- •Введение
- •1.Задание на проектирование.
- •2. Предварительное оптимизационное проектирование и проектные исследования
- •2.1 Предварительное определение конструктивных и энергетических показателей трансформаторов
- •2.1.1. Конструктивные параметры магнитной системы и выбор величины индукции в стержне
- •2.1.2. Определение изоляционных промежутков
- •2.1.3. Определение коэффициента заполнения обмоток проводниковым материалом
- •2.1.4 Обмоточный конструктивный коэффициент -
- •2.1.5 Выбор коэффициента закрытия поверхности обмоток и удельной тепловой нагрузки обмоток
- •2.2. Критерии оптимальности трансформатора и определение начальных значений управляемых переменных.
- •2.2.1. Математическая модель критерия приведенных затрат на трансформацию электрической энергии.
- •2.2.2. Математическая модель критерия капитализированных затрат.
- •2.2.2.1. Оценка удельной капитализированной стоимости потерь холостого хода
- •2.2.2.2. Оценка капитализированной стоимости нагрузочных потерь
- •2.3 Основные уравнения расчетной математической модели трансформатора.
- •2.4. Алгоритм предварительного расчёта основных размеров и параметров трансформатора.
- •3. Методика применения программного комплекса “Аметист” для автоматизированного синтеза, анализа и оптимизации трансформаторов.
- •3.1. Общие сведения
- •Система управления сапр “Аметист”
- •3.2.3. Предварительный расчет
- •3.2.4. Оптимизация электромагнитных показателей
- •3.2.4.1. Оптимизация электромагнитных показателей по одной управляемой переменной
- •3.2.4.2. Оптимизация электромагнитных показателей по двум управляемым переменным
- •3.3. Синтез и оптимизация обмоток
- •4. Автоматизация процесса оптимизации параметров трансформаторов
- •4.2. Алгоритм процесса оптимизации методом циклического покоординатного спуска.
- •4.3. Методика автоматизированного синтеза и оптимизации трансформаторов на основе метода цпс.
- •5. Детальное проектирование трансформаторов.
- •5.1. Объём детального проектирования и его последовательность.
- •5.2. Раскладка, детальное конструирование и расчет обмоток.
- •5.2.1. Определение фазных напряжений и токов обмоток:
- •5.2.2. Определение чисел витков обмоток ( на одну фазу ):
- •Расчёт плотностей токов в обмотках нн и вн
- •Раскладка обмотки нн
- •5.2.5. Раскладка обмотки вн
- •5.2.6. Определение площади поверхностей охлаждения обмоток
- •5.2.7. Определение массы обмоток, расчёт основных и добавочных потерь короткого замыкания
- •5.3. Определение основных параметров мс, потерь в стали и тока холостого хода.
- •5.4. Расчёт механических напряжений в обмотках от радиальных усилий
- •5.5. Тепловой расчёт обмоток
- •5.6 Тепловой расчет бака.
- •5.7. Экономический расчёт
- •Пример предварительного оптимизационного расчёта трансформатора.
- •6.2. Предварительный расчет основных размеров и конструктивных показателей трансформатора.
- •Пример детального расчёта трансформатора.
- •7.1. Определение фазных напряжений и токов .
- •7.2 Определение конструктивных параметров мс и размеров изоляции в окне.
- •7.3 Определение числа витков обмоток:
- •7.4. Расчёт среднего значения плотности тока в обмотках. Определение плотности тока в обмотках нн и вн.
- •Расчёт обмотки вн.
- •7.7. Определение площадей поверхности охлаждения обмоток.
- •Определение массы обмоток, основных и добавочных потерь в обмотках, отводах, и баке. Проверка величины напряжения короткого замыкания.
- •7.9. Определение массы стали мс, определение потерь в стали и тока холостого хода.
- •7.10. Расчет механических напряжений в обмотках
- •7.11. Тепловой расчет обмоток
- •7.12. Тепловой расчет бака
- •7.13. Экономический расчет
- •Приложение а
- •Приложение б Основные данные обмоточных проводов круглого и прямоугольного сечений
- •Додаток в Форми вихідних даних для проектних досліджень Таблиця в1. Вихідні дані досліджуваного трансформатора
- •Таблиця в2. Конструктивні дані досліджуваного трансформатора
- •Таблиця в3. Техніко-економічні дані
2.1.1. Конструктивные параметры магнитной системы и выбор величины индукции в стержне
В задании на проект предусматривается применение современных сталей марок 3404÷3408 с толщиной листа 0,27÷0,35мм. Если марка стали (при ремонте) неизвестна, то рекомендуется выполнить ее проверку путем экспериментального определения характеристики холостого хода и измерением активной и реактивной мощности, с расчетом удельных потерь. Если марка электротехнической стали задана (или известна) то после выбора предварительного значения индукции в стержне необходимо по приложению А определить соответствующее этой индукции значение удельных потерьи удельной намагничивающей мощности. Для холоднокатаных сталей марок 3404 – 3408 толщиной 0,27 – 0,35 мм рекомендуется принимать индукциюв пределах 1,50 – 1,7 Тл ( Таблица 2.1).
Марка стали |
Мощность трансформатора в кВА | ||
3404,3405,3406, 3407,3409 |
До 16 |
25-160 |
160 и более |
Важным конструктивным показателем МС является коэффициент заполнения активной сталью площади поперечного сечения стержня магнитной системы .
Коэффициент определяется как отношение площади поперечного сечения электротехнической стали стержня к площади фигуры, описанной вокруг ступенчатого сечения стержня (рис. 2.5), в рассматриваемой конструкции это площадь круга с диаметромD.
Коэффициент можно выразить так:
, (2.1)
где - коэффициент заполнения пакета электротехнической стали активной (чистой) сталью, значениезависит от толщины листов стали, толщины изоляции стали и усилия опрессовки стержня (выбирается по таблице 2.2);
- коэффициент использования площади круга – отношение площади ступенчатой фигуры сечения стержня к площади описанного круга диаметром D. Величина зависит от числа пакетов в сечении стержня. С увеличением диаметра стержня число пакетов иувеличиваются. Предварительно его можно определять по формуле:
. (2.2)
Предварительное значение D, (мм) определяется по эмпирической зависимости:
. (2.3)
Рис.2.5. Основные размеры планарной магнитной системы и изоляции обмоток в окне трансформатора.
Форма поперечного сечения ярма в его средней части по размерам пакетов обычно повторяет сечение стержня. Крайние пакеты в целях улучшения прессовки ярма ярмовыми балками, более равномерного распределения магнитного потока и давления по ширине пакетов, уменьшения веера пластин на углах пакетов делаются более широкими путем объединения двух крайних пакетов в один. Вследствие этого площадь поперечного сечения ярма немного больше площади поперечного сечения стержня. Это учитывается коэффициентом усиления сечения ярма , который в среднем равен 1,03.
Таблица 2.2 Коэффициент заполнения пакетов () для рулонной холоднокатаной стали с нагревостойким покрытием
Марка стали |
Толщина, мм | |
3404,3405,3406,3407, 3408, 3409 |
0,35 |
0,97 |
3405,3406,3407,3408,3409 |
0,30 |
0,96 |
0,27 |
0,95 |
Чаще всего используются стали марок 3407 и 3408 толщиной 0,35; 0,3 и 0,27 мм. Сравнительные данные современных холоднокатаных электротехнических сталей приведены в табл. 2.3.
Таблица 2.3 Сравнительные показатели для холоднокатаных электротехнических сталей марок 3404, 3405-3408 толщиной 0,35; 0,3 и 0,27 мм.
Толщина, мм |
Марка стали |
Относительные удельные потери, % |
Относительная цена, % |
Число пластин в пакетах равной толщины, % |
0,35 |
3404 |
100 |
100 |
100 |
3405 |
94 |
104 | ||
0,30 |
3404 |
94 |
104 |
115 |
3405 |
87,5 |
108 | ||
0,27 |
3405 |
86,5 |
110 |
127 |
3406 |
81,3 |
113 |
Примечание. В условиях совремённой рыночной экономики цены на активные, изоляционные и конструкционные материалы, применяемые в трансформаторостроении, зависят от экономической ситуации на рынках и часто изменяются. Поэтому в настоящем учебном пособии используются условные значения цен. То же относится и к стоимостям потерь холостого хода и нагрузочных, к величинам амортизационных отчислений и т.д.
Ориентировочная цена стали марки 3404 толщиной 0,35мм принята равной 5 грн./кг.
Количество пакетов стали различной ширины в сечении стержня определяется числом ступеней () (углов пакетов) вописанного вокруг стержня круга, выбранной по одну сторону какой-либо из осей симметрии. Величинавыбирается по таблице 2.4.
Таблица 2.4. Число ступеней в сечении стержня.
Мощность к·ВА |
25 |
40-100 |
160-630 |
1000 |
Число ступеней в сечении стержня, |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
0,863 |
0,891 |
0,915 |
0,925 |
Полное число пакетов стали в сечении стержня .
Детальная разработка сечения стержня и ярма приведена в [1,3,7].