Розрахунок обмотки нижчої напруги

5.1. Середня густина струму в обмотках, А/мм²,

,

де  – коефіцієнт, що враховує питомий опір матеріалу обмотки, становить для мідних обмоток 0,746, для обмоток з алюмінію 0,463,

 – коефіцієнт, що враховує додаткові втрати при короткому замиканні, визначається по табл. 5.1.

 

 Рисунок 4.1 – Основні розміри трансформатора

 

 

Таблиця 5.1 – Значення коефіцієнта, що враховує додаткові втрати при короткому замиканні,  в залежності від номінальної потужності

Номінальна потужність , кВ∙А	Коефіцієнт
до 100	0,97
160–630	0,96–0,93
1000–6300	0,93–0,85

 

Отримане значення  повинно задовольняти умові:

,

5.2. Попереднє значення площі поперечного перерізу витка обмотки нижчої напруги, мм²,

.

5.3. Кількість витків на одну фазу

.

Кількість витків  для циліндричної обмотки повинна бути парною, для гвинтової та безперервної котушкової – цілою.

5.4. Уточнене значення ЕРС одного витка, В,

.

5.5. Уточнене значення магнітної індукції в стрижні, Тл,

.

5.6. За отриманими значеннями струму , напруги , площі поперечного перерізу  обрати тип обмотки за табл. 5.2.

Найчастіше для обмоток нижчої напруги застосовуються циліндричні обмотки з проводу прямокутного перерізу з кількістю шарів від 2 до 4 або гвинтові обмотки. При номінальній напрузі, більшій за 3 кВ, застосовується спіральна безперервна обмотка.

Таблиця 5.2 – Основні властивості та нормальні межі застосування різних типів обмоток трансформатора

Межі застосування, включно			Тип обмотки	Застосування		Матеріал обмоток	Площа поперечного перерізу витка, мм^2	Кількість паралельних віток	Схема регулювання напруги	Основні переваги	Основні вади
, кВ∙А	або , А	або , кВ		головне	допоміжне
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
до 630	15–800	до 6	Циліндрична одно- та двошарова з проводу прямокутного перерізу	обмотка нижчої напруги	обмотка вищої напруги	мідь	5,04–250	1–8	рис.2.1 а, б	проста технологія виготовлення, добре охолодження	мала механічна міцність
до 630	10–660	до 6				алюміній	6,39–300
630–80000	15–1200	10, 35	циліндрична багатошарова з проводу прямокутного перерізу	обмотка вищої напруги	обмотка нижчої напруги	мідь	5,04–400	1–8	рис.2.1 а, б	добре заповнення вікна магнітної системи, проста технологія виготовлення	зменшена поверхня охолодження у порівнянні з обмотками, що мають радіальні канали
До 25000	10–1200	10, 35				алюміній	6,39–500
до 630	0,3–100	до 35	циліндрична багатошарова з проводу круглого перерізу	обмотка вищої напруги	обмотка нижчої напруги	мідь	1,094–42,44	1–2	рис.2.1 а, б	проста технологія виготовлення	погіршення тепловіддачі та зменшення механічної міцності зі зростанням потужності
до 630	2–135	до 35				алюміній	1,37–50,24	1

 

Продовження таблиці 5.2

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
від 160	від300	до 35	гвинтова одно-, дво- та багатоходова з проводу прямокутного перерізу	обмотка нижчої напруги	–	мідь	від 75 від 75	більше 4	–	висока механічна міцність надійна ізоляція, добре охолодження	більш вища вартість у порівняння з циліндричною обмоткою
від 100	від 150	до 35				алюміній
від 160	від 15	3–220	безперервна котушкова з проводу прямокутного перерізу	обмотка вищої напруги	обмотка нижчої напруги	мідь	від 5,04	1–5	рис. 2.1 в, г	висока електрична та механічна міцність, добре охолодження	необхідність перекладання половини котушок при намотуванні
від 100	від 10	3–220				алюміній	від 6,39

 

5.7. Розрахунок циліндричної обмотки з проводу прямокутного перерізу

5.7.1. Кількість шарів обмотки  = 2.

5.7.1. Кількість витків в одному шарі

.

5.7.2 Попереднє значення осьового розміру витка обмотки нижчої напруги, мм,

.

5.7.3. Попереднє значення радіального розміру витка обмотки нижчої напруги, мм,

.

Отримане значення не повинно перевищувати гранично допустимого радіального розміру проводу, при якому додаткові втрати потужності не перевищують 5 %, визначається за табл. 4.3. При невиконанні умови перейти на більшу кількість шарів обмотки .

 

Таблиця 5.3 – Граничні розміри проводу прямокутного перерізу циліндричних обмоток, при якому додаткові втрати потужності не перевищують 5 %

Кількість шарів обмотки	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Матеріал обмотки – мідь	9,0	6,3	5,3	4,5	4,0	3,75	3,55	3,35	3,15	3,0
Матеріал обмотки – алюміній	11,8	8,0	6,7	5,6	5,0	4,75	4,5	4,0	3,75	3,75

 

5.7.4 За отриманими значеннями ,  та  за табл. 5.4 обрати стандартний провід з площею поперечного перерізу  та розмірами без ізоляції   та в ізоляції  (рис. 5.1). Двобічна товщина ізоляції провода становить 0,5 мм.

 

Рисунок 5.1 – Розміри витка обмотки нижчої напруги

 

Якщо в табл. 5.4 провід відсутній, тоді виток розбивається на паралельні вітки кількістю . В цьому разі площа поперечного перерізу стандартного проводу

,

осьовий розмір проводу

.

Проводи паралельних віток розташовуються в осьовому напрямку.

При намотуванні циліндричної обмотки з проводу прямокутного перерізу на ребро кількість паралельних віток не повинна перевищувати 8, при намотуванні плазом – 6.

При намотуванні обмотки на ребро осьовим розміром витка є менший розмір проводу, при намотуванні плазом – більший розмір проводу.

 

Таблиця 5.4 – Розміри та площі поперечного перерізу прямокутного проводу

b, мм	a, мм
	1,40	1,50	1,60	1,70	1,80	1,910	2,00	2,12	2,24	2,36	2,50	2,65	2,80	3,00
	Площа поперечного перерізу проводу , мм^2
3,75	5,04	–	5,79	–	6,39	–	7,14	–	8,04	–	8,83	–	–	–
4,00	5,39	5,79	6,19	6,44	6,84	7,24	7,64	8,12	8,60	8,89	9,45	10,1	10,7	–
4,25	5,74	–	6,59	–	7,29	–	8,14	–	9,16	–	10,1	–	11,4	–
4,50	6,09	6,54	6,99	7,29	7,74	8,19	8,64	9,18	9,72	10,1	10,7	11,4	12,1	13,0
4,75	6,44	–	7,39	–	8,19	–	9,14	–	10,3	–	11,3	–	12,8	–
5,00	6,79	7,29	7,79	8,14	8,64	9,14	9,64	10,2	10,8	11,3	12,0	12,7	13,5	14,5
5,30	7,21	–	8,27	–	9,18	–	10,2	–	11,5	–	12,7	–	14,3	–
5,60	7,63	8,19	8,75	9,16	9,72	10,3	10,8	11,5	12,2	12,7	13,5	14,3	15,1	16,3
6,00	8,19	–	9,39	–	10,4	–	11,6	–	13,1	–	14,5	–	16,3	–
6,30	8,61	9,24	9,87	10,4	11,0	11,6	12,2	13,0	13,8	14,3	15,2	16,2	17,1	18,4
6,70	9,17	–	10,5	–	11,7	–	13,0	–	14,7	–	16,2	–	18,2	–
7,10	9,73	10,4	11,2	11,7	12,4	13,1	13,8	14,7	15,5	16,2	17,2	18,3	19,3	20,8
7,50	10,3	–	11,8	–	13,1	–	14,6	–	16,4	–	18,2	–	20,5	–
8,00	11,0	11,8	12,6	13,2	14,0	14,8	15,6	16,6	17,6	18,3	19,5	20,7	21,9	23,5
8,50	11,7	–	13,4	–	14,9	–	16,6	–	18,7	–	20,7	–	23,3	–
9,00	12,4	13,3	14,2	14,9	15,8	16,7	17,6	18,7	19,8	20,7	22,0	23,3	24,7	26,5
9,50	13,1	–	15,0	–	16,7	–	18,6	–	20,9	–	23,2	–	26,1	–
10,0	13,8	14,8	15,8	16,6	17,6	18,6	19,6	20,8	22,0	23,1	24,5	26,0	27,5	29,5
10,6	14,6	–	16,8	–	18,7	–	20,8	–	23,4	–	26,0	–	29,1	–
11,2	15,5	16,6	17,7	18,7	19,8	20,9	22,0	23,4	24,7	25,9	27,5	29,1	3,08	33,1
11,8	–	–	18,7	–	20,9	–	23,2	–	26,1	–	29,0	–	32,5	–
12,5	–	18,5	19,8	20,9	22,1	23,4	24,6	26,1	27,6	29,0	30,7	32,6	34,5	37,0
13,2	–	–	–	–	23,4	–	26,0	–	29,2	–	32,5	–	36,4	–
14,0	–	–	–	–	24,8	26,2	27,6	29,3	31,0	32,5	34,5	36,6	38,7	41,5
15,0	–	–	–	–	–	–	29,6	–	33,2	–	37,0	–	41,5	–
16,0	–	–	–	–	–		31,6	33,6	35,5	37,2	39,5	41,9	44,3	47,5
17,0	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	47,2	–
18,0	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	53,1

Закінчення табл. 5.4

b, мм	a, мм
	3,15	3,35	3,55	3,75	4,00	4,25	4,50	4,75	5,00	5,30	5,60
	Площа поперечного перерізу провідника Π, мм^2
4,50	13,6	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–
4,75	14,4	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–
5,00	15,2	16,2	17,2	–	–	–	–	–	–	–	–
5,30	16,2	–	13,3	–	–	–	–	–	–	–	–
5,60	17,1	18,2	19,3	20,1	21,5	–	–	–	–	–	–
6,00	18,4	–	20,8	–	23,1	–	–	–	–	–	–
6,30	19,3	20,6	21,8	22,8	24,3	25,9	27,5	–	–	–	–
6,70	20,6	–	23,2	–	25,9	–	29,3	–	–	–	–
7,10	21,8	23,2	24,7	25,8	27,5	29,3	31,1	32,9	34,6	–	–
7,50	23,1	–	26,1	–	29,1	–	32,9	–	36,6	–	–
8,00	24,7	26,3	27,9	29,1	31,1	33,1	35,1	37,1	39,2	41,5	43,9
8,50	26,2	–	29,6	–	33,1	–	37,4	–	41,6	–	46,7
9,00	27,8	29,6	31,4	32,9	35,1	37,4	39,6	41,9	44,1	46,8	49,5
9,50	29,4	–	33,2	–	37,1	–	41,9	–	46,6	–	52,1
10,0	31,0	33,0	35,0	36,6	39,1	41,6	44,1	46,6	49,1	52,1	55,1
10,6	32,8	–	37,1	–	41,5	–	46,8	–	52,1	–	58,5
11,2	34,7	37,0	39,2	41,4	43,9	46,7	49,5	52,3	55,1	58,5	61,9
11,8	36,6	–	41,3	–	46,3	–	52,2	–	58,1	–	65,2
12,5	38,8	41,3	43,8	46,0	49,1	52,3	55,4	58,5	61,6	65,4	69,1
13,2	41,0	–	46,3	–	51,9	–	58,5	–	65,1	–	73,1
14,0	43,6	46,4	49,2	52,0	55,1	58,6	62,1	65,6	69,1	73,3	77,5
15,0	46,7	–	52,7	–	59,1	–	66,6	–	74,1	–	83,1
16,0	49,9	53,1	56,3	59,1	63,1	67,1	71,1	75,1	79,1	83,9	88,7
17,0	53,2	–	59,4	–	67,1	–	75,6	–	84,1	–	94,3
18,0	53,8	59,4	63,0	66,6	71,1	75,6	80,1	84,6	89,1	94,5	99,9

При намотуванні обмотки на ребро перевірити відношення радіального розміру проводу до осьового:

.

Отримані стандартні розміри витка записуються по формі: .

5.7.5. Осьовий розмір витка обмотки нижчої напруги, мм,

 мм.

5.7.6. Уточнене значення густини струму обмотки нижчої напруги, А/мм²,

.

5.8. Осьовий розмір обмотки нижчої напруги, мм,

 мм.

5.9. Ширина радіального каналу між шарами обмотки нижчої напруги  обирається за табл. 3.3.

5.10. Радіальний розмір обмотки нижчої напруги, мм,

.

5.11. Густина теплового потоку на поверхні обмотки нижчої напруги, Вт/м²

.

Отримане значення густини теплового потоку на поверхні обмотки нижчої напруги не перевищує граничного значення 1400 Вт/м².

5.12. Внутрішній діаметр обмотки нижчої напруги, мм,

.

5.13. Зовнішній діаметр обмотки нижчої напруги, мм,

.

5.14. Середній діаметр обмотки нижчої напруги, мм,

.

5.15. Маса міді обмотки нижчої напруги, кг,

,

де  – щільність міді, становить  кг/мм³.