Расчет режима холостого хода трансформатора
§ 4.1. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ПАРАМЕТРЫ (ХАРАКТЕРИСТИКИ) ХОЛОСТОГО ХОДА ПО ГОСТу: ПОТЕРИ И ТОК ХОЛОСТОГО ХОДА
Режим работы трансформатора, когда его первичная обмотка включена в сеть с переменным напряжением, а вторичная обмотка разом кнута, называется режимом холостого хода трансформатора. При холостом ходе трансформатор только возбужден, т. е. на вторичной обмотке имеется напряжение, но полезную нагрузку трансформатор не несет.
Режим холостого хода используется, в частности, при испытании готового трансформатора. При так называемом опыте холостого хода определяются некоторые из его эксплуатационных параметров (характеристик), а именно:
а) потери холостого хода Рх;
б) ток холостого хода t0;
в) коэффициент трансформации К.
Потери и ток холостого хода силовых трансформаторов нормированы соответствующими ГОСТами. Их значения были приведены в табл. 2.1 и 2.2.
Правильно рассчитанный и изготовленный силовой трансформатор должен иметь характеристики в пределах допустимых значений, предусмотренных ГОСТами. Однако значения характеристик, которые в ГОСТах не ограничены нижними пределами, например потери и ток холостого хода, не должны на много отличаться в меньшую сторону от их нормированных значений, так как это указывало бы на недоиспользование активных материалов и. следовательно, на излишнюю стоимость трансформатора.
В связи с этим в задачу учащегося, а на заводе-изготовителе трансформаторов — расчетного инженера входит умение правильно рассчитать трансформатор с тем, чтобы, кроме получения его основных пара метров — мощности и напряжений — он также имел бы значения характеристик, близкие к нормированным ГОСТами.
КОЭФФИЦИЕНТ ТРАНСФОРМАЦИИ
Согласно определению коэффициентом трансформации К называется отношение первичной и вторичной э. д. с. равное отношению
чисел витков обмоток,
К=Е1/Е2=ω1/ω2
Так как падения напряжения в сопротивлениях обмоток силовых трансформаторов при холостом ходе очень малы, то обычно считают, что э. д. с. и напряжения соответствующих обмоток равны, т. е.
Е1≈U1 и Е2 = U2
и, следовательно,
К=U1/U2 (4.1)
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕСА МАГНИТОПРОВОДА
Для определения веса стали магнитопровода должны быть известны его основные геометрические размеры: сечения стержня FCT и ярма FЯ , высота окна Н и расстояние между осями стержней МО. Расчет сечений стержня и ярма был дан в § 3.1.
Размеры Н и МО определяются исходя из размещения обмоток в окне магнитопровода.
Высота Н окна равна длине Но обмотки плюс изоляционные расстояния до ярма по концам обмотки (рис. 4.1), DВН — наружный диаметр обмотки ВН,
Рис. 4.1. Изоляционные рас стояния до ярма и между об мотками соседних фаз
Расстояния l0 до верхнего и нижнего ярм выбираются по таблицам 13.1 и 13.4. В случае необходимости установки нажимных колец в трансформаторах мощностью 1000 ква
и более расстояние до верхнего ярма увеличивается на 65 мм. В некоторых случаях, например, при необходимости вывода концов обмотки НН большого сечения, расстояние до ярма по конструктивным соображениям увеличивается.
Расстояние между осями стержней МО, как это видно из рис. 4.1, равно наружному диаметру обмотки ВН плюс изоляционное, расстояние а22 между обмотками ВН соседних стержней, определяемое по табл. 13.4.
Вес стали в стержнях
GCT = cγСFCTН•103 кГ,
где с — число стержней (для трехфазного трансформатора с = 3); γС— удельный вес электротехнической стали (горячекатаная имеет γС— 7,55 кГ/дм3 и холоднокатаная — γС= 7,65 кГ1дм3); FCT — активное сечение стержня, см2; Н — высота стержня, см.
Данная формула справедлива для случаев применения ярма прямоугольной или ступенчатой формы со ступенями с внешней стороны магнитопровода.
Вес G3 стали в ярмах ввиду несколько более сложной их геометрической формы определяется как сумма весов основных частей ярм G΄Я и их частей G΄΄Я, находящихся в углах магнитопровода.
Вес основных частей (для трехфазного магнитопровода)
G'Я = 4γС FСТ МО•10-3 кГ. (4.2)
Вес частей в углах при прямоугольных ярмах
G'Я = 2γС FСТ hЯ •10-3 кГ. (4.3)
где hЯ— высота ярма (ширина пластин), см.
Если ярма имеют ступенчатую форму, то вес углов магнитопровода приходится считать по отдельным пакетам, предварительно определяя их объемы.
Например, при часто применяемых двухступенчатых ярмах и при числе ступеней 5 или 6 толщина большего пакета ярма принимается
bЯ1 = b1 + 2b2.
Тогда вес углов
G'Я = 2γС 10-3 [FСТ hЯ2 + F'СТ (hЯ1 - hЯ2 )] кГ, (4.4)
где hЯ1 и hЯ2 — высоты большего и меньшего пакетов ярма, см;
F'СТ — активное сечение двух средних (наибольших) пакетов
стержня, см2.
В других случаях при более сложных формах сечений ярм определяются объемы частей отдельных пакетов стержней и ярм и затем результаты складываются.