Определение размеров магнитной системы

 

Основное размеры и данные стержня магнитной системы – его диаметр и высота, число ступеней и активное сечение – приближенно определяются в начале расчета трансформатора до расчета обмоток. Окончательный расчет магнитной системы обычно проводится после того, как установлены размеры обмоток трансформатора и главных изоляционных промежутков и проверены некоторые параметры трансформатора – потери и напряжение короткого замыкания.

При окончательном расчете магнитной системы, который производится после завершения полного расчета обмоток, параметров и токов короткого замыкания трансформатора, для плоской шихтованной магнитной системы определяются: число ступеней в сечении стержня и ярма, размеры пакетов – ширина пластин и толщина пакетов, расположение и размеры охлаждающих каналов, полные и активные сечения стержня и ярма, высота стержня, расстояние между осями стержней, масса стали стержней, ярм и углов магнитной системы и полная масса магнитной системы трансформатора. После установления всех размеров и массы стали частей магнитной системы определяются потери и ток холостого хода трансформатора.

Выбор числа и размеров пакетов в сечении стержня плоской магнитной системы должен быть сделан так, чтобы площадь ступенчатой фигуры его поперечного сечения, вписанного в окружность, была максимально возможной. При увеличении числа ступеней коэффициент заполнения площади круга К_кр увеличивается, однако при этом увеличивается число пластин разных размеров и существенно усложняется их изготовление, складирование до сборки магнитной системы и ее сборка.

Опыт проектирования магнитных систем для ряда серий силовых трансформаторов, положенный в основу рекомендаций таблицы 4.10, позволяет выбирать рациональные значения числа ступеней и размеров пакетов для диаметров стержня, входящих в нормализованный ряд. При этом учитываются оптимальное заполнение площади круга в поперечном сечении стержня магнитной системы, использования нормализованного ряда ширины пластин и приемлемая технология их изготовления.

Площадь ступенчатой фигуры поперечного сечения стержня - П_ф.с выбираем по таблице 7.1 (в зависимости от принятого диаметра стержня) и переводим в м² (*10^-4),

 

Активное сечение стержня, м²:

П_с = К_{з ·}П_ф.с (7.2)

где К_з –коэффициент заполнения для стали, выбранный по таблицы 4.6.

 

Аналогично для ярма, П_ф.я выбираем по таблице 7.1 и переводим в м² и рассчитываем активное сечение ярма П_я.

 

Таблица 7.1. Площади сечения ступенчатой фигуры стержня П_ф.с и ярма П_ф.я и объем угла V_у. плоской шихтованной магнитной системы без прессующей пластины.

d,м	Пф.с, см^2	Пф.я, см^2	Vу, см^3	d,м	Пф.с, см^2	Пф.я, см^2	Vу, см^3
0,08	43,3	44,8	280,8	0,12	104,9	106,5
0,085	50,8	51,6	356,4	0,125	112,3	115,3
0,09	56,7	58,2	426,4	0,13	121,9	124,9
0,095	62,9	63,7	488,0	0,14	141,5	144,0
0,10	72,0	73,2	596,8	0,15	161,7	165,9
0,105	79,3	80,1	683,0	0,16	183,5	188,3
0,11	86,2	89,7	790,2	0,17	208,5	214,1
0,115	93,2	95,4	812,8	0,18	232,8	237,6

 

После определения полных сечений стержня и ярма для плоской шихтованной магнитной системы находят ее основные размеры – длину стержня l_с и расстояние между осями соседних стержней С.

Длина стержня, м:

, (7.5)

где - высота обмотки, м;

и - расстояние от обмотки до верхнего и нижнего ярма, м. При отсутствии прессующих колец обмотки эти значения выбираются только из условий ее изоляции по таблице 4.2. или 4.3 и 4.4.

 

Расстояние между осями соседних стержней, м (рисунок 4.1):

, (7.6)

где Д_1н – наружный диаметр обмотки ВН, м;

а₂₂ - расстояние между обмотками соседних стержней в метрах, определенное по таблице 4.2 или 4.3.

 

Масса стали в стержнях и ярмах плоской магнитной шихтованной системы определяется путем суммирования масс прямых участков и углов. Углом магнитной системы называется ее часть, ограниченная объемом, образованным пересечением боковых призматических или цилиндрических поверхностей одного из ярм и одного из стержней.

Для магнитных систем с размерами пакетов стержней и ярм по таблице 4.10 объем угла может быть принят по таблице 7.1.

 

Масса стали угла при многоступенчатой форме сечения, кг:

(7.7)

где V_y –объем угла плоской шихтованой магнитной системы, см³ (таблица 7.1);

- плотность трансформаторной стали, кг/м³ (применяемые в силовых трансформаторах марки стали имеют плотность: горячекатаная 7550, холоднокатаная 7650 кг/м³).

Масса стали угла при прямоугольной форме сечения ярма, кг:

,

где П_с – активное сечение стержня, м²; h_я – высота ярма, м.

 

Масса стали ярм может быть определена как сумма двух слагаемых: массы частей ярм, заключенных между осями крайних стержней и массы стали в частях ярм, заштрихованных на рисунке 7.1:

(7.8)

 

Масса частей ярм, заключенных между осями крайних стержней можно рассчитать по формуле, кг:

, (7.9)

где с – число активных (несущих обмотки) стержней: для трехфазного трансформатора с=3; для однофазного с=2;

П_я – активное сечение ярма, м².

 

Массы стали в частях ярм, заштрихованных на рис. 7.1, кг,

G_я^// =4G_у/2=2·G_у (7.10)

 

Масса стали стержней при многоступенчатой форме сечения ярма определяется как сумма двух слагаемых, кг:

, (7.11)

(при прямоугольной форме сечения ярма ),

где масса стали стержней в пределах окна магнитной системы, кг:

, (7.12)

где П_с – активное сечение стержня, м²;

l_с – высота стержня в метрах.

 

Масса стали в местах стыка пакетов стержня и ярма, кг:

, (7.13)

где а_1я – большая ширина пакета ярма, мм (таблица 4.10)

 

Полная масса стали плоской магнитной системы, кг,

G_ст=G_с+G_я (7.14)