Трансформатора по обобщенному методу

Задача проектирования трансформатора может быть поставлена по-разному. Если необходимо рассчитать трансформатор применительно к требованиям стандарта или трансформатор, являющийся промежуточным типом в уже известной серии, то для такого трансформатора можно считать заданными не только мощность, частоту, число фаз и напряжения обмоток, но также и параметры холостого хода и короткого замыкания. Это налагает определенные ограничения на проект трансформатора, что, впрочем, не затрудняет, а облегчает задачу проектировщика потому, что сокращает число необходимых расчетных вариантов.

Так, может быть поставлена задача при необходимости перепроектировать один из трансформаторов серии, чтобы привести его в соответствие с требованиями нового стандарта или при замене одного из активных материалов другим, например, одной марки стали другой маркой или медных обмоток алюминиевыми.

При проектировании новой серии трансформаторов задача осложняется тем, что при расчете каждого трансформатора необходимо установить не только его оптимальные размеры, но также и параметры холостого хода и короткого замыкания. Решение этой задачи, достаточно сложной и требующей выполнения большого числа расчетных вариантов, может быть получено путем проведения ряда расчетов каждого трансформатора серии с определенными ограничениями его параметров и варьированием этих ограничений. При этом проектирование отдельного трансформатора становится одним из элементов проектирования трансформатора новой серии.

При проектировании отдельного трансформатора должны быть заданы значения ряда параметров и некоторые условия. К ним относятся: мощность трансформатора, частота, число фаз, напряжения обмоток, характер нагрузки, место установки, система охлаждения, некоторые требования стандарта, а также параметры холостого хода и короткого замыкания. Некоторые данные должны быть выбраны до начала расчета, а именно: принципиальная конструкция магнитной системы, материал магнитной системы (марка электротехнической стали), способ изоляции пластин и индукция в стержнях и ярмах, принципиальная конструкция обмоток, материал обмоток (медный или алюминиевый провод), конструкция изоляции и размеры изоляционных промежутков изоляции обмоток.

Все выбираемые величины и данные могут быть определены на основании опыта проектирования и выпуска трансформаторов существующих серий с учетом применения новых улучшенных материалов, использования результатов новых исследований в области трансформаторостроения, применения новых конструкций магнитных систем, новых и улучшенных конструкций обмоток и их изоляции, новых систем охлаждения и новых прогрессивных технологических процессов в производстве трансформаторов. Все выбираемые и заданные величины составляют при этом исходные данные расчета трансформатора.

При проектировании отдельного трансформатора применение обобщенного метода представляет интерес прежде всего для расчета трансформатора наиболее распространенной конструкции, т. е. для трехфазного силового двухобмоточного трансформатора с плоской несимметричной магнитной системой, собираемой из пластин холоднокатаной или горячекатаной электротехнической стали, с катушечными или многослойными обмотками из медного или алюминиевого обмоточного провода и с главной изоляцией в виде масляных или воздушных каналов с барьерами из твердого диэлектрика. Полагая задачей, решаемой этим методом, получение трансформатора с определенным напряжением короткого замыкания и определенными уровнями потерь и тока холостого хода и потерь короткого замыкания, т. е. трансформатора, входящего в известную серию или отвечающего требованиям государственных стандартов. В основу такого метода положено выражение, связывающее основной размер трансформатора с основными исходными данными расчета. При этом мощность трансформатора на один стержень, частота сети и реактивная составляющая напряжения короткого замыкания считаются заданными.

Индукция в стержне обычно выбирается применительно к выбранной марке стали и установившейся технологии производства (наличия или отсутствия отжига стали, технология заготовки пластин и сборки магнитных систем). В пределах данной серии индукция обычно остается практически неизменной. Таким образом, на первом этапе исследования можно считать эту величину константой.

Коэффициент заполнения сечения стержня сталью определяется числом ступеней в сечении и принятым способом прессовки стержня при ступенчатой его форме или способом расположения пластин (радиальное, эвольвентное) при цилиндрической форме, а также качеством отделки стали. Для трансформатора каждого типа конструкция, материал и технология изготовления магнитной системы обычно выбираются до начала расчета на основании имеющегося опыта и задачи, поставленной при проектировании трансформатора. При этом всегда стремятся получить наибольшее возможное значение коэффициента заполнения сечения стержня сталью. Поэтому при исследовании влияния основных исходных данных на параметры трансформатора этот коэффициент можно считать величиной постоянной. При расчете серии этот коэффициент будет несколько изменяться от трансформатора одного типа к другому, сохраняясь постоянным во всех вариантах для каждого типа.

Соотношение основных размеров трансформатора при расчете может варьироваться в очень широких пределах. Оптимальное значение этого параметра зависит при этом как от других исходных данных расчета, так и от поставленной задачи — получения определенных параметров, минимальной стоимости трансформатора, наиболее экономичной его работы в эксплуатации и т. д.

При расчете основных размеров трансформатора предполагают, что такие его параметры, как потери и напряжение короткого замыкания, потери и ток холостого хода — заданы. В этом случае экономичность работы трансформатора в эксплуатации определяется заданными параметрами и может не рассматриваться. Оптимальным значением соотношения основных размеров трансформатора при его варьировании в достаточно широких пределах будет то, при котором стоимость трансформатора окажется минимальной.