Расчет трансформатора мощностью 3,55 МВА

tквн  = 0.79*(Uк/J2)^2 = 0.79 * (6,383/1,93)^2 =8,64 c

Допустимая  обмоточная температура = 200 гр. Цельсия 

3.8. РАСЧЕТ МАГНИТНОЙ  ЦЕПИ 

Принята конструкция трехфазной плоской шихтованной магнитной

системы. Стержни магнитной  системы скреплены  бандажами из стеклоленты,

ярма  прессуются ярмовыми балками.

Размер  пакетов выбран по Табл.8.3.[1].

Без прессующих пластин.

|_d(м)_|_nc_|_Kкр_|_aя(мм.)_|   a = |310 | 295 | 270 | 250 | 230 | 215 | 195 | 155 | 135 | 000 | 000 | 000 | 000 | 000 | 000 | 000 |

| 0,32   09,00   00,93   07,00        b = | 040 | 022 | 024 | 014 | 011 | 007 | 008 | 012 | 005 | 000 | 000 | 000 | 000 | 000 | 000 | 000 |

где

ая - ширина крайнего наружного  пакета ярма

nc - число ступеней  в сечении стержня

nя  - число ступеней  в сечении ярма

Площадь сечения стержня  Пфс и ярма Пфя  приняты по Табл.8.7.[1].

Пфс = 746,2      см^2

Пфя = 762,4      см^2

Объем углов магнитной  системы приняты  по Табл.8.7.[1].

Vу  = 20144      см^3 

1). АКТИВНОЕ СЕЧЕНИЕ  СТЕРЖНЯ И ЯРМА  И РЕАЛЬНЫЙ ОБЪЕМ  УГЛОВ 

Пс = Пфс*Кз =746,2     *10^(-4)0,96 = 0,0716352 м^2

Пя = Пфя*Кз =762,4     *10^(-4)0,96 = 0,0731904 м^2

Vя  = Vу*Кз =20144     *10^(-6)0,96 = 0,01933824 м^3

Пз=sqr(2)*Пс =1,41*0,07=0,101м^2 

2). ВЫСОТА ОКНА МАГНИТНОЙ  СИСТЕМЫ LC И РАССТОЯНИЕ МЕЖДУ ОСЯМИ СТЕРЖНЕЙ (С) 

lc =L+(lo'+lo'')= 0,84+(0,05+0,05)=0,94 м

C = D''+a22 =0,58386+0,018=0,60186 м 

3). ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАССЫ  СТЕРЖНЕЙ ЯРЕМ  И УГЛОВ 

Gy=Кз*Vя*7650=142,02003456кг

Gя=Gя'+Gя''=1631,9815179264кг

Gс=Gc'+Gc''=1628,97469632кг

где

Kз=0,96

Gя'=2*(c-1)*C*Пя*7650 = 2*(3-1)*0,602*0,073*7650 =1347,94 кг

Gя''=2*Gу  =2*142,02=284,04 кг

Gc'=c*Пс*lc*7650=3*0,07*0,94* 7650 =1545,39 кг

Gc''=c*(Пс*a1я*7650-Gу))=3*(0,07*0,31*7650-142,02))=83,59 кг

где

a1я  - максимальная ширина  пакета ярма 

4). ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТЕРЬ  ХОЛОСТОГО ХОДА  

Индукция  в стержне, ярме и  местах косых стыков

Bc = Uв/(4.44*f*Пс)=25,42/(4.44*50,00*0,0716)=1,60 Тл

Bя  = Uв/(4.44*f*Пя)=25,42/(4.44*50,00*0,0732)=1,56 Тл

Bкос  = Bc/sqr(2)=1,60/1,41=1,13 Тл

Удельные  потери для стали  ярем, стержней и  стыков по Табл.8.10.[1] для выбранной стали

Pc=1,230Вт/кг  ; Pсз =645       Вт/м^2;

Pя=1,150Вт/кг  ; Pяз =615       Вт/м^2;

Pкос=375       Вт/кг  ;

Пз=0,101307471383309м^2

На  основании пар.8 и Табл.8.12.[1] приняты коэффициенты

Кпя =1,0-коэф. увеличения потерь, зависит от формы ярма

Кпп =1,03-учитывает  влияние прессовки  на потери ХХ

Кпр =1,05-учитывает  увеличение удельных потерь в стали в связи с резкой

Кпз =1-коэфициент заусенцев

Кпш =1,05-коэфициент перешихтовки

Кпу =8,58-учитывает  увеличение потерь в углах магнитной системы

Pxx(заданные)=5000,00

Pхх=[Kпр*Кпз*(Рс*Gc+Pя*Gя'-4*Pя*Gу+(Pc+Pя)*Кпу*Gу/2)+6*Pкос*Пз]*Kпя*Kпп*Kпш = [1,05*1*(1,230*1628,97+

+1,150*1347,94- 4*1,150*142,02+(1,230*1,150)*8,58*142,02/2 )+6*375*0,1013]*1,0*1,03*1,05=5186,8748 Вт

Отклонение  потерь от заданного значения =3,73749599999999% 

5). ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОКА  ХОЛОСТОГО ХОДА 

По  пар.8.3. и Табл.8.17.[1] находим намагничивающие мощности

qc=1,688ВА/кг  ; qсз =19270ВА/м^2;

qя=1,511ВА/кг  ; qяз =16974ВА/м^2;

qкк=3280А/м^2  ;

На  основании пар.8 и Табл.8.12.[1] и 8.21[1]  приняты коэффициенты

Ктр =1,18-учитывает  влияние резки  полосы рулона на пластины

Ктз =1,0-учитывает  влияние срезания заусенцев

Кпл =  1,25-учитывает  ширину пластин в  углах магн. системы

Ктя =1,0-учитывает  форму сечения  ярма

Ктш =1,05-учитывает  перешихтовку верхнего ярма

Ктп=1,05-учитывает  прессовку магнитной  системы

Кту=27,95-учитывает  увеличение намагничивающей мощности в углах м.с.

Мощность  холостого хода

Qx=[Kтр*Ктз*(qc*Gc+qя*Gя' - 4*qя*Gя+(qc+qя)*Кту*Кпл*Gу/2)+6*qкк*Пз]*Ктя*Ктп*Ктш =[1,18*1,0*(1,688*1628,97+

+1,511*1347,94- 41,511142,02+ (1,688+1,511)*27,95*  1,25*142,02/2)+6*3280*0,10]*1,0*1,05*1,05 = 17633,23 ВА

определение тока Х.Х.

Заданное значение тока холостого хода составляет  1,00%

Ixx=Qx/(Sн/100)=17633,23/(3550000,00/100)=0,49671%

Отклонение  тока Х.Х. от заданного  значения составляет -50,3289342018857 %

Ixxa=Px/(Sн/100)=5186,8748/(3550000,00/100)=0,146%

Ixxр=SQR(Ixx^2 - Ixxа^2)= SQR(0,246721478-0,02134788)=0,47473529% 

4. РАСЧЕТ РАБОЧИХ  ХАРАКТЕРИСТИК 
 

1). Зависимость КПД от нагрузки получена по формуле

КПД=1-(Кнг^2*Pк+Po)/(Кнг*Sн*cos(fi2)+Кнг^2*Pк+Po);

где

Pк=28886,1026Вт

Po=5186,8748Вт

Sн=3550000Вт

cos(fi2)=0,8;1,0

Кнг=0;0,25;0,5;0,75;1,0;1,25 - коэффициент нагрузки

Расчеты сведены в таблице 

Таблица __

cos(fi) | Кнг     |____0___|__0,25__|___0,5___|__0,75__|___1,0___|__1,25___|

0,8......|  КПД   |0,0000000|0,9902478|0,9913374|0,9900367|0,9881447|0,9860231|

1,0......|  КПД   |0,0000000|0,9921830|0,9930579|0,9920135|0,9904932|0,9887871|

Значение  коэффициента нагрузки Кнг, соответствующее максимальному КПД

Кнг.м=SQR(Po/Pк)=0,424;

Номинальный КПД (при Кнг=1) равен

КПДном.=0,9881(при cos(fi)=0.8)

КПДном.=0,9905 (при cos(fi)=1.0)

Характеристика  КПД=f(Кнг) построена  на рис. 

2). Зависимость вторичного  напряжения трансформатора  от Кнг строится  по формуле

U2=U2н  - deltaU

deltaU=Кнг*(Uка*cos(fi2)+Uкр*sin(fi2))

где

U2н- принято равным 100 %

Uка=0,813693030985916 %

Uкр=6,33114326609234 %

cos(fi2)=0.8;1.0

Кнг=0;0.25;0.5;0.75;1.0;1.25

Расчеты сведены в таблице 

 

Таблица __

cos(fi) | Кнг     |____0___|__0,25__|___0,5___|__0,75__|___1,0___|__1,25___|

0,8......|  U2*    |1,0000000|0,9889000|0,9778000|0,9666000|0,9555000|0,9444000|

1,0......|  U2*    |1,0000000|0,9980000|0,9959000|0,9939000|0,9919000|0,9898000| 

  5. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ 
 

1).ВНУТРЕНИЙ  ПЕРЕПАД ТЕМПЕРАТУРЫ 

-обмотка  НН

Tэтa01=(2/3)*(p*ar^2)/(8*Liamdaср)= (2/3)*(85972,33694*0,00246)/(8*0,5899) = 29,855 град.

где

p=3,44*(J1^2*a*b*10^(-8))/((a'+бмс)*b')=3,44*(1903689,1892^2*0,00240,0112*10^(-8))/(0,0028+0,0005)*0,0117 = 85972,3369444958 Вт/м^3

- потери выделяющиеся в 1м^3 общего объема обмотки.

J1=1903689,18918919A/м  - плотность тока  в обмотке НН

a=0,00236м. - размер провода  без изоляции

b=0,0112м. - размер провода  без изоляции

a'=0,00281м. - размер провода  c изоляцией

b'=0,01165м. - размер провода  c изоляцией

бмс=0,00048м. - толщина межслоевой изоляции

ar=0,0496 м. -радиальный размер катушки

Liamdacp=(liamda*0.17*(a'+бмс))/(Liamda*бмс+0.17*a')=(1,02055126371006*0.17*(0,00281+0,00048))/(1,02055126371006*0,00048+ 0.17*0,00281)=0,5899  Вт/м*град

- средняя теплопроводность  обмотки

где 

  0.17 - УДЕЛЬНАЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ  ИЗОЛЯЦИОННОЙ БУМАГИ(ВТ/(М*ГРАД)) 

liamda=0.17*(b*a')/((b'-b)* b)=0.17*(0,0112*0,00281)/((0,01165-0,0112)* 0,0112)=1,02055126371006

- средняя условная  теплопроводность  обмотки.

-обмотка  ВН

Тэта02=q2*б/ lиз =1178,32*0,0002/ 0,17 =1,56 град.

где

q2=1178,32297672553 Вт  - плотность  теплового потока  на поверхности  обмотки

б=0,0002 (м) - толщина изоляции провода на одну сторону

lиз=0.17 Вт.(м*град.С) - теплопроводность бумажной, пропитанной маслом изоляции провода 

2). ПЕРЕПАД ТЕМПЕРАТУРЫ  НА ПОВЕРХНОСТИ  ОБМОТОК 

- обмотка НН

Тэта01м1=k1*k2*k3*0,35*q1^(0,6)=1*1,1*1*0,35*1161,46^(0,6)=26,57 град.

где

k1=1 - естественное масляное  охлаждение

k2=1,1 - для внутренней  обмотки НН

k3=1 - нет горизонтального  канала

- обмотка ВН

Тэта02м2=k1*k2*k3*0,35*q2^(0,6)=1*1*1*0,35*1178,32^(0,6)=24,37 град.

где

k1=1 - естественное масляное  охлаждение

k2=1 - для наружной обмотки  ВН

k3=1 - нет горизонтального  канала 

3). ПОЛНЫЙ СРЕДНИЙ  ПЕРЕПАД ТЕМПЕРАТУРЫ  ОТ ОБМОТКИ К  МАСЛУ 

- НН

Тэта  ом ср1 = Тэта01+Тэта01м1=56,43 град

- ВН

Тэта  ом ср2 = Тэта02+Тэта02м2=25,93 град 

4). ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ  БАКА 

По  табл.9.4.[1]  выбрана  конструкция гладкого бака с радиаторами  и прямыми трубами

Внутренние  размеры бака

S1=S2=45мм.  - расстояния от  обмотки до отводов  ВН и от отводов  ВН до стенки  бака

S3=25мм. - расстояние от  обмотки до отвода  НН

S4=22мм. - расстояние от  отвода НН до  стенки бака

S5=67мм. - расстояние от  обмотки ВН до  стенки бака

d1=20мм. - диаметр  отвода  НН

d2=20мм. - диаметр  отвода  ВН

Ширина  бака B, высота бака H  и его длина A

B=(D2'' +S1+S2+d1+S3+S4+d2)/1000=(583,86+45+20+25+22+20)/1000=0,761 м

A=2*C+(D2''+2*S5)/1000=2*0,602+(583,86+2*67)/1000=1,922 м

Hач=(lc+2*hя+50)/1000=(940,00+2*310,00+50)/1000=1,61 м

Hяк=300 мм.

H=Hяк+Hач=1,91000001192093м

Принято

B=0,76м

A=1,92м

H=1,91м 

5). ДОПУСТИМОЕ ПРЕВЫШЕНИЕ  СРЕДНЕЙ ТЕМПЕРАТУРЫ  МАСЛА НАД ТЕМПЕРАТУРОЙ  ОКРУЖАЮЩЕГО ВОЗДУХА  ДЛЯ НАИБОЛЕЕ НАГРЕТОЙ  ОБМОТКИ НН 

Тэта  мв= 65 - Тэта ом ср1=65 -56,4290205602433=8,57 град. 

6). ПРЕВЫШЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ  МАСЛА В ВЕРХНИХ  СЛОЯХ 

Тэта  мвв =1,2*Тэта мв=1,2*8,57097943975668=10,29 град. 

7). СРЕДНЕЕ ПРЕВЫШЕНИЕ  ТЕМПЕРАТУРЫ НАРУЖНОЙ  СТЕНКИ БАКА НАД  ТЕМПЕРАТУРОЙ ВОЗДУХА 

Принимая  предварительно перепад  температуры на внутренней поверхности стенки бака

Тэта  мб=5 град., и запас 2 град.

Тэта  бв = Тэта мв - Тэта мб=8,57097943975668- 5- 2 =1,57 град. 

8). РАСЧЕТ ПОВЕРХНОСТИ  КОНВЕКЦИИ ГЛАДКОЙ  СТЕНКИ БАКА 

Пкгл=H*2*(A+B)=1,91*2*(1,92+0,76)=10,24 м^2 

9). ПОВЕРХНОСТЬ ИЗЛУЧЕНИЯ  (ОРИЕНТИРОВОЧНО) 

Пи= k*Пкгл = 1,5*10,2376=15,36 м^2