Расчет одно- и двухслойной цилиндрической обмотки НН из прямоугольного провода

Определяется число витков в слое. Определяется (предварительно) осевой размер витка, выбирается провод (или несколько проводов) нужного размера. Уточняется сечение витка, находится реальная плотность тока в обмотке, уточняется осевой размер витка. Уточняется осевой и радиальный размеры обмотки, находятся ее внутренний и наружный диаметры и полная охлаждающая поверхность обмотки.

 

Итак, предполагаемый тип обмотки был выбран выше. Для точного расчета обмотки необходимо знать два важнейших ее параметра: рассчитанное ранее число витков (см. формулу (2.3)) и заданное ориентировочное сечение витка (см. формулу (2.6)).

Любая цилиндрическая обмотка может быть намотана из круглого или прямоугольного провода, однако обмотки с одним, двумя и даже тремя слоями в большинстве случаев выполняются из прямоугольного провода (как и в нашем случае). Намотка провода может производиться плашмя или на ребро.

Так как для данного случая цилиндрическая обмотка может наматываться в один или два слоя, то число витков в одном слое:

для однослойной обмотки:

 

; (2.7)

 

для двухслойной обмотки:

 

, (2.8)

 

где – см. формулу (2.3) с учетом округления.

Слои при выполнении обмотки в два слоя соединяются, как правило, последовательно (как и в нашем случае). При их параллельном соединении сопротивления этих слоев, а значит и их токи нагрузки, будут различаться, что вызовет увеличение потерь. Этого в принципе можно избежать, если выполнить транспозицию витков между слоями, однако гораздо легче просто соединить слои последовательно, чтобы таких проблем не возникало.

Для данного типа обмотки число параллельных проводов не должно быть более восьми, все витки и их параллельные провода должны иметь одинаковые размеры и укладываться один за другим в один ряд без интервалов в осевом направлении по винтовой линии. С целью уменьшения добавочных потерь рекомендуется вести намотку плашмя (рис. 2.3).

 

 

Для выравнивания торцевых поверхностей обмотки, витки которой намотаны по винтовой линии, к верхнему и нижнему виткам каждого слоя прикрепляют вырезанное из бумажно-бакелитового цилиндра опорное разрезное кольцо.

В двухслойной обмотке с последовательным соединением слоев напряжение между двумя крайними витками двух слоев, т. е. между началом и концом обмотки, равно полному напряжению обмотки одного стержня, а значит, изоляция между такими витками, т. е. между слоями обмотки, должна быть рассчитана на это напряжение. При рабочих напряжениях до 1 кВ эта изоляция легко осуществляется масляным каналом шириной 4–7 мм или двумя слоями электроизоляционного картона общей толщиной 1 мм. При рабочих напряжениях обмотки 3 и 6 кВ необходим масляный канал с барьером из двух слоев электроизоляционного картона общей толщиной 2 мм. Канал образован рейками. При больших напряжениях, вследствие усложнения междуслойной изоляции, такая обмотка обычно (как и в нашем случае) не применяется.

В однослойной и двухслойной цилиндрической обмотке (с последовательным соединением слоев) параллельные провода наматываются с одинаковыми диаметрами на цилиндрической поверхности, т. е. имеют одинаковую длину и, следовательно, одинаковое активное сопротивление. Они находятся в одинаковых зонах поля рассеяния и имеют одинаковое реактивное сопротивление. Поэтому по параллельным проводам протекают одинаковые токи и потери распределены равномерно, а значит, транспозиция параллельных проводов не нужна.

Далее определяем заданный осевой размер витка . Для этого примем заданную высоту обмотки НН равной заданной высоте обмотки рассчитанной по формуле (1.16). После этого уменьшим на 1 см и подставим полученное значение в формулу:

 

, (2.9)

 

где – по формуле (2.7) или (2.8).

Отметим, что предварительно рассчитанный далее будет уточнен, что, в свою очередь, позволит уточнить .

Зная величины и , по сортаменту обмоточного провода для трансформаторов (прил. 8) подберите подходящие провода прямоугольного сечения. Необходимо следить, чтобы осевой размер провода (или группы параллельных проводов) с учетом их двусторонней изоляции был как можно ближе к , но не превышал его. При этом могут возникнуть следующие проблемы:

– размер может быть настолько мал, что для обеспечения требуемого сечения по сортаменту не найдется подходящего провода, даже если вести намотку на ребро;

– размер может быть настолько мал, что для обеспечения требуемого сечения намотку нужно будет вести только на ребро, но при этом не будут выполнены условия, указанные в прил. 10, и добавочные потери превысят максимально допустимые 5 % (см. гл. 3).

В таких случаях, если была выбрана однослойная цилиндрическая обмотка (формула (2.7)), можно попробовать выбрать двухслойную (формула (2.8)). Если двухслойная тоже не подходит, то выбирается другой тип обмотки.

Кроме того, радиальный размер провода без изоляции а, в зависимости от числа параллельных проводов в радиальном направлении, не должен превышать указанного в прил. 10 значения Тогда добавочные потери не превысят допустимые 5 % от основных электрических потерь (см. гл. 3).

В случае удачного выбора подобранные размеры провода записываются так:

,

 

где – число параллельных проводов; и – размеры провода без изоляции; и – размеры провода в изоляции, которые находятся при помощи прил. 10:

 

; . (2.10)

 

Реальное сечение витка из параллельных проводов определяется по формуле:

, (2.11)

 

где – сечение одного провода.

Таким образом, было уточнено сечение витка , предварительно рассчитанное по формуле (2.6).

Реальная плотность тока

 

, (2.12)

 

где – по формуле (1.3) или (1.5); – по формуле (2.11).

Реальный осевой размер витка из параллельных проводов при намотке плашмя и на ребро соответственно

 

, , (2.13)

 

где и – по формуле (2.10).

Таким образом, уточнен осевой размер витка предварительно рассчитанный по формуле (2.9).

Реальный осевой размер обмотки

 

, (2.14)

 

где – по формуле (2.13); – по формуле (2.7) или (2.8). Величину необходимо увеличить на 1 см, полученное при этом значение должно быть как можно ближе к значению рассчитанному по формуле (1.16), но не должно превышать его. В противном случае в расчетах допущена ошибка.

Таким образом, уточнена высота обмотки НН

Реальный радиальный размер обмотки (рис. 2.4) при намотке плашмя и на ребро соответственно:

для однослойной:

 

, ; (2.15)

 

для двухслойной:

 

, (2.16)

 

Здесь – минимальный размер охлаждающего канала. Допускается не делать охлаждающий канал, т. е. можно принять равным толщине междуслойной изоляции в 1 мм из двух слоев электроизоляционного картона. Если при этом охлаждения будет не достаточно (этот случай будет рассмотрен позже в гл. 5), размер канала выбирается из столбца «обмотка – обмотка» прил. 11.

Таким образом, уточнен параметр предварительно вычисленный по формуле (1.15).

Внутренний диаметр обмотки

 

, (2.17)

 

где – по табл. 1.2.

Наружный диаметр обмотки

 

, (2.18)

 

где – по формуле (2.17); – по формуле (2.15) или (2.16).

Полная охлаждающая поверхность данной обмотки НН

 

, (2.19)

 

где − число стержней или число фаз, ; − коэффициент, учитывающий увеличение числа охлаждающих поверхностей обмотки с введением канала, для однослойной или двухслойной обмотки без охлаждающего канала и для двухслойной обмотки с каналом между слоями; − коэффициент закрытия охлаждающей поверхности рейками и другими изоляционными деталями, для обмотки НН ; ; , – по формулам (2.17) и (2.18); – см. формулу (2.14).