Выбор конструктивной схемы трансформатора

 

2.1 Общая конструктивная схема трансформатора

 

В зависимости от взаимного расположения стержней, ярм и обмоток магнитопроводы разделяются на стержневые, броневые и бронестержневые. По взаимному расположению стержней и ярм магнитопроводы разделяются на плоские и пространственные.

Наибольшее распространение в практике трансформаторостроения получили магнитопроводы стержневого типа со ступенчатой формой поперечного сечения стержня, вписанной в окружность, и с обмотками в виде круговых цилиндров.

В соответствии с заданием необходимо спроектировать трехфазный трансформатор с номинальной мощностью 250 кВА. Для трансформатора подобной мощности выберем плоский стержневой магнитопровод.

Общая конструктивная схема трансформатора с таким магнитопроводом представлена на рисунке 1.

 

1 – стержень, 2 – ярмо, 3 – обмотка НН, 4 – обмотка ВН.

 

Рисунок 1 – Общая конструктивная схема

 

По способу сборки различают следующие плоские магнитные системы:

- шихтованные впереплет, ярма и стержни которых собираются из пластин как единая цельная конструкция;

- стыковые, ярма и стержни которых, собранные и скрепленные раздельно, при сборке системы устанавливаются встык и скрепляются стяжными конструкциями.

Собранные впереплет плоские шихтованные магнитные системы благодаря простой и дешевой конструкции крепления и стяжки, а также относительной простоте сборки получили наибольшее распространение в трансформаторостроении. Поэтому для трансформатора выберем шихтованную впереплет магнитную систему.

Для шихтованной впереплет магнитной системы существует несколько планов шихтовки пластин. Средней по технологической сложности и параметрам холостого хода является схема с косыми стыками в четырех и комбинированными в двух углах. Несколько проще технология заготовки пластин и сборки магнитной системы с косыми стыками в четырех и прямыми стыками в двух углах, но такая магнитная система имеет более высокие потери и ток холостого хода. Наименьшие потери и ток холостого хода имеет магнитная система с шихтовкой пластин косыми стыками в шести углах.Наибольшее практическое распространение получила схема, изображенная на рисунке 2.

 

 

Рисунок 2 – Шихтовка пластин косыми стыками в четырех и прямыми стыками в двух углах

 

Для дальнейшего расчета трансформатора выберем шихтовку пластин косыми стыками в четырех и прямыми стыками в двух углах.

Поперечное сечение стержня и ярма имеет вид симметричной ступенчатой фигуры (см. рисунок 1). Диаметр окружности, в которую можно вписать ступенчатую фигуру сечения стержня, называют диаметром стержня. Ступенчатое сечение стержня и ярма образуется сечениями пакетов пластин, где под пакетом понимают стопу пластин одного размера.

Определим параметры магнитной системы по рекомендациям, приведенным в таблице 2.1 /3, с. 12/. Рекомендуемое число ступеней и соответствующий ему коэффициент заполнения площади круга площадью ступенчатой фигуры k_тр приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Рекомендуемые параметры магнитной системы

Мощность трансформатора, кВА	Ориентировочный диаметр стержня, м	Без прессующей пластины
Число ступеней	kтр
	0,17		0,913

Для разрабатываемого трансформатора выгоднее применить холоднокатаную, анизотропную, тонколистовую электротехническую сталь марки 3405, толщиной 0,35 мм.

Кроме коэффициента k_тр стержень и ярмо магнитной системы характеризуются коэффициентом заполнения сечения стержня и ярма сталью k_зап. Этот коэффициент равен отношению чистой площади стали (без учета изоляционного покрытия листов) к площади ступенчатой фигуры сечения, определенной с учетом изоляционного покрытия листов.

Определим значение k_зап по рекомендациям, приведенным в таблице 2.2 /3, с. 13/. Рекомендуемое значение k_зап приведено в таблице 2.

 

Таблица 2 – Коэффициент заполнения k_зап для рулонной холоднокатаной стали по ГОСТ 21427 - 83

Марка стали	Толщина листа, мм	Вид изоляционного покрытия	kзап
	0,35	нагревостойкое	0,97

 

При мощности трансформатора S_н = 250 кВА и диаметре стержня 0,17м прессовку стержней магнитной системы выполняем путем забивания деревянных клиньев (стержней и планок) между стержнем и обмоткой НН или ее жестким изоляционным цилиндром.

Наиболее рациональной формой сечения ярма плоской магнитной системы является многоступенчатая его форма с числом ступеней, равным активному сечению стержня.

Прессовка ярм в современных конструкциях плоских магнитных систем трансформаторов осуществляется при помощи стальных ярмовых балок, стягиваемых шпильками, вынесенными за пределы ярма.

Для обеспечения более равномерного сжатия ярма между прессующими ярмовыми балками обычно два – три крайних пакета выполняются одной ширины, несколько увеличивая этим сечение ярма. Это увеличение активного сечения ярма отражают коэффициентом усиления ярма k_я, равным отношению площади сечения ярма П_я к площади сечения стержня П_с.

При выборе способа прессовки стержней и ярм воспользуемся рекомендациями, приведенными в таблице 2.3 /3, с. 14/. Результаты выбора представлены в таблице 3.

 

Таблица 3 – Способ прессовки стержней и ярм, форма сечения и коэффициент усиления ярма k_я

Мощность трансформатора, кВА	Прессовка стержней	Прессовка ярм	Форма сечения ярма	kя
	Расклиниванием с обмоткой	Балками, стянутыми шпильками, расположенными вне ярма	С числом ступеней на 1-2 меньше числа ступеней стержня	1,022

 

Конструкция обмоток

Конструкции обмоток выбираются с учетом следующих основных параметров:

- ток нагрузки одного стержня (фазный ток) I_ф;

- номинальная мощность трансформатора S_н;

- номинальное напряжение трансформатора U_н;

- поперечное сечение витка обмотки П_в.

Выбираем в качестве материала обмоток медь.

Ориентировочно сечение витка на начальной стадии проектирования определим как

 

(2)

 

где J_ср – средняя плотность тока в обмотке, А/мм², которая выбирается из таблицы 2.4 /3, с. 15/:

J_ср = 1,8 А/мм².

Подставляя численные значения в выражение (2), определим сечения витков:

- обмотка НН

- обмотка ВН

Далее по таблице 2.5 /3, с. 17/, выберем типы конструкций обмоток НН и ВН. Результаты выбора представлены в таблице 4.

Таблица 4 –Конструкции обмоток

Тип обмотки	Применение на стороне	Материал обмоток	Мощ ность трансформатора, кВА	Ток на стержень, А	Напряжение, кВ	Сечение витка, мм2	Число паралле льных проводов	Схема регулирования напряже ния
Цилиндрическая многослойная из алюминиевой ленты	НН	Алюминий		402,1	0,23	223,38		-
Цилиндрическая многослойная из круглого провода	ВН	8,9		4,94		-