Радиальное распределение составляющей индукции вдоль половины высоты обмоток необходимое для расчета осевых сил, действующих на обмотки трансформатора, является одинаковым по заданию для обоих вариантов исполнения трансформатора и представлено в табл. 7.1.

Таблица 7.1

Распределение радиальной составляющей индукции вдоль половины высоты обмоток

, см
85,85	1,0	291,1	-155,6
77,27	0,9	95,6	13,6
68,68	0,8	47,4	27,1
51,51	0,6	16,5	18,0
42,93	0,5	10,7	13,3

Далее необходимо рассчитать токи короткого замыкания и длину витков обмоток. Расчет представлен в табл. 7.2.

Таблица 7.2

Токи короткого замыкания и длина витков обмоток

Расчетная формула и пример расчета для трансформатора с алюминиевыми обмотками	Обозначе­ние	Численное значение для алюминия	Численное значение для меди	Единицы измерения	Источник
Коэффициент, учитывающий наличие апериодической состав­ляющей		1,751	1,709	–	[5, ф. (31)]
Кратность тока короткого замыкания		31,926	33,967	–	[5, ф. (30)]
Токи короткого замыкания обмоток		7981   3160	8492     3362	А   А	[5, § 11]
Средняя длина витков обмоток		1,326   1,871	1,254   1,658	м   м	[5, § 11]

Обмотка НН

Таблица 7.1.1

Радиальные усилия в обмотке НН

Расчетная формула и пример расчета для трансформатора с алюминиевыми обмотками	Обозначе­ние	Численное значение для алюминия	Численное значение для меди	Единицы измерения	Источник
Максимальное значение индукции в канале между обмотками		0,057	0,074	Тл	[5, ф. (34, а)]
Среднее по ширине обмотки значение осевой составляющей индукции при токе короткого замы­кания		0,915	1,260	Тл	[5, ф. (34)]
Сила, действующая на виток		9679	13410	Н	[5, ф. (33)]
Среднее напряжение сжатия проводников				Па	[5, ф. (45)]

Расчет осевых усилий будем вести для витка, находящегося в наиболее сильном радиальном поле. Расчет представлен в табл. 7.1.2.

Таблица 7.1.2

Осевые усилия в обмотке НН

Расчетная формула и пример расчета для трансформатора с алюминиевыми обмотками	Обозначе­ние	Численное значение для алюминия	Численное значение для меди	Единицы измерения	Источник
Радиальная составляющая индук­ции при максимальном токе ко­роткого замыкания		0,659	0,701	Тл	[5, § 11]
Усилие, действующее на виток		6972	7465	Н	[5, ф. (37)]
Расстояние между краями прокладок		6,047	6,449	см	[5, ф. (48)]
Максимальный изгибающий момент на участке между двумя прокладками		2,928	3,343		[5, ф. (49)]
Момент сопротивления сечения витка					[5, ф. (50)]

Продолжение табл. 7.1.2

Расчетная формула и пример расчета для трансформатора с алюминиевыми обмотками	Обозначе­ние	Численное значение для алюминия	Численное значение для меди	Единицы измерения	Источник
Напряжение изгиба в проводни­ках витка				Па	[5, ф. (51)]
Результирующее напряжение что меньше допустимого значе­ния для алюминия				Па	[5, ф. (52)]
Коэффициент устойчивости		35	35	–	[5, ф. (54)]
Модуль упругости материала провода				Па	[5, § 10]
Критическое напряжение				Па	[5, ф. (53)]

Результирующее напряжение в проводниках меньше критического, следовательно, количество реек подобрано правильно.

Так как кривая распределения радиальной составляющей индукции вдоль половины высоты обмотки не изменяет знака, то наибольшее напряжение в прокладках будет на середине высоты обмотки.

Таблица 7.1.3

Напряжение в прокладках

Расчетная формула и пример расчета для трансформатора с алюминиевыми обмотками	Обозначе­ние	Численное значение для алюминия	Численное значение для меди	Единицы измерения	Источник
Значение линейной нагрузки		66290	85540		[5, § 11]
Усилие, действующее на прокладки Так как это значение, а также ин­дукция, рассчитано для амплитуды номинального тока, коэффициент  уменьшен в  раз.				Н	[5, ф. (39)]
Опорная поверхность одной прокладки					[5, § 11]
Напряжение в прокладках что меньше допустимого значения				Па	[5, ф. (55)]

Обмотка ВН

Таблица 7.2.1

Радиальные усилия в обмотке ВН

Расчетная формула и пример расчета для трансформатора с алюминиевыми обмотками	Обозначе­ние	Численное значение для алюминия	Численное значение для меди	Единицы измерения	Источник
Среднее по ширине обмотки значение индукции при токе короткого замы­кания		1,073	1,478	Тл	[5, ф. (35)]
Сила, действующая на виток		6345	8237	Н	[5, ф. (33)]
Среднее напряжение сжатия проводников				Па	[5, ф. (45)]

Расчет осевых усилий будем вести для витка, находящегося в наиболее сильном радиальном поле. Расчет представлен в табл. 7.2.2.

Таблица 7.2.2

Осевые усилия в обмотке ВН

Расчетная формула и пример расчета для трансформатора с алюминиевыми обмотками	Обозначе­ние	Численное значение для алюминия	Численное значение для меди	Единицы измерения	Источник
Усилие, действующее на виток		2076	2083	Н	[5, ф. (37)]
Расстояние между краями прокладок		10,590	9,816	см	[5, ф. (48)]
Максимальный изгибающий момент на участке между двумя прокладками		1,527	1,420		[5, ф. (49)]
Момент сопротивления сечения витка					[5, ф. (50)]
Напряжение изгиба в проводни­ках витка				Па	[5, ф. (51)]

Продолжение табл. 7.2.2

Расчетная формула и пример расчета для трансформатора с алюминиевыми обмотками	Обозначе­ние	Численное значение для алюминия	Численное значение для меди	Единицы измерения	Источник
Результирующее напряжение что меньше допустимого значе­ния для алюминия				Па	[5, ф. (52)]

Так как радиальная составляющая индукции в обмотке ВН меньше, чем в обмотке ВН, то силы и напряжения в прокладках будут меньше, чем в обмотке НН. Расчет напряжения   в прокладках обмотки ВН представлен в табл. 7.2.3.

Таблица 7.2.3

Напряжение в прокладках

Расчетная формула и пример расчета для трансформатора с алюминиевыми обмотками	Обозначе­ние	Численное значение для алюминия	Численное значение для меди	Единицы измерения	Источник
Значение линейной нагрузки		66340	85610		[5, § 11]

Продолжение табл. 7.2.3

Расчетная формула и пример расчета для трансформатора с алюминиевыми обмотками	Обозначе­ние	Численное значение для алюминия	Численное значение для меди	Единицы измерения	Источник
Усилие, действующее на прокладки Так как это значение, а также ин­дукция, рассчитано для амплитуды номинального тока, коэффициент  уменьшен в  раз.				Н	[5, ф. (39)]
Опорная поверхность одной прокладки					[5, § 11]
Напряжение в прокладках что меньше допустимого значения				Па	[5, ф. (55)]

Экономический расчет

Экономический расчет включает в себя расчет себестоимости материа­лов, необходимых для изготовления силового трансформатора, а также расчет эксплуатационных расходов трансформатора. Расчет соответственно представлен в табл. 8.1 и 8.2.

Таблица 8.1

Расчет себестоимости материалов для изготовления трансформатора

Расчетная формула и пример расчета для трансформатора с алюминиевыми обмотками	Обозначе­ние	Численное значение для алюминия	Численное значение для меди	Единицы измерения
Стоимость электротехнической стали где  – цена за 1 килограмм электротех­нической стали;  – коэффициент использования материала при раскрое стали;  – масса стали сердечника.		973560	814061	руб.
Стоимость алюминия для изготовления обмоток где  – цена алюминие­вого провода за 1 килограмм; , ,  – масса металла обмоток на 3 стержня.		247740	606350	руб.
Общая стоимость основных материалов для изготовления трансформатора		1221300	1420410	руб.

Таблица 8.2

Расчет эксплуатационных расходов трансформатора

Расчетная формула и пример расчета для трансформатора с алюминиевыми обмотками	Обозначе­ние	Численное значение для алюминия	Численное значение для меди	Единицы измерения
ч. – время максимальных потерь;  ч. – время нахождения трансформатора под напряжением;  – потери короткого замыкания;  – потери холостого хода. Потери трансформатора за 1 год эксплуата­ции		313128	328718
Потери за 30 лет		9393840	9861540
Эксплуатационные затраты		35978407	37769698	руб.

Заключение

В ходе выполнения задачи по проектированию трансформатора с исполнением обмоток из алюминия и из меди, были получены параметры, соответствующие требованиям ГОСТ 11677-85. Для проведения анализа результаты расчетов представлены в табл. 9.

Таблица 9

Результаты расчетов параметров трансформатора

На основании данных, приведенных в табл. 9, следует вывод, что выбирать надо трансформатор с обмотками, выполненными из алюминия, так как он по своим параметрам превосходит трансформатор с обмотками из меди, у которого преимуществом являются меньшие габариты, а значит и потери в магнитной системе.

В данной работе был выполнен расчет параметров трансформатора с заданными характеристиками, выполнены чертежи общего вида и отдельных узлов трансформатора. Также было проведено сравнение характеристик трансформатора с исполнением обмоток из разного материала при одинаковых начальных параметрах.