кемпа 12в. Электрические машины

• Название: Электрические машины
• Дата: 08.11.2018
• Размер: 1.65 Mb.
• Имя файла: кемпа 12в.doc
• Тип: Методические указания; #55764
• страница: 2 из 3

1.3 Расчет обмоток ВН и НН
Расчет обмотки НН.

ЭДС одного витка:
. (18)
Число витков обмотки НН:
. (19)
Принимаем целое число витков обмотки НН.

Уточняем ЭДС одного витка:
. (20)
Плотность тока в обмотках:
, (21)
где k_Д – коэффициент добавочных потерь, определяется по табл. 6.
Таблица 6 – Значения k_Ддля трехфазных трансформаторов

Мощность трансформатора S, кВА	До 100	160 – 630	1000 – 6300	10 000 – 16 000	25 000 – 63 000	80 000 – 100 000
kД	0,97	0,96 – 0,92	0,91 – 0,90	0,90 – 0,87	0,86 – 0,78	0,77 – 0,75

По таблице 7 определяем среднее значение плотности тока ∆_СР.
Таблица 7 – Средняя плотность тока Δ_ср в алюминиевых обмотках трансформатора

Мощность, трансформатора S, кВА	25 – 40	63 – 630	1 000 – 6300	10 000 – 16 000
ΔСР, А/мм2	1,2 – 1,4	1,4 – 1,8	1,5 – 1,8	1,2 – 1,5

Ориентировочное сечение одного витка
. (22)
Выбираем конструкцию цилиндрической обмотки из прямоугольного провода. Тип обмотки – цилиндрическая многослойная.

Ориентировочная высота одного витка:
. (23)
Число витков в одном слое:
, (24)
где N_сл1 – число слоев обмотки НН, N_сл1 = 4.
По табл. 5.3 [1, с. 216] выбираем число проводов n₁ в одном витке и размер прямоугольного провода:

a₁ =3,8

b₁ =5,1

n₁ =2

Размер провода с учетом толщины изоляции 0,5 мм:


=4,3 =5,6
Полное сечение одного витка:
. =38,76 (25)
Плотность тока:

. (26)
Радиальный размер провода проверяем по плотности теплового потока на поверхности обмотки:
, (27)
здесь a₁, a'₁ и b₁ – размеры обмоточного провода, см.

Уточняем высоту обмотки НН:
. (28)
Радиальный размер обмотки НН:
, (29)
где a₁₁ – осевой канал между слоями обмотки, определяем по табл. 8.
Таблица 8 – Минимальная ширина охлаждающего канала a₁₁

Высота обмотки l1, см	до 30	30 – 50	50 – 100	100 – 150
Ширина канала a11, см	0,4 – 0,5	0,5 – 0,6	0,6 – 0,8	0,8 – 1,0

Внутренний диаметр обмотки НН:
. (30)
Значение размера a₀₁ было ранее определено по таблице 3.

Наружный диаметр обмотки НН:
. (31)
Масса металла обмотки.

Т.к. обмотка выполняется алюминиевым проводом, то:
. (32)
Расчет обмотки ВН.

Число витков обмотки ВН при номинальном напряжении:
. (33)
Принимаем целое число витков w_Н2.

Число витков на одной ступени регулирования:
. =43 (34)
Количество витков на каждой ступени регулирования:
ступень +5,0%: 

ступень +2,5%: 

ступень 0%: 

ступень –2,5%: 

ступень –5,0%: 
Ориентировочная плотность тока:
. (35)
Ориентировочные сечения одного витка:
. (36)
По таблице 5.1 [1, с 212] выбираем круглый алюминиевый провод диаметром d₂=3,8 и сечением П₂=11,34

Диаметр провода обмотки ВН с изоляцией:
d'₂ = d₂ + 0,5 d'₂ = d₂ + 0,5=4,3 (37)
Уточняем плотность тока:
. (38)
Число витков в одном слое:
, (39)
где l₂ – высота обмотки ВН, l₂ ≈ l₁

Значение диаметра изолированного провода d₂' следует подставлять в сантиметрах.

Число слоев:

. (40)
Принимаем двухслойную изоляцию из стеклоткани марки ЛСБ четыре слоя по 0,15 мм.

Радиальный размер обмотки:
. (41)
Внутренний диаметр обмотки ВН:
. (42)
Наружный диаметр обмотки ВН:
. (43)
Площадь поверхности охлаждения обмотки ВН:
, (44)
где k = 0,75
Масса металла обмотки ВН:
. (45)
1.4 Расчет параметров короткого замыкания
Расчет потерь короткого замыкания.

Основные потери в обмотке НН:
. (46)
Основные потери в обмотке ВН:
. (47)
Коэффициент добавочных потерь в обмотке НН:
, (48)
где . (49)
Коэффициент добавочных потерь в обмотке ВН:

,

(50)
где . (51)
Длина отводов в обмотке НН:

– для схемы соединения обмоток "звезда": ;

Масса металла в отводах НН:
, (52)
где γ_А – плотность алюминия, γ_А =2700 кг/м³.

Потери в отводах НН:
. (53)
Длина отводов в обмотке ВН:

– для схемы соединения обмоток "звезда":

;

– для схемы соединения обмоток "треугольник": .

Масса металла в отводах ВН:
. (54)
Потери в отводах ВН:
. (55)
Потери в стенках бака:
Р_Б = 10 ∙ k_Б∙ S, Р_Б = 10 ∙ 0,02∙ 100=200, (56)
где k_Б – определяется по табл. 9.
Таблица 9 – Значения коэффициентаk_Б

Мощность S, кВА	До 1000	1000 – 4000	6300 – 10000	16000 – 25000	40000 – 63000
Значение коэффициента kБ	0,01 – 0,015	0,02 – 0,03	0,03 – 0,04	0,04 – 0,05	0,06 – 0,07

Полные потери короткого замыкания:
. (57)
Расчет напряжения короткого замыкания.

Активная составляющая:
. (58)
Реактивная составляющая:
, (59)
где , (60)
, (61)



, (62)
, (63)
. (64)
Напряжение короткого замыкания:
. (65)
1.5 Расчет механических сил
Установившейся ток короткого замыкания:
. (66)
Мгновенный максимальный ток короткого замыкания:
, (67)
Где . (68)
Радиальная сила:
. (69)
Растягивающее напряжение в проводе в обмотке ВН:
. (70)
Полная осевая сила:
(71)
где k_ос – коэффициент осевой силы,
, (72)
, (73)
, (74)
. (75)
. (76)
Для обмоток ВН с регулировочными витками, расположенными симметрично относительно середины высоты обмоток, значение коэффициента k₀₂ ≈ 0.

Напряжение сжатия:
, (77)
где b_оп – ширина опорных брусков, b_оп = 4 см.
1.6 Расчет магнитной системы
Выбираем конструкцию трехфазной стержневой шихтованной магнитной системы, собираемой из листов холоднокатаной тексту­рованной стали. Стержень прессуется расклиниванием с обмоткой, ярмо – ярмовыми балками. Размеры пакетов выбираем по таблице 8.1 [1, с. 360].

Пример расположения пакетов магнитной системы приведен на рис. 1.

Полное сечение стержня:
П_ф.с. = 2∙∑(а_n ∙ b_n).

(78)
где a_n – ширина пакетов пластин стержня,

b_n – толщина пакетов пластин стержня.


ярмо


Рисунок 1 – Пример расположения пакетов магнитной системы
Общая толщина пакетов в сечении стержня:
b_С = 2 ∙ ∑b_n. .


(79)
Активное сечение стержня:
П_С = k_З ∙ П_ф.с. .



(80)
Полное сечение ярма:
П_ф.я. = 2 ∙ ∑(а_n.я ∙ b_n.я),

(81)

где a_n.я – ширина пакетов пластин ярма,

b_n.я – толщина пакетов пластин ярма.

Активное сечение ярма:
П_Я = k_З ∙ П_ф.я. П_Я =0,93*422,3=392,7. (82)
Ширина ярма:

b_Я = 2 ∙ ∑ b_n.Я .

(83)

Длина стержня:
l_С = l₂ + 2 ∙ l₀₂. l_С = 115,7 + 2 ∙ 5=125,7 (84)
Расстояние между осями соседних стержней:
. (85)
Масса стали в ярмах:
. (86)
гдес – количество стержней, с = 3;

γ_СТ – плотность стали, γ_СТ = 7650 кг/м³.

Масса угла ярма:
G_У = 2 ∙ k_З ∙ γ_СТ ∙ 10^-6 ∑(а_с ∙ а_я ∙ в_с). (87)
Масса стали в стержнях:
. (88)
Масса стали в местах стыка:
. (89)
где а_1Я – наибольшая ширина пластины ярма, см.

Полная масса стали:
. (90)
2.7 Расчет характеристик холостого хода
Расчет потерь холостого хода.

Магнитная индукция в стержне:
. (91)
Магнитная индукция в ярме:
. (92)
Магнитная индукция в стыке:
. (93)
Для рассчитанных значений магнитных индукций по таблице 8.4 [1, с. 377] определяются удельные потери: р_с=1,32 , р_я=0,864 , р_з.с , р_з.я , р_з.ст .

Если число ступеней в сечении ярма равно или отличается на одну-две ступени от числа ступеней в сечении стержня, то распределение индукции в ярме и стержне можно считать равномерным и принять коэффициент увеличения потерь, зависящий от формы сечения ярма, k_п.я = 1. Некоторые технологические факторы также оказывают влияние на потери холостого хода. Необходимость расшихтовки верхнего ярма перед насадкой обмоток и зашихтовки его после насадки также приводит к увеличению потерь, что может быть учтено коэффициентом k_п.ш = 1,02 для трансформаторов мощностью менее 25000 кВА и k_п.ш = 1,03…1,05 при мощностях 25 000 кВА и выше. Опрессовка стержней и ярм при помощи бандажей при сборке остова вызывает некоторое увеличение потерь, которое уже не может быть снято отжигом. Это увеличение учитывается коэффициентом k_n.п,который для трансформаторов мощностью до 630 кВА может быть принят k_п.п = 1,02, а для трансформаторов мощностью 1000…63000 кВА k_п.п = 1,03-1,05. Закатка или срезание заусенцев после резки пластин вызывает увеличение потерь, которое при отсутствии отжига может быть учтено коэффициентом k_п.з = 1,07. При резке пластин возникает увеличение удельных потерь, полностью снимаемое отжигом. При отсутствии отжига это увеличение можно учесть коэффициентом k_n.р. При определении k_n.рпринимается ширина пластины второго пакета от центра сечения стержня для следующих значений ширины пластин:

5 см 1,20 30 см 1,033

10 см 1,10 40 см 1,025

20 см 1,05 50 см 1,020

Если пластины после резки и закатки или срезания заусенцев повергаются отжигу, то произведение коэффициентов k_п.з ∙ k_n.р = 1.

Для стали марок Э320, Э330 и Э330А с толщиной листов 0,35 мм при индукциях 1,4-1,7 Тл значение коэффициента k_у.п = 8,92.

Потери холостого хода:
,
где k_ф = 2∙(с–1). k_ф =4

Для рассчитанных магнитных индукций по таблице 8.11 [1, с. 395] определяем удельные намагничивающие мощности: q_с=2,8 , q_я=1,44 , q_з.с , q_з.я , q_з.ст .

Реактивная мощность ХХ:

где k_т.я – коэффициент, учитывающий форму ярма. При числе ступеней в ярме n_я, равном или близком к числу ступеней в стержне, k_т.я = 1; при n_я=1…3 ступени k_т.я = 1,08;

k_т.ш – коэффициент; учитывающий расшихтовку и зашихтовку верхнего ярма при сборке. При мощности трансформатора до 25000 кВА k_т.ш = 1,02; при мощности от 25000 кВА и выше k_т.ш = 1,03…1,05;

k_т.п – коэффициент, учитывающий влияние прессовки стержней и ярм при сборке остова. Для мощностей до 630 кВА k_т.п = 1,04; для мощностей от 1000 до 63000 кВА k_т.п = 1,06…1,1;

k_т.з – коэффициент, учитывающий срезку заусенцев. При отсутствии отжига k_т.з = 1,6; при отжиге k_т.з = 1,1;

k_т.р – коэффициент, учитывающий резку пластин. При отжиге после резки пластин и закатки заусенцев k_т.р = 1;

k_у.т – определяем по таблице 10.
Таблица 10 – Значения коэффициента k_у.т. для стали Э330А

Индукция Вс, Тл	1,4	1,5	1,6	1,7
Коэффициент kу.т.	16,5	20,2	29,4	42,4

Расчет тока холостого хода.

Ток первичной обмотки трансформатора, возникающий при холостом ходе при номинальном синусоидальном напряжении и номинальной частоте, называется током холостого хода.

При расчете тока холостого хода трансформатора отдельно определяют его активную и реактивную составляющие.

Активная составляющая тока холостого хода вызывается наличием потерь холостого хода. Активная составляющая тока холостого хода:
. (94)
Реактивная составляющая тока холостого хода:
. (95)
Полный ток холостого хода:
. (96)
2.8 Расчет КПД трансформатора
Коэффициент полезного действия при номинальной нагрузке:
. (97)