В методических указаниях к курсовому проекту и самостоятельной работе студентов [8] приведена бейсик-программа расчета основных размеров трехфазных трансформаторов на ЭВМ и освещена методика выбора и подготовки исходных данных, необходимых для проведения расчетов.
Данные вводятся в память с помощью клавиатуры.
В работе [8] даны последовательность подготовки исходных данных и указания по выбору значений величин, необходимых для проведения расчета основных размеров трансформатора.
Численные значения этих величин заносятся в формуляр выбора исходных данных, приведенный ниже (табл. 8.1).
Два основных размера трансформатора d 12 и l связываются соотношением
.
У силовых трансформаторов общего назначения, выпускаемых промышленностью, назначение коэффициента β изменяется в пределах от 1,0 до 3,5.
Бейсик-программа обеспечивает расчет основных размеров трансформатора для ряда значений β, изменяющихся от 0,85 до 3,65 с шагом 0,35.
Результаты расчета приведены ниже (табл. 8.2).
Таблица 8.1
Формуляр выбора исходных данный, подлежащих вводу в память ЭВМ,
для расчета основных размеров трансформатора
| № пп | Обозначение величины | Численное значение величины | Единица величины [1] | Страница по [1] | Примечание (ссылка на [1]) | |
| [1] | бейс.прг. | |||||
| 1. Заданные величины | ||||||
| 1.1 | S ’ | SS | 3333,3 | КВА | ||
| 1.2 | P K | PK | 75 000 | ВТ | ||
| 1.3 | F | F | Гц | |||
| 1.4 | U K | UK | 10,5 | % | ||
| 1.5 | U a | UA | 0,75 | % | Ф. 3.9 | |
| 1.6 | U P | UR | 10,47 | % | Ф. 3.10 | |
| 2. Выбираем физические величины | ||||||
| 2.1 | L 0 | LO | мм | Табл. 4.5 | ||
| 2.2 | a 12 | A12 | мм | Табл. 4.5 | ||
| 2.3 | a 22 | A22 | мм | Табл. 4.5 | ||
| 2.4 | B c | BS | 1,65 | Тл | Табл. 2.4 | |
| 2.5 | P c | PUS | 2,07 | Вт/кг | Табл. 8.10 | |
| 2.6 | P я | PUER | 1,353 | Вт/кг | 
| |
| 2.7 | q c | QUS | 2,32 | ВА/кг | Табл. 8.17 | |
| 2.8 | q я | QUER | 1,958 | ВА/кг | Табл. 8.17 | |
| 2.9 | q зп | QUZP | 26 700 | ВА/кг2 | Табл. 8.17 | |
| 2.10 | q зк | QUZK | 4 000 | ВА/кг2 |
Окончание табл. 8.1
| 3. Выбираем коэффициенты | ||||||
| 3.1 | L1 | Признак металла обмотки | ||||
| 3.2 | K С | KS | 0,9 | |||
| 3.3 | K Я | KER | 1,03 | Табл. 2.8 | ||
| 3.4 | K Д | KDR | 0,83 | Табл. 3.6 | ||
| 3.5 | KDS1 | 1,2 | Табл. 8.14 | |||
| 3.6 | KDS2 | 1,2 | Табл. 8.14 | |||
| 3.7 | KDS3 | 11,17 | ||||
| 3.8 | KDNM1 | 1,38 | ||||
| 3.9 | KDNM2 | 1,38 | ||||
| 3.10 | KDNM3 | 141,98 | ||||
| 3.11 | KDNM4 | 1,15 | ||||
| 3.12 | K | KMAL | 0,47 | Табл. 3.3 | ||
| 3.13 | e | E | 0,41 | С. 89–92 | ||
| 3.14 | K ОС | KOS | 2,36 | Табл. 3.7 | ||
| 3.15 | KUG | 0,486 | Ф. 3.45а | |||
| 3.16 | b | B | 0,325 | Табл. 3.5 | ||
| 3.17 | a | AMAL | 1,4 | Табл. 3.4 | ||
| 3.18 | n | NN | ||||
| 3.19 | KXG | |||||
| 3.20 | KPZK | 1,11 | Ф. 3.59а | |||
| 3.21 | KPZP | 0,785 | Ф. 3.59 | |||
| 3.22 | n ЗА | NZP | Табл. 8.20 | |||
| 3.23 | n ЗК | NZK | Табл. 8.20 | |||
| 3.24 | S | Признак охлаждения | ||||
| 3.25 | BER | 2,4 | Ф. 3.43 | |||
| 3.26 | OB | Кол-во обмоток на фазу |
Таблица 8.2
Расчет основных размеров трехфазного трансформатора
===================================================
Исходные (заданные) величины
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
Мощность на стержень SS= 3333.30 кВ·А
Потери короткого замыкания PK= 75000 Вт
Частота напряжения F = 50 Гц
Напряжение короткого замыкания UK= 10.5 %
Активная составл. напряжения КЗ UA=.75 %
Реактивн составл напряжения КЗ UR= 10.47 %
===================================================
ПРИЗНАКИ РАССЧИТЫВАЕМОГО ТРАНСФОРМАТОРА
---------------------------------------
Конструкция магнитопровода - плоский шихтованный
Материал магнитопровода - сталь холоднокатанная
Число обмоток на фазу - двухобмоточный
Металл обмоток - алюминий
Охлаждение - маслянное
===================================================
Коэффициент Beta:
1.200 1.500 1.800 2.100 2.400 2.700 3.000
===================================================
Значения Х
1.047 1.107 1.158 1.204 1.245 1.282 1.316
---------------------------------------------------------------------------------
Значение Х2
1.095 1.225 1.342 1.449 1.549 1.643 1.732
---------------------------------------------------------------------------------
Значение Х3
1.147 1.355 1.554 1.744 1.928 2.106 2.280
---------------------------------------------------------------------------------
Масса стали стержней GS,кг
2768.128 2671.396 2600.936 2547.426 2505.609 2472.258 2445.266
---------------------------------------------------------------------------------
Масса стали ярма GRM,кг
2122.963 2499.482 2856.620 3198.436 3527.683 3846.334 4155.870
---------------------------------------------------------------------------------
Масса стали магнитопровода GST,кг
4891.091 5170.878 5457.556 5745.862 6033.292 6318.592 6601.136
---------------------------------------------------------------------------------
Масса стали угла магнитопровода GUG,кг
186.222 220.148 252.406 283.341 313.187 342.112 370.243
---------------------------------------------------------------------------------
Потери в стали стержней PS,Bт
6876.029 6635.747 6460.726 6327.807 6223.933 6141.088 6074.040
---------------------------------------------------------------------------------
Потери в стали ярма PER,Bт
3446.843 4058.160 4638.008 5192.981 5727.547 6244.909 6747.471
---------------------------------------------------------------------------------
Потери в стали углов магнитопровода PUG,Bт
2080.103 2459.050 2819.377 3164.923 3498.302 3821.393 4135.612
---------------------------------------------------------------------------------
Потери холостого хода PST,Bт
12402.975 13152.957 13918.110 14685.711 15449.781 16207.391 16957.123
---------------------------------------------------------------------------------
Намагничив. мощность для стержней QS,BAP
8862.438 8552.740 8327.157 8155.840 8021.957 7915.180 7828.762
---------------------------------------------------------------------------------
Намагничив. мощность для ярма QER,BAP
5736.331 6753.701 7718.700 8642.302 9531.941 10392.949 11229.327
---------------------------------------------------------------------------------
Намагничив. мощность для углов QUG,BAP
26439.836 31256.568 35836.629 40228.813 44466.328 48573.082 52567.070
---------------------------------------------------------------------------------
Намагничив. мощность для зазоров QZ,BAP
7384.237 8255.828 9043.806 9768.426 10442.888 11076.356 11675.504
---------------------------------------------------------------------------------
Намагничив. мощность холостого хода Q,BAP
48422.844 54818.836 60926.293 66795.383 72463.117 77957.570 83300.664
---------------------------------------------------------------------------------
Ток холостого хода I0,%
0.484 0.548 0.609 0.668 0.725 0.780 0.833
---------------------------------------------------------------------------------
Масса металла обмоток G0,кг
1437.945 1286.137 1174.077 1086.984 1016.781 958.630 909.436
---------------------------------------------------------------------------------
Масса изолиров. провода обмоток GIP,кг
1624.878 1453.335 1326.707 1228.292 1148.962 1083.252 1027.663
---------------------------------------------------------------------------------
Стоимость обмоточного провода СО,усл.ед.
3834.711 3429.870 3131.029 2898.770 2711.550 2556.474 2425.284
---------------------------------------------------------------------------------
Стоимость активной части Сакт.,усл.ед.
8725.802 8600.748 8588.584 8644.632 8744.842 8875.066 9026.420
---------------------------------------------------------------------------------
Плотность тока в обмотках PLток.,А/мм^2
1.843 1.948 2.039 2.119 2.191 2.257 2.317
---------------------------------------------------------------------------------
Механ. растяг. напряжение в проводе SIGMA,MПА
12.999 15.367 17.619 19.778 21.861 23.880 25.844
---------------------------------------------------------------------------------
Диаметр стержня магнитопровода D,m
0.346 0.366 0.383 0.398 0.411 0.423 0.435
---------------------------------------------------------------------------------
Диаметр осевого канала между обмотками D12,m
0.484 0.512 0.536 0.557 0.576 0.593 0.609
---------------------------------------------------------------------------------
Высота обмоток L,m
1.267 1.071 0.935 0.832 0.753 0.689 0.637
---------------------------------------------------------------------------------
Расстоян. между осями соседн.стержней C,m
0.656 0.691 0.720 0.746 0.769 0.790 0.810
Анализируя результаты расчета основных размеров трансформатора, приведенных в прилагаемой распечатке (табл. 8.2) по данным таблицы строят графики С а.ч, Р о, i o = f (β), устанавливают целесообразное значение коэффициента β = 1,6.
Указанное значение β принято так, как ему соответствуют:
– минимум стоимости активной части трансформатора, составляющей ≈ 8 580 усл.ед.;
– отклонение потерь холостого хода и тока холостого хода, находящееся в пределах нормы [1, с. 384].
|
Рис. 8.3. График изменения относительной стоимости активной части, потерь и тока холостого хода с изменением β
для трансформатора ТДН-10000/35 с алюминиевыми обмотками
По области минимальной стоимости активной части С а.ч, выбираем оптимальное значение 
. Этому значению коэффициента геометрии соответствует ток холостого хода 
%, потери холостого хода 
Вт. Сравним полученные значения с заданными:
,
;
,
.
Из данных расчета выберем остальные параметры:
плотность тока в обмотках
А/мм2;
диаметр стержня магнитопровода
м;
диметр осевого канала между обмотками
м;
высоту обмоток
м;
расстояние между осями соседних стержней
м.
Расчёт обмоток
Предварительный расчет
1. Электродвижущая сила одного витка, В,
,
где 
– задаваемая частота, Гц; 
– индукция в стержне, Тл;
– активное сечение стержня, м2,
В.
2. Число витков на фазу при номинальном напряжении
= 
,
= 
= 350,63 витка.
Принимаем 
(целое число).
3. Число витков на фазу при нормальном напряжении
,
витков.
Принимаем 
витков.
4. Коэффициент трансформации
,
;
,
.
Проверим соответствие условия:
,
– условие выполнено.
5. Число витков для регулирования напряжения со стороны обмотки ВН
– целое число,
где n – предел регулирования, 
/100.
По табл. 3.8 для двухобмоточного трансформатора принимаем следующие пределы регулирования: 
, откуда
для РПН (по табл. 3.8)
W p = 0,09 · 450 = 40,5.
Принимаем W p = 41.
6. Плотность тока 
, А/мм2, в обмотках, обеспечивающую получение заданных потерь короткого замыкания, выбираем по табл. 3.1: 
А/мм2,
,
где 
= 0,84 [1, с. 131, табл. 3.6],
А/мм2.
7. Ориентировочное сечение витка обмотки ВН, мм2,
,
мм2.
8. Ориентировочное сечение витка обмотки НН, мм2,
,
.
9. Выбираем тип обмоток ВН и НН (по табл. 3.2).
Обмотки ВН и НН цилиндрические многослойные из прямоугольного алюминиевого провода.
10. В качестве витковой изоляции используем собственную изоляцию обмоточного провода. Тип провода: АПБ ГОСТ 16512–70, класс нагревостойкости А (105 °С), толщина изоляции провода на две стороны 
мм.
8.3.2. Расчет многослойной цилиндрической обмотки НН
из прямоугольного провода
Расчет обмоток трансформатора начинают с обмотки низшего напряжения (рис. 8.4), обычно размещаемой между стержнем и обмоткой высшего напряжения. После определения 
, 
и 
необходимо выбрать один или два-три параллельных проводника с общим сечением, равным 
(см. раздел 3.3.2). Больший размер элементарного проводника составит
м.
1. Реальное сечение проводов подбираем по табл. 3.5:
провод 
,
провод 
.
Рис. 8.4. Эскиз обмотки НН
2. Высота витка
мм.
3. Сечение витка, мм2,
.
4. Уточненная плотность тока в обмотке НН, А/мм2, состав-ляет
.
Сравним полученное значение с заданным:
5. Найдем осевой размер обмотки:
число витков в слое
витка;
число слоев в обмотке
слоев.
Высота обмотки НН
мм,
мм.
6. Радиальный размер обмотки, мм,
.
Суммарное рабочее напряжение двух слоев обмотки, В,
,
где 
– междуслойная изоляция, выбираем из табл. 3.4 
мм; 
– число осевых каналов, принимаем равным 2; 
– ширина осевого канала, выбираем из [1, табл. 9.2а]: 
мм;
.
7. Внутренний диаметр обмотки НН, мм
.
8. Наружный диаметр обмотки НН, мм
9. Поверхность охлаждения обмотки НН, м2
,
где K – коэффициент, учитывающий закрытие части поверхности обмотки рейками и другими изоляционными деталями [1], K = 0,75;
м2.
10. Масса металла обмотки НН, мм?
,
где 
– удельная плотность материала обмоток (алюминий), равная 
,
кг.