2.5.-2.8.

Назад §§ 2.1.-2.4.
§ 2.5. Выбор конструкции и определение параметров магнитной системы
Магнитная система является одной из основных частей трансформатора и служит для
прохождения основного магнитного потока, создаваемого первичной обмоткой. Магнитная
система собирается из листов электротехнической стали.
В трансформаторостроении широко используются холоднокатаные стали марок 3404, 3405, 3406,
3407 с толщиной листа 0,28— 0,35 мм. Свойство анизотропии холоднокатаных сталей предъявляет
к конструкции магнитной системы особые требования.
Составными частями магнитной системы являются обычно стержни и ярма. На стержнях
располагаются обмотки трансформатора, а ярма соединяют стержни, замыкая магнитную цепь, и
не несут обмоток. Ярма могут соединять концы двух или нескольких стержней (торцевые ярма)
или оба конца одного и того же стержня (боковые ярма). По взаимному расположению стержней и
торцевых ярм магнитные системы могут быть плоского или пространственного исполнения (рис.
2.4). На рис. 2.5 представлена броневая конструкция магнитной системы, которая в отечественных
трансформаторах широкого распространения не получила.
После выбора конструкции магнитной системы рассчитывается диаметр (мм) описанной
окружности стержня магнитопровода
d c  554 S н / 3.
Рис. 2.4. Магнитные
плоская
(а) и пространственная
(б)
системы
Рис. 2.5. Броневая
магнитная система:
1 — стержень; 2 —
боковое ярмо; 3 —
обмотка; 4 — торцевое
ярмо
Полученное dc может быть округлено до ближайшего значения из нормализованного ряда: 140,
160, 180, 200, 220, 240, 260, 280, 300, 320, 340, 360, 380, 400, 420, 450.
В последнее время в практике проектирования с целью получения оптимальных параметров
трансформатора отступают от нормализованной шкалы диаметров, шаг которой весьма велик. В
этом случае рассчитанное значение dc округляется до целого, кратного 10 или даже о мм.
Рис. 2.6. Поперечное сечение
стержня магнитной системы и
обмотки
Поперечное сечение стержня обычно выполняется в виде ступенчатой фигуры, вписанной в
окружность с диаметром dc, что позво ляет обеспечить форму сечения обмотки в виде кольца (рис.
2.6) Такая конструкция обмоток уменьшает среднюю длину витка по сравнению с квадратной на
12%, увеличивает механическую прочность и снижает трудоемкость изготовления обмоток.
Значение ЭДС, наводимой в одном витке обмотки, прямо пропорционально активному сечению
стали S a (см2), которое равно
S a    d c2  k кр  k3 10 2 / 4,
где k кр - коэффициент заполнения площади круга площадью ступенчатой фигуры; k 3 коэффициент заполнения площади ступенчатой фигуры сталью, учитывающий толщину
изоляционного покрытия листов стали и неплотность запрессовки листов.
При предварительном выборе k кр необходимо учитывать, что при больших k кр диаметр стержня dc
при постоянном его сечении может быть меньше, что делает конструкцию более экономичной.
Увеличение k кр возможно за счет увеличения числа пакетов (числа ступеней) многоступенчатой
фигуры, но это приводит к увеличению трудоемкости изготовления магнитопроводов из-за
большой номенклатуры используемых пластин, обычно k кр = 0,8-7-0,93.
Пластины трансформаторной стали, используемые для сборки магнитопровода, должны быть
надежно изолированы для уменьшения потерь от вихревых токов. Для этого широко применяется
лаковая изоляция пластин, которая наносится в виде пленки с обеих сторон листа с последующим
запеканием при температуре 450—550°С (двусторонняя толщина пленки в этом случае около 0,01
мм).
Более тонким и поэтому более экономически эффективным является двустороннее жаростойкое
покрытие стали в виде керамических или оксидных пленок, наносимых на металлургическом
заводе после прокатки стали.
Значения коэффициента k3 для разных видов изоляции приведены в табл. 2.2.
Таблица 2.2
Вид изоляции
Коэффициент заполнения
толщина листов 0,35 толщина листов 0,28 мм
мм
Однократная лакировка
0,93—0,94
0,91—0,92
Двукратная лакировка
0,91—0,92
0,89—0,9
Жаростойкое покрытие
0,95—0,96
0,94—0,95
Жаростойкое
покрытие
и 0,93—0,94
0,91—0,92
однократная лакировка
Весьма важным при расчете трансформатора является правильный выбор индукции в стержне
магнитной системы Вс [7]. В современных силовых масляных трансформаторах напряжением 10—
35 кВ индукция обычно выбирается в интервале 1,54—1,68 Тл, Более низкие значения индукции
из этого интервала позволяют снизить потери и ток холостого хода, но приводят к увеличению
массы активных материалов (стали и металла обмоток); более высокие значения Вс позволяют
экономить материалы, но увеличивают потери. В лучших сталях (с меньшими удельными
потерями, но и более дорогими) уровень индукции выше. В табл. 2.3 приведены характеристики
современной холоднокатаной стали марки 3404 толщиной 0,35 мм.
Таблица 2.3
Индукция, Тл
Удельные
Полная
Потери
на Намагничиваю
потери, Вт/кг
намагничивающ единицу
щая мощность
2
ая
мощность, сечения, Вт/м
на
единицу
В-А/кг
сечения,
В-А/м2
1,40
0,930
1,060
500
9200
1,42
1,44
1,46
0,964
0,998
1,032
1,114
1,168
1,222
514
528
542
10120
11040
11960
1,48
1,066
1,276
556
12880
1,50
1,100
1,330
570
13800
1,52
1,134
1,408
585
14760
1,54
1,168
1,486
600
15720
1,56
1,207
1,575
615
16800
1,58
1,251
1,675
630
18000
1,60
1,295
1,775
645
19200
1,62
1,353
1,956
661
20480
1,64
1,411
2,131
677
21760
1,66
1,472
2,556
693
23160
1,68
1,536
3,028
709
24680
1,70
1,600
3,400
725
26200
При проектировании на базе ПДП—Т предварительно задаются индукцией с учетом выше
приведенных соображений, а затем рациональный уровень индукции уточняется в процессе
оптимизационного расчета.
После выбора индукции определяется число витков в обмотке НН, которое должно быть
округлено до целого значения:
W1'  U1ф /( 4,44  10 4 S a fBc' ).
Затем производится уточнение индукции, необходимость чего обусловлена округлением числа
витков обмотки НН (Тл):
Bc  U1ф /( 4,44  10 4 S a fW1 ).
Далее рассчитывается ЭДС витка (В)
E в  U 1ф / W1 , (2.1)
и число витков в обмотке ВН:
W2'  U 2ф / Eв ,
W2' max  W2' (1  0,01nст cст ), (2.2)

W2' min  W2' (1  0,01nст cст ), 
где nст и сст —число ступеней регулирования и процент регулирования напряжения в одной
ступени соответственно.
Полученные значения витков в обмотке ВН округляются до ближайших целых значений
W2 ,W2 max ,W2 min .
Выбор конструкции и определение параметров магнитной системы иллюстрирует фрагмент
диалога проектировщика с ЭВМ.
1.2. ВЫБОР КОНСТРУКЦИИ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ МАГНИТНОЙ СИСТЕМЫ УКАЖИТЕ ВИД
МАГНИТОПРОВОДА
- ПЛОСКИЙ СТЕРЖНЕВОЙ (1)
- ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ СТЕРЖНЕВОЙ (2)
- ПЛОСКИЙ БРОНЕЕОЙ (3)
§ 2.6. Определение геометрии обмоточной системы
Важнейшим параметром трансформатора является напряжение короткого замыкания u к , которое
является постоянной величиной для каждого трансформатора и зависит от геометрии
трансформатора и некоторых исходных данных. Напряжение короткого замыкания определяет
падение напряжения в трансформаторе, его внешнюю характеристику и ток короткого замыкания.
Оно учитывается также при выборе трансформатора для параллельной работы. При
проектировании трансформатора исходное значение u к регламентируется ГОСТом. В процессе
проектирования и производства трансформатора необходимо обеспечить такое значение
напряжения короткого замыкания, которое отличалось бы от заданного не более чем на ±10%. При
этом обычно половина этого допуска отводится на отклонение при проектировании, половина - на
отклонение при
— ПЛОСКИЙ БРОНЕСТЕРЖНЕВОЙ (4)
— ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ БРОНЕВОЙ (5)
?1
ДИАМЕТР СТЕРЖНЯ МАГНИТОПРОВОДА ВАШЕГО ТРАНСФОРМАТОРА
ДОЛЖЕН БЫТЬ ПРИМЕРНО РАВЕН 332.351 ММ
СРАВНИТЕ ЭТО ЗНАЧЕНИЕ С РЕКОМЕНДАЦИЯМИ /1/ ТАБЛ. 2.5
И ВВЕДИТЕ ОКОНЧАТЕЛЬНОЕ ЗНАЧЕНИЕ
D (ММ) - ? 340
ДЛЯ РАСЧЕТА АКТИВНОГО СЕЧЕНИЯ СТЕРЖНЯ НЕОБХОДИМО
ЗАДАТЬ КОЭФФИЦИЕНТЫ ЗАПОЛНЕНИЯ КРУГА И СТАЛИ
ВОСПОЛЬЗУЙТЕСЬ РЕКОМЕНДАЦИЯМИ /1/ ТАБЛ. 2.2 И ТАБЛ. 2.5
КОЭФФ. ЗАП. КРУГА =
?.86
КОЭФФ. ЗАП. СТАЛИ =
?.94
ВАМ ПРЕДСТОИТ ВЫБРАТЬ МАРКУ СТАЛИ И ЗАДАТЬ
ИНДУКЦИЮ В СТЕРЖНЕ МАГНИТОПРОВОДА
ВЕЛИЧИНА ИНДУКЦИИ В ЗНАЧИТЕЛЬНОЙ СТЕПЕНИ
ВЛИЯЕТ НА ПАРАМЕТРЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОЕКТИРУЕМОГО
ВАМИ ТРАНСФОРМАТОРА
ДЛЯ ПРАВИЛЬНОГО ВЫБОРА ЭТОГО ПАРАМЕТРА
ВОСПОЛЬЗУЙТЕСЬ РЕКОМЕНДАЦИЯМИ /1/ ТАБЛ. 2.4 В (ТЛ) - ? 1.65
ЧИСЛО ВИТКОВ В ОБМОТКЕ НН РАВНО 234.33
ОКРУГЛИТЕ ПОЛУЧЕННОЕ ЗНАЧЕНИЕ ДО ЦЕЛОГО W1 - ? 234
изготовлении трансформатора. Таким образом, расчетное u к должно соответствовать заданному с
точностью ±5%, что представляет достаточно сложную проектную задачу.
После задания u к необходимо ввести в ЭВМ основные изоляционные расстояния (рис. 2.7): а 01 между стержнем и обмоткой НН, мм; а012 - между обмотками НН и ВН, мм; а 22 - междуфазное,
мм; hв.к - от верхнего края обмотки до ярма, мм; hн.к - от нижнего края обмотки до ярма, мм.
Рис. 2.7. Схема окна
магнитопровода
Величина изоляционных расстояний определяется испытательными напряжениями, которые
прикладываются к испытуемой обмотке при проверке ее электрической прочности (табл. 2.4 и
2.5).
Таблица 2.4
Класс напряжения обмотки, кВ
3
6
10
15
20
35
Испытательное напряжение обмотки, кВ
18
25
35
45
55
85
Примечание. Обмотки трансформаторов с рабочим напряжением до 1кВ испытываются напряжением 5 кВ.
Ответственным этапом в проектировании трансформатора является выбор материала обмоток, в
качестве которого может применяться медный или алюминиевый обмоточный провод. Основные
физические свойства и цена обмоточных проводов (марок ПБ и АПБ) приведены в табл. 2.6.
Материал провода влияет на выбор плотности тока в обмотках, предварительное значение которой
необходимо задать для определения начальной геометрии обмоточной системы. Для
алюминиевых проводов плотность тока задается 1-2 А/мм2, для медных – 2-3,5 А/мм2. Причем в
подсистеме предусмотрена возможность проектирования трансформаторов с обмотками из разных
проводов, хотя традиционно в двухобмоточных трансформаторах этого класса для обеих обмоток
применяется одноименный провод.
Таблица 2.5
Мощность
Испытательное
Изоляционное расстояние, мм
трансформатора, кВ-А
напряжение, кВ
Обмотка НН
а 01
100—250
5
4
400—630
5
5
1000—2500
5
15
2500—6300
18, 25
17,5
6300 и выше
35
20
Обмотка ВН
hв.к hн.к
а12
а 22
100—630
18, 25, 35
9
8
30 '
1000—6300
18, 25, 35, 45
20
18
50
630 и выше
55
20
20
50
160—630
85
27
20
75
1000—10000
85
27
30
75
Примечание. Изоляционные расстояния Лв.к и hH.K определяются по испытательному напряжению обмотки
ВН и принимаются одинаковыми для обеих обмоток. Толщина изоляционных цилиндров между стержнем и
обмоткой НН, а также между обмотками обычно равна 3-4 мм.
Таблица 2.6
Удельное
Плотность,
Предел
Цена (средняя),
сопротивление, кг/м3
прочности
на руб/кг
2
разрыв,
МПа
Ом  мм / м ,
при  =75°С
Медь
0,0214
8900
240
1,32
Алюминий
0,0342
2720
80-90
1,15
Заданных параметров достаточно для определения внешней геометрии обмоточной системы, что
обеспечивается в итерационном цикле, состоящем из ряда рассматриваемых ниже этапов.
Назначение этого процесса состоит в определении основных геометрических размеров обмоток и
их предварительного внутреннего строения, при которых должны обеспечиваться следующие
условия: равновысокость обмоток; заданное напряжение короткого замыкания с точностью ±5%;
допускаемые тепловые состояния обмоток.
1. Устанавливаются начальные значения для ряда переменных величин. Считается, что обмотки
НН и ВН имеют конструктивное исполнение в виде многослойного (однослойного) концентра без
вертикальных каналов. Для запуска итерационного процесса принимается начальное значение
ширины обмотки НН, например а1 =40 мм. Затем это значение уточняется.
2. Рассчитывается сечение витков обмоток НН и ВН (мм2):
S1в  I 1ф /  1 ; S 21в  I 2ф /  2 ,
Металл
где  1 ,  2 - принятые плотности токов.
3. Определяется высота обмоток (мм):
H1  1,05  1,1S1вW1 /( a1  a2  bиз1 )  H1 ,
где W1 - число витков обмотки НН; a1 и H1 - суммарные величины вертикальных и
горизонтальных охлаждающих каналов в обмотке НН (для начального этапа принимаются
равными нулю) соответственно; bиз1 - толщина межслоевой изоляции; коэффициенты в числителе
учитывают толщину изоляции, неплотность намотки, усадку изоляции и т. д.
4. Определяется ширина обмотки ВН (мм):
а2  1,05  1,1S 2вW2 max /( H1  H 2 )  a2  bиз 2
где a2 и H 2 - суммарные величины вертикальных и горизонтальных охлаждающих каналов в
обмотке ВН (для начального этапа принимаются равными нулю) соответственно; bиз 2 - толщина
межслоевой изоляции.
Значения bиз1 и bиз 2 рассчитываются по эмпирическим формулам
bиз1  2  0,12(8W1 / H1  2) , bиз 2  4  0,12(7W2 max / H1  2) .
В том случае, если одно из значений bиз1 или bиз 2 получается отрицательным, принимается
bиз  0 .
5. Рассчитывается напряжение короткого замыкания (%):
Рис. 2.8. Схема вычислительного итерационного процесса
определения геометрии обмоточной системы
uк  I1фW1 fDср р  1,02 /( 40,5  103 Ев Н1 ),
где
f
- частота сети;
Dср  d c  2a 01  2a1  a12 - средний диаметр канала рассеяния,
мм;   (a1  a2 ) / 3  a12
ширина
приведенного
канала
рассеяния,
мм;  p  1  (a1  a 2  a12 ) /(H 1 ) - коэффициент Роговского; Ев - ЭДС витка; коэффициент 1,02
учитывает дополнительное рассеяние.
После определения напряжения короткого замыкания осуществляются его двусторонняя проверка
(рис. 2.8) и регулирование за счет изменения а1 . Количество итераций при этом не превышает 2-5.
6. Производится выбор типа обмотки НН.
Эта проектная операция может выполняться пользователем самостоятельно или автоматически. В
подсистеме предусмотрены расчет и раскладка следующих типов обмоток: НН - винтовая,
непрерывная и цилиндрическая; ВН - непрерывная и цилиндриче екая.
Винтовой тип обмотки применяется при больших значениях тока в обмотке и небольшом числе
витков, что имеет место при напряжении от 0,23 до 6,3 кВ. Наличие масляных каналов между
соседними витками обеспечивает необходимый тепловой режим обмотки этого типа.
Непрерывная обмотка может применяться в широком диапазоне мощностей и напряжений.
Однако при малом числе витком в обмотке НН (меньше 100-120) применение непрерывного типа
обмотки становится или неоправданным, или невозможным. Достоинством непрерывной обмотки
является высокая механическая прочность и удобство выполнения регулировочных ответвлений;
недостатком - повышенная сложность изготовления.
Цилиндрическая обмотка находит применение в качестве обмоток НН и ВН трансформаторов
мощностью до 10 000 кВ  А , классов напряжения 10 - 35 кВ. В производстве при намотке на
обмоточном станке цилиндрическая обмотка является самой простой и дешевой, но имеет
меньшую поверхность охлаждения по сравнению с другими типами обмоток.
Подробные рекомендации по выбору типов обмоток при проектировании трансформаторов
приводятся в учебном пособии [7].
На практике обычно обе обмотки трансформатора (НН и ВН) изготовляют или катушечными, к
которым относятся винтовой и непрерывный типы обмоток, или цилиндрическими.
(2.3)
Такой подход
применяется и в рассматриваемой подсистеме. После выбора типа обмотки НН рассчитывается
превышение ее температуры над воздухом. Если выбор типа обмотки производится
автоматически, то расчет, как отмечалось выше, начинается с наиболее технологичной
цилиндрической обмотки без вертикального охлаждающего канала. Для этого случая превышение
температуры обмотки НН (°С)
 1  1,54Q10,6 (ав1  а н1 ) 0,35 м0, 21  0,6,


где Q1  0,5Р1  10 3  1,3 / 3 (d c  2a01  a1 ) H 1  10 3 - тепловой поток обмотки НН;  м - превышение
температуры верхних слоев масла (принимается  м = 60°С); ав1 и а н1 - внутренний и наружный
вертикальные охлаждающие каналы (5 и 10 мм соответственно); коэффициент 1,3 учитывает
добавочные потери в обмотке и закрытие обмотки рейками; коэффициент 6 приближенно
учитывает перепад температур в изоляции обмотки и обеспечивает дополнительный запас
тепловой прочности; Р1  k1 12  3  3.14 (d c  2a01  a1 )W1 S1в  10 6 - основные потери короткого
замыкания, Вт.
Значения удельной плотности материала у и коэффициента k\ зависят от материала обмоточного
провода (табл. 2.6 и 2.7).
Таблица 2.7
Материал
k3
k5
k1
k2
k4
Медь
2,4
21
84
1,39
9,04
Алюминий
12,75
34,3
25,41
1,45
3,492
Затем рассчитывается превышение средней температуры обмотки над воздухом  1   м , где  м превышение температуры масла над воздухом, которое на этом этапе задается. Если  1   м >65°
(значение 65°С устанавливается по ГОСТ 11677—75), то необходимо изменить конструкцию
обмотки, введя Вертикальный или горизонтальные каналы. В первом случае тип обмотки не
изменяется, однако ее охлаждающая поверхность увеличивается вдвое. Расчетная формула в этом
случае имеет вид (2.3), но в ней основные потери короткого замыкания и ширина обмотки
уменьшаются в два раза.
Выбор горизонтальных охлаждающих каналов эквивалентен переходу к катушечному типу
обмотки. Суммарная высота горизонтальных каналов в этой обмотке принимается равной
Н1  Н1 / 3 , число катушек z 1  H1 / 15 (знаменатель представляет собой сумму средней высоты
провода и средней высоты прилегающего горизонтального канала), а число витков в катушке
1'  W1 / z1 . Если 1'  1, то считается, что обмотка непрерывная, в противном случае - винтовая.
Превышение температуры над маслом для катушечной обмотки (°С) будет
 1  1,502Q10,6 (a1 / hк1 ) 0, 25 aв10, 26 a н01, 21 м0,3 ,
Где Q1  1,5k 2 I 1ф 1W1 /2(a1  10) - тепловой поток обмотки; hк1 = 3 мм - минимальная высота
горизонтального охлаждающего канала; ав1 и а н1 принимаются соответственно 5 и 10 мм;
коэффициент 1,5 учитывает закрытие обмотки прокладками и добавочные потери в обмотке; k2 —
коэффициент, зависящий от материала обмотки (см. табл. 2.7); W1  1 для винтовой обмотки,
W1  INT (W1' )  1 для непрерывной обмотки (знаком INT обозначена целая часть).1
7. После проверки теплового состояния обмотки НН и обеспечения для нее допустимого
превышения температуры аналогичный процесс начинается для обмотки ВН. При этом для
цилиндрической обмотки без канала (°С)  2  1,54Q 0,6 (а в 2  а н 2 ) 0,35 м0, 21  6 , для катушечной
обмотки (°С)  2  1,509Q 0,6 (а 2 / hк 2 ) 0, 2 ав20, 47 м0,3 . Итерационный процесс по геометрическим
размерам обмоток и их конструктивным исполнениям заканчивается, когда превышения
температур будут иметь допустимые значения. При этом автоматически удовлетворяются условия
по напряжению короткого замыкания и равенству высот обмоток. В ряде случаев при большом
значении заданной плотности тока, когда обеспечение нормального теплового состояния обмотки
оказывается невозможным, выдается рекомендация об уменьшении плотности тока.
Определение геометрии обмоточной системы иллюстрирует фрагмент диалога.
1.3. определение геометрии обмоточной системы
Задайте напряжение к. з., на которое проектируете трансформатор в %
UK - ? 7.6
ЗАДАЙТЕ ГЛАВНЫЕ ИЗОЛЯЦИОННЫЕ РАССТОЯНИЯ:
А01 - ? 17.5
А12 - ? 27.5
А22 - ? 30
Н ВЕРХ = ? 105
Н НИЗ - ? 60
ЗАДАЙТЕ МАТЕРИАЛ ОБМОТКИ НН (МЕДЬ - 1, АЛЮМИНИЙ —2) -? 2
ЗАДАЙТЕ ПЛОТНОСТЬ ТОКА В ОБМОТКЕ НН DEL1 - ?. 1.81
ЗАДАЙТЕ МАТЕРИАЛ ОБМОТКИ ВН (МЕДЬ—1, АЛЮМИНИЙ-2) -? 2
ЗАДАЙТЕ ПЛОТНОСТЬ ТОКА В ОБМОТКЕ ВН DEL2 = 9 1.75
ЗАДЕРЖКА СВЯЗАНА С ПОДКЛЮЧЕНИЕМ МОДУЛЯ РАСЧЕТА
БУДЕТЕ ЗАДАВАТЬ ТИП ОБМОТКИ (ДА, НЕТ)
? ДА
ЗАДАЙТЕ ТИП ОБМОТКИ НН
ОТВЕТ —1, 2, 3. 1— НЕПРЕРЫВНАЯ, 2 - ВИНТОВАЯ, 3 — СЛОЕВАЯ
?3
ЗАДАЙТЕ ТИП ОБМОТКИ ВН
ОТВЕТ-1, 2, 3. 1—НЕПРЕРЫВНАЯ, 2 - ВИНТОВАЯ, 3 - СЛОЕВАЯ
?3
В РЕЗУЛЬТАТЕ РАСЧЕТА ПОЛУЧАЕМ
ПЕРЕГРЕВ ОБМОТКИ НН БОЛЬШЕ ДОПУСТИМОГО
ВВЕДИТЕ ШИРИНУ КАНАЛА - ? 10
ТАКАЯ КОНСТРУКЦИЯ ОБМОТКИ НН (СЛОЕВАЯ) ОБЕСПЕЧИВАЕТ НЕОБХОДИМЫЙ ОТВОД ТЕПЛА.
ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ОБМОТКИ ВН ТАКЖЕ НАЧНЕМ БЕЗ КАНАЛОВ
В РЕЗУЛЬТАТЕ РАСЧЕТА ПОЛУЧАЕМ
ПЕРЕГРЕВ ОБМОТКИ ВН БОЛЬШЕ ДОПУСТИМОГО
ВВЕДИТЕ ШИРИНУ КАНАЛА ? 10
ТАКАЯ КОНСТРУКЦИЯ ОБМОТКИ ВН (СЛОЕВАЯ)
ОБЕСПЕЧИВАЕТ НЕОБХОДИМЫЙ ОТВОД ТЕПЛА
INT — обозначается операция, приводящая к получению целого числа из результата арифметического выражения,
стоящего в скобках, путем отбрасывания дробной части.
2
ИТЕРАЦИОННЫЙ ПРОЦЕСС ПОЛУЧЕНИЯ ГЕОМЕТРИИ ОБМОТОК, УДОВЛЕТВОРЯЮЩИЙ ЗАДАННОМУ
UK, ДОПУСТИМЫМ ПЕРЕГРЕВ. И УСЛОВИЮ HI=Н2. ЗАКОНЧЕН
БУДЕТЕ ПЕЧАТАТЬ ФОРМУЛЯР (ДА, НЕТ)
? НЕТ
БУДЕТЕ ПРОВОДИТЬ ОПТИМИЗАЦИЮ ПЛОТНОСТИ ТОКА В ОБМОТКАХ? (ДА НЕТ)
? ДА
§ 2.7. Оптимизация основных параметров трансформатора
Одним из преимуществ автоматизированного проектирования различных объектов является
возможность оптимизации их параметров и характеристик. При современном промышленном
проектировании этому вопросу уделяется первостепенное внимание.
Рис. 2.9. Зависимость Знх от
Рис. 2.10. Схема оптимизации
варьируемых переменных
Так, при проектировании силового двухобмоточного трансформатора в условиях промышленной
САПР число варьируемых параметров составляет 7—9. Поиск сочетания этих параметров,
обеспечивающего оптимальное значение заданной целевой функции, ведется современными
методами нелинейного программирования.'
В рассматриваемой ПДП—Т с целью упрощения метода и повышения наглядности в качестве
варьируемых переменных взяты всего три основных параметра: Вс — индукция в стержне
магнитопровода; 1 —плотность тока в обмотке НН;  2 —плотность тока в обмотке ВН.
Целевой функцией являются народнохозяйственные затраты на трансформацию электроэнергии
Знх.
При построении оптимизационного процесса предполагается унимодальный1 характер
зависимостей
Знх  f1 ( 1 ) ; Знх  f 2 ( 2 ) ; Знх  f 3 ( 3 ) (рис. 2.9).
Алгоритм оптимизации строится на основе метода покоординатного спуска и заключается в
последовательном изменении каждой переменной. Для случая двух переменных суть метода
иллюстрирует рис. 2.10.
На первом этапе оптимизации при фиксированных значениях Вс и 1 изменяется плотность тока в
обмотке ВН  2 . Для этого задаются граничные значения  2 min и  2 max и шаг изменения  2 . На
экран дисплея выводится таблица, содержащая кроме  2 массу провода в каждой обмотке,
основные потери в этих обмотках, превышения температур обмоток НН и ВН над воздухом, а
также конструктивные типы обмоток. В последнем столбце таблицы выводятся
народнохозяйственные затраты Знх. В случае получения зависимостей Знх  f ( 2 ) вида а или б для
нахождения минимального значения Знх необходимо сместить интервал варьирования бг в
меньшую или большую сторону соответственно (рис. 2.11).
Рис. 2.11. Возможный вид
Рис. 2.21. Влияние ограничений на положение
экстремума
функции Знх  f ( 2 )
При выполнении оптимизационных расчетов следует обращать внимание на удовлетворение
ограничений по потерям короткого замыкания и холостого хода и превышению температур
обмоток над воздухом, которые не должны превосходить 65°С.
Здесь возможны два варианта: ограничения неактивны (не влияют на положение экстремума) и
активны (определяют положение экстремума). На рис. 2.12 в качестве примера показаны
неактивное (а) и активное (б) ограничения по превышению температуры обмотки ВН и
выбираемая для расчета плотность тока  2 *, которая во втором случае не соответствует
экстремуму функции Знх  f ( 2 ) и равна предельно допустимой  2 '.
Манипулируя диапазоном варьирования и шагом изменения переменной  2 в режиме диалога,
можно достаточно быстро получить корректный результат этапа оптимизации.
Затем изменяется 1 и описанная выше процедура повторяется. При обнаружении тенденции
уменьшения целевой функции изменение 1 продолжается аналогично первоначальному, в
противном случае следует или изменять 1 в противоположную сторону, или уменьшить шаг
изменения 1 Процедура поиска продолжается до нахождения 1 * при полученном ранее
значении  2 *. При оптимизации 1 также необходимо обращать внимание на удовлетворение
ограничений по превышению температуры обмотки НН  1   1доп и потерям короткого
замыкания Р1  Р2  Рк.доп .
На последнем этапе варьируется индукция в стержне Вс при найденных на первых двух этапах 1 *
и  2 *. Здесь также выдается таблица вариантов, которая кроме индукции и народнохозяйственных
затрат содержит такие параметры, как суммарная масса обмоток, суммарные основные потери в
обмотках, масса стали, потери холостого хода. Определение Вс* должно осуществляться с учетом
ограничений на потери холостого хода.
Оптимизационный процесс выполняется в несколько итераций (см. рис. 2.10) и является
сходящимся. Причем последующее варьирование  2 выполняется при 1 *и Вс*, найденных на
первой итерации, и т. д.
Следует иметь в виду, что и ограниченное число варьируемых переменных, и применяемая на
этом этапе проектирования упрощенная математическая модель трансформатора, и алгоритм
оптимизации не гарантируют высокой точности нахождения глобального экстремума целевой
функции. Однако на используемых технических средствах только такой подход позволяет
упрощенно решить задачу оптимизации достаточно сложного объекта, каким является силовой
трансформатор, и удовлетворить основные цели учебного проектирования.
По окончании оптимизации необходимо принять полученные параметры оптимального варианта
( 1 *,  2 *, Вс*) для использования в дальнейшем расчете трансформатора.
Расчетные формулы, применяемые на этом этапе, приведены ниже.
Масса неизолированного провода обмотки НН (кг)
m1  k 3 (d c  2a 01  a1 )W1 S1  10 6
где k 3 - коэффициент, зависящий от материала провода (см. табл. 2.7).
Основные потери в обмотке НН (Вт)
P1  k1 12 m1 .
Масса неизолированного провода обмотки ВН (кг)
m2  k 3 (d c  2a01  2a1  2a12  a 2 )W2 S 2  10 6.
Основные потери в обмотке ВН (Вт)
P2  k 2 22 m2 .
Масса магнитопровода (кг)
mм  3S a  ст ( H1  hв.к  hн.к  0,8d c )  4,2S a  ст (d c  2a01  2a1  2a12  2a2  a22 )  1,75S a  ст C,
где  ст - удельная плотность электротехнической стали; С - параметр, зависящий от диаметра
стержня: С=5 при dc  220 мм; С=10 при dc  450 мм; С=15 при dc  450 мм.
Потери холостого хода (Вт)
P0  1,08 1,15Py (m м  4,725  1,7 S a  ст C )  1.32S a ,


где Py - удельные потери в стали 3404, аппроксимированные зависимостями: при Bc  1,4999 Тл,
Py  2,714Bc  0,886  2,188Bc2  0,84Bc3 ,
Вт/кг;
Bc  1,4999 Тл
при
Py  28,438  46,671Bc  24,966B  4B , Вт/кг.
Народнохозяйственные затраты (руб/год)
2
c
3
c
32,7( Р1  Р2 )  143,3Р0 3
10 ,
0,064  0,12
где k 4 - коэффициент, зависящий от материала провода каждой обмотки (см. табл. 2.7); ц пр - цена
провода обмотки (см. табл. 2.6).
Оптимизацию основных параметров трансформатора иллюстрирует фрагмент диалога
проектировщика с ЭВМ.
'
З нх  1,01475m м  k 4 m1ц пр  k 4' m2 ц пр
 0,6(m1  m2  m м ) 
1.4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОЙ ГЕОМЕТРИИ ОБМОТОЧНОЙ СИСТЕМЫ ЗАДАЙТЕ ПАРАМЕТРЫ
ОПТИМИЗАЦИИ:
DEL1 =? 1,81
DEL2 MIN =? 1,5 DEL2 МАХ =? 1,7
ИНТЕРВАЛ =? 0,05
Таблица оптимизации плотности тока в обмотке ВН при плотности тока в обмотке НН=1.81
DEL2 Ml
М2
Р1
Р2
Т1
Т2
01 02 ЗАТРАТ
Ы
1.50
292,00 483,48 12197,10 13869,80 63,5
62,1 3
3
19810,0
1.55
1.60
1.65
1.70
292,35
292,35
292,35
292,35
468,06
452,36
437,68
423,92
12211,60
12211,60
12211,60
12211,60
14337,50
14765,10
15192,70
15620,30
63,7
63,7
63,7
63,7
62,5
62,8
63,1
63,3
3
3
3
3
3
3
3
3
19802,0
19823,1
19847,7
19875,4
БУДЕТЕ ВЫПОЛНЯТЬ ДРУГОЙ ВАРИАНТ ОПТИМИЗАЦИИ (ДА, НЕТ) ? НЕТ
БУДЕТЕ ПРОВОДИТЬ ОПТИМИЗАЦИЮ ИНДУКЦИИ В СТЕРЖНЕ
? ДА
ЗАДАЙТЕ ПАРАМЕТРЫ ОПТИМИЗАЦИИ
DEL1 =? 1, 81 DEL2 =? 1,55
B MIN =? 1,5 В МАХ=? 1,7
ИНТЕРВАЛ ИЗМЕНЕНИЯ ИНДУКЦИИ =? .02
БУДЕТЕ ВНОВЬ ОПТИМИЗИРОВАТЬ ПЛОТНОСТИ ТОКА
? НЕТ
ЗАДАЙТЕ ПАРАМЕТРЫ ОПТИМАЛЬНОГО ВАРИАНТА:
DEL1 =? 1,81
DEL2 =? 1,55
В =? 1,52
Индукция
Масса обм.
Таблица оптимизации индукции
DEL1=
1.81 DEL2=1.55
Потери
в Масса стали Потери XX
обм.
Затраты
1.50
1.52
1.54
1.56
1.58
1.60
1.62
1.64
1.66
1.68
1.70
828.34
819.28
808.64
800.06
789.94
773.87
764.43
756.90
747.89
740.73
781.80
28939.30
28619.00
28247.30
27944.20
27590.40
27303.00
27022.40
26692.90
26426.50
26111.89
25858.60
3732.14
3688.03
3665.60
3624.44
3603.44
3565.13
3528.68
3509.76
3475.66
3457.88
3425.94
8210.96
8325.92
8503.53
8684.39
8924.09
9164.01
9431.21
9751.53
10067.80
10434.60
10793.90
19442.5
19383.3
19395.2
19396.3
19463.3
19518.7
19600.1
19739.1
19865.9
20046.5
20213.5
§ 2.8. Расчет и раскладка обмоток
Требования, предъявляемые к обмоткам силовых трансформаторов, подробно рассмотрены в [25].
В силовых масляных трансформаторах класса 10-35 кВ применение находят винтовые и
непрерывные (катушечные), а также цилиндрические (слоевые) обмотки.
При проектном расчете трансформатора у проектировщика возникает большое количество
конструктивных альтернатив, обусловленных типами обмотки, вариантами раскладки в пределах
конкретного типа, материалом и маркой провода и т, д. Сказанное относится как к обмотке
низкого напряжения, так и высокого Напряжения (для рассматриваемого здесь двухобмоточного
трансформатора). Под раскладкой обмотки понимается такое конструктивное расположение
витков, выбор и расчет ее параметров, при которых обмотка оказывается надежной в
эксплуатации, технологичной при изготовлении и обеспечивается разумный компромисс между
стоимостью обмотки и потерями в ней при эксплуатации. Следует подчеркнуть, что удачная
конструкция обмоток во многом определяет совершенство всего трансформатора и оптимальность
его основных параметров.
Основными элементами обмотки являются витки, которые изолируются от остальных частей
трансформатора и друг от друга. В первом случае изоляция называется главной, во втором продольной (рис. 2.13). В состав продольной изоляции включается также изоляция между
элементами одного витка.
При рассмотрении обмотки трансформатора удобно использовать понятие катушки, под которой
понимают группу конструктивно объединенных и соединенных витков. Каждый виток может
состоять из двух или нескольких параллельных проводов, располагаемых по радиальному,
осевому направлениям или обоим направлениям одновременно (рис. 2.14). Параллельные провода
в радиальном направлении принято называть параллелями, а в осевом - ходами. Наиболее
распространенные соотношения между основными параметрами обмоток различных типов
приведены в табл. 2.8.
Рис. 2.13. Классификация изоляции трансформатора
Применение нескольких параллельных проводов вместо одного провода суммарного сечения
позволяет уменьшить добавочные потери от вихревых токов, вызываемых продольной и
поперечной составляющими поля рассеяния, а также облегчает намотку обмотки. Более того, при
больших токах в обмотке обеспечить ее изготовление одним проводом стандартного сечения
практически I невозможно.
Таблица 2.8
Тип обмотки
Число
Число
Число
Число
Наличие Наличие
катушек витков в ходов в паралле горизон вертика
катушке витке
лей
в тальных льных
витке
каналов каналов
между
катушка
ми
Винтовая
W
1
1-4
2-30
Есть
Нет
Непрерывная
40-120
2-20
1
1-8
»
»
Цилиндрическая
1-2
W/2-W
1-4
1-4
Нет
0-1
Примечание. W - полное число витков в обмотке; при наличии в цилиндрической обмотке вертикального канала
считается, что она состоит из двух концентрических катушек (концентров).
При раскладке обмотки необходимо учитывать следующие рекомендации: количество
параллельных проводов следует выбирать таким образом, чтобы сечение одного провода
находилось в диапазоне 20-50 мм2; более целесообразен выбор четного числа ходов и параллелей;
при большом числе параллельных проводов появляются трудности, связанные с технологией
намотки обмотки; для уменьшения добавочных потерь в обмотке от циркулирующих токов
параллельные провода необходимо транспонировать (перекладывать) .
Появление циркулирующих токов в многопараллельной обмотке объясняется неодинаковыми
активными и индуктивными сопротивлениями параллелей витка: параллель с большим средним
диаметром имеет и большее активное сопротивление; индуктивное сопротивление ее также будет
больше из-за того, что она располагается в области большего поля рассеяния. Учитывая эти
соображения, можно сделать вывод, что более технологичным является виток с п числом ходов,
чем эквивалентный виток с тем же числом параллелей, поскольку в этом случае транспозиции не
требуются. Последнее обстоятельство практически используется при изготовлении
цилиндрических обмоток.
Рис. 2.14. Строение витка обмотки:
а - из одной параллели; б - из двух параллелей; в - из двух
ходов и трех параллелей
В качестве материала обмоточного провода в трансформаторах класса 10-35 кВ до некоторого
времени использовалась медь. Затем с целью экономии меди обмотки этих трансформаторов стали
наматываться из алюминиевого провода. После успешного решения ряда технологических
вопросов, связанных с изготовлением алюминиевых обмоток, оказалось, что эти трансформаторы
практически не уступают «медным».
Возможности, заложенные в подсистему учебного проектирования, обеспечивают расчеты
трансформаторов, как с алюминиевыми, так и медными обмотками, а также с сочетаниями этих
материалов. При этом особенно перспективным представляется сочетание (НН) медь- (ВН)
алюминий, что подтверждается теоретическими соображениями. Анализ этих и подобных
вариантов может быть темой исследовательской части учебного проектирования.
Рис. 2.15.
Однослойная
двухходовая
цилиндрическая
обмотка
Суть расчета и раскладки обмоток в ПДП-Т состоит в том, что в определенные на предыдущем
этапе оптимальные размеры обмотки должна быть вписана реальная конструкция с вполне
определенными конструктивными параметрами (размерами проводов, числом параллелей и т. д.).
При этом поиске конечного варианта раскладки среди многообразия альтернатив необходимо
решить две задачи: обеспечение минимального отклонения конечного варианта от оптимальных
значений параметров, определенных раньше (плотность тока, размеры и т. д.); выбор при
удовлетворении первого условия такого варианта раскладки, который являлся бы оптимальным по
некоторому частному критерию, используемому на этом этапе; в качестве такого критерия
наиболее целесообразно здесь использовать добавочные потери в обмотке. I;
Расчет цилиндрических обмоток. Цилиндрическая обмотка представляет собой катушку,
наматываемую послойно из обморочного провода прямоугольного (круглого) сечения (рис. 2.15).
При намотке каждый виток слоя укладывают вдоль оси обмотки вплотную к предыдущему витку
[25]. Параллельные провода цилиндрической обмотки целесообразнее располагать в осевом
направлении, так как в этом случае отпадает необходимость в транспонировании проводов.
Различают однослойную и многослойную цилиндрические обмотки. В последнем случае между
слоями прокладывается изоляция из листов кабельной бумаги (табл. 2.9) или равномерно по
окружности обмоток кладутся рейки, образующие вертикальный охлаждающий канал.
Цилиндрические обмотки находят широкое применение в трансформаторах мощностью до 10 000
кВ-А, и это объясняется их простотой и технологичностью изготовления; высоким
коэффициентом заполнения активным материалом окна магнитопровода, что обеспечивается
компактностью обмотки; малой вероятностью замыканий между слоями и витками; невысокими
напряжениями между элементами обмотки при импульсных воздействиях.
Одним из достоинств этого типа обмоток является универсальность- они могут применяться в
качестве обмоток НН и ВН, а также отдельных регулировочных концентров в широких диапазонах
мощностей и напряжений.
Рис. 2.16. Схема алгоритма раскладки цилиндрической
обмотки
Таблица 2.9
Суммарное
Число
слоев Суммарное
Число
слоев
напряжение
двух кабельной
бумаги напряжение
двух кабельной бумаги
слоев обмотки, В
при толщине 0,12 мм слоев обмотки, В
при толщине 11,12
мм
До 1000
2
3501—4000
6
1001—2000
3
4001—4500
7
2001—3000
4
Свыше 4500
8
3001—3500
5
Распространение этого типа обмоток на большие мощности сдерживается их недостаточной
механической прочностью.
Расчет цилиндрических обмоток начинается с ввода в ЭВМ следующей дополнительной
информации2: толщина изоляции про-/ вода на две стороны; число реек; толщина междуслойной
изоляции (табл. 2.9).
Толщина изоляции провода во всех типах обмоток (НН и ВН) и всех катушках одной обмотки в
трансформаторах данного класса обычно одинакова и равна 0,55 мм (иногда 0,45 мм). Марки
провода - АПБ (алюминиевый) или ПБ (медный).
Здесь и далее предполагается, что результаты, полученные на предыдущих этапах проектирования, передаются
автоматически (при сквозном проектировании) или вводятся с перфоленты.
2
Число реек по окружности обмоток для трансформаторов мощностью до 630 кВ  А выбирают из
условий удобства намотки, для более мощных трансформаторов - из условий механической
прочности обмотки. Ориентировочно можно задавать в трансформаторах мощностью до 630 кВ-А
6-8 реек; мощностью до 1600 кВ  А - 8 -12 реек и мощностью свыше 1600 кВ  А -12-16 реек [7].
Принцип раскладки обмотки состоит в том, что сначала автоматически определяется
удовлетворительный по конструктивным и технологическим соображениям вариант раскладки
(рис. 2.16). При этом используются следующие математические соотношения3.
1. Начальное число параллелей и ходов п=1, х=1.
2. Высота провода (мм)
'
bпр
 H ' N /(Wx)   из ,
где Н’ - высота обмотки, рассчитанная на предыдущем этапе; W - полное число витков в обмотке;
 из - двусторонняя толщина изоляции провода; N - число слоев, предварительно равное 1 или 2.
3. Ширина провода (мм)
'
aпр
 1 /( Nn) a '  bк N к  bиз ( N  N к  1)   из ,




где а ' - ширина обмотки, рассчитанная на предыдущем этапе; bк - ширина вертикального
охлаждающего канала; N к - число вертикальных охлаждающих каналов (0 или 1); bиз - толщина
междуслойной изоляции.
'
'
Полученные размеры bпр
и a пр
должны быть округлены до стандартных значений bпр и а пр [7].
'
'
При этом следует стремиться к минимальным отклонениям от рассчитанных значений bпр
и a пр
.
2
4. Сечение провода (мм )
S  0,98a пр bпр . (2.4)
5. Сечение витка (мм2)
S в  Snx. (2.5)
2
6. Плотность тока (А/мм )
  I ф / S в (2.6)
где I ф - фазный ток по (2.3), (2.4).
Здесь проверяется отклонение полученной плотности от оптимального значения, найденного на
предыдущем этапе.
7. Уточненные значения высоты и ширины обмотки (мм)
H  (W / N )(bпр   из ) х,
a  Nn(aпр   из )  N к bк  ( N  N к  1)bиз .
8. Средний диаметр обмоток НН и ВН соответственно (мм)
Dср1  d c  2a01  a1 ; (2.7)
Dср 2  d c  2(a01  a1  a12 )  a 2 . (2.8)
9. Длина провода обмотки (м)
L  3,142DсрWxn  10 3 (2.9)
где W - для обмотки ВН максимальное число витков.
10. Активное сопротивление обмотки (Ом)
r  L /( S в nx), (2.10)
где  - удельное сопротивление материала обмотки (см. табл. 2.6).
11. Масса неизолированного (голого) провода (кг)
M Г  3LS в 10 3 /( nx), (2.11)
где  - плотность материала (см. табл. 2.6).
3
Схема расчета, если это специально не оговорено, одинакова как для обмотки НН, так и ВН. Поэтому индексы здесь
не ставятся.
12. Основные потери в обмотках НН и ВН соответственно (В)
P1  3I12ф r1 , (2.12)
P1  3I 22ф r2 (W2 / W2 max ). (2.13)
13. Добавочные потери в обмотке (%)
Рис. 2.17. Расположение
цилиндрических обмоток в
окне магнитопровода:
1 — магнитопровод; 2 — бумажнобакелитовый цилиндр обмотки НН; 3 —
прессующее кольцо;
4 — шайбы из электрокартона;
5 — обмотка. НН (трехслойная);
6 — внутренний концентр обмотки ВН
(четырехслойный); 7 — наружный
концентр обмотки
ВН (шестислойный
'
Pдоп
 (k5 / 3)(aпр /  ) 2 B 2 ( f / 50) 2  10 6 , (2.14)
где k 5 - коэффициент, зависящий от материала провода (см. табл. 2.7); B  1,28(  р I 1фW1 / H 1 ) продольная составляющая поля рассеяния;  р - коэффициент Роговского (здесь принято  р =0,96);
f - частота сети; W1 - число витков первичной обмотки.
14. Добавочные потери в обмотке (Вт)
'
Pдоп  0,01РРдоп
(2.15)
Основные параметры рассчитанного варианта обмотки выводятся на экран дисплея в виде
таблицы для анализа, а затем ЭВМ предлагает рассчитать новый вариант с измененными
параметрами обмотки: слоями, ходами или параллелями. Обычно число слоев: 1-6 для обмотки
НН, 4-16 для обмотки ВН; число ходов и параллелей в цилиндрической обмотке НН приведено в
табл. 2.8, а для цилиндрической обмотки ВН равно единице.
Получая таким образом несколько вариантов раскладки и сопоставляя их между собой,
пользователь имеет возможность последовательно выйти на лучший вариант с точки зрения
уровня добавочных потерь, общего числа параллельных проводов и т. д.
По аналогичной схеме выполняется расчет обмотки ВН. На рис. 2.17 показано расположение
цилиндрических обмоток в окне магнитопровода. Фрагмент диалога при раскладке
цилиндрической обмотки НН приведен ниже.
ЭТАП 2
РАСЧЕТ И РАСКЛАДКА ОБМОТОК
ВВЕДИТЕ ТОЛЩИНУ ИЗОЛЯЦИИ ПРОВОДА ОБМОТКИ НН (НА ДВЕ СТОРОНЫ)
? 55
ВВЕДИТЕ ТОЛЩИНУ ИЗОЛЯЦИИ ПРОВОДА ОБМОТКИ ВН
(НА ДВЕ СТОРОНЫ)
? 55
ВВЕДИТЕ КОЛИЧЕСТВО РЕЕК
? 12
2 1.1. РАСЧЕТ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ОБМОТКИ НН
ВВЕДИТЕ ТОЛЩИНУ МЕЖДУСЛОЙНОЙ
ИЗОЛЯЦИИ ОБМОТКИ НН
? .5
ОКРУГЛИТЕ ВЫСОТУ И ШИРИНУ ПРОВОДА
ДО ТАБЛИЧНЫХ ЗНАЧЕНИЙ
ПРИ РАСЧЕТЕ ШИРИНА ПРОВОДА = 3.6375
ВВЕДИТЕ ОКРУГЛЕННОЕ ЗНАЧЕНИЕ
? 3. 75
ПРИ РАСЧЕТЕ ВЫСОТА ПРОВОДА = 7.51282
ВВЕДИТЕ ОКРУГЛЕННОЕ ЗНАЧЕНИЕ
? 7.1
ПЛОТНОСТЬ ТОКА ОБМОТКИ НН ОТЛИЧАЕТСЯ ОТ РАССЧИТАННОЙ В ПРЕДЫДУЩЕМ ЭТАПЕ НА 6
07629% БУДЕТЕ ИЗМЕНЯТЬ РАЗМЕРЫ ? ДА
ОКРУГЛИТЕ ВЫСОТУ И ШИРИНУ ПРОВОДА ДО ТАБЛИЧНЫХ ЗНАЧЕНИИ
ПРИ РАСЧЕТЕ ШИРИНА ПРОВОДА - 3.6375
ВВЕДИТЕ ОКРУГЛЕННОЕ ЗНАЧЕНИЕ ? 3.75
ПРИ РАСЧЕТЕ ВЫСОТА ПРОВОДА - 7.51282
ВВЕДИТЕ ОКРУГЛЕННОЕ ЗНАЧЕНИЕ ? 7.5
ПЛОТНОСТЬ ТОКА ОБМОТКИ НН ОТЛИЧАЕТСЯ ОТ РАССЧИТАННОЙ В ПРЕДЫДУЩЕМ ЭТАПЕ НА
1.87944%. БУДЕТЕ ИЗМЕНЯТЬ РАЗМЕРЫ? НЕТ
Параметр
Слои
Ходы
Параллели
ВхА
Плотность тока
Высота
Ширина
Масса
Потери основ.
Потери добав.
Таблица сравнения вариантов обмотки НН
1
2
3
4
2
I
4
7.5  3 75
1.77598
1085 85
44 8
325.786
12920 1
492.738
0
0
0
0 0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0 0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0 0
0
0
0
0
0
0
5
о
0
0
0 0
0
0
0,
0
0
0
БУДЕТЕ РАССЧИТЫВАТЬ СЛЕДУЮЩИЙ ВАРИАНТ ? НЕТ
КАКОЙ ВАРИАНТ ВЫБИРАЕТЕ
?1
Расчет винтовых обмоток. Винтовая обмотка состоит из ряда витков, наматываемых по винтовой
линии. При этом между витками с помощью изолирующих прокладок образуются охлаждающие
масляные каналы. Каждый виток имеет несколько одинаковых параллельных прямоугольных
проводов, которые располагаются как в осевом (от 1 до 4), так и радиальном (от 4 до 30)
направлениях. В зависимости от числа параллельных проводов в осевом направлении винтовая
обмотка называется одно-, двух-, трех- или четырехходовой (рис. 2.18). Между ходами, как и
между витками, имеются охлаждающие масляные каналы той же величины.
Рис. 2.18. Винтовая обмотка:
а — одноходовая с четырьмя
параллелями; б — двухходовая с
четырьмя параллелями в каждом ходе
Поскольку параллели винтовой обмотки, расположенные в радиальном направлении, находятся на
разном расстоянии от ее оси, они имеют неодинаковые активные и индуктивные сопротивления,
что вызывает неравномерное распределение тока между ними и соответственно дополнительные
потери. Для устранения этого явления многопараллельные обмотки обязательно следует
выполнять с транспозицией, под которой понимают перекладку параллелей витка во время
намотки. Более подробно этот вопрос рассматривается в § 2.9.
Винтовая обмотка применяется в качестве обмотки НН в тех случаях, когда число витков в этих
обмотках невелико, а токи большие. Достоинствами обмотки этого типа являются высокая
1еханическая прочность и развитая охлаждающая поверхность. Недостатки - трудоемкость
намотки при большом числе параллелей и более низкий, чем у цилиндрической обмотки,
коэффициент заполнения окна магнитопровода.
Расчет винтовой обмотки начинается с ввода в ЭВМ в режиме диалога информации о толщине
изоляции провода на две стороны и числе прокладок по окружности обмотки. Рекомендации по
первому параметру для этой обмотки те же, что и для цилиндрической обмотки. Число прокладок
зависит от мощности трансформатора и выбирается так же, как число реек цилиндрической
обмотки.
Цель расчета обмотки - получение в диалоговом режиме конструктивно реализуемого варианта
(рис. 2.19), ориентируясь на который пользователь имеет возможность далее выполнить
оптимальную раскладку, манипулируя такими параметрами, как число ходов и параллелей. Расчет
основан на следующих математических выражениях.
1. Полное число параллельных проводов4 n1'  INT ( S в / 40) , где 40 - среднее сечение одного
провода (предварительное).
2. Число параллелей
n1  INT (n1' / x1 )  0,5 ,
где x1 - число ходов, первоначально равное единице.
3. Ширина провода (мм)
'
'
aпр
1  (a1 / 1,03n1 )   из1 .
4. Высота провода (мм)
'
'
bпр
1  ( H1  0,9H1 ) /(W1 x1  1)   из




'
'
Полученные размеры а пр
1 и bпр1 должны быть округлены до стандартных значений а пр1 и bпр1 .
5. Уточненные значения ширины и высоты обмотки (мм)
a1  1,03(aпр1   из1 )n1 ; H  (W1 x1  1)(bпр1   из1 )  0,9H1 .
Остальные расчетные формулы имеют вид (2.4) - (2.6) и (2.7) - (2.15). Выполняя несколько
вариантов обмотки, пользователь должен получить оптимальную раскладку, незначительно
4
Индекс 1 означает, что расчет выполняется только для обмотки НН
отклоняясь при этом от первоначальных геометрических размеров и плотности тока, полученных
на предыдущем этапе. Этот процесс иллюстрирует фрагмент диалога.
2 12. РАСЧЕТ ВИНТОВОЙ ОБМОТКИ НН
ПРИ РАСЧЕТЕ ПОЛУЧЕНЫ СЛЕДУЮЩИЕ РАЗМЕРЫ ПРОВОДА:
А= 4.43703 В= 8.5412
ОКРУГЛИТЕ ЗНАЧЕНИЯ ДО ТАБЛИЧНЫХ И ВВЕДИТЕ ОКРУГЛЕННЫЕ ЗНАЧЕНИЯ
А- ? 4.5
В - ? 8.5
Рис. 2.19. Схема алгоритма раскладки винтовой обмотки
Таблица сравнения вариантов обмотки НН
Параметр
1
2
3
4
5
Слои
0
0
0
0
0
Ходы
Параллели
Катушки
ВХА
Плотность тока
Высота
Ширина
Масса
Потери основ.
Потери добав.
1
6
0
8.5  4.5
1.90239
2890.4
30.591
541.413
24636.9
526.015
0
0
0
0 0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0 0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0 0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0 0
0
0
0
0
0
0
БУДЕТЕ РАССЧИТЫВАТЬ СЛЕДУЮЩИЙ ВАРИАНТ ? НЕТ КАКОЙ ВАРИАНТ ВЫБИРАЕТЕ ? 1
2.1.3. ВЫБОР КАНАЛОВ
ВВЕДИТЕ ЧИСЛО РАЗНОВИДНОСТЕЙ КАНАЛОВ К = ? 2
СУММАРНАЯ ВЫСОТА КАНАЛОВ = 842.726
ОРИЕНТИРОВОЧНОЕ ЧИСЛО КАНАЛОВ = 233
ВВЕДИТЕ ВЫСОТУ МЕНЬШЕГО КАНАЛА Н = ? 3
ВВЕДИТЕ КОЛИЧЕСТВО ДАННЫХ КАНАЛОВ = ? 199
ВВЕДИТЕ ВЫСОТУ СЛЕДУЮЩЕГО КАНАЛА Н = ? 6
ВВЕДИТЕ КОЛИЧЕСТВО ЭТИХ КАНАЛОВ = ? 34
2.1.4. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ КАНАЛОВ ВДОЛЬ ОБМОТКИ
РАСПОЛОЖИТЕ КАНАЛЫ СИММЕТРИЧНО ВДОЛЬ ВЫСОТЫ ОБМОТКИ
НА ТОРЦАХ ОБМОТКИ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЕЕ КАНАЛЫ БОЛЬШЕЙ ВЫСОТЫ
ВВЕДИТЕ ВЫСОТУ КАНАЛОВ НА ТОРЦАХ ? 6
ЗАДАЙТЕ КОЛИЧЕСТВО ЭТИХ КАНАЛОВ (ДЛЯ ОДНОГО ТОРЦА) ? 17
ВВЕДИТЕ ВЫСОТУ СЛЕДУЮЩИХ КАНАЛОВ ? 3
ЗАДАЙТЕ КОЛИЧЕСТВО ЭТЗДХ КАНАЛОВ ? 199
ВВЕДИТЕ ВЫСОТУ СЛЕДУЮЩИХ КАНАЛОВ ? 6
ЗАДАЙТЕ КОЛИЧЕСТВО ЭТИХ КАНАЛОВ ? 17
Номер
группы
Число
каналов
Высота
каналов
1
2
3
17
199
17
6
3
6
ВАС УДОВЛЕТВОРЯЕТ ДАННАЯ РАСКЛАДКА ? ДА
КОЭФ. ПРЕССОВКИ = 7.72797
БУДЕТЕ РАСПЕЧАТЫВАТЬ ЭТУ ТАБЛИЦУ ? НЕТ
ТОГДА ЗАПОМНИТЕ ИЛИ ЗАПИШИТЕ ЧИСЛО ГРУПП ОНО ПОТРЕБУЕТСЯ ДЛЯ ТЕПЛОВОГО РАСЧЕТА
Рис. 2.21. Транспозиция в
непрерывных обмотках
Рис. 2.20. Непрерывная обмотка: 1 —
рейка; 2 — прокладка; 3 — витки; 4 —
катушка
Рис. 2.22. Распределение витков в
катушке непрерывной!
6
обмотки с числом витков 2
8
Расчет непрерывных обмоток. Свое название эти обмотки получили от способа намотки без
разрывов, когда переход из одной катушки в другую производится непрерывно, без паек [25]. Если
в винтовой обмотке каждая катушка5 всегда имеет один виток, то в непрерывной число витков в
катушке находится в диапазоне 2-20.
Непрерывность намотки здесь достигается тем, что половина катушек после намотки
перекладывается (перематывается), с тем, чтобы один переход из катушки в катушку был снаружи
обмотки, а второй - внутри.
Непрерывная обмотка состоит из четного числа катушек (см. табл. 2.8), между которыми
располагаются охлаждающие горизонтальные каналы (рис. 2.20). В катушке витки наматываются
друг на друга плашмя; внутренний виток наматывается на рейки, образующие вертикальный канал
вдоль внутренней поверхности обмотки. На рейках закрепляются прокладки, при помощи которых
образуются горизонтальные каналы.
Параллельные провода в непрерывной обмотке могут располагаться только в радиальном
направлении, причем их количество значительно меньше, чем в винтовой обмотке (от 1 до 8). При
нескольких параллелях для выравнивания их сопротивлений параллельные провода меняют
местами (транспонируют) при переходе из катушки в катушку (рис. 2.21).
Для того чтобы при таких переходах не получилось местного увеличения радиального размера
катушки на толщину одного витка, число витков в катушке обычно делают дробным (за
исключением специальных регулировочных катушек). При определении дробности (недохода)
витка в знаменателе обычно указывается полное число прокладок по окружности обмоток, а в
числителе - дробная часть последнего витка. Дело в том, что при изготовлении обмотки на станке
сначала наматывают полные витки, а потом отсчитывают заданное количество промежутков
между прокладками, после чего делают переход в другую катушку (рис. 2.22). Важно иметь в
виду, что радиальный размер обмотки всегда определяют по числу витков, округленных до целого
5
7
в большую сторону. Следовательно, обмотки с числами витков 2 и 2 имеют одинаковый
8
8
радиальный размер, хотя заполнение окна во втором случае будет несколько выше. Дробную часть
витка, меньшую половины окружности, избегают делать, так как это приводит к уменьшению
коэффициента заполнения обмотки, а следовательно, снижает экономические показатели
трансформатора.
Преимущества непрерывной обмотки те же, что и у винтовой. К этому следует добавить, что
непрерывная обмотка является более универсальной, поскольку она применяется и как обмотка
5
Понятие катушки для винтовой обмотки здесь используется условно при этом катушкой называется один виток
спирали.
НН, и как ВН; обеспечивает регулировку напряжения; служит конструктивной основой для
образования других типов обмоток (переплетенной, дисковой) и т.д.
Заметным недостатком непрерывной обмотки является трудоемкость ее намотки, обусловленная
необходимостью перекладки витков в половине катушек. В ряде случаев при большом числе
витков в катушке непрерывную обмотку выполняют без перекладки витков, используя для
соединения катушек пайку, что также усложняет технологический процесс намотки.
Расчет непрерывной обмотки начинается с ввода в ЭВМ в режиме диалога ряда параметров:
толщины двусторонней изоляции провода; числа прокладок (см. расчет цилиндрической обмотки);
величины допустимого недохода витка в катушке6.
Последний параметр определяет минимально допустимую величину дробной части витка в
катушке и находится в диапазоне 0,5—0,8
Если, например, задать максимально допустимый недоход 0,5 витка, то это приведет к тому, что
все варианты, у которых дробная часть витка меньше, чем полвитка, рассчитываться не будут.
Таким образом, при увеличении заданного недохода уменьшается число рассматриваемых и
анализируемых вариантов раскладки, при уменьшении недохода рассчитываются варианты
раскладки, имеющие более низкие коэффициенты заполнения окна магнито-провода. Правильно
задавая величину недохода, можно уже на этом этапе расчета локализовать область поиска
оптимального варианта раскладки обмотки.
Схема алгоритма раскладки непрерывной обмотки приведена на рис. 2.23. Расчетные формулы
приведены ниже.
1. Число витков в катушке:
целая и дробная часть витков в катушке обмотки НН соответственно
V1  INT (W1 / z1 ),
D2  W1 / z1  V1 ;
целая и дробная часть витков в катушке обмотки ВН соответственно
 2W  W2 max 
,
V2  INT  2
 z z

2
2p


D2  (2W2  W2 max ) /( z 2  z 2 p )  V2 ,


где z 2 p - число регулировочных катушек в обмотке.
2. Расчетное число витков в катушке
V p  V  1.
3. Высота провода (мм)
'
bпр
 H '  0,9H ) / z   из .
4. Ширина провода (мм)
'
aпр
 a ' /(1,03V p n)   из .
5. Расчет максимально допустимой дробной части витка
Dmax  1  ( z  2  2 x) /( zn пр ),




где x  (n / 2)  1; x  (n  1) / 2 при четном и нечетном числе параллелей соответственно; n пр число прокладок.
'
'
Рассчитанные размеры провода aпр
округляются до стандартных значений a пр , bпр .
; bпр
6. Уточненные значения ширины и высоты обмотки (мм)
а  1,03(апр   из )nV p ; H  z(bпр   из )  0,9H .
6
Этот параметр правильнее называть минимально допустимой дробной частью витка
используется при промышленном проектировании.
Dmin , Термин «недоход»
Остальные расчетные формулы аналогичны (2.4)—(2.6) и (2.7)—(2.15). Принципы оптимизации
раскладки обмотки изложены выше. Фрагмент диалога при раскладке непрерывной обмотки НН
приведен ниже.
Рис. 2.23. Схема алгоритма раскладки непрерывной
обмотки
2.1.5. РАСЧЕТ НЕПРЕРЫВНОЙ ОБМОТКИ НН
ЗАДАЙТЕ НЕДОХОД ВИТКА В КАТУШКЕ ? .5
ПРИ РАСЧЕТЕ ПОЛУЧЕНЫ СЛЕДУЮЩИЕ РАЗМЕРЫ ПРОВОДА:
А - 3.86748 В - 14.3566
ОКРУГЛИТЕ ЗНАЧЕНИЯ ДО ТАБЛИЧНЫХ И ВВЕДИТЕ ОКРУГЛЕННЫЕ ЗНАЧЕНИЯ
А - ? 3.8
В - ? 14.5
Таблица сравнения вариантов обмотки НН
Параметр
1
2
3
4
8
Слои
0
0
0
0
0
Ходы
Параллели
Катушки
ВхА
0
2
52
14.5X3.
8
1.9597
1053.78
44.805
291.76
0
0
0
0X0
0
0
0
0X0
0
0
0
0X0
0
0
0
охо
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Плотность тока
Высота
Ширина
Масса
Потери основ.
Потери добав.
14088.5
457.536
0
0
0
0
0
0
0
0
БУДЕТЕ РАССЧИТЫВАТЬ СЛЕДУЮЩИЙ ВАРИАНТ ? ДА
ЧТО БУДЕТЕ ИЗМЕНЯТЬ ? (ОТВЕТ-1. 2, 3, 4)
СЛОИ ?
ХОДЫ ?
ПАРАЛЛЕЛИ ?
КАТУШКИ ?
?4
ЗАДАЙТЕ КОЛИЧЕСТВО КАТУШЕК - ? 50
ПРИ РАСЧЕТЕ ПОЛУЧЕНЫ СЛЕДУЮЩИЕ РАЗМЕРЫ ПРОВОДА:
А -3.86748 В - 14.3566
ОКРУГЛИТЕ ЗНАЧЕНИЯ ДО ТАБЛИЧНЫХ И ВВЕДИТЕ ОКРУГЛЕННЫЕ ЗНАЧЕНИЯ
А - ? 4.4
В - ? 13.5;
Таблица сравнения вариантов обмотки НН
Параметр
1
2
3
4
5
Слои
0
0
0
0
0
Ходы
Параллели
Катушки
ВХА
0
2
52
14.5X3.
8
1.9597
1053.78
44.805
291.76
14088.5
457.536
0
2
50
13.5X4.
4
1.81784
1001.78
50.985
319.159
13261
742.505
0
0
0
0X0
0
0
0
охо
0
0
0
охо
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Плотность тока
Высота
Ширина
Масса
Потери основ.
Потери добав.
БУДЕТЕ РАССЧИТЫВАТЬ СЛЕДУЮЩИЙ ВАРИАНТ ? НЕТ
КАКОЙ ВАРИАНТ ВЫБИРАЕТЕ ?
?I
При расчете катушечных обмоток важной операцией является «разгонка» горизонтальных
каналов, т. е. распределение каналов вдоль оси обмотки. Если бы все катушки были разделены
одинаковыми каналами, то проблемы разгонки не существовало бы. Однако в катушечных
обмотках применяется от 2 до 7 разновидностей каналов в каждой обмотке. Делается это из
соображений обеспечения равновысокости обмоток НН и ВН при их расчете и изготовлении
путем перераспределения каналов; обеспечения различной интенсивности охлаждения катушек
обмотки; повышения электрической прочности между некоторыми катушками в рабочих
режимах; обеспечения достаточной электрической прочности между катушками обмотки при
импульсных перенапряжениях.
Поскольку добавочные потери в катушках обмоток могут быть неодинаковыми, это может
привести к их неравномерному нагреву. С целью устранения локальных перегревов некоторых
катушек рядом с ними выполняются увеличенные каналы. В первую очередь сказанное относится
к торцевым катушкам, находящимся в зоне максимальной поперечной составляющей поля
рассеяния, которая обусловливает дополнительные потери в этих катушках.
Для повышения электрической прочности увеличенные каналы . вводят в зону расположения
регулировочных витков обмотки ВН. В обмотке НН часто выполняют так называемый разгон
витков, под которым понимают увеличение двух-трех горизонтальных каналов в середине высоты
обмотки НН до 15-20 мм при условии, что на этом же уровне в обмотке ВН располагаются
отключаемые регулировочные катушки (рис. 2.24). Это позволяет скомпенсировать
неравномерность в распределении ампер-витков обмоток в осевом направлении, уменьшить
степень искажения поля рассеяния и тем самым снизить осевые механические усилия,
действующие на обмотки.
При формировании осевого строения обмоток необходимо также стремиться к симметричному
расположению каналов относительно середины обмотки, что обеспечивает минимальные
искажения поля рассеяния и облегчает технологический процесс изготовления обмоток.
При выполнении рассматриваемой проектной операции в рамках ПДП-Т в режиме диалога ведется
выбор числа разновидностей каналов k, высоты каналов hi и числа каналов ni каждой
разновидности; где i=1,...,k. При этом с определенной точностью должно обеспечиваться
следующее условие:
k
H   hi ni , (2.16)
i 1
где H - суммарная высота горизонтальных каналов в обмотке, определенная на предыдущем
этапе (см. § 2.6).
При выборе высоты каналов следует учитывать, что стандартные толщины листов (мм)
электроизоляционного картона, используемые для прокладок, кратны 0,5. В целях упрощения
изготовления обмотки желательно размеры горизонтальных каналов всех разновидностей
выбирать кратными одному из значений стандартной толщины картона: 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0 мм.
Рис. 2.24. Расположение горизонтальных каналов в середине
катушечных обмоток
Например, если высота канала первой разновидности 3 мм, то второй - 4,5 мм; при высоте 4 мм
канал второй разновидности 6 мм и т. д. Это обеспечивает набор всего столба прокладок из
картона одной толщины, в первом случае- 1,5 мм, во втором - 2 мм.
Необязательность точного равенства в (2.16) обусловлена тем обстоятельством, что изготовленная
обмотка проходит так называемую осевую подпрессовку, в результате которой прокладки из
электрокартона, образующие горизонтальные каналы, дают усадку 5-10%. Интервал в величине
усадки позволяет выполнять условие (2.16) приближенно с последующим расчетом коэффициента
усадки и созданием соответствующего осевого усилия при прессовке обмотки.
На рис. 2.25 приведена схема диалогового процесса разгонки каналов, в которой под N понимается
общее число каналов; H min , H max - границы суммарной высоты каналов с учетом диапазона по
коэффициенту усадки; K гр - количество групп каналов, которое не должно превышать 2-5 для
трансформаторов класса 10-35 кВ; Y — специальный признак. Фрагмент диалога в ходе разгонки
каналов на ЭВМ приведен ниже.
Рис. 2.25. Схема алгоритма разгонки каналов
2.2. ВЫБОР КАНАЛОВ
ВВЕДИТЕ ЧИСЛО РАЗНОВИДНОСТЕЙ КАНАЛОВ К= ? 2
СУММАРНАЯ ВЫСОТА КАНАЛОВ = 301 316
ОРИЕНТИРОВОЧНОЕ ЧИСЛО КАНАЛОВ = 51
ВВЕДИТЕ ВЫСОТУ МЕНЬШЕГО КАНАЛА Н=? 5
ВВЕДИТЕ КОЛИЧЕСТВО ДАННЫХ КАНАЛОВ = ? 46
ВВЕДИТЕ ВЫСОТУ СЛЕДУЮЩЕГО КАНАЛА Н = ? 20
ВВЕДИТЕ КОЛИЧЕСТВО ЭТИХ КАНАЛОВ = ? 5
НЕОБХОДИМО УМЕНЬШИТЬ ВЫСОТУ ОБМОТКИ НА 11.9438 — 45. 4234 ММ
НО ЧИСЛО КАНАЛОВ СООТВЕТСТВУЕТ ЗАДАННОМУ
УМЕНЬШИТЕ ВЫСОТУ КАНАЛОВ
ХОТИТЕ ИЗМЕНИТЬ ЧИСЛО РАЗНОВИДНОСТЕЙ КАНАЛОВ
? НЕТ
СЕЙЧАС У ВАС ЗАДАНО СЛЕДУЮЩЕЕ:
46 КАНАЛОВ ПО 5 ММ
5 КАНАЛОВ ПО 20 ММ
СУММАРНАЯ ВЫСОТА КАНАЛОВ = 301.316
ОРИЕНТИРОВОЧНОЕ ЧИСЛО КАНАЛОВ = 51
ВВЕДИТЕ ВЫСОТУ МЕНЬШЕГО КАНАЛА Н = ? 5
ВВЕДИТЕ КОЛИЧЕСТВО ДАННЫХ КАНАЛОВ = ? 46
ВВЕДИТЕ ВЫСОТУ СЛЕДУЮЩЕГО КАНАЛА Н= ? 17.5
ВВЕДИТЕ КОЛИЧЕСТВО ЭТИХ КАНАЛОВ= ? 5
2 3. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ КАНАЛОВ ВДОЛЬ ОБМОТКИ
РАСПОЛОЖИТЕ КАНАЛЫ СИММЕТРИЧНО ВДОЛЬ ВЫСОТЫ ОБМОТКИ
ВВЕДИТЕ ВЫСОТУ КАНАЛОВ НА ТОРЦАХ ? 5
ЗАДАЙТЕ КОЛИЧЕСТВО ЭТИХ КАНАЛОВ (ДЛЯ ОДНОГО ТОРЦА) ? 23
ВВЕДИТЕ ВЫСОТУ СЛЕДУЮЩИХ КАНАЛОВ ? 17.5
ЗАДАЙТЕ КОЛИЧЕСТВО ЭТИХ КАНАЛОВ ? 5
ВВЕДИТЕ ВЫСОТУ СЛЕДУЮЩИХ КАНАЛОВ ? 5
ЗАДАЙТЕ КОЛИЧЕСТВО ЭТИХ КАНАЛОВ ? 23
Номер
группы
1
2
3
Число каналов
23
5
23
Высота
каналов
5
17.5
5
ВАС УДОВЛЕТВОРЯЕТ ДАННАЯ РАСКЛАДКА ? ДА
Этап раскладки катушек выполняется только для непрерывных обмоток и имеет целью
формирование катушек и катушечных групп с учетом конструктивных особенностей, например
заданной толщины изоляции, заданного диапазона регулирования, технологичности изготовления
и т. д.
Катушки непрерывной обмотки могут отличаться как целой, так и дробной частями витка.
Катушки одной разновидности (с одинаковым числом витков) принято относить к одному типу и
обозначать определенной буквой. В рассматриваемой подсистеме возможна раскладка катушек с
числом типов от двух до пяти. При этом предполагается, что катушки, обозначаемые буквами А и
Б, составляют два основных типа; катушки, идентифицируемые буквой В, соответствуют двум
торцевым катушкам; буквами Р1 и Р2 - регулировочным катушкам.
Радиальный размер обмотки определяется радиальными размерами основных катушек, поэтому
полное число витков в остальных катушках (с округлением дробной части до целого витка) всегда
должно быть не больше, чем в основных катушках. В обмотке НН в связи с отсутствием
регулировочных витков возможно не более трех разновидностей катушек.
Алгоритм раскладки витков обмотки по катушкам типов А, Б и В приведен ниже; при этом в
обмотке НН раскладываются все витки, а в обмотке ВН - только основные витки W2 min ,
определенные по (2.2).
Расчет начинается с определения числа полей, в которых расположены дробные части витков всех
катушек:
Q  (W  Vz)nпр  2 хв ,
где V - целая часть витка в катушках; n пр - число прокладок; W - число витков в обмотке ( W1 для
НН W2 min для ВН); z - число катушек ( z1 для НН и z 2  z 2 p для ВН); х В  nпр  INT 0,5(n  1)  0,5 дробная часть витка в катушке типа В.
Дробная часть витка в катушках типа Б
x Б  INT Q /( z  z в ),
где z в  2 - число торцевых катушек.
Дробная часть витка в катушке типа А
х А  хБ  1
Количество катушек типа
A z a  Q  xБ ( z  zв ) .
Количество катушек типа
Б zб  z  za  zв .
Таким образом, в результате раскладки получено z a катушек с числом витков Vx A / nпр , z б
катушек с Vx Б / nпр и z в катушек с Vx B / nпр При этом обеспечивается условие
x
xA
x
 z б V Б  z ВV в  W .
nпр
nпр
nпр
В обмотке ВН регулировочные витки раскладываются по регулировочным катушкам типов Р1 и
Р2, в которых допускается только целое число витков.
Число регулировочных катушек zp= 2 z ст nст , где z ст - число катушек в одной ступени
za V
регулирования (обычно гСт=2); ncт - число ступеней регулирования в одну сторону от номинала.
Число катушек типа Р1 равно
z p1  2(Wmax  Wmin )  z p , где   INT 2(Wmax  Wmin ) / z p .
Катушки типа PI будут иметь V p1    1 витков.
Число катушек типа Р2 равно z p 2  z p  z p1 ,а число витков в них равно V p 2   .Условие вида
z p1V p1  z p 2V p 2  Wmax  Wmin здесь также должно обеспечиваться.
После разгонки каналов и раскладки катушек (в винтовых обмотках - после разгонки каналов)
автоматически формируются обмоточные группы, содержащие одинаковые каналы и катушки.
Осевое строение обмотки при этом представляется в виде последовательности обмоточных групп,
располагаемых сверху вниз и представляемых в виде специальной таблицы, выдаваемой ЭВМ
Подобные обмоточные группы в дальнейшем используются при выполнении теплового расчета
обмотки.
Схема алгоритма раскладки катушек и формирования обмоточных групп приведена на рис. 2.26.
Фрагмент диалога при раскладке катушек приведен ниже.
2.4. PACKЛАДКА КАТУШЕК
Вид
катушки
А
Б
В
Кол-во катушек
Число витков
46
4
2
4 И 10/12
4 И 9/12
4 И 10/12
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ КАТУШЕК ВДОЛЬ ОБМОТКИ
ПРИМЕЧАНИЕ: КАТУШКИ ВИДА «В» — ТОРЦЕВЫЕ
РАСПОЛОЖИТЕ КАТУШКИ (КАК И КАНАЛЫ) СИММЕТРИЧНО
ВДОЛЬ ВЫСОТЫ ОБМОТКИ
ЗАДАЙТЕ ВИД КАТУШЕК ? В
ВВЕДИТЕ КОЛ-ВО ЭТИХ КАТУШЕК ? 1
ЗАДАЙТЕ ВИД КАТУШЕК ? А
ВВЕДИТЕ КОЛ-ВО ЭТИХ КАТУШЕК ? 23
ЗАДАЙТЕ ВИД КАТУШЕК ? Б
ВВЕДИ ТЕ КОЛ-ВО ЭТИХ КАТУШЕК ? 4
ЗАДАЙТЕ ВИД КАТУШЕК ? А
ВВЕДИТЕ КОЛ-ВО ЭТИХ КАТУШЕК ? 23
ЗАДАЙТЕ ВИД КАТУШЕК ? В
ВВЕДИТЕ КОЛ-ВО ЭТИХ КАТУШЕК ? 1
Вид
катушки
В
Число
катушек
I
А
Б
А
В
23
4
23
1
ВАС УСТРАИВАЕТ ДАННОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ? ДА
Схема строения обмотки
Номе
р
групп
ы
1
Вид
катушк
и
Кол-во
Высота
катушек канала
Кол-во
каналов
В
1
5
1
2
3
4
5
6
А
А
Б
А
В
22
1
4
23
I
5
17.5
17.5
5
0
22
1
4
23
0
Рис. 2.26. Схема алгоритма раскладки катушек и формирования
осевого
строения обмотки
БУДЕТЕ РАСПЕЧАТЫВАТЬ ЭТУ ТАБЛИЦУ ? НЕТ
ТОГДА ЗАПОМНИТЕ ИЛИ ЗАПИШИТЕ ЧИСЛО ГРУПП
ОНО ПОТРЕБУЕТСЯ ДЛЯ ТЕПЛОВОГО РАСЧЕТА
Далее §§ 2.9.-2.14.