я2 = b₃ + b₄+b₅+ b₆ (7)

де b_я1, b_я2 - товщина відповідного пакета пластин, що утворюють перетин ярма, м.

b_я1 = 33 10^-3 + 2 11 10^-3 = 55 10^-3

b_я2 = 12 10^-3 + 8 10^-3 + 4 10^-3 = 24 10^-3

b_я = 55 10^-3 + 2 24 10^-3 = 103 10^-3

Згідно попередніх розрахунків були прийняті значення висоти першої та другої сходинки ярма, тобто 95 мм (h₁), 75 мм (h₂). На рисунку 4 приводиться перетин ярма з розмірами.

Користуючись формулами (4) і (5) і замінивши символіку: S_c^' на S_я (повна площа поперечного перетину ярма); C₁ і C_n на h_я і h_я2 (висоти відповідних сходинок ярма); S_c на S_я (активна площа поперечного перетину ярма) знаходяться:

Рисунок 4 - Ескіз перетину ярма

S'_я = 95 55 + 2 24 • 75 = 8825 10^-3

S_я = 8825 10^-3 0,95 = 8,38 10^-3

Довжина кута стику для даної форми магнітопроводу визначається як середнє арифметичне висот сходинок ярма, тобто:

?_к = , (8)

?_к = (95 + 75) / 2 = 85

Масу стрижня, ярма, кута стику магнітопроводу можна визначити за формулою:

G = y S ?, (9)

де G - маса стрижня (G_с) або ярма (G_я) або кута стику (G_к), кг;

y - густина матеріалу, кг/м³, для сталі y має середнє значення 7,65 10³ кг/м³;

S - активна площа поперечного перетину стрижня (S_c), ярма (S_я) кута стику, що відповідає для даної форми магнітопроводу активній площі поперечного перетину стрижня (S_к = S_c);

? - середня довжина стрижня (?_с), ярма (?_я), або кута стику (?_к)

G_c = 7,65 10³ 8,09 10^-3 0,195 = 12,07

G_я = 7,65 10³ 8,38 10^-3 0,225 = 14,42

G_к = 7,65 10³ 8,09 10^-3 0,085 = 5,26

Повна маса магнітопроводу для даної обраної форми визначається за формулою:

G =2G_с + 2 G_я + 4 G_к , (10)

де G - повна маса магнітопроводу, кг

G = 2 12,07 + 2 14,42 + 4 5,26 = 71,02

Дійсна маса магнітопроводу буде меншою, тому що магнітопровід трансформатора є шпильковим і маса знижується через наявність отворів під шпильки.

В додатку А приведений комп'ютерний розрахунок маси магнітопроводу, що більш оптимальній ніж приведений вище, але при збільшення маси сталі буде менше маса міді.

2. Розрахунок внутрішньої ізоляції

У трансформаторів напруги є декілька найбільш важливих, з погляду електричної стійкості, ізоляційних проміжків як для внутрішньої так і для зовнішньої ізоляції.

Для внутрішньої ізоляції це: визначення ізоляційних проміжків між обмоткою вищої напруги (ВН) і ярмом магнітопроводу; розрахунок ізоляційних проміжків між обмотками одного каскаду; визначення необхідної товщини міжшарової та міжкотушкової ізоляції.

Для зовнішньої ізоляції: ізоляційний проміжок між основою (цоколем) і струмопровідним вводом тобто активна висота; довжина шляху витоку по поверхні ізолятора (покришки) і вибір конфігурацій покришки.

У якості ізоляційних матеріалів широке застосування знайшли: трансформаторний папір ГОСТ 24874-96; електрокартон ЕВ ГОСТ 2824-86; трансформаторне масло ГОСТ 10121-93; паперово-бакелітовий циліндр ГОСТ 8726-93.

Зовнішньою ізоляцією є покришка з електротехнічного фарфору за ГОСТ 9920-93.

Намотування обмоток трансформатора проводиться на паперово-бакелітовий циліндр і попередньо необхідно вибрати розміри циліндра.

Діаметр стрижня магнітопроводу складає 110 мм, тому відповідно до ГОСТ 8726-93 обирається циліндр з внутрішнім діаметром 115 мм і товщиною стінки 4 мм, отже зовнішній діаметр циліндра буде 123 мм. Довжина повинна бути менше розміру вікна магнітопроводу щодо стрижня (рисунок 1), тому конструктивно приймається l_ц = 185 мм. Тобто циліндр має розміри 115 / 123 х 185 мм.

Для визначення ізоляційного проміжку між обмоткою ВН і ярмом магнітопроводу в розрахунках необхідно користуватися математичним методом інтерполяції. Цей ізоляційний проміжок у даному випадку комбінований з трансформаторного паперу («бортик», що приклеюється по краях обмотки) і трансформаторного масла.

Визначається фазна напруга однієї обмотки трансформатора:

(11)

де U_об - фазна напруга обмотки трансформатора, кВ;

U_ном - номінальна напруга трансформатора, кВ;

- коефіцієнт перекладу лінійної напруги у фазну;

m - число обмоток у каскаді трансформатора, складає дві для магнітопроводу стрижньового типу;

n - кількість каскадів трансформатора, згідно вихідних даних - два.

U_об = 66/321 = 19,0751

Товщина паперово-масляної ізоляції вибирається за чинним значенням випробувальної напруги частотою 50 Гц, тобто за однохвилинною випробувальною напругою внутрішньої ізоляції, згідно ГОСТ 1516.1-76.

Щоб отримати точне значення випробувальної напруги і ощадливо вибрати ізоляцію, користуються методом математичної інтерполяції, алгебраічне відображення, якого має вигляд:

(12)

де, U_{ном.мін (макс)} - найближчі стандартні значення номінальних напруг менше і більше, ніж значення напруги обмотки, які знаходяться відповідно до ГОСТ 1516.1-76, кВ, тобто стандартні значення номінальних напруг, що складають 35 і 110 кВ;

U_роз - розрахункове чинне значення випробувальної однохвилинної напруги промислової частоти, кВ;

U_{пр.мін(макс)} - найближчі стандартні значення однохвилинних випробувальних напруг внутрішньої ізоляції відповідні значенням U_{ном макс} і U_{ном мін}, тобто 95 і 200 кВ.

Згідно 4 визначеній розрядній напрузі для комбінованої ізоляції з трансформаторного паперу і масла відповідає відстань між електродами (обмоткою ВН і ярмом магнітопроводу) яка більше ніж 3 см, але менше 4 см, тому що знайдене значення знаходиться між 96 і 110 кВ.

Користуючись методом інтерполяції за аналогією з (12), визначається пропорція для ізоляційного проміжку Х_із:

Х_із = 1,875см.

Раніше пропонувалися типові розміри магнітопроводів і ізоляційний проміжок між обмотками одного каскаду можна знайти відповідно до [3] за розрахунковою напругою обмотки як для електродів “голка-голка” в маслі:

L = 0,00876·U_роз^1,428 (13)

де l - ізоляційний проміжок між обмотками в маслі, см

l = 0,00876·73,14^1,428 = 0,64 приймається 40мм.

Це значення необхідно для перевірки слушності електромагнітного розрахунку після виконання розкладення обмоток відповідно обчислень.

3. Розрахунок параметрів обмотки

Розрахунок обмоток містить: визначення числа витків, знаходження струму, і площі поперечного перетину провідників, вибір за знайденими значеннями провідникових матеріалів, їх марок і позначень; розрахунок і вибір ізоляції і т.ін.

Крім того виконується розкладення обмоток, тобто визначається: кількість обмоток, число витків в обмотці, число шарів витків і число витків у шарі кожної котушки, розміри обмотки, а також її геометричні параметри.

У трансформаторах напруги є обмотки: вищої напруги (ВН); основна низької напруги (має позначення «С») на стандартний розмір напруги 100/ В; додаткова низької напруги (має позначення «Т») на стандартний розмір напруги 100 В; узгоджувальна (вирівнювальна) обмотка (має позначення «П») для зменшення потоку розсіювання в каскаді, а також зв'язуюча (має позначення «Р») для зв'язку між блоками.

Необхідно задатися індукцією в стрижні магнітопроводу, в залежності від вибраного раніше магнітного матеріалу. Так, для сталі марки 3413 індукція знаходиться в межах від 1,2 до 1,5 Тл. Для розрахунків приймається 1,3 Тл. Значення струму в обмотках можна визначити за формулою:

(14)

Де І - величина струму в обмотках, А;

Р - потужність трансформатора , ВА, згідно завдання 400 ВА;

U - величина напруги в обмотці.

Для основної обмотки низької напруги, що має позначення «С» величина струму при заданій потужності 400 ВА складає, I_с,А :

Аналогічно можна визначити величину струму в додатковій обмотці “Т” і обмотці високої напруги ВН, ці значення будуть відповідно 5А і 0,00655 А.

Число витків обмоток низької напруги знаходиться за формулою:

(15)

Де W - число витків обмотки;

В_с - індукція в стрижні магнітопроводу, Тл, приймається 1,3 Тл.

f - частота струму мережі, Гц, згідно завданню 60Гц.

Приймається 24 виток обмотці “С”, аналогічно можна визначити число витків в обмотці “Т” яке буде складати 43 витків.

Узгоджуюча обмотка “П” призначена для зменшення потоків розсіювання, тому число витків у цій обмотці знаходиться через повну магніторушійну силу обмоток і значення найбільшого струму, що відповідає величині струму в основній обмотці “С”:

(16)

Де W_п - число витків в узгоджувальній обмотці П

Приймається 49 витки.

Число витків обмоток вищої напруги можна визначити за коефіцієнтом трансформації, тобто:

(17)

де W_вн - число витків обмоток вищої напруги

Так для трансформатора напруги на 150 кВ з урахуванням попередніх розрахунків:

В трансформаторі застосовується двострижньовий магнітопровід, тому на кожному стрижні в обмотці знаходяться 9000 витків. Обмотка ВН звичайно складається з котушок, осьовий розмір кожної котушки вибирається таким чином, щоб обмотка за формою наближалася до кулі (рисунок 5).

Обираються шість котушок в кожній обмотці і для них вводяться позначення: А, Б... Е (рисунок 5), а відповідно осьові розміри позначаються ?_А...?_Е, а радіальні (висота котушок) - h_А...h_Е. Розміри кожної котушки повинно бути такими, щоб ємності котушок обмотки були однакові.

Осьовий розмір котушки А можна визначити за довжинами стрижня і ізоляційного проміжку між обмоткою ВН і ярмом магнітопроводу Х_із (згідно п. 2.1. і 2.2):

?_а = ?_с - 2 X_із, (18)

де ?_с = 0,195 м і Хіз=1,875 м з попередніх розрахунків.

?_а = 195 - 2 ·20= 155

Інші осьові розміри котушок обираються конструктивно з визначеним кроком. Для шести котушок крок зменшення осьових розмірів приймається 10 мм, отже ці розміри будуть:

?_Б - 145 м, … ?_Е = 105 м

Для подальших розрахунків необхідно визначити площі поперечного перетину обмотувальних проводів. Відповідно до 2 середня густина струму в обмотках низької напруги для масляних малопотужних трансформаторів, що мають обмотки з мідних проводів, знаходитися в межах від 1,1 до 1,9 А/ мм²; для обмоток ВН ці цифри коливаються в межах від 0,2 до 0,3 А/мм², що обумовлюється вимогами механічної міцності обмотувального проводу, а також для отримання малого активного опору, з метою зменшення похибок.

Тоді (19)

Де S - площа поперечного перетину обмотувального проводу, мм²;

j - густина струму відповідної обмотки, А/мм² приймаються в обмотках низької напруги 1,1 А/мм², в обмотці ВН- 0,2 А/мм².

Відповідно S_т = 3,63 мм², S_вн = 0,02305 мм²



Рисунок 5 - Ескіз обмотки

Вибирається за ГОСТ 16512-80 круглий мідний провід марки ПБ, яким будуть намотуватися обмотки “С”, “Т”, “П”.

Тобто обмотки “С” і “П” будуть виготовлені з запасом з проводу ПБ-3,35 з товщиною ізоляції на обидві боки 0,3 мм (діаметр проводу з ізоляцією буде d_сіз = 3,65 мм) площа поперечного перетину проводу S_с = 6,29 мм². Обмотка «Т» буде виконана проводом ПБ-2,5 з товщиною ізоляції на обидві боки 0,3 мм (діаметр проводу з ізоляцією d_т = 2,8 мм), а площа поперечного перетину проводу S_т = 4,54 мм².

За ГОСТ 16507-80 вибирається круглий мідний провід марки ПЕЛО яким буде виготовлюватися обмотка вищої напруги.

Основний провід обмотки ВН відповідно до розрахунків обирається ПЕЛО-0,2 (діаметр голого проводу 0,224 мм з ізоляцією на обидва боки 0,10 мм, тобто діаметр проводу з ізоляцією d_{вн із} = 0,33 мм) і площа поперечного перетину проводу S_вн = 0,039 мм².

Звичайно початковий і кінцевий шари витків в обмотці вищої напруги, а також вводи виконуються проводом більшого діаметру, щоб збільшити механічну міцність, тому конструктивно приймається провід ПЕЛО-0,71 з товщиною ізоляції на обидві боки 0,15 м (діаметр проводу з посиленою ізоляцією d_{пос із} = 0,85 мм) і площею поперечного перетину S_пос = 0,395 мм² .

В трансформаторі напруги спочатку на паперово-бакелитовий циліндр намотується узгоджувальна обмотка “П” (рисунок 5), потім обмотка ВН, накладається екран і на нижньому стрижні намотують обидві обмотки низької напруги “С” і “Т”.

?_п = d_із (W_п + 1) К_у, (20)

де ?_п - осьовий розмір обмотки П, мм;

К_у - коефіцієнт укладення, що враховує нещільність укладення витків , приймається 1,03;

1 - додаткове місце в шарі для одного витка, що враховує намотку витків по гвинтовій лінії.

?_п = 3,65 (44+1) 1,03 =169,18

Бакелітовий циліндр має довжину 170 мм, тому потрібно намотувати обмотку «П» в два шари.

За зовнішнім діаметром бакелітового циліндра, можна визначити зовнішній радіальний розмір обмотки “П”:

d_п = D_ц + 2 (d_{c із} + 1) п_пр, (21)

де d_п - зовнішній радіальний розмір обмотки П,мм;

D_ц - зовнішній діаметр бакелітового циліндру, мм, 123;

п_пр - число шарів витків обмотки “П”.

dп = 123 + 2 (3,65 + 1) 1 = 132,3

Приймається 132 мм.

Обирається конструктивно ізоляція між обмоткою “П” і котушкою А обмотки ВН з восьми шарів трансформаторного паперу Т-120. Внутрішній діаметр обмотки ВН:



d _ВН = dп + 2 _{із п}, (22)

де d _ВН - внутрішній діаметр обмотки ВН, мм;

_{із п} - товщина ізоляції, що намотується поверх обмотки П, з урахуванням зазначеного вище 8·0,12 мм.

d _ВН = 143 + 2 0,96 145, приймається 135 мм

Число витків у шарах котушок обмотки ВН можна визначити за формулою (20), перетворив її щодо витків. Число витків у першому і другому шарах котушки А обмотки ВН з урахуванням того, що осьовій розмір котушки ?_А = 130 м:

(23)

Де d_із - діаметр проводу з ізоляцією,мм.

Конструктивно приймаються відповідно 1400 і 380.

Визначається напруга витків шару за формулою:

(24)

де U_A1 - напруга першого шару котушки А, В.

Визначається товщина паперово-масляної ізоляції за найбільшим із визначених значень напруги шару котушки А:

(25)

магнітний пластина стрижень обмотка

де - товщина паперово-масляної ізоляції, мм;

К_n - величина перенапруг у мережі, може становити вісім;

К_з - коефіцієнт запасу, що вказує на можливу неоднорідність кола, у реальних конструкціях складає 1,3 ч 1,5, приймається 1,5;

Е_мах - максимальна пробивна міцність паперово-масляної ізоляції або градієнт напруги, кВ/мм, складає 20-25 кВ/мм, приймається 25 кВ/мм.

Кількість шарів паперової ізоляції визначається за формулою:

(26)

де - кількість шарів паперової ізоляції;

_із - товщина паперової ізоляції,мм, становить 0,12 мм для обраного трансформаторного паперу Т-120.

Приймається п'ять шарів

Отже міжшарова ізоляція в котушці А буде виконуватися з п'яти шарів трансформаторного паперу товщиною 0,12 мм.

Раніше було прийнято шість котушок, тому число витків у кожній котушці знаходиться за формулою:



(27)

де W_к - число витків у кожній котушці;

W_об - число витків в обмотці з урахуванням того, що магнітопровід двострижньовий;

n_к - число котушок в обмотці, відповідно до прийнятого вище.

Початковий і кінцевий шари витків у крайніх котушках обмотки виконуються посиленими і тому число шарів витків, що виконуються основним приводом обмотки ВН, у котушках А і Е знаходиться так:

(28)

де n_шА - число шарів у котушках, які виконуються основним проводом;

приймається шість шарів витків

Товщину котушок А з Е с урахуванням міжшарової ізоляції можна визначити за формулою:

_A(Е) = d_{пос із}+n_шd _{СН із} +(n_ш+1)•_А(3) К_у , (29)

де _A(Е) - товщина котушок ,мм;

К_у - коефіцієнт укладення, приймається 1,03.

_A = [0,95 + 4 0,42 + 5 : 0,48] 1,03 = 13.43

приймається 4,5 мм.

Аналогічно проводяться розрахунки для котушок Б-Е, дані розрахунків заносяться до таблиці 1.

Анологічно визначаються розміри обмотки “С”, але треба врахувати що між обмотками ВН і С існує канал розсіювання, який складають екран товщиною 3 мм і ізоляція з електрокартону ГОСТ 2824-86 товщиною 0.5 мм по одному шару з кожного боку екрана, тобто товщина каналу 5 мм.

Виконується розрахунок і розкладення додаткової обмотки «Т» і дані заносяться в таблицю 1. Для розрахунку активних опорів обмоток знаходяться середні діаметри котушок або обмоток за формулою:

(30)

де d_сер - середній діаметр котушки або обмотки, м

Таблиця 1

Розкладення обмотки вищої напруги

Познач. котушки	Число шарів Nм	Число витків у шарі, Wм	Усього витків у котушці, Wк*	Марка обмотуваль-ного проводу	Розмір ізоляції	Діаметр ізоляції	Кількість шарів та товщина ізоляції
					осьовий lк, мм	радіальний, Дк, мм	внутрішній, dвн	зовнішній, dзов
П	1	44	44	ПБ-3,35	169,18	5,0	123	133	8x0,12
А	1 3	150 355	1215	ПЕЛО-0,8 ПЕЛО-0,3	155	4,5	135	144	4x0,12
Б	4	330	1320	ПЕЛО-0,3	145	4,0	144	152	4 х 0,12
В	4	310	1240	ПЕЛО-0,3	135	4,0	152	160	4 х 0,12
Г	4	285	1140	ПЕЛО-0,3	125	4,0	160	168	4 х 0,12
Д	5	260	1300	ПЕЛО-0,3	115	5,0	168	178	4 х 0,12
Е	3 1 1	240 220 105	1045	ПЕЛО-0,3 ПЕЛО-0,8	105	5,0	178	188	4 х 0,12
С	1	22	22	ПБ-3,35	105	5,0	198	208	?
Т	2	18 19	37	ПБ-2,5	105	8,0	208	224	?

Так для котушки А середній радіальний розмір становить:

Тоді активні опори можна визначити за формулою:

, (31)

де r - активний опір котушки або обмотки, Ом;

- питомий електричний опір матеріалу проводу, Ом·м, для міді при температурі 20єС =1,76·10^-8 Ом·м;

W - число витків в котушці або обмотці;

Для котушки А:

Аналогічно можна визначити активні опори інших котушок обмотки ВН і обмотки “С” і дані розрахунку звести в таблицю 2

Таблиця 2

Активні опори котушок і обмоток

Позначення котушок і обмоток	А	Б	В	Г	Д	Е	ВН	С
Активний опір котушки або обмотки, Ом	118,08	154,65	152,71	186,60	177,55	169,97	919,96	1,71

При розрахунку похибок враховуються приведений активний опір, тобто опір обмотки ВН приведений до опору обмотки “С”:

(32)



де r_ВН - приведений активний опір обмотки ВН, Ом.

Для визначення індуктивних опорів необхідно знайти коефіцієнт Роговського за формулою (безрозмірне значення):

(33)

де К_р - коефіцієнт Роговського;

а_кр - ширина каналу розсіювання, см, приймається 0,5см;

_ВН - радіальна товщина обмотки ВН, см, знаходиться як сума радіальних розмірів котушок за таблицею 1, тобто 4,2 см

l_ц - довжина бакелітового циліндру, 18,5 см.

Крім того необхідно знайти геометричний розмір С за формулою:

(33)

де С - геометричний розмір, см

Необхідно також визначити середній діаметр кільцевого проміжку між обмотками ВН і С (рисунок 6). Сума індуктивних опорів приведеної обмотки ВН і основної обмотки С визначається за формулою:

(35)

де (Х_ВН+Х_с) - сума індуктивних опорів приведеної обмотки ВН і основної обмотки С, Ом;

d_сер - середній діаметр кільцевого проміжку між обмотками ВН і С, см, знаходиться відповідно рисунку 6, і складає 22,6см;

Рисунок 6 - Розташування обмоток на бакелітовому циліндрі: 1 - бакелітовий циліндр; 2 - узгоджувальна обмотка «П»; 3 - обмотка ВН; 4 - основна обмотка «С»; 5 - додаткова обмотка “Т”

А індуктивний опір обмотки Вн приведений до обмотки С знаходиться як:

X_ВН = 0,75 (Х_ВН + Х_с), (36)

де Х_ВН - індуктивний опір обмотки ВН, приведений до обмотки С, Ом.

X_ВН = 0,75 0,0099=0,0074

Маса міді яка необхідна для виготовлення обмоток визначається за формулою:

G = j W р d_сер S, (37)

де G - маса міді обмоток або котушок, кг;

j - густина матеріалу кг/м³ , для міді j=8900 кг/м³ .

Для котушки А обмотки ВН:

G_А =89003,14(0,1351500,50210^-6+0,139533550,0710^-6) =0,57

Аналогічно визначається маса міді інших котушок (маса міді обмотоки ВН є сумою знайдених значень), а також обмоток “П”, “С” і “Т”.

Дані розрахунку приведені в таблиці 3

Таблиця 3

Маса міді котушок і обмоток

Позначення котушок і обмоток	А	Б	В	Г	Д	Е	ВН	С	Т	П
Маса міді котушок або обмоток, кг	0,365	0,157	0,203	0,193	0,231	0,242		0,941		0,123

Повна маса міді усіх обмоток для каскадного трансформатору знаходиться за формулою:

G_М =mn G_П + mnG_ВН+Gс+Gт (38)

де G_М - повна маса міді на каскадний трансформатор, кг.

G_М = 2•1·1,32+2•1·2,968+2,08+1,23=11,886

4. Розрахунок похибок

Відповідно до ДСТУ 1983-2003 клас точності трансформаторів напруги визначається похибками за напругою і кутовій. Граничні значення похибок віднесені до таких умов: первинна напруга від 0,8 до 1,2 номінальної, навантаження від 0,25 номінального до номінального при коефіцієнті потужності cos ц = 0,8. Тобто похибки обчислюються:

- у режимі 0,8 U_ном, коли навантаження Р₂ = Р_ном і Р₂ = 0,25 Р_ном;

- у режимі 1,2 U_ном, коли навантаження Р₂=Р_ном і Р₂=0,25 Р_ном.

Значення індукції в конструктивних елементах магнітопровода знаходяться за формулами:

В_сл=В_кл=л·В_с, (39)

В_ял=В_ул=, (40)

де В_сл,В_кл,В_ял - значення індукції в стрижні, куту стика і ярмі при визначенному режимі л, Тл;

л - режим роботи трансформатора, відповідно до вказаного вище може приймати граничні значення 0,8 або 1,2;

S_c та S'_я - дивись п. 2.1

В_с0,8=В_у0,8=0,8·1,3=1,04

і відповідно в режимі 1,2 U_ном ці значення:

В_{с 1,2}=В_{к 1,2}=1,56 Тл;

В_я=1,45 Тл

Знайденим значенням індукції відповідають питомі втрати р_с,р_я,р_к і питомі намагнічувальні потужності g_с,g_я,g_к , що визначаються згідно [2].

у режимі 0,8 U_ном

р_{с 0,8}=0,644 Вт/кг g_{c 0,8}=0,724 ВА/кг

р_{я 0,8}=0,557 Вт/кг g_{я 0,8}=0,66 ВА/кг

р_{к 0,8}=90 Вт/м² g_{к 0,8}=760 ВА/м²

у режимі 1,2 U_ном

р_{с 1,2}=1,45 Вт/кг g_{c 1,2}=2,4 ВА/кг

р_{я 1,2}=1,215 Вт/кг g_{я 1,2}=1,77 ВА/кг

р_{к 1,2}=590 Вт/м² g_{к 1,2}=25000 ВА/м²

Для магнітопроводу стрижньової форми втрати неробочого ходу визначаються за формулою:

Р_н.х.= К_дв·[Р_с ·2G_c + P_к ·4s_к + К_д.о ·Р_я ·2G_я + • 4 G_к ] (41)

де Р_н.х - втрати неробочого ходу, Вт;

К_д.в. - коефіцієнт додаткових втрат, залежить від форми ярма і наявності відпала пластин, для відпалених пластин і багатоступінчастої форми ярма складає 1,08

К_д.о. - коефіцієнт, що враховує наявність отворів, залежить від марки сталі і товщини,для холоднокатаної сталі при товщині рулону 0,35 мм знаходиться у межах від 1,01 до 1,25, приймається 1,09. Отже:

Р_н.х0,8 = 1,08·( 0,644 ·2 • 11,68 + 90· 4·7,83·10^-3 +

+ 1,09 · 0,552 · 2 · 14,42 + 4 · 5,54 ) = 52,55

Аналогічно Р_{н.х 1,2}=129,65 Вт.

Активна складова струму неробочого ходу визначається за формулою:

, (42)

де І_ха - активна складова струму неробочого ходу, А.

Для даного розрахунку:

а в режимі 1,2 U_ном І_{ха 1,2} = 1,86

Повна намагнічувальна потужність для даної форми магнітопроводу =

= К'_дв [2g _с ·G_c + К'_д.о ·2g_я G_я + 4G_к]+ K'_{д.в.з •}4g_к • S_к (43)

де Q_н.п - повна намагнічувальна потужність трансформатора, ВА;

К'_д.в - коефіцієнт додаткових втрат, що залежить від форми ярма і наявності відпалу пластин, для відпалених пластин з числом сходинок до трьох включно, складає 1,31;

К'_д.о - коефіцієнт, що враховує штампування отворів, залежить від марки сталі, приймається 1,4;

К'_д.в.з - коефіцієнт втрат у магнітних щілинах, приймається 1,06. Для даного розрахунку:

Q_{н.п. 0,8}=1,31·(2·0,724·11,68+1,4·2·0,66·14,42+·4·5,54) + 1,06·х

х 4 х•760·7,83·10^-3 = 110,18

У режимі 1,2U_ном відповідно 1314,84 ВА

Реактивна складова струму намагнічування визначається за формулою:

, (44)

де І_н.р. - реактивна складова струму намагнічування, А.

У даному розрахунку в режимі 0,8 U_ном:

(45)

а для режиму 1,2U_ном І_{х.р 1,2}=18,95 А

Похибка за напругою для трансформатора знаходиться за формулою :

, (46)

де U_% - похибка за напругою, %;

cos ц - коефіцієнт потужності, приймається = 0,8.

Тоді для даного розрахунку при повному навантаженні в режимі 0,8 U_ном:

= 0,48

Відповідно в режимі 1,2U_ном ДU_{% 1,2}= 0,49

Потрібно знаходити значення не тільки при повній потужності, але і при 0,25 Р_ном, тому обчислюється похибка в режимі 0,8 U_ном:

= 0,12

У режимі 1,2U_ном і при 0,25 Р_ном похибка за напругою складе 0,12%

Обчислені значення перевищують значення найбільшої похибки за напругою відповідно до класу точності трансформатора 0,5, тому робиться корекція методом виткового відмотування.

Поправка для виткової корекції визначається як середнє між абсолютним значенням граничних похибок відповідних режимів: 1,2 U_ном і Р_ном, а також 0,8 U_ном і 0,25 Р_ном, тобто:

fu_% = 0,5(ДU_%1.2 + ДU_%0.8), (47)

де fu_% - поправка на виткову корекцію, %

У даному розрахунку:

fu_% = 0,5(0,48 + 0,49) = 0,485

Число витків обмотки ВН, відмотаних для виткової корекції, визначається за формулою:

, (48)

де ДWk - число корегувальних витків, виток

Приймається 71. Тобто необхідно відмотати 71 витків.

Похибки після виткової корекції мають значення:

fu_%k=ДU_%-fu_% , (49)

де fu_%k - результуюче значення похибки після корекції, %.

Так для даного розрахунку в режимі 0,8 U_ном:

- при повному навантаженні fu_%0,8k= 0,377-0,3= - 0,077%

- при навантаженні 0,25 Р_ном fu_%0,8k= 0,120-0,3= - 0,18%

У режимі 1,2U_ном:

- при повному навантаженні fu_%1,2k= 0,480 - 0,3=0,18%

- при навантаженні 0,25 Р_ном fu_%1,2k= 0,222 - 0,3= -0,078%

Кутова похибка знаходиться за формулою:

, (50)

де д - кутова похибка, визначається в хвилинах і секундах;

3440 - переклад радіанної міри в хвилини.

У режимі 0,8 U_ном при повній потужності:

. 8'18''

аналогічно в режимі 1,2 U_ном при повній потужності д_1,2=996

При навантаженні 0,25 Р_ном відповідно: д'_0,8=110 і д'_1,2=031

Усі визначені значення похибок за кутом зсуву і за напругою після корекції зводяться в підсумкову таблицю 4.

Раніше була введена поправка у вигляді відмотування корегуючих витків, тому необхідно перераховувати кількість витків в обмотці ВН:

W_вир= 36000 - 108 = 35892

Тобто необхідно зменшити кількість витків у котушці "Е" обмотки високої напруги



Таблиця 4

Результати розрахунку похибок

Таким чином проектний трансформатор входить в клас точності 0.5.



Висновки

В загальній частині даного курсового проекту проведений огляд конструкцій трансформаторів напруги і зроблений опис призначення та конструктивних особливостей трансформатора на 132 кВ. Магнітопровід трансформатора за конструкцією є двострижньовим, а маса сталі, що потрібна для виготовлення одного магнітопроводу згідно 2.1 становить 75,46 кг.

Маса міді складає 11,886 кг для всіх обмоток.

При номінальній потужності 500 ВА були отриманні значення похибок, які відповідають класу точності 0,5 за ГОСТ 1983-89.

Загальний вид трансформатора приведений у кресленні 5.05070201.53.10.01СК.



Список літератури

1. Дымков А.Н. "Трансформаторы напряжения".- М.- Энергоатомиздат, 1975.- 341 с.

2. Методичні вказівки до розрахунку курсового та дипломного проектування з розрахунку трансформаторів напруги. Розробила Новікова О.М., Запоріжжя: ЗЕК ЗНТУ; 2006 - 50 с.

3. Панченко В.В. "Расчёт и конструирование электрических аппаратов высоковольтного напряжения".- М.: Энергоатомиздат, 1991.- 248 с.

4. Справочник по электрическим аппаратам высокого напряжения. Под ред. Афанасьева.- Л.: Энергоатомиздат, 1987.- 544 с.

Размещено на Allbest.ru

...