Показатели конструктивной эффективности обмоток и возможности их повышения. Коэффициент заполнения окна магнитной системы.

Масса магнитной системы трансформатора заданной мощности и класса напряжения при заданных (постоянных значениях) электромагнитных нагрузок (Вс и J) определяется размерами «окна» (F,H). Эти размеры, в свою очередь, определяются суммарными размерами площади поперечного сечения проводников всех обмоток всех обмоток и изоляции в окне.

Эффективность использования площади окна МС (а, значит, и все её размеры при рассматриваемых условиях) характеризуются коэффициентом заполнения окна ( ).

Чем выше значения , тем эффективнее использование площади «окна» и меньше её размеры при прочих равных условиях. Для анализа возможностей повышения представим его в виде произведениякоэффициента заполнения площади окна площадью обмоток ( ) и коэффициента заполнения площади обмоток проводниковым материалом ( ):

(3.14)

По определению:

, (3.15)

где – высота обмоток в «окне» (рис 3.1);

l_о – суммарный размер изоляции обмоток от ярма;

l_q – суммарный размер изоляционных расстояний между обмотками поперек окна.

Зависимость представляет собой унимодальную непрерывную функцию (рис.3.2). Максимум этой функции (при В_с и j постоянных)

Рис 3.1. Суммарные размеры обмоток и главной изоляции в окне трансформатора

определяется из условия и обеспечивается при следующих соотношениях между размерами обмоток или окна:

или (3.16).

Из соотношений (3.15) и (3.16) следует, что величина может быть повышена при рассматриваемых условиях не только за счет уменьшения размеров главной изоляции, но и за счет обеспечения условия (3.16), т.е. оптимизации соотношения размеров площади обмоток в окне. Функция в области максимальных значений изменяется мало, поэтому

изменение отношения в пределах 15% от его значения при максимальном значении уменьшает этот коэффициент несущественно.

Рис. 3.2. Зависимость при различных размерах главной изоляции ( ).

В практике проектирования силовых трансформаторов уменьшение размеров главной изоляции ( и ) достигается применением более современных видов изоляционных материалов. Величина соотношения H/F, как будет показано далее, предопределяется значением реактивной составляющей напряжения короткого замыкания U_p.

Второй сомножитель в выражении (5.14) в общем виде может быть представлен формулой:

, (3.17)

где, - площадь сечения и число витков i-ой обмотки;

n – количество обмоток (концентров) в окне трансформатора;

k – количество фаз обмотки в окне трансформатора.

Коэффициент является средним для всего трансформатора и его анализ можно выполнить на основе любой (i-ой) обмотки (рис. 3.3), выразив этот коэффициент через размеры элементарных проводников. Для i-ой обмотки этот коэффициент (рис. 3.3):

Рис. 3.3. Элементы i-той обмотки трансформатора: a, b – осевой и радиальный размеры проводника, – размеры провода с учетом изоляции, – толщина изоляции проводника на две стороны, – высота радиального канала между катушками (витками) обмотки.

,(3.18) где , , - число витков в катушке; - число витков в i-ой обмотке; - число катушек в i-ой обмотке; - число горизонтальных каналов; Можно принять, что , тогда

. (3.19)

Из следует, что достигает максимального значения при соотношении размеров поперечного сечения провода

. (3.20)

Из (3.20) следует, что увеличение b_d и уменьшение t_в сдвигают максимум в область больших значений отношения , поэтому при применении лаковой изоляции проводников t_в = (0,1–0,05) мм целесообразно применение проводников из фольги.