Расчет радиальных и осевых механических усилий

В концентрических обмотках от взаимодействия токов первичной и вторичной обмоток наружная обмотка стремится разорваться, а внутренняя — сжаться. Таким образом в этих обмотках возникают радиальные механические усилия, которые воспринимает на себя обмоточный провод, препятствуя их внешнему проявлению.

Максимальное значение радиального усилия Fp, возникающего от взаимодействия первичного и вторичного токов (см. рис. 7.8),

(7.4)

где — н. с. одной из обмоток, а;

— средний диаметр главного канала рассеяния, см;

— высота обмотки, см.

При коротком замыкании усилие Fp возрастает пропорционально квадрату кратности тока короткого замыкания. Кроме того, в начальный момент короткого замыкания ввиду наличия постоянной составляющей тока, учитываемой коэффициентом Км, усилие увеличивается еще больше.

Таким образом, в момент короткого замыкания максимальное радиальное усилие

где — напряжение короткого замыкания, %;

,

и_а и и_р— активная и реактивная составляющие и_к, %.

Как было уже сказано, в каждой из обмоток витки, обтекаемые током одного направления, стремятся сблизиться между собой. Очевидно, что наибольшее давление при этом будут испытывать витки, находящиеся в середине высоты обмотки, так как именно в этом месте будут суммироваться давления от каждого витка. Приближенно возникающее вследствие этого осевое усилие

(7.6)

где — ширина приведенного канала рассеяния, см.

При несимметричном расположении витков с током по высоте одной обмотки по отношению к виткам другой обмотки, о чем было сказано выше, появляется поперечное поле рассеяния. Вследствие этого возникает дополнительное осевое усилие F"_OC, направление которого таково, что оно стремится еще больше увеличить имеющуюся несимметрию.

Величина дополнительного осевого усилия будет зависеть от значения поперечного поля рассеяния, точный расчет которого весьма затруднителен, так как неизвестна конфигурация поперечного поля.

Расчетная длина поперечного поля рассеяния Нр приближенно может быть принята равной расстоянию от стержня магнитопровода до стенки бака в предположении, что остальная часть потока рассеяния замыкается через стальные детали конструкции и поэтому встречает в этих местах относительно малое сопротивление.

Тогда дополнительное осевое усилие

(7.7)

где m — множитель, зависящий от характера несимметрий, т = 1 при одностороннем отключении витков (укорочение обмотки НН на H1); m = 4 при отключении регулировочных витков в середине обмотки ВН или при двустороннем укорочении обмотки НН по Н₁ /2 с каждой стороны.

Рис. 7.9 Возникновение осевых усилий в следствии несимметричного расположения намагничивающих сил в концентрических обмотках

Общее осевое усилие F_oc (рис 7.9) для каждой из обмоток будет равно сумме или разности обеих составляющих в зависимости от местонахождения несимметрии в каждой из обмоток.

Для наиболее часто встречающегося случая – двустороннего укорочения обмотки НН (слоевая, или винтовая, обмотка) и выключения регулировочных витков в середине обмотки ВН общее осевое усилие Fос будет равно: для обмотки НН — сумме, а для обмотки ВН — разности основного и дополнительного осевых усилий, т. е.

(7.8)

Причем для обмотки НН это усилие будет сжимающим с наибольшим его значением в середине обмотки, а для обмотки ВН — усилие, с каким эта обмотка будет давить через ярмовую изоляцию на ярмовые балки. В связи с этим прочность ярмовых балок должна быть рассчитана на это усилие.

В самих обмотках должно быть определено механическое напряжение в витках и прокладках, сравнивая их с допустимыми величинами.

Контрольные вопросы

• Что такое поперечный поток рассеяния и отчего он возникает?
• Отчего возникают механические усилия в обмотках трансформатора?
• Какие усилия и в каких случаях они становятся опасными для обмоток и других частей трансформатора?

ГЛАВА VIII