(1) 每匝电压的确定:
e′t＝(0.3～0.45)
(2) 铁心直径D:
Dc＝K
根据计算直径DC,按表3-4选出标准铁心直径D,同时查出铁心面积A和各级铁片尺寸和厚度。
表3-3 系数K值
表3-4 多级阶梯铁柱规格尺寸表
(续表)
(续表)
(续表)
(续表)
(续表)
(续表)
(续表)
(续表)
(3) 磁通密度Bm的选择:磁通密度大小取决于硅钢片牌号、厚度及变压器容量大小,可按表3-5选用。
表3-5 磁通密度Bm的选择
(4) 绕组匝数计算:
① 二次绕组匝数N2。
N′2＝
et＝
② 一次绕组匝数N1。N1有±5%或±2.5%分抽头,其匝数计算如下:
N1(±5%)=1.05N2
N1(-5%)=0.95N2
N1(+2.5%)=1.025N2
N1(-2.5%)=0.975N2
(5) 绕组电流计算:可按照式S=3UPIP＝
U1I1和I1＝
IP进行计算。
(6) 选择电流密度:绕组中电流密度初算时,可按表3-6选择。注意表3-6中数值为铜线时的电流密度,如使用铝线,其电流密度应相应降低30%左右。电流密度与绕组结构也有关,若平行绕制的应取小值,通风散热条件好的可取大值。
表3-6 绕组中平均电流密度
(单位:A/mm2)
(7) 计算绕组导线截面积和选择导线:根据绕组电流和选取的电流密度,计算绕组导线截面并选择标准导线。
(8) 铁心尺寸计算:
① 铁轭部截面积。铁心为三相三柱式时,
Ay＝(1.05～1.10)Ac
式中:Ay为铁轭部截面积(cm2);Ac为铁心柱净面积(cm2)。② 铁轭高度。
hy＝
③ 铁心柱窗口高度hc。它为绕组高加2倍主绝缘距离(绕组到铁轭的距离),这个距离不仅要考虑电气强度,而且还要考虑绕组通风散热及使内绕组的引出线能顺利引出等因素。对圆筒式绕组,此距离应包括端部绝缘(镶头)的高度。
(9) 绕组排列与布置:
① 绕组的排列。应在漏抗允许的范围内并使结构最合理,散热条件良好而用料最省。对干式变压器,绕组的外形结构应考虑到它的机械强度和简化装配,一般采用单层和多层圆筒式。外层绕组尽可能不用单层圆筒式,因机械强度不够,导线易松动。绕组的层数应为双数,使引出线在同一端。
② 确定绕组外形尺寸。绕组高度由绕组每匝的高度(包括绝缘)乘以每层的匝数加上端部绝缘的高度来决定。绕组的最大径向尺寸等于铁心外径与绕组各层导线总厚度,加上各层间绝缘的厚度,再加上层间通风道厚度,以上总和再加5%的余量。
绕组层间安放的撑条数视绕组直径的大小选定。一般采用双数(4、6、8、10条……),内外撑条应放置同一位置,才能保持应有的机械强度。
绕组排布好后,由绕组最大径向尺寸,再加上绕组间绝缘距离(一般为20 mm左右),即可决定中心距尺寸M。
(10) 计算绕组铜重:
GCu＝8.9ltAWN×10-3
式中:GCu为绕组铜重(kg);lt为绕组平均匝长(cm);AW为绕组导线截面积(cm2);N为绕组匝数。由于未考虑引出线及导线绝缘的重量,所以实际使用导线时,一般还要适当增加5%～10%的重量。
(11) 计算铁重:
对三柱铁心式,
GFe＝3×7.6hcAc×10-3+2×7.6lyAy×10-3
式中:GFe为铁心净重(kg);hc为铁心柱窗口高度(cm);Ac为铁心截面积(cm2);ly为铁轭长(cm);Ay为铁轭截面积(cm2)。【例】有一台SN＝50 kVA三相变压器,f=50 Hz,一次额定电压U1N＝380 V,二次额定电压U2N＝190 V,绕组联结组别为D,y11、干式变压器、铜绕组,试计算变压器铁心、绕组、导线截面积。
【解】① 电流计算:
I11＝
＝
＝75.96(A)
I1P＝
＝
＝43.85(A)
I21＝I2P＝
＝
＝151.9(A)
② 电压计算:
U11＝U1p＝380 V
U21＝190 V
U2p＝
＝
＝109.7(V)
③ 决定每匝电压:
e′t＝0.45
＝0.45
＝3.182(V/匝)
④ 计算铁心直径D:
取K=6.4,可得
Dc＝K
＝6.4
＝12.93(cm)
选标准直径D=130 mm,查表3-4得净面积AC=111.52 cm2,选用DR280-35热轧硅钢片,铁心叠压系数KFe＝0.91,铁心为6级铁心,叠厚T=12.5 cm。
铁轭截面积
Ay＝1.1Ac＝1.1×111.52=122.7(cm2)
铁轭高度
hy＝
＝
＝10.79(cm)
取hy＝10.8 cm。
⑤ 计算绕组匝数:
二次绕组匝数
N2＝
＝
＝34.48(匝)
取N2＝34匝,
则
et＝
＝
＝3.226(V/匝)
一次绕组匝数
N1＝
＝
＝117.8(匝)
取N1＝118匝。
⑥ 计算绕组导线截面积:高压绕组为外绕组,按表3-6,取J1＝2.5 A/mm2,可得
AW1＝
＝
＝17.54(mm2)
低压绕组为内绕组,取J2＝2 A/mm2,可得
AW2＝
＝
＝75.95(mm2)
⑦ 绕组型式与排列:内绕组采用双层圆筒式,外绕组采用多层圆筒式。内外绕组都不采用绝缘筒。图3-2为绕组布置。
图3-2 绕组联结原理图
内绕组导线选用线规为2.8 mm×7.10 mm/3.21 mm×7.43 mm(分子为裸线尺寸,分母为带绝缘尺寸)双玻璃丝包线,采用2并2叠绕双层圆筒式,在每层绕组中间换位1次,每层匝数为17匝。
绕组高度
h′W2＝7.23×2×(17+1)×1.03=275.5(mm)
其中匝数加1是考虑到实际绕制中,17匝导线要占相当于18匝导线的地位;乘1.03是考虑绕制系数。
取每端端部绝缘为5.5 mm,所以内绕组总高为
hW2＝h′W2+2×5.5=275.5+11=286.5(mm)
外绕组导线选用线规为2.24 mm×8 mm/2.65 mm×8.33 mm双玻璃丝包线,每层绕29.5匝,共绕4层。
绕组高度
h′W1＝(29.5+1)×8.33×1.03=261.7(mm)
取每端端部绝缘为12.4 mm,所以外绕组总高为
h′W1＝hW1+2×12.4=261.7+24.8=286.5(mm)
内、外绕组高度相同。
在铁心与内绕组之间留有厚度为10 mm的风道撑条4根,宽度为15 mm。所以绕组线模尺寸:∅150 mm×286.5 mm,高、低压绕组可用一只线模,先绕内绕组,后绕外绕组。
在内绕组的两层中间留有厚度为10 mm的风道,内、外绕组之间留有厚度为12 mm的风道,外绕组的第2、3层之间留有厚度为10 mm的风道,撑条按圆周均匀安放6根,宽为15 mm、长285 mm,厚度为各自风道厚度。
绕组的最大径向尺寸为
DW＝[130+2(10+3.21+10+3.21+12+2×2.56+10+2×2.56)]×1.05=260(mm)
乘1.05是考虑绕制系数。
取柱间绕组的间隔宽b=20(mm),则柱中心距
M=DW+b=260+20=280(mm)
⑧ 决定绕组铜重:
内绕组第1层的平均直径
d1＝130+2×10+3.21=153.2(mm)
第一层的平均匝长
lt1＝πd1＝π×153.2=481.3(mm)
三柱匝数共51匝,绕组导线截面积
AW2＝4×2.8×7.10=79.52(mm2)
于是第1层绕组的铜重
Gcu1＝8.9lt1AW2N×10-3
=8.9×48.13×0.795 2×51×10-3＝17.37(kg)
内绕组第2层的平均直径
d2＝130+2×10+2×3.21+2×10+3.21=179.6(mm)
第二层的平均匝长
lt2＝πd2＝π×179.6=564.2(mm)
三柱匝数共51匝,绕组导线截面积AW2＝79.52(mm2)
于是第2层绕组的铜重
Gcu2＝8.9×56.42×0.795 2×51×10-3＝20.36(kg)
外层绕组第1、2层的平均直径
d3＝130+2×10+2×3.21+2×10+2×3.21+2×12+2×2.65=212.1(mm)
外层绕组第1、2层的平均匝长
lt3＝πd3＝π×212.1=666.3(mm)
三柱匝数共3×59=177匝,绕组导线截面积
AW1＝2.24×8=17.92(mm2)
于是外层绕组第1、2层绕组的铜重
Gcu3＝8.9lt3AW1N×10-3
=8.9×66.63×0.179 2×177×10-3＝18.81(kg)
外层绕组第3、4层的平均直径
d4＝130+2×10+2×3.21+2×10+2×3.21+2×12+4×2.65+2×10+2×2.65=242.7(mm)
外层绕组第3、4层的平均匝长
lt4＝πd4＝π×242.7=762.5(mm)
三柱匝数共3×59=177匝,绕组导线截面积
AW1＝2.24×8=17.92(mm2)
于是外层绕组第3、4层绕组的铜重
Gcu4＝8.9lt4AW1N×10-3
=8.9×76.25×0.179 2×177×10-3＝21.52(kg)
内绕组铜重
Gcui＝Gcu1+Gcu2＝17.37+20.36=37.73(kg)
外绕组铜重
Gcue＝Gcu3+Gcu4＝18.81+21.52=40.33(kg)
以上是计算值重,实际用量应加5%～10%的余量。
⑨ 决定铁重:
图3-3 铁心外形尺寸
铁心外形如图3-3所示,绕组与铁轭的绝缘距离取15 mm,于是铁心窗高
hc＝hW+2×15=287+30=317(mm)
铁轭长
ly＝2M+D=2×280+130=690(mm)
铁重
GFe＝3×7.6hcAc×10-3+2×7.6lyAy×10-3
=(3×7.6×31.7×111.52+2×7.6×69×122.7)×10-3
=209.3(kg)