Расчёт основных размеров трансформатора

Выбор конструктивной схемы магнитной системы, марки стали и толщины листов, технологии изготовления

Основой конструкции трансформатора является магнитная система, так как её основные размеры вместе с основными размерами обмоток определяют главные размеры активной части и всего трансформатора.

Наибольшее распространение в трансформаторостроении получили плоские магнитные системы стержневого типа со ступенчатой формой поперечного сечения стержня, вписанного в окружность, и с обмотками в виде цилиндров [2]. Стержневые магнитные системы шихтуются из листов электротехнической стали с косыми сторонами на крайних стержнях и с прямыми - на среднем стержне (рис 2.1). Использование косых стыков в углах позволяет уменьшить потери и намагничивающую мощность для углов и всей магнитной системы.

Рис. 2.1. Схема шихтовки магнитной системы (пунктиром показаны пластины нижнего ряда)

 

Материалом для магнитной системы силовых трансформаторов служит электротехническая холоднокатанная тонколистовая сталь марок 3404, 3405, 3406, 3407 и 3408 толщиной 0,35, 0,30 и 0,27мм, поставляемая в рулонах. При выборе марки стали и толщины пластины нужно учитывать, что сталь с высокими магнитными свойствами имеет бόльшую стоимость, а сталь меньшей толщины имеет лучшие магнитные свойства, но при сборке магнитопровода даёт меньший коэффициент заполнения и требует увеличенных трудозатрат. Поэтому в трансформаторах мощностью до 1000 кВ·А используется, в основном, сталь марки 3404 с толщиной пластин 0,35мм.

При повышенных расчетных значениях , , (п. 5.2 и 5.3) можно использовать стали марок 3405, 3406 с толщиной пластин 0,35 мм или сталь марки 3404 с меньшей толщиной. Магнитопроводы трансформаторов мощностью более 1000 кВ·А собираются из сталей марок 3405, 3406 с толщиной пластин 0,30 или 0,27мм.

В табл. 2.1. приведены рекомендуемые значения индукции в стержнях трансформаторов из этих сталей.

Таблица 2.1

Рекомендуемая индукция в стержнях масляных трансформаторов

 

Марка стали	Номинальная мощность трансформаторов, кВ·А
До 16	25-100	160 и более
3404, 3405, 3406	1,50-1,55	1,55-1,60	1,55-1,65

 

Электротехнические стали марок 3404, 3405, 3406, 3407 и 3408 имеют анизотропные свойства – резко отличающуюся магнитную проводимость в направлении проката и поперек направления проката. Поэтому пластины сердечников и ярм штампуются так, чтобы направления их длинных сторон совпадали с направлением прокатки. В этом случае бόльшая магнитная проводимость будет в направлении основного магнитного потока трансформатора.

Форма поперечного сечения стержней магнитопровода определяется формой обмоток. Так как для трансформаторов используются цилиндрические обмотки, то поперечное сечение стержней стремятся приблизить к кругу с диаметром, равным внутреннему диаметру обмотки НН или каркаса обмоток. Стержни круглого сечения изготовить практически невозможно. Поэтому сечение стержня делают ступенчатым, набирая каждую ступень (пакет стержня) из пластин одинаковой ширины, поэтому поперечное сечение стержня в стержневых магнитных системах имеет вид симметричной ступенчатой фигуры, вписанной в окружность (см. рис. 2.2).

 

 

Рис. 2.2. Поперечное сечение стержня стержневой магнитной системы

 

Диаметр этой окружности называется диаметром стержня и является одним из основных размеров трансформатора.

Нормализованные (устанавливаемые стандартом) диаметры стержней, м: 0,08; 0,085; 0,09; 0,092; 0,095; 0,10; 0,105; 0,11; 0,115; 0,12; 0,125; 0,13; 0,14; 0,15; 0,16; 0,17; 0,18; 0,19; 0,20; 0,21; 0,22; 0,225; 0,23; 0,24; 0,245; 0,25; 0,26; 0,27; 0,28; 0,29; 0,30; 0,31; 0,32; 0,33; 0,34; 0,35; 0,36; 0,37; 0,38; 0,39; 0,40; 0,42; 0,45; 0,48; 0,50; 0,53; 0,56; 0,60; 0,63; 0,67; 0,71; 0,75 – для магнитных систем без поперечных каналов и 0,80; 0,85; 0,875; 0,9; 0,925; 0,975; 1,0; 1,03; 1,06; 1,12; 1,15; 1,18; 1,22; 1,25; 1,28; 1,32; 1,36; 1,40; 1,45; 1,50 – для магнитных систем, имеющих поперечные охлаждающие каналы.

Чистое сечение стали в поперечном сечении стержня называется активным сечением стержня. Отношение площади сечения стержня к площади круга диаметром называется коэффициентом заполнения площади круга - . Число ступеней, определяемое числом пакетов стержня в половине круга, для трансформаторов разных мощностей различно. С увеличением числа ступеней увеличивается , но увеличивается число типоразмеров пластин, что усложняет их заготовку и сборку магнитной системы. В табл. 2.2 и 2.3 приведены рекомендуемые значения числа ступеней и получающиеся при этом значения и .

 

Таблица 2.2

Число ступеней в сечении стержня трёхфазных масляных трансформаторов мощностью до 400 кВ·А

 

Показатель	Прессовка стержня расклиниванием с обмоткой, сечение стержня без каналов
Мощность трансформатора, кВ·А	до 16			40-100
Ориентировочный диаметр стержня , м	до 0,08	0,08	0,09	0,10-0,14	0,15, 0,16	0,17, 0,18
Без прессующей пластины	Число ступеней
Коэффициент	0,636	0,786	0,851	0,861	0,890	0,91-0,92	0,913	0,918

 

Таблица 2.3