ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТ И СХЕМА РАСЧЕТА ТРАНСФОРМАТОРА

В задании на проект двухобмоточного трансформатора должны быть указаны следующие данные:

• полная мощность трансформатора S, кВ·А;
• число фаз т;
• частота f, Гц;
• номинальные линейные напряжения обмоток высшего и низшего напряжений U2 и U1, В; способ регулирования напряжения - переключение без возбуждения (ПБВ) или регулирование под нагрузкой (РПН), число ступеней, напряжение ступени и пределы регулирования напряжения;
• схема и группа соединения обмоток;
• способ охлаждения трансформатора;
• режим нагрузки – продолжительный, кратковременный или другой. При кратковременном или другом режиме должны быть указаны его параметры – продолжительность работы и интервалов и отдаваемая трансформатором мощность (или ток);
• характер установки- внутренняя или наружная, т.е. внутри помещения или на открытом пространстве.

Кроме этих данных в задании обычно указываются некоторые параметры трансформатора:

• напряжение короткого замыкания и_к, %;
• потери короткого замыкания Р_к, Вт;
• потери холостого хода Р_х, Вт;
• ток холостого хода i_о, %.

В задании, как правило, должно быть обусловлено соответствие трансформатора требованиям определенного ГОСТ. Могут быть поставлены также некоторые дополнительные условия, например определенная марка стали, выполнение обмоток из медного или алюминиевого провода и др.

Если в двухобмоточном трансформаторе предусматривается расщепление обмоток на две части, то должны быть указаны напряжения двух частей обмотки НН. Номинальная мощность каждой из этих частей обычно принимается равной половине номинальной мощности трансформатора.

Для трехобмоточного трансформатора указывают мощности каждой из трех обмоток, если они различны (номинальной считается наибольшая из мощностей трех обмоток), номинальные напряжения трех обмоток, соответственно схемы и группы соединения обмоток, три значения напряжения короткого замыкания, отнесенного к номинальной мощности трансформатора, и три значения потерь короткого замыкания для трех пар обмоток ВН и СН, ВН и НН, СН и НН.

В задании на расчет силового автотрансформатора обычно указывается его «проходная» мощность S_прох, равная произведению линейного напряжения U на линейный ток, S_прох = UI·10^-3 у однофазного и S_прох = UI·10^-3 у трехфазного автотрансформатора. В задании указываются также первичное U и вторичное U' номинальные линейные напряжения и сетевое напряжение короткого замыкания и_к,с, т. е. отнесенное к большему из двух номинальных напряжений - U или U'.

При проектировании трансформатора в соответствии с заданием должно быть также обеспечено его соответствие современным требованиям к электрической и механической прочности и нагревостойкости обмоток и других частей и к экономичности его работы в эксплуатации. Экономичность трансформатора в эксплуатации определяется путем сопоставления стоимости трансформатора, отнесенной к определенному промежутку времени, с эксплуатационными затратами за этот промежуток и зависит в значительной мере от правильного выбора таких его параметров, как потери холостого хода и короткого замыкания. Для силового трансформатора уровни потерь холостого хода и короткого замыкания обычно устанавливаются таким путем при проектировании новых серий и разработке новых стандартов. При индивидуальном проектировании силового трансформатора общего или специального назначения параметры холостого хода и короткого замыкания, как правило, задаются соответствующим ГОСТ. Получение определенных параметров достигается рациональным выбором основных размеров трансформатора, а также подбором соответствующих удельных нагрузок активных материалов - индукции в магнитной системе и плотности тока в обмотках.

Соблюдение упомянутых выше основных требований должно сочетаться с возможностью удешевления производства и уменьшения себестоимости трансформатора. Следует, однако, заметить, что увеличение себестоимости трансформатора при использовании материалов лучшего качества, хотя и более дорогих, при усложнении некоторых технологических операций или введении в технологический процесс новых операций, существенно улучшающих параметры трансформатора или повышающих его надежность, в большинстве случаев оправдывается при экономической оценке трансформатора.

Задача построения трансформатора, отвечающего современным требованиям эксплуатации, а также наиболее простого и дешевого в производстве, решается определением тех воздействий, которым он подвергается в эксплуатации, рациональным выбором его конструкции, правильным выбором размеров и материала отдельных его частей и конструктивных деталей и правильно организованным технологическим процессом его изготовления, учитывающим свойства применяемых материалов и назначение трансформатора. Ряд рекомендаций по этим вопросам дается в главах, посвященных расчету магнитных систем, обмоток и других частей трансформатора.

Расчет трансформатора тесно связан со вторым этапом проектирования - конструированием. На самых первых стадиях расчета необходимо произвести выбор основной конструктивной схемы трансформатора, а также в ходе расчета выбирать конструкции его отдельных частей - магнитной системы, обмоток, изоляционных деталей, отводов и т. д. Поэтому, приступая к работе, расчетчик должен иметь ясное представление о современных конструкциях частей трансформатора, практически возможных пределах их применения, достоинствах и недостатках.

Для облегчения работы расчетчика в тексте некоторых глав приводятся краткие сведения по конструкции частей трансформатора - остова, обмоток, бака и т. д. - в объеме, минимально необходимом для расчета, и даются рекомендации по выбору этих конструкций.

До начала проектирования следует также установить некоторые технологические операции, как, например, способ изготовления и обработки (удаление заусенцев, отжиг) пластин или других элементов магнитной системы, способ заливки трансформатора маслом и т. д., оказывающие существенное влияние на некоторые параметры трансформатора. Рекомендации по технологическим вопросам даются в тексте соответствующих глав.

Отдельные стадии расчета могут чередоваться в той или иной последовательности в зависимости от удобства выполнения этой работы, однако всегда желательно придерживаться такого порядка, который обеспечивает наименьшую затрату времени и требует наименьшего количества повторных пересчетов. Необходимость получения трансформатора с определенными параметрами заставляет производить некоторые исправления на проделанном этапе расчета, если заданные параметры не получаются сразу. Во избежание больших переделок выполненной части расчета рекомендуется всю схему расчета строить так, чтобы заданные параметры Рк, Рх и ик учитывались уже при выборе исходных данных и определении основных размеров трансформатора и подгонялись к норме на возможно более ранних стадиях расчета. Этим условиям отвечает схема расчета трансформатора, приведенная ниже. Применительно к этой схеме построены все изложение материала и примеры расчетов трансформаторов.