МЕТОД ЗА ПРОЕКТИРАНЕ НА СИЛОВИ ТРАНСФОРМАТОРИ
При съвременния начин на проектиране на трансформатори се различават три главни етапа на изчисляване:а) предварителни изчисления и разработки, б) теоретично определяне на главните размерни електромагнитните натоварвания на трансформаторите, в) окончателно изчисляване на трансформатора.
При предварителните изчисления въз основа на уточненото вече техническо задание се изчисляват основните електрически величини (фазни и линейни напрежения и токове, стъпални напрежения и др.), избира се конструктивната схема на трансформатора (тип на магнитопровода, тип и разположение на намотките, схема на регулиране и др.), избират се активните и изолационните материали, ако не са определени от проектното задание, избират се изолационните разстояния в съответствие с изпитвателните напрежения, типа и схемата на свързване на намотките, схема на регулация и т. н. В някои случаи може да се наложи и предварителна конструктивна разработка на отделни елементи от конструкцията на трансформатора.
При втория етап на изчисляване се определят по аналитичен път главните размери и електромагнитните натоварвания на един (или няколко) варианта в очакваната област на оптимума.
При третия етап на изчисляване въз основа на теоретично определените размери на трансформатора се избират най-близките стандартни и нормализирани размери на неговите конструктивни елементи, изгражда се електрическата, магнитна и охладителна система на трансформатора в съответствие с производствените изисквания и се проверяват окончателно технико-икономическите характеристики на трансформатора (загуби, напрежение на к. с., ток на празен ход, електродинамична устойчивост, прегрявания на намотките и маслото, маси на активните и конструктивните материали и себестойност на трансформатора). При необходимост главните размери и електромагнитните натоварвания се коригират. Спазването на последователността на горните етапи на изчисление осигурява най-малък обем от изчислителна работа и води до най-обосновано решение от технико-икономическа гледна точка.
-
ПРЕДВАРИТЕЛНИ ИЗЧИСЛЕНИЯ
1.1 Основни електрически величини
Номиналната мощност на двунамотъчен трансформатор е привидната мощност, посочена в табелката му. Тя е равна на произведението от номиналното напрежение, номиналния ток и фазовия множител, който при еднофазните трансформатори е равен на единица, а при трифазните трансформатори —на √3. Приема се, че двете намотки имат една и съща номинална мощност, равна на номиналната мощност на трансформатора S . За еднофазни трансформатори :
S = U1.I1.10-3 = U2.I2.10-3 , kVA , (1-1)
а за трифазни трансформатори :
S = √3U1.I1.10-3 = √3U2.I2.10-3 , kVA (1-2)
където U1,U2, V и I1, I2, А са съответно линейните напрежения и токове на първичната и вторичната намотка.
Мощността на трифазните трансформатори може да се изрази и чрез съответните фазни напрежения Uф1, Uф2, V и фазни токове I ф1, I ф2 , а на намотките:
S = 3Uф1.Iф1.10-3 = 3Uф2.Iф2.10-3, kVA. (1-3)
Номинални напрежения и токове са тези, за които са оразмерени намотките.
Между фазните Uф и линейните Uл напрежения съществуват следните зависимости:
при намотка, свързана в звезда или зигзаг:
; (1-4)
при намотка, свързана в триъгълник :
Uф = Uл (1-5)
Между фазните и линейните токове съществуват зависимостите:
при намотка, свързана в звезда или зигзаг:
Iф= Iл (1-6)
при намотка, свързана в триъгълник:
(1-7)
Линейният ток на дадена намотка на трифазен трансформатор независимо от свързването на намотките се определя по формулата:
, A (1-8)
За фазното напрежение Uфi на дадена намотка i е в сила зависимостта:
, V (1-9)
където
- f е честотата на тока, Hz;
- w1- брой на навивките на намотката;
- kzi - коефициентът на намотката, отчитащ наличие в намотката на последователно съединени клонове, напреженията на които са дефазирани;
при съединение звезда и триъгълник kzi = 1, a при равнораменен зигзаг kzi = = 1,155;
- Ba - индукцията в ядрото, Т;
- Sa - активното сечение на ядрото, dm2.
Напрежение, индуктирано в една навивка от намотката (навивково напрежение) е :
, V (1-10)
1.2 Електромагнитни натоварвания
Под електромагнитни натоварвания на активните материали се разбират магнитните индукции в ядрото Ва и ярема Вb и плътността на тока в намотките j.
Индукцията в ядрото Ва може да се определи от (1-10):
, T (1-11)
По същата формула може да се определи н индукцията в ярема, ако в (11) вместо Sa се замести Sb - активното сечение на ярема, dm2.
Отношението на индукциите Ва и Bb е равно на отношението на активните сечения на ярема Sb и ядрото Sa и се означава като коефициент на усилване на сечението на ярема:
(1-12)
Плътността на тока в дадена намотка се определя с формулата
(1-13)
където
- Iф е фазният ток на намотката;
- Q - сечението на една електрическа навивка от намотката (провеждащо пълния фазен ток);
- m = mклmп - общият брой на паралелните проводници на електрическата навивка;
- mкл - броят на паралелно съединените клонове на намотката;
- mп - броят на паралелните проводници в един клон от намотката;
- q - сечението на единичните паралелни проводници от сечението на електрическата навивка.
Средно аритметичната стойност на плътностите на тока в двете намотки е
(1-14)
Електромагнитните натоварвания на активните материали оказват съществено влияние върху технико-икономическите характеристики на трансформатора. С оглед да се намали разходът на активните материали е целесъобразно тези натоварвания да бъдат по-високи. Обаче повишаването на индукцията в магнитопровода води до големи загуби и ток на празен ход, прегрявания на магнитната система и поява на силно изразени висши храмонични в намагнитващия ток. Увеличените плътности на тока водят до увеличени загуби на късо съединение и високи прегрявания на намотките.
В изчислителната практика са установени гранични стойности, респ. оптимални граници на изменение на електромагнитните натоварвания на трансформаторите в зависимост от вида на електротехническата стомана, проводникoвия материал, начина на охлаждане и др. Тези стойности са дадени в таблици 1 и 2.
Таблица 1 Препоръчителни стойности на магнитната индукция B,T в ядрата на маслени и сухи трансформатори
Вид на електротехническата стомана
|
Маслени трансформатори
|
Сухи трансформатори
|
студено валцувана
|
1.45-1,70
|
1,2—1,5
|
горещо валцувана
|
1,20—1,45
|
1,0-1.2
|
Таблица 2 Ориентировъчни стойности на средната плътност на тока jср A/mm2 , в намотките на трансформаторите
Мощност
S,kVA
|
до 100
|
160 - 400
|
630 - 1600
|
Материал на
намотките
|
мед
|
алуминий
|
мед
|
алуминий
|
мед
|
алуминий
|
Маслени
трансформатори
|
2.2-2.8
|
1.3-1.7
|
2.2-2.8
|
1.5-1.7
|
2.3-2.8
|
1.5-1.75
|
Сухи
транформатори
|
вътрешна
намотка
|
1.5 - 2.0
|
1.0 - 1.3
|
1.5 - 2.0
|
1.2 - 0.8
|
1.3 - 2.0
|
0.8 - 1.2
|
|
външна
намотка
|
1.9 - 2.4
|
1.3 - 1.8
|
1.8 - 2.3
|
1.3 - 1.7
|
1.8 - 2.3
|
1.3 - 1.7
|
Сподели с приятели: |