Магниттік жүйенің өлшемдерін анықтау

Орауыштарды, қысқа тұйықталу параметрлерін толық есептеп болғаннан кейін магниттік жүцені ақырғы рет есептеу барысында, стержень мен ярмоның көлденең қимасының аудандарын, пакет өлшемдерін пластина ені мен пакет қалыңдығын, суыту каналдарының өлшемдерін және орналасуын, стержень мен ярмоның толық және активті қималарын, стержень биіктігін, стержень осьтерінің ара қашықтығын, магниттік жүйе бұрышының, стержені мен ярмосының массасын және магниттік жүйенің толық металл массасын қайтадан дәлірек және нақтылай есептейміз.

Стержень мен ярмолардағы магниттік индукция бағыттары болатты жаю бағытына сәйкес келу керек. Ол үшін пластина ұзындықтары рулон ұзындығының бойында, ал ені рулон енімен беттесу керек.

Магниттік жүйедегі стержень мен ярмодағы пластиналар енінің мәндері, болат рулонының ені 650, 750, 860 немесе 1000 мм болғанда болат қалыңдығы минималды болатындай етіп таңдалыну керек. Қазіргі кезде пластиналар ені 5 мм сайын 40 мм-ден 985 мм-ге дейінгі аралықта дайындалынып шыгарылады.

Жазық магниттік жүйе стерженінің пакеттер саны мен өлшемдерін қабылдау кезінде, шеңбермен қоршалған сатылы пішін ауданы максималды болу керек. Сатылар саны көбейсе, шеңбер ауданын толтыру коэффициенті К_кр де ұлғаяды. Бірақ бұл қасиет магниттік жүйені құрастыру қиынға түседі.

Стерженнің көлденең қимасындағы сатылы пішін ауданы, м² есебімен

Стерженнің актив қимасы

П_с = К_зП_ф.с

Дәл осылай ярмо үшін де есептелінеді.

,

П_я = К_зП_ф.я

Жоғарыдағы формулалар бойынша анықталған жазық магниттік жүйедегі ярмо П_ф.я және стерженнің П_ф.с көлденең қималарының нақты мәндері 24-кестеде көрсетілген. Бұл кестеде сонымен қатар стержень диаметрі 0,08-0,180 м болатын магниттік жүйенің бір бұрышының көлемі келтірілген.

24-кесте.

d,м	Пф.с, см2	Пф.я, см2	Vy,см3	d,м	Пф.с, см2	Пф.я, см2	Vy,см3
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	818,8	0,18	232,8	237,6

Жазық магниттік жүйенің қималарын анықтағаннан кейін стержень биіктігі l_c мен көршілес стержень осьтерінің ара қашықтығын С есептеу керек.

,

мұндағы және - орауыштан төменгі және жоғарғы ярмоға дейінгі арақашықтық. Егер орауыштардың пресстейтін сақиналары және - болмаса, тек 10 және 9-кестедегі мәліметтерді қолданамыз. 5- суретті қараңыз

Көршілес стержень осьтерінің арақашықтығын С

,

мұндағы Д₁ – ЖК орауыштың сыртқы диаметрі,м; а₂₂ – 9-кестеден алынатын екі стерженнің арасындағы қашықтық.

Жазық магниттік жүйедегі болат массасы тік бөлшектер мен бұрыштар массасының қосындысы арқылы анықталады. Магниттік жүйенің бұрышы деп ярмо мен стерженнің призма тәріздес немесе цилиндр тәріздес беттіктерінің қиылысуынан қалыптасатын көлемдік бөлігі.

6-кестеден алынған ярмо мен стержень өлшемдері үшін магниттік жүйе бұрышының көлемін 24-кестеден қабылдауға болады. Болат бұрышының массасын мына формула арқылы есептейміз, кг

Ярмо болатының массасын ярмо бөлшектері массаларының қосындысы ретінде анықтауға болады, кг.

,

Сонда ярмоның толық болат массасы

мұндағы С – стерженьдер саны, үшфазалы трансформаторлар

G_я ^“ =4G_у/2=2G_у

үшін С=3; бірфазалы болса С=2; П_я- ярмоның активті қимасы, g_болат- трансформаторлық болат тығыздығы, кг/м.куб (ыстық күйінде жазылған болаттар үшін 7550, ал суық күйінде жазылған болаттар үшін 7650 кг/м.куб.)

Стержень болатының массасы да екі қосындыдан тұрады.

Магниттік жүйенің толық болат массасы ярмо мен стержень болат массаларының қосындысынан тұрады, кг

Трансформатордың бос жүріс шығындарын анықтау

Трансформатордың бір орауышы айнымалы кернеу көзінен қоректеніп, ал екінші орауышы ажыратылған жағдайында жұмыс істеуі бос жүріс режимі деп аталады.Номиналды жиілік, номиналды кернеуде трансформатордың бірінші орауышында пайда болатын шығындар бос жүріс шығындары деп аталады.

Трансформатордың бос жүріс шығындары Р_х магниттік шығындардан, яғни активті материалдардағы шығындардан, қысқа тұйықталу тоғы әсерінен бірінші орауышта пайда болатын шығындардан және оқшауланудағы диэлектрлік шығындардан тұрады. Оқшауланудағы диэлектрлік шығындар жоғары жиіліктерде жұмыс істейтін трансформаторларда ерекше орын алады, ал стандартты 50 Гц жиілікке арналған күштік трансформаторларда өте аз және олар ескеріле қоймайды. Сонымен қатар күштік трансформаторларда бірінші орауыштағы шығындар да ескерілмейді, олар жалпы бос жүріс шығынының 1% ғана құрайды.

Магниттік жүйенің активті болат шығындары бос жүріс шығындарының негізгі бөлігін құрайды. Бұл магниттік шығындар гистерезис және құйынды тоқ әсерінен пайда болған шығындар деп екіге бөлінеді. Суытылған күйінде жазылған қалыңдығы 0,35-0,30 мм болатын электротехникалық болаттарда гистерезис шығындар 25-35 %-ын, ал құйынды тоқ шығындары жалпы шығындардың 75-65%-ын құрайды. Тәжірибеде магниттік шығындарды бөлмей жалпы түрде анықтайды. Берілген жиілікте және шығын индукциясының бірқалыпты тарау жағдайында индукцияны болат массасының шығынына тәуелділігін кестеге енгізіп, меншікті шығын қисығын тұрғызады. DP=f(B) болаттың меншікті және жалпы шығындары индукция мен жиілік өзгерісімен анықталады.

Жазық магниттік жүйедегі стержень мен ярмолардағы магниттік индукция орауыш орамындағы есептелген кернеу және нақты қабылданған ярмо мен стержень қималары бойынша анықталады.

В_с=U_в /(4,44 ƒ П_с);

В_я=U_в /(4,44 ƒ П_я);

Трансформатордың бос жүріс шығыны таспалардан жиналған магниттік жүйенің құрылысы, әр бөлшектің болат массасы, осы әр бөлшектегі магнит индукциясы, болат қасиеті, таспалар қалыңдығы және дайындалу технологиясы арқылы анықталады.

Трансформатордың бос жүріс шығынын мына өрнектен есептеп алуға болады

Р_x = К_д (ΔР_сG_с +ΔР_яG_я),

мұндағы ΔР_с және ΔР_я ярмо немесе стержень болатының 1 кг-ындағы меншікті шығыны, бұл шығын болат маркасына, оның қалыңдығына байланысты, немесе В_с және В_я индукция мәндері бойынша 25-кестеден таңдалынып алынады. К_Д коэффициенті стержень диаметріне байланысты 1,05-1,07 аралығында болады.

25-кесте

DP Вт/кг	DP3 Вт/м2
В, Тл	3404,035 мм	3404,030 мм	3405,030 мм	Бір таспа	Екі таспа
1,30	0,785	0,755	0,715
1,32	0,814	0,779	0,739
1,34	0,843	0,803	0,763
1,36	0,872	0,827	0,787
1,38	0,901	0,851	0,811
1,40	0,930	0,875	0,835
1,42	0,964	0,906	0,860
1,44	0,998	0,937	0,869
1,46	1,032	0,968	0,916
1,48	1,066	0,999	0,943
1,50	1,100	1,030	0,970
1,52	1,134	1,070	1,004
1,54	1,168	1,110	1,038
1,56	1,207	1,150	1,074
1,58	1,251	1,190	1,112
1,60	1,295	1,230	1,150
1,62	1,353	1,278	1,194
1,64	1,411	1,326	1,238
1,66	1,472	1,380	1,288
1,68	1,536	1,440	1,344
1,70	1,600	1,500	1,400
1,72	1,672	1,560	1,460
1,74	1,744	1,620	1,520
1,76	1,824	1,692	1,588
1,78	1,912	1,776	1,664
1,80	2,000	1,860	1,740
1,82	2,090	1,950	1,815
1,84	2,180	2,040	1,890
1,86	2,270	2,130	1,970
1,88	2,360	2,220	2,060

Трансформатордың бос жүріс тоғын анықтау

Номиналды жиілік және номиналды синусоидалды кернеуде бірінші орауышта пайда болатын тоқ бос жүріс тоғы деп аталады.

Трансформатордың бос жүріс тоғын анықтау кезінде оның активті және реактивті құраушыларын есептеп алу керек.

Бос жүріс тоғының активті құраушысы, А

I_бж.a= P_x /(mU_ф),

мұндағы P_x – бос жүріс шығыны, Вт; U_ф – бірінші реттік орауыштың фазалық кернеуі, В.

Әдетте бос жүріс тоқтары және оның құраушыларының абсолютті мәндерін емес, сол тоқтардың трансформаторлардың номинал тоғына қатынасын есептеп, оларды пайыз есебімен көрсетеді.

Сонда активті құрайшы, %,

немесе i_оа = Р_х /(10S),

Трансформатордың магнит тізбегіндегі қуыстардың болуы бос жүріс тоғының реактивті құраушысын есептеуді күрделендіріледі. Себебі магниттік жүйе төрт бөліктен: ярмодан, стерженнен, магниттік жүйенің бұрыштары мен қуыстардан тұратын болғандықтан, осы әр бөліктің магниттелу қуатын жеке-жеке есептеп, оларды қосу арқылы ғана жалпы магниттелу қуатын ала аламыз.

Магниттік жүйедегі қуыстардың магниттелу қуаты шартты магниттелмейтін қуыстар, сол түйісу орнындағы болат ауданының қимасы, және әрбір болат маркасына бөлек есептелетін активті қима ауданының бірлігіне қатысты меншікті магниттелу қуаты q₃, В*А/м² арқылы анықталады.

Болатты тәжірибелік зерттеу кезіндегі 1 кг болатқа немесе 1 м.кв куыс ауданына қатысты магниттелу қуаты толық қуат немесе оның реактивті құраушысы ретінде анықталуы мүмкін. 26-кестеде 3404 және 3405 болат маркалары үшін толық меншікті магниттелу қуаттары көрсетілген.

26-кесте. Қалыңдықтары 0,35 және 0,30 мм болатын 3404,3405 маркалы болаттар үшін 50 Гц жиіліктегі және әртүрлі мәнді индукциялардағы болаттың меншікті магниттелу қуаттары.

В, Тл	Болат маркасы және қалыңдығы	q3, В*А/м2
3404, 0,35мм	3404, 0,30мм	3405, 0,35мм	3404, 0,30мм
1,30	0,900	0,870	0,860	0,850
1,32	0,932	0,904	0,892	0,880
1,34	0,964	0,938	0,924	0,910
1,36	0,996	0,972	0,956	0,940
1,38	1,028	1,006	0,988	0,970
1,40	1,060	1,040	1,020	1,000
1,42	1,114	1,089	1,065	1,041
1,44	1,168	1,139	1,110	1,082
1,46	1,222	1,188	1,156	1,123
1,48	1,276	1,238	1,210	1,161
1,50	1,330	1,289	1,246	1,205
1,52	1,408	1,360	1,311	1,263
1,54	1,486	1,431	1,376	1,321
1,56	1,575	1,511	1,447	1,383
1,58	1,675	1,600	1,524	1,449
1,60	1,775	1,688	1,602	1,526
1,62	1,958	1,850	1,748	1,645
1,64	2,131	2,012	1,894	1,775
1,66	2,556	2,289	2,123	1,956
1,68	3,028	2,681	2,435	2,188
1,70	3,400	3,073	2,747	2,420
1,72	4,480	4,013	3,547	3,080
1,74	5,560	4,953	4,347	3,740
1,76	7,180	6,364	5,551	4,736
1,78	9,340	8,247	7,161	6,068
1,80	11,500	10,130	8,770	7,400
1,82	20,240	17,670	15,110	12,540
1,84	28,980	25,210	21,450	17,680
1,86	37,720	32,750	27,790	22,820
1,88	46,460	40,290	34,130	27,960

Трансформатордың толық магниттелу қуатын, В*А, мына формула арқылы анықтаймыз:

Q_x = Q_x.c + Q_x.я + Q_x.з = q_cG_c + q_яG_я +∑n_қq_қП_қ,

мұндағы q_c мен q_я – индукция мәндері бойынша 26-кестеден алынған стержень мен ярмоның меншікті магниттелу қуаттары, В*А/кг; G_c пен G_я – стержень мен ярмоның болат массалары, кг; n_қ – магниттік жүйедегі магниттелмеген қуыстар саны; q_қ – меншікті магниттелу қуаты, В*А/м², стержень индукциясы бойынша магниттелмеген қуыстар үшін 26-кестеден алынады; П_қ – қуыс ауданы, яғни стержень немесе ярмоның активті қимасы,м².

Бос жүріс кезіндегі толық фазалық тоқ, А

I_x = Q_x/(mU_ф).

Бос жүріс тоғының номиналды тоққа қарағандағы салыстырмалы мәні, пайыз есебімен

i₀ = Q_x/10S.

Бос жүріс тоғының активті құраушысының фазалық мәні, А

I_x.а = Р_х/(mU_ф)

Ал салыстырмалы мәні

I_оа = Р_х/(10S).

Бос жүріс тоғының реактивті құраушысы, А

I_x.р =

Салыстырмалы мәні

i_op =

Бос жүріс тоғының анықталған мәні тапсырмада берілген мәнмен сәйкес келуі немесе 30%-ға ауытқуы мүмкін.

Магниттелу қуаттары арқылы біз трансформатордың барлық стержендері үшін орташа бос жүріс тоғын анықтаған болатынбыз. Симметриялы магниттік жүйелерде мысалы бірфазалы трансформаторларда, осы орташа мән әр стержень үшін нағыз бос жүріс тоғы мәнімен сәйкес келеді. Ал симметриялы емес магниттік жүйелерде ортаңғы стерженьдегі бос жүріс тоғы шеткі стерженьдерге қарағанда кішілеу болады. Бұл жағдайда трасформатордың бос жүріс тоғы ретінде ортаңғы фазадағы мәні алынады.

Меншікті жылулық жүктемені анықтау

Меншікті жылулық жүктеме

мұндағы S_суыт1, S_суыт2, S_суыт.с – сәйкесінше ЖК, ТК орауыштарының және болат өзекшесінің суытылатын беттері,

S_охл1 = 2К_закpД_ср1h_об;

S_охл2 = 2К_закpД_ср2h_об;

S_охл.с = m₁К_закpДl_ст + 2pД_аl_а,

мұндағы Д_а, Д_с – стержень мен ярмоның диаметрлері, м; l_я – ярмоның ұзындығы, l_я =2*С+ Д_с (С- стержень осьтерінің ара қашықтығы), l_с – стержень биіктігі; һ_ор- орауыш биіктігі, м; К_жаб»0,8 – жабу коэффициенті.

27-кесте.

Трансформатор бөлшектері	Рұқсат етілген меншікті жылу жүктемелері, Вт/м2
Ауамен суытылғанда	Маймен суытылғанда
Көпқабатты орауыштар		1000-1200
Бірқабатты орауыштар		1400-1600
Өзекше

Анықталған меншікті жылу жүктемелерінің мәні 27-кестеде көрсетілген мәндерден асып кетпеу керек.

Трансформатордың эксплуатациялық сипаттамаларын есептеу

1. трансформатор кедергілері орналасу сұлбасының параметрлерін мына кезекпен анықтайды. Алдымен қысқа тұйыкталу кезіндегі толық кедергіні және оның құраушыларын есептеп алу керек.

мұндағы U_кт.ф – қысқа тұйықталу кернеуінің фазалық мәні, В; I_1н –трансформатордың бірінші орауышындағы номиналды тоқ, А.

Бірінші және екінші реттік орауыштардағы кедергілер өзара шамамен тең деп алып, жалпы кедергі және оның құраушыларын екіге бөлеміз:

Бос жүріс кедергісін және оның құраушыларын мына қатынастар арқылы анықтаймыз:

мұндағы U_1ф – бірінші реттік орауыштағы фазалық кернеу;

– бір фаза үшін босжүріс шығыны.

Магниттелген контур кедергісі және оның құраушыларын

Z_m = Z₀ – Z₁; х_m = x₀ – x₁; r_m = r₀ –r₁.

Енді осы анықталған кедергілер мәнін пайдаланып, Т тәріздес кедергілердің орналасу сұлбасын салу керек.

2. Трансформатордың векторлық диаграммасы номиналды жүктеме кезінде белгілі тоқ cosj₂=0,8 үшін, екінші реттік кернеу және осылардың расындағы ығысу бұрышы үшін мына ретпен тұрғызылады.

Векторын вертикаль жүргіземіз.

мұндағы к –трансформация коэффициенті;

векторына j₂ = arc cos 0,8 бұрышы арқылы

тоқ векторын түсіреміз.

Е₂^’ = U₂^’ + I₂^’ч₂^’ + jI₂^’x₂^’ теңдеуі негізінде ЭҚК Е₂^’ векторын тұрғызамыз.

Е2’ Векторына перпендикуляр етіп кез-келген ұзындықта магнит ағыны векторын Ф_м жүргіземіз.

Ф_м векторына I_{бж а} және I_{бж р} векторларын түсіріп, бос жүріс тоғы векиорын I_бж аламыз_.

I₁ = I₀ – I₂^’ Теңдеуі негізінде бірінші реттік тоқ I₁ векторын саламыз.

U₁ = E₁ + I₁ч₁ + jI₁x₁ Теңдеуі негізінде бірінші реттік кернеу векторын U₁ тұрғызамыз. Мұндағы ( E₁ = Е₂^’)

3. Трансформатордың екінші реттік кернеуінің тоқ пен кернеу арасындағы ығысу бұрышына тәуелділігін мына өрнек арқылы анықтайды.

DU = b (U_каcosj₂ + U_кр sinj₂), (21)

мұндағы b - трансформатордың жүктелу деңгейі;

U_кта, U_ктр – қысқа тұйықталу кернеуінің активті және реактивті құраушылары, %.

DU=f(j₂) тәуелділігін ығысу бұрышының +90⁰-тан -90⁰-қа дейін әр 15 градуста өзгеруі үшін есептеп, табылған мәндерді 28-кестеге енгізу керек те осы мәндерді пайдаланып, екінші реттік кернеудің ығысу бұрышына тәуелділігін сипаттайтын график тұрғызу керек.

28-кесте

j2	град	+90	+60	+45	+30		-30	-45	-60	-90
DU	%

4. Жиілік,cosj₂ және тұрақты бірінші реттік кернеуі бойынша трансформатордың жүктеме деңгейінің екінші реттік кернеуіне тәуелділігін трансформатордың сыртқы сипаттамасы деп атаймыз.

Тапсырмада трансформатордың сыртқы сипаттамасын жүктеме деңгейінің қысқа тұйықталудан номиналға дейін (0-1,5), ал ығысу бұрышының cosj₂=1 немесе 0,6 болған кезінде j₂ > 0 и j₂ < 0 аралығында өзгеруі үшін есептеу керек. Ал екінші реттік кернеу, %

U2,%=100-DU,

мұндағы DU – (21) өрнектен анықталған екінші реттік кернеуінің өзгерісі.

Есептелген мәндерді 29-кестеге енгіземіз.

29-кесте. Трансформатордың сыртқы сипаттамасы

	b	cosb=1	cosb=1,j<0	cosb=1,j>0
	DU,%	U2,%	DU,%	U2,%	DU,%	U2,%
	0,2
	0,4
	0,8
	1,5

5. Трансформатор ПӘК-нің жүктеме деңгейінің тәуелділігі мына формула арқылы анықталады

мұндағы Р_х – бос жүріс шығыны; Р_к.т – номиналды тоқ кезіндегі трансформатордың қысқа тұйықталу шығыны; S_н –трансформатордың номиналды қуаты.

ПӘК- ін есептеуді трансформатордың жүктелу коэффициентінің 0-1,5 аралығында өзгеруі, ал ығысу

Бұрышының мәндері cosj₂=1 немесе 0,6 болған жағдайлар үшін 6-7 нүкте үшін бөлек қарастырамыз. ПӘК-і мына жүктеме деңгейінде максимал мәнге жетеді.

Есептелінген мәндер 30-кестеге енгізіліп, осы мәндер бойынша ПӘК-нің жүктемеге тәуелділігінің графигін саламыз.

30-кесте

№	b	ПӘК
cosj2=1	cosj2=0,6

Қолданылған әдебиеттер

1. Тихомиров П.М. Расчет трансформаторов. М.: Энергия, 1986. 528 с.

2. Липштейн Р.А., Шахнович М.И. Трансформаторное масло, М.: Энергоатомиздат, 1983. 296 с.

3. Петров Г.Н. Электрические машины, 4.1. М.: Энергия 1974 г. 240 с.

4. Худяков З.Н. Ремонт трансформаторов .М.: Высшая школа, 1986. 232 с.

5. Лейтес Л.В. Электромагнитные расчеты трансформаторов и реакторов. М.: Энергия. 1981, 392 с.

6. Васютинский С.Б. Вопросы теории и расчета трансформаторов Л.: Энергия, 1970, 432 с.

7. Иванов – Смоленский А.В Электрические машины. М.: Энергия, 1980. 928с.

8. Конов Ю.С., Хубларов Н.Н., Горщунов В.Ю. Расчет механической устойчивости обмоток мощных трансформаторов при коротких замыканиях.-Электрические станции, 1983, №2,с. 38-41.

9. Антонов М.В., Герасимова Л.С. Технология производства электрических машин. М.: Энергоиздат, 1982.512 с.

10. Пястолов А.А., Попков А.А., Большаков А.А., и др. Практикум по монтажу, экплуатации и ремонту электрооборудования, М.: Колос, 1976. 224 с.

Мазмұны бет

Курстық жұмысқа арналған тапсырма және трансформаторды

есептеу сұлбасы 3

Кіріспе 9

Трансформаторды құрастыруда қолданылатын негізгі

материалдар 11

25-630 кВ*А күштік трансформатордың магниттік жүйесінің

конструкциясы 19

Трансформатордың негізгі электрлік ұзындықтарын есептеу 23

Трансформатордың негізгі өлшемдерін анықтау 25

Төменгі кернеу(ТК) орауышын есептеу 34

Жоғары кернеу(ЖК) орауышын есептеу 39

Қысқа тұйықталу параметрлерін есептеу 42

Қысқа тұйықталу шығындарын анықтау 42

Қысқа тұйықталу кернеуін анықтау 44

Орауыштағы механикалық күшті және қысқа тұйықталу

кезіндегі орауыштың қызуын анықтау 45

Трансформатордың магниттік жүйесін анықтау 50

Трансформатордың бос жүріс шығынын анықтау 53

Трансформатордың бос жүріс тоғын анықтау 55

Трансформатордың эксплуатациялық сипаттамаларын есептеу 59

Қолданылған әдебиеттер 63

Мазмұны