Капитальный ремонт магнитопровода трансформатора ТРДНС 25000/35

 

2. РАСЧЕТНО - КОНСТРУКТОРСКИЙ РАЗДЕЛ

1. Расчет магнитопровода трансформатора

Целью расчета является получение заданных выходных параметров трансформатора (для сети с частотой 50 Гц) при его номинальных габаритов и массе.

Расчет трансформаторов целесообразно начинать с выбора магнитопровода.

Для малых мощностей, от единиц до десятков Вт, наиболее удобны броневые трансформаторы. Они имеют один каркас с обмотками и просты в изготовлении.

Трансформатор с кольцевым сердечником (тороидальной) может использоваться при мощностях от 30 до 1000 Вт, когда требуется минимальное рассеяние магнитного потока или когда требование минимального объема является первостепенным. Имея некоторые преимущества в объеме и массе перед другими типами конструкций трансформаторов, тороидальные являются вместе с теми наименее технологическими (удобными) в изготовлении.

Исходными начальными данными для упрощенного расчета являются:

- Напряжение первичной обмотки  U1 - 35 В

- Напряжение вторичной обмотки  U2 – 3,5 В

- ток вторичной обмотки I2 – 10 А

- Мощность вторичной обмотки: P2= I2 * U2 = 3,5*10=35 кВ.

Если обмоток много, то мощность, отдаваемая трансформатором, определяется суммой всех мощностей вторичных обмоток, (Pвых).

Размеры магнитопровода выбранной конструкции, необходимые для получения от трансформаторов заданной мощности, могут быть найдены на основании формулы (1).

 

    

Где:

Sст – Сечение стали магнитопровода в месте расположения катушки;

Sок – Площадь окна в магнитопроводе;

Bmax – Магнитная индукция, см. таблицу 2.

J - плотность тока, см. таблицу 3;

Kок – коэффициент заполнения окна, см. таблицу 4;

Kст – коэффициент заполнения магнитопровода сталью, см. таблицу 5;

Величины электромагнитных нагрузок Bmax  и J зависят от мощности, снимаемой со вторичной обмотки цепи трансформатора, и берутся для расчетов из таблиц 2 и 3.

Таблица 2- Магнитная индукция.

Конструкция магнитопровода	Магнитная индукция Вmax; Тл; при Рвых.
	5-15	15-50	50-150	150-300	300-1000
Броневая-пластичная    )	1,1-1,3	1,3	1,3;1,3	1.35	1,35-1,2
Броневая- ленточная	1,55	1,65	1,65	1,65	1,65
Кольцевая	1,7	1,7	1,7	1,65	1,6

Таблица 3 - Плотность тока.

Конструкция магнитопровода	Плотность тока J; При Рвых;
	5-15	15-50	50-150	150-300	300-1000
Броневая-пластичная    )	3,9-3,0	3,0-2,4	2,4-2,0	2,0-1,7	1,7-1,4
Броневая- ленточная	3,8-3,5	3,5-2,7	2,7-2,4	2,4-2,3	2,3-1,8
Кольцевая	5-4,5		4,5-3,5	3,5	3,0

 

Коэффициент заполнения окна Кок, приведен в таблице 4, для обмоток, выполненных проводом круглого сечения с эмалевой изоляцией.

Коэффициент заполнения сечения магнитопровода сталью Кст зависит от толщины стали, конструкции магнитопровода (Пластиночная, ленточная) и способа изоляции пластин или лент друг от друга. Величина коэффициента Кст для наиболее часто используемой толщины пластин может быть найдена из таблицы 5.

Таблица 4 - Коэффициент заполнения окна.

Конструкция магнитопровода	Рабочее напряжение(Вт)	Коэффициент заполнения окна Кок при Рвых
		5-15	15-50	50-150	150-300	300-1000
Броневая-пластичная	До 100	0,22-0,29	0,29-0,30	0,30-0,32	0,32-0,34		0,34-0,38
	100-1000	0,19-0,25	0,25-0,26	0,26-0,27	0,27-0,30		0,30-0,33
Броневая-ленточная	До 100	0,15-0,27	0,27-0,29	0,29-0,32	0,32-0,34		0,34-0,38
	100-1000	0,13-0,23	0,23-0,26	0,26-0,27	0,27-0,30		0,30-0,33
Кольцевая	-	0,18-0,20		0,20-0,26	0,26-0,27		0,27-0,28

 
Таблица 5- Коэффициент заполнения Кст

Конструкция магнитопровода	Коэффициент заполнения Кст при толщине стали
	0,08	0,1	0,15	0,2	0,35
Броневая - пластичная    )	-	0,7(0,75)	-	0,85(0,89)	0,9(0,95)
Броневая - ленточная	0,87	-	0,90	0,91	0,93
Кольцевая	0,85		0,88

 

 

Примечание:

1. Коэффициенты заполнения для пластичных сердечников указаны в скобках при изоляции пластин лаком или фосфатной пленкой.
2. Коэффициент заполнения окна, для ленточных магнитопроводов указаны при: изготовлении их методом штамповки и гибки ленты.
3. Определив величину Scт*Sок можно выбрать необходимый линейный размер магнитопровода, имеющий соотношение площадей не менее, чем получено в результате расчета.
4. Величину номинального тока первичной обмотки находим по формуле(2).

j

 

 

Где величина и cos j трансформатора, входящие в выражение, зависят от мощности трансформатора и могут быть ориентировочно определены по таблице 6.

Таблица 6- Суммарная мощность вторичных обмоток.

Величина	Суммарная мощность вторичных обмоток Рвых.
	2-15	15-50	50-150	150-300	300-1000
h-Броневой ленточный	0,5-0,6	0,6-0,8	0,8-0,9	0,90-0,93	0,93-0.95
	0,76-8,88		0,88-0,92	0,92-0,95	0,95-0,96
Cos j	0,85-0,90	0,90-0,93	0,93-0,95	0,95-0,93	0,93-0,94

Токи вторичных обмоток обычно заданы, теперь можно определить диаметр проводов в каждой обмотке без учета толщины изоляции.

 

 

Сечение провода в обмотке (3).

 

 

 

Диаметр провода в обмотке(4).

 

 

 

Выбираем ближайшие диаметры провода из ряда стандартных размеров, выпускаемых промышленностью 0,64 и 2 мм, типа ПЭВ или ПЭЛ.

 

 

 

Где n, номер обмотки,

А U, падение напряжения в обмотках, выраженное в процентах, от номинального значения, см. таблицы 8,9. Следует отметить, что данные для U- приведенные в таблице 8, для многообмоточных трансформаторов требуют уточнения.

 

Рекомендуется принимать значения аU для обмоток, расположенных непосредственно на первичной обмотке на 10,20% меньше, а для других наружных обмоток на 10,20 % больше указанных в таблице 9.

В тороидальных трансформаторах относительная величина полного падения напряжения в обмотках значительно меньше по сравнению с броневыми трансформаторами. Это следует учитывать при определении числа витков обмоток – значения аU берутся из таблицы 8.

Таблица 7 - Суммарная мощность вторичных обмоток.

Конструкция броневая, величина aU	Суммарная мощность вторичных обмоток Рвых.
	5-15	15-50	50-150	150-300	300-1000
aU1    )	20-13	13-6	6-4,5	4,5-3	3-1
aU2	25-IS	IS-10	10-8	8-6	6-2

 
Таблица 8 - Суммарная мощность вторичных обмоток.

Конструкция кольцевая, величина aU .	Суммарная мощность вторичных обмоток Рвых.
	5-15	15-50	50-150	150-300	300-1000
aU1    )	7	6	5	3,5	2,5
aU2	7	6	5	3,5	2,5

 

 

2. Расчет КПД трансформатора.

Коэффициент полезного действия трансформатора определяется отношением активной мощности, отдаваемой в нагрузку, Р2 к активной мощности, потребляемой трансформатором из сети, Р1.

 

Где:

DРст- Потери в магнитопроводе (постоянные)

DРэл – Потери в обмотках, зависящие от тока нагрузки.

Величина DРст определяется по данным режима опыта холостого хода трансформатора. Трансформатор в режиме холостого хода потребляет из сети, главным образом, реактивную мощность на создание магнитного потока в магнитопроводе. Активная мощность Р0 относительно невелика и обусловлена потерями от вихревых токов и на гистерезис в стали магнитопровода.

Р0=U1н I0 cosj1                                                (7)

Величина DРэл определяется в опыте короткого замыкания. В этом опыте вторичная обмотка замыкается накоротко, на первичную обмотку подается пониженное напряжение U1 к такой величине, чтобы токи в обмотках трансформатора были равны номинальным I1 и I2, в этом случае регистрируемая ваттметром активная мощность Рк, равна (без учета потерь DРст »0). Электрическим потерям в обмотках D Рэл н, соответствующим режиму.

Рк=DРэл=U1n I1n cos j1k                                                         (8)

 

В номинальном режиме КПД трансформатора определяется формулой

hbjbjb

Где:

b- коэффициент загрузки трансформатора.

Полностью нагруженные трансформаторы имеют ориентировочно следующие КПД, мощность снимаемая с трансформатора= коэффициент полезного действия.

10-20 Вт – 65-75% (0,65 – 0,75)

20-50 Вт – 70-80% (0,70 – 0,80)

50-100 Вт – 75-85% (0,75 – 0,85)

100-200 Вт – 82-88%(0,82 – 0,88)

200-500 Вт – 85-90%(0,85 – 0,90)

500-1000 Вт – 90-95 % (0,90 – 0,95)

Расчет КПД:

Исходные данные:

Номинальная мощность Sном=25000 кВ*А

Потери холостого хода P0=16 кВт,

Потери короткого замыкания Рк=115 кВт

соs2=0,8

Определить наибольшее значение КПД, для трехфазного трансформатора.

Решение:

Коэффициент нагрузки трансформатора при максимальном КПД см. формулу 10.

b=Ö                                              (10)

КПД трансформатора определяем по формуле 11.

 

hbbb

h

 

3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

1. Анализ исходных данных, разработка технического задания и решения на восстановление, капитальный ремонт.

В ремонт сдан трансформатор ТРДНС 25000

Признаки неисправности: повышенная вибрация магнитопровода

Признаки повреждения: Ненормальное гудение; дребезжание; жужжание; у шихтованного магнитопровода, недопустимое гудение у стыкового магнитопровода.