Определение размеров и массы магнитной системы

Определяются активное сечение стержня и ярма, длина стержня, расстояние между осями соседних стержней трансформатора. Определяются масса угла, масса ярма и стержней, полная масса магнитной системы трансформатора.

 

Поперечное сечение стержней и ярм представляет собой ступенчатую фигуру, состоящую из пакетов пластин электротехнической стали (рис. 4.1). Число ступеней в сечении стержня принимают равным числу вершин углов пакетов в одной четверти сечения (рис. 4.2).

Ширину пакетов, образующих стержень, выбирают так, чтобы получить наибольшее сечение стержня при минимальных отходах стали. Увеличение числа ступеней повышает коэффициент заполнения круга площадью ступенчатой фигуры, что уменьшает диаметры, массу и стоимость обмоток трансформатора, но усложняет технологию изготовления магнитопровода. Действительно, для уменьшения диаметра стержня, размеров обмоток и стоимости активных материалов желательно увеличивать число ступеней, чтобы приблизить форму сечения к кругу. Но с увеличением числа ступеней увеличивается число пластин стали разной ширины, отходы при раскрое стали и трудоемкость сборки магнитопровода. Также приходится отступать от оптимальных размеров пакетов стали вследствие необходимости образования вертикальных каналов, служащих для охлаждения и установки деталей поперечной прессовки стержня.

В прил. 12–14 приведены параметры поперечного сечения стержней и ярма, соответствующие указанным выше требованиям, которые следует выбрать для определенного ранее (см. стр. 17) нормализованного диаметра стержня Число и размеры пакетов стали даны для двух вариантов осевой прессовки магнитопровода: верхние и нижние ярмовые балки стягивают вертикальными шпильками, расположенными снаружи обмоток (без прессующей пластины); верхние и нижние ярмовые балки соединяют стальными прессующими пластинами, установленными вместо крайних на стержне узких пакетов стали. Напомним, что способ прессовки уже был предварительно выбран ранее (см. стр. 12–13).

 

 

Отметим, что соединение ярмовых балок прессующими пластинами применяют для стержней с диаметром более 0,18 м. Вследствие этого число пакетов и сечение стали стержня уменьшается по сравнению с вариантом осевой прессовки стержня без прессующей пластины.

Форма поперечного сечения ярма в средней части повторяет сечение стержня. Для улучшения прессовки ярма ярмовыми балками крайние пакеты стали ярма делают более широкими, объединяя два-три пакета в один. Так, для изображенных на рис. 4.2 двух вариантов сечения стержня (диаметром 0,24 м) крайний пакет ярма в первом варианте (без прессующей пластины) имеет размеры (6 + 5 + 8) 135, а во втором варианте (с прессующей пластиной) − размеры (5 + 8) 135 мм.

 

 

Рис. 4.2. Сечение стержня и ярма

 

Для своего варианта выпишите все размеры пакетов стержня и ярма, например в следующем виде (для рис. 4.2 при м):

– вариант без прессующей пластины:

 

№ пакета

Стержень, мм 230×34 215×19 195×17 175×12 155×9 135×8 120×5 95×6

Ярмо, мм 230×34 215×19 195×17 175×12 155×9 135×19 – –

 

– вариант с прессующей пластиной:

 

№ пакета

Стержень, мм 230×34 215×19 195×17 175×12 155×9 135×8 120×5

Ярмо, мм 230×34 215×19 195×17 175×12 155×9 135×13 –

 

Площадь поперечного сечения стержня или ярма определяется суммированием площадей всех пакетов стали соответствующего сечения, определяемых произведением размеров пакета . При наличии продольных охлаждающих каналов из толщины соответствующих пакетов стержня и ярма исключают ширину охлаждающих каналов. Для облегчения расчетов полные площади поперечного сечения стержня и ярма уже приведены в прил. 5 (по размерам пакетов в прил. 12) и прил. 6 (по размерам пакетов в прил. 13, 14). В этих же таблицах указан объем угла магнитопровода.

Активное сечение стержня и ярма

 

; , (4.1)

 

где – см. стр. 11–12; , – см. прил. 5, 6.

Заметим, что ранее активное сечение стержня уже рассчитывалось по формулам (1.17), (1.18).

Длина стержня трансформатора

 

. (4.2)

 

Здесь – высота обмотки ВН; , – расстояния от обмотки ВН соответственно до верхнего и нижнего ярма, выбираются в зависимости от класса напряжения и способа осевой прессовки обмоток [2–4].

В трансформаторах мощностью менее 1000 кВ∙А для осевой стяжки обмоток используют вертикальные шпильки, соединяющие верхние и нижние ярмовые балки. В этом случае и определяют из условия изоляции обмотки ВН от ярма и принимают равными размеру по табл. 1.3 (рис. 1.1).

В трансформаторах мощностью от 1000 кВ∙А обмотки в осевом направлении стягивают прессующими кольцами и нажимными винтами. При вертикальной стяжке магнитопровода прессующими пластинами осевую стяжку обмоток также выполняют прессующими кольцами для трансформаторов всех мощностей. При наличии прессующих колец и определяют, используя и примечания к табл. 1.3.

Расстояние между осями соседних стержней

 

, (4.3)

 

где – по формулам (2.102), (2.113), (2.133) для соответствующих типов обмоток ВН; – по табл. 1.3.

Значение округляют до 0,005 м.

Масса стали в ярмах и стержнях плоской шихтованной системы (как и в нашем случае) определяется суммированием масс соответствующих углов и прямых участков.

Углом называется часть магнитной системы, заключенная в объеме, образованном пересечением боковых призматических поверхностей одного ярма и одного стержня. Масса стали угла при многоступенчатой (как и в нашем случае) форме сечения

 

, (4.4)

где – см. стр. 11–12; – см. прил. 5, 6; кг/м³ – плотность трансформаторной стали.

Масса стали ярма трехфазного трансформатора состоит из массы двух прямых участков между тремя стержнями снизу, такой же массы сверху (т. е. уже четырех прямых участков) и массы двух углов:

 

, (4.5)

 

где – по формуле (4.3); − по формуле (4.1); кг/м³; − по формуле (4.4).

Масса стали стержней

 

, (4.6)

 

где – по формуле (4.1); кг/м³; − по формуле (4.2); – ширина среднего (самого большого) пакета стали ярма, равная по прил. 12–14 (рис. 4.2).

В результате полная масса магнитной системы трансформатора

 

, (4.7)

 

где − по формуле (4.5); − по формуле (4.6).

Найденное по формуле (4.7) значение обычно используется для расчета массы и стоимости трансформатора, однако в пределах данного проекта такие расчеты не производятся.