Дымков А.М. Расчет и конструирование трансформаторов - файл n1.doc

приобрести
Дымков А.М. Расчет и конструирование трансформаторов
скачать (6548 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc6548kb.23.08.2012 22:31скачать

n1.doc

1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   19

ГЛАВА II

ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К РАСЧЕТУ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

§ 2.1. ОБЪЕМ ЗАДАНИЯ ПО РАСЧЕТУ СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА


Для расчета силового двухобмоточного трансформатора должны быть заданы следующие его основные параметры:

S — номинальная мощность трансформатора, ква;

U1 и U2— номинальные линейные напряжения обмоток высшего (ВН) и низшего (НН) напряжений, в;

m — число фаз;

I — частота, гц;

схема и группа соединения обмоток;

способ охлаждения трансформатора;

режим нагрузки — длительная или кратковременная (для силовых трансформаторов обычно задается длительная нагрузка);

род установки — внутренняя или наружная.

Проектируемому трансформатору должны быть также заданы определенные эксплуатационные параметры (характеристики): Рх — потери холостого хода, вт; Рк — потери короткого замыкания, вт; i0—ток холостого хода, %; uк— напряжение короткого замыкания, %.

§ 2.2. НОРМАТИВЫ ГОСТов НА СИЛОВЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ. ДОПУСКИ НА ЗАДАВАЕМЫЕ ВЕЛИЧИНЫ


Основные и эксплуатационные параметры силовых трансформаторов обусловлены в соответствующих стандартах, и серийным производством выпускаются лишь трансформаторы, удовлетворяющие требованиям этих стандартов.

Для учебных проектов, по усмотрению преподавателя, могут быть заданы параметры, отличающиеся от стандартных, чтобы избежать повторения уже выполненных проектов и предоставить больше самостоятельности учащимся.

Стандартизованные сочетания номинальных линейных напряжений обмоток ВН и НН, схем и групп соединения для каждого значения номинальной мощности приведены в ГОСТ 12022—66 и ГОСТ 11920—66 (табл. 2.1 и 2.2 соответственно).

Таблица 2.1

Номинальная мощность, ква

Верхний предел номинального нап жения обмотки ВН, ке

Схема и группа соединения

Потери, вт

Напряжение коро кого замыкания, %

Ток холостого хода, %

холостого хода

короткого замыкания

уровень

А

Б

1

2

3

4

5

6

7

8

25

10

- 0

- 11

105

105

125

125

600

690

4,5

4,7

3,2

3,2

40

10

- 0

- 11

150

150

180

180

880

1000

4,5

4,7

3,0

3,0

63

10

- 0

- 11

220

220

265

265

1280

1470

4,5

4,7

2,8

2,8

20

- 0

- 11

245

245

290

290

1280

1470

5,0

5,3

00

00

100

10

- 0

- 11

310

310

365

365

1970

2270

4,5

4,7

2,6

2,6

35

- 0

- 11

390

390

465

465

1970

2270

6,5

6,8

2,6

2,6

160

10

- 0; - 11

- 11

460

460

540

540

2650

3100

4,5

4,7

2,4

2,4

35

- 0; - 11

- 11

560

560

660

660

2650

3100

6,5

6,8

2,4

2,4

250

10

- 0; - 11

- 11

660

660

780

780

3700

4200

4,5

4,7

2,3

2,3

35

- 0; - 11

- 11

820

820

960

960

3700

4200

6,5

6,8

2,3

2,3

400

10

- 0; - 11

- 11

920

920

1080

1080

5500

5900

4,5

4,5

2,1

2,1

35

- 0; - 11

1150

1350

5500

6,5

2,1

630

10

- 0; - 11

- 11; - 0

1420

1420

1680

1680

7600

8500

5,5

5,5

2,0

2,0

35

- 0; - 11

1700

2000

7600

6,5

2,0

Таблица 2.2

Номинальная

мощность, ква

Верхний предел номинальных напряжний, кв

Потери, вт

Напряжение короткого замыкания, %

Ток холостого

хода, %

холостого хода

короткого замыкания

ВН

НИ

уровень

тип ГМ

тип ТМН

А

Б

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1000

10

10

35

35

0,69

10,5

0,69

10,5

0,69

-

0,69

11

2100

2100

2350

2350

2450

2450

2750

2750

12200

11600

12200

11600

5,5

5,5

6,5

6,5

1,4

1,4

1,5

1,5

1600

10

10

35

35

0,69

6,3

0,69

10,5

0,69

6,3

0,69

11

2800

2800

3100

3100

3300

3300

3650

3650

18000

16500

18000

16500

5,5

5,5

6,5

6,5

1,3

1,3

1,4

1,4

2500

10

10

35

35

0,69

10,5

0,69

10,5

0,69

6,3

0,69

11

3900

3900

4350

4350

4600

4600

5100

5100

25000

23500

25000

23500

5,5

5,5

6,5

6,5

1,0

1,0

1,1

1,1

4000

10

35

6,3

10,5

6,3

11

5450

5700

6400

6700

33500

33500

6,5

7,5

0,9

1,0

6300

1035

10,5

10,5

6,3

11

7650

8000

9000

9400

46500

46500

6,5

7,5

0,8

0,9

Примечания к табл. 2.1 и 2.2: 1. Значения потерь холостого хода должны приниматься по уровню Л. Временно для трансформаторов, в которых использована электротехническая сталь толщиной 0,35 мм марки ЭЗЗОА по ГОСТ 802-58 с жаростойким покрытием и отжигом пластин, допускается пользоваться значениями потерь холостого хода по уровню Б.

Трансформаторы с РПН по табл. 2.1 допускается выпускать с потерями короткого замыкания на 10% большими, чем указано в таблице.

По табл. 2.2 трансформаторы типа ТМ имеют регулирование напряжения по способу ПБВ, а типа ТМН — по способу РПН.

На стороне ВН силового трансформатора должна быть предусмотрена возможность изменения коэффициента трансформации относительно номинального путем переключения ответвлений от обмотки.

У силовых трансформаторов применяются два вида переключения ответвлений: ПБВ (переключение без возбуждения), т. е. после отключения всех обмоток трансформатора от сети, и РПН (регулирование под нагрузкой).

Значения эксплуатационных параметров, или характеристик трансформаторов,— потерь холостого хода и короткого замыкания, напряжения короткого замыкания и тока холостого хода также указаны в ГОСТ 12022—66 (табл. 2.1) и ГОСТ 11920—66 (табл. 2.2).

Как видно из табл. 2.1 и 2.2, для одной и той же мощности трансформатора потери холостого хода и короткого замыкания могут иметь разные значения.

Потери холостого хода увеличиваются с повышением класса напряжения. Это происходит из-за необходимости увеличить изоляционные расстояния от обмоток до магнитопровода, благодаря чему возрастают размеры последнего, что и приводит к увеличению потерь.

Потери короткого замыкания увеличиваются в случае применения схемы «зигзаг». Это происходит от увеличения веса обмоточного провода вследствие того, что ветви зигзага сдвинуты между собой по фазе на 30°. Для получения заданного фазного напряжения в обмотке требуется добавлять примерно 15% витков.

На указанные в табл. 2.1 и 2.2 значения эксплуатационных параметров и на номинальный коэффициент трансформации основным стандартом на силовые трансформаторы (ГОСТ 11677—65) установлены допуски по табл. 2.3.

Таблица 2.3

Измеряемая величина

Допуск, %

Применение допусков

Коэффициент трансформации

Потери холостого хода...................

Потери короткого замыкания……..

Суммарные потери.........................

Напряжение короткого замыкания

Ток холостого хода.........................

±0,5

±1

+15

+10

+10

±10

+30

Для всех трансформаторов, кроме особо оговоренных случаев.

Для трансформаторов с фазным коэффициентом трансформации 3 и менее.

Для всех трансформаторов

То же

»

»

»

Указанные в табл. 2.3 допуски относятся к изготовленным трансформаторам.

При расчете трансформаторов необходимо принимать меньшие значения допусков, на случай производственных отклонений при изготовлении трансформаторов. Обычно при расчете принимают половину указанных значений допусков.

§ 2.3. СХЕМЫ И ГРУППЫ СОЕДИНЕНИЙ


Для силовых трансформаторов согласно ГОСТ 11677—65 приняты две стандартные группы соединения обмоток — 0 (прежнее обозначение — 12) и П.

Группой соединения называется угловое смещение векторов линейных э д с. обмоток СН и НН по отношению к векторам соответствующих линейных э. д. с. обмотки ВН. Это угловое смещение обозначается



Рис. 2.1. Определение группы соединения однофазного и трехфазного трансформаторов в числовом обозначении по схеме соединения обмоток и при известном направлении намотки: а — однофазный трансформатор, направление обмоток одинаковое (левое и левое), фазные э. д. с. ВН и НН совпадают по направлению — группа 0) б — то же,направление намоток разное (левое и правое), фазные э. д. с. направлены противоположно —группа 6; в — то же, направление намоток одинаковое, но перекрещены выводные концы обмотки НН и поэтому фазные э. д. с. Противоположны — группа 6; г — то же, направление намоток разное и перекрещены выводные концы обмотки НН, фазные э. д. с. совпадают — группа 0; д — трехфазный трансформатор; направление намоток одинаковое, построение схемы звезда —звезда с нулем и векторных диаграмм — группа 0; е — то же, направление намоток одинаковое, построение схемы звезда — треугольник и векторных диаграмм — группа 1.

числом, которое, будучи умноженным на 30° (условная угловая единица), дает угол отставания в градусах. В схемах звезды и треугольника эти углы кратны 30°, поэтому угол 30° для краткости обозначения принят за угловую единицу. Таким образом, число 11 указывает угловое отставание 11-30 = 330°, а число 0 — угловое смещение 0°.

Фазные э. д. с, наводимые в обмотках ВН, СН и НН, расположенных на одном и том же стержне магнитопровода, будут либо совпадать между собой по фазе, либо сдвинуты на угол 180° (т. е. на 6 угловых единиц) в зависимости от направления намотки катушек (§ 12.3) и от обозначения выводных концов обмоток.

Из различных возможных способов, по которым могут определяться сдвиги фаз э. д. с. обмоток относительно друг друга, т. е. группы соединения, может быть предложен следующий.

Возьмем для простоты рассуждений однофазный трансформатор, имеющий две обмотки, насаженные на магнитопровод, как это схематично показано на рис. 2.1, а. Представим себе, что по обеим обмоткам от их начальных вводов А и а одновременно проходят токи, показанные стрелками. Предположим, что эти токи будут иметь одинаковое направление в обеих обмотках, например против часовой стрелки, если смотреть сверху. В таком трансформаторе фазные э. д. с, наводимые в обмотках ВН и НН при возникновении магнитного потока в магнитопро-воде, будут совпадать по фазе. При этом получится группа соединения 1/1—0.

Если изменить направление намотки одной из обмоток или пересоединить выводные концы одной из них, как показано на рис. 2.1, б и в, то фазные э. д. с. будут сдвинуты на угол 180o (6 угловых единиц), т. е. на половину периода относительно друг друга. В этих случаях будем иметь группу соединения 1/1—6.

Если же у одной из обмоток одновременно изменить направление ее намотки и пересоединить выводные концы, то фазные э. д. с. будут совпадать по направлению, группа 1/1—0 (рис. 2.1, г).

Трехфазные трансформаторы имеют обмотки, соединенные обычно по схеме звезды или треугольника. В зависимости от схемы соединения, применяемой для каждой из обмоток, линейные э. д. с. ВН и НН могут иметь сдвиг по фазе на различные углы.

При определении сдвига фаз вектор э. д. с. ВН должен устанавливаться на 0 в круге, подобно часовому циферблату; тогда вектор э. д. с. НН, установленный в соответствии со схемой соединения, укажет сдвиг фаз в угловых единицах или группу соединения.

На рис. 2.1 даны схемы обмоток с обозначениями их концов, направлениями токов в обмотках и векторные диаграммы, помещенные в круг (циферблат).

В случае трехфазного трансформатора сначала совмещаются концы Л и а векторных диаграмм обмоток ВН и НН. Затем, как указывалось ранее, вектор А В линейной э. д. с. ВН помещают в круг таким образом, чтобы конец вектора В указывал на 0. Тогда вектор аb линейной э. д. с. НН своим концом b укажет на цифру круга, соответствующую группе соединения. Определение группы соединения трехфазного трансформатора показано на рис. 2.1, д и е, где даны примеры для схем и групп соединения - 0 (звезда — звезда с выведенным нулем — нуль) и - 11 (звезда — треугольник — одиннадцать).

У трансформаторов, имеющих стандартные группы соединения 0 и 11, должны совпадать по фазе фазные э. д. с. Последние, как было уже сказано, будут совпадать по фазе тогда, когда направление намотки витков в обеих обмотках (если начинать обход этих витков от линейных вводов) будет одинаковым. Для этой цели необходимо, чтобы направление намотки обмоток (левое или правое) и обозначения их выводных концов, т. е. порядок присоединения концов к линейным вводам, были соответствующим образом согласованы между собой.

Для ясности условимся называть все концы обмотки вообще выводными концами. Тогда из двух выводных концов один будет называться началом обмотки, а другой — ее концом.

За начала обмоток обычно принимаются их выводные концы, присоединяемые к вводам А, В, С (ВН) и а,b,с (НН). Следует заметить, что называемые нами начало и конец обмотки не обязательно должны совпадать с началом и концом намотки обмотки при ее изготовлении. Часто по конструктивным соображениям у готовой обмотки ее технологическое начало, т. е. выводной конец от ее первого витка, приходится называть и соответственно обозначать концом, а ее технологический конец — началом.

§ 2.4. ВЫБОР ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ (МОДЕЛИ) МАГНИТОПРОВОДА


Расчет трансформатора обычно начинается с определения основных размеров магнитопровода. Такими размерами, определяющими так называемую «модель» трансформатора, являются: D —диаметр стержня (т. е. окружности, описанной около сечения стержня), Н — высота окна магнитопровода и МО — расстояние между осями стержней (рис. 2.2).

Как было сказано выше, магнитопровод представляет собой замкнутую магнитную цепь, предназначенную для прохождения главного магнитного потока, сцепленного с обеими обмотками (ВН и НН). Размеры магнитопровода и форма сечения стержня зависят от размеров и выбранных формы и конструкции обмоток.

Обмотки силовых трансформаторов обычно изготовляются круглой формы (наматываются на круглые цилиндрические шаблоны или цилиндры), поэтому поперечное сечение стержня магнитопровода имеет симметричную ступенчатую форму, вписанную в некоторую окружность диаметра D.

В § 1.4 было сказано, что размеры трансформатора, в том числе и диаметр D, в основном зависят от его мощности. Однако кроме мощности, на размеры трансформатора влияют еще многие факторы, например, значения потерь, напряжения короткого замыкания, класс напряжения, качество электротехнической стали и др., и поэтому вывести точную формулу для определения D для всех возможных случаев и сочетаний задаваемых параметров было бы весьма затруднительно.

Ввиду этого при расчете трансформаторов прибегают к разного рода приближенным методам расчета, используя накопленный опыт, выраженный в разного рода эмпирических формулах, таблицах, кривых и т. п. Полученные в результате приближенного расчета основные размеры магнитопровода затем проверяются на нескольких вариантах расчета, и при необходимости вносятся нужные коррективы.



Рис. 2.2 Трехфазный магнитопровод, основные размеры

Кажущаяся сложность такой методики на самом деле не представляет затруднений, так как такая работа требуется только при расчете новой серии силовых трансформаторов. А когда такая серия уже создана, т. е. уже имеется определенный ряд магнитопроводов на соответствующие мощности, то выбранные основные размеры магнитопровода для каждого типа остаются неизменными. Расчет трансформатора той или иной мощности практически сводится только к расчету обмоточных данных на заданные иные сочетания напряжения.

§ 2.5. ТЕОРИЯ СОРАЗМЕРНОСТИ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЗАВОДСКОГО ОПЫТА РАСЧЕТА ДЛЯ ВЫБОРА МОДЕЛИ


Совокупность различных, предложенных разными авторами, методов расчета трансформаторов носит общее название «теория соразмерности».

Полученные по одному из методов расчета основные размеры магнитопровода затем корректируются исходя из условий размещения обмоток в окне магнитопровода, получения требующихся эксплуатационных параметров (характеристик) и по конструктивным соображениям.

В учебных расчетах может быть использован обобщенный метод, предложенный П. М. Тихомировым [Л.2], как наиболее современный.

Используя данные табл. 2.1 и 2.2 и принимая уровень Б для потерь холостого хода, предварительный выбор значения диаметра D можно сделать по кривым (рис. 2.3): при классе напряжения 6 — 10 кв — между кривыми 1, 2, при 20 кв — между кривыми 2, 3 и при 35 кв — между кривыми 3, 4.

Высота окна Н магнитопровода складывается из высоты (длины) обмоток Н0 и изоляционных расстояний «до ярма» по концам обмоток. Предварительный выбор значения Н можно сделать по кривым (рис. 2.4): при классе напряжения 6—10 кв — между кривыми 1, 2, при 20 кв— между кривыми 2, 3, при 35 кв— между кривыми 3, 4.



Рис. 2.3. Кривые для выбора диаметра стержня магнитопровода трехфазных трансформаторов в зависимости от мощности и класса напряжения



Рис. 2.4. Кривые для предварительного выбора высоты окна магнитопровода в зависимости от мощности и класса напряжения

После выполнения первых вариантов расчета размер Н может быть увеличен или уменьшен в зависимости от полученных результатов расчета: условий размещения витков обмоток, значения полученного напряжения рассеяния и т. п.

Изоляционные расстояния выбираются по данным, приведенным в гл. XIII.

Контрольные вопросы

1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   19


ГЛАВА II ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К РАСЧЕТУ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации