§ 26. НЕОБХОДИМЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ВЕЛИЧИНЫ
Габаритная мощность трансформатора. По заданным токам и напряжениям легко подсчитывается суммарная мощность вторичных обмоток, или вторичная мощность
(180)
Здесь i — индекс обмотки, /г- и Ui — токи и напряжения вторичных обмоток в действующих значениях, Pi — их мощности.
До сих пор во всех выражениях фигурировала электромагнитная мощность Р. С достаточной для практики точностью мощность Р может быть заменена так называемой габаритной мощностью трансформатора Рг, являющейся полусуммой вторичной мощности Рп и мощности первичной обмотки Рр
(181)
Мощности Рг и Ри отличаются друг от друга за счет потерь в трансформаторе, а при наличии анодных обмоток дополнительное отличие может появиться в результате использования определенных схем выпрямления [см. (70)]. Влияние тока /о учитывается отдельно коэффициентом п в (11).
Из (181) и (70)
(182)
Здесь Рп и Pt—по (180), i — номер обмотки, N — число обмоток (включая первичную), г) — к. п- д. в относительных еди-
ницах, кВ1- — по (68) и табл. 22. Для однофазных схем коэффициент кВг всегда равен единице, кроме схем однополупериодной и двухполупериодной со средней точкой. Если трансформаторах малой мощности не содержит обмоток, работающих на такие схемы, то из (182)
(183)
Величина Рт характеризует габариты трансформатора и является отправной при его расчете.
Выбор типа трансформатора и способа его выполнения. Если тип трансформатора и способ его выполнения не заданы расчетчику, то выбирать их следует на основании приведенных указаний следующих разделов книги: тип — § 22, материал сердечника— § 5 и 19, конструкция сердечника — § 4, 8, 9, проводниковый материал — § 7 и 19, конструкция трансформатора — § 4, 12, 11.
Исходные расчетные коэффициенты. При расчете трансформаторов в общем случае необходимо знание следующих исходных величин: коэффициентов заполнения кок и кс, к. п. д. т), коэффициента теплоотдачи ак, коэффициента распределения окна между обмотками п. Все эти величины зависят от очень большого числа факторов и не могут быть точно определены до завершения всего расчета трансформатора. Поэтому, строго говоря, расчет может идти только методом последовательных приближений, когда принятые значения перечисленных коэффициентов корректируются по результатам расчета и расчет повторяется заново до достижения удовлетворительного совпадения принятых и полученных величин. Однако накопленный практический опыт позволяет достаточно правильно задаться всеми необходимыми исходными величинами в зависимости от тех или иных условий. Ниже конкретные значения этих величин .мы будем приводить в ряде случаев для некоторых определенных, типовых условий, условно называемых «нормальными». При этом будут даваться указания, как корректировать приведенные величины на иные условия.
Рассмотрим последовательно эти величины. Максимально достижимая величина коэффициента заполнения сердечника кс зависит только от толщины материала и технологии изготовления сердечника. Значения кс для различных из этих условий приводились в гл. IV, табл. 13 и 15. Косвенным образом, через толщину материала, кс связан с частотой. Для приближенных расчетов нормальным значением можно считать кс = 0,9.
Максимально достижимая величина коэффициента заполнения окна Кок зависит от абсолютных размеров окна, количества изоляции, вида проводникового материала, толщины или диаметра проводов, технологии моточных работ (см. § 12).
В свою очередь, каждый из этих факторов определяется целым рядом условий.
Количество изоляции зависит от напряжений обмоток, марки провода (толщина витковой изоляции и необходимость той или иной слоевой изоляции), числа обмоток, способа изоляции от корпуса, качества изоляционных материалов. Так, наивысший коэффициент Кок достигается при низком напряжении, малом числе обмоток, применении эмальпроводов с высокопрочной эмалью (см. § 7), позволяющих обойтись минимумом слоевой изоляции, применении тонкостенных прессованных каркасов из качественных пресс-материалов, использовании для слоевой и межобмоточной изоляции тонких высококачественных синтетических пленок (§ 4, 6).
При прочих равных условиях меньше всего изоляции заключает в себе БТ, поскольку в СТ, ТТ и ЗТ слоевая и частично межобмоточная изоляции повторяются в окне дважды (у двух катушек).
«Нормальными» условиями будем считать для низковольтных трансформаторов применение эмальпроводов ПЭВ-2, бумажной изоляции, прессованных каркасов средней толщины стенок (то же — сборных гетинаксовых каркасов). В отношении числа обмоток и величины напряжения нужно иметь в виду: низковольтные трансформаторы с малым рабочим напряжением (до 300— 500 в) при любом числе обмоток или с малым числом обмоток (две-три) при любом напряжении — «трансформаторы с малым количеством изоляции»; низковольтные трансформаторы с большим числом обмоток и большим рабочим напряжением (свыше 300—500 в)—«трансформаторы с большим количеством изоляции». Высоковольтные трансформаторы будем считать изолированными при помощи заливки термореактивным компаундом.
Диаметр провода зависит от величины тока в обмотке и допустимого перегрева или падения напряжения. Величина к0К тем выше, чем толще провод. В среднем можно считать, что ток обмоток растет с мощностью трансформатора, поэтому в этой зависимости кроется косвенная связь кок с мощностью трансформатора (при заданных Атк или А и). Такие средние условия и перегрев Дтк = 50° и будем считать «нормальными».
Технология моточных работ зависит от уровня производства и конструкции трансформатора. Так, наибольший коэффициент заполнения обеспечивается при использовании для обмоток тонкой фольги (см. § 12). Для обмоток из провода более высокие Кок достигаются при плотной рядовой намотке (см. § 12). Однако такая намотка не всегда может быть применена. При намотке катушек на замкнутые ленточные сердечники приходится применять ручную намотку, намотку на тороидальных станках или принцип вращающейся катушки. В первых двух случаях окно сердечника полностью не используется из-за остающегося & Середине окна отверстия поД челнок, пониженных значений КуКл (см. § 12), в последнем случае теряется часть окна, заключенная между стенками круглого каркаса и квадратного сердечника. «Нормальными» условиями будем считать случай рядовой станочной намотки.
«Нормальными» сердечниками будем считать нормализованные сердечники по табл. 38—41 (при необходимости — средние сердечники группы ряда).
Рис. 114. Зависимость коэффициента заполнения окна от мощности трансформаторах малой мощности
50 Гц;
400 Гц.
Для перечисленных нормальных условий значения кок для
каждого типоразмера сердечника занесены в таблицы рядов 43—49 в § 27.
Чтобы получить зависимость величины Кок от мощности трансформатора, надо учесть, что абсолютные размеры окна зависят от мощности трансформатора и его удельного объема э = v по (81), (94) или» (101). В свою очередь, v зависит от кок, а также от частоты, качества материалов сердечника и обмоток, геометрии трансформатора, допустимого перегрева или падения напряжения, коэффициента теплоотдачи ак, т. е. от факторов, ряд из которых непосредственно влияет на величину кок. «Нормальными» условиями будем считать: частоты 50 и 400 Гц, применение ленточных сердечников из стали Э35 второй группы качества, медных обмоток; коэффициент теплоотдачи по рис. 77 с учетом шасси по (62); прочие условия — прежние.
Зависимости кок от мощности для приведенных нормальных условий даны на рис 114 для всех типов низковольтных трансформаторов при малом количестве изоляции (для случая полного заполнения окна катушкой; при неполном, оптимальном, заполнении окна — см. § 19, 20, табл. 32, рис. 86, 87).
В качестве усредненного, «типового» значения к0К для различных вычислений общего характера и предварительных прикидок принимают к0К = 0,3 (для обмоток из медного провода). Для обмоток из фольги «типовой» к0К = 0,6.
Коэффициент теплоотдачи ак и влияние на него различных факторов подробно рассматривались в § 16. За нормальные будем принимать те же условия, что при построении кривых на рис. 77 и оговоренные выше при определении к0к Значения ак для «нормальных» условий для каждого типоразмера сердечника занесены в таблицы рядов 43—49. Зависимость ак от мощности при разных частотах для тех же условий приведена на рис. 115.
При необходимости быстрых и грубых прикидок можно принимать некоторое среднее значение ак = 1,1 X 10~3 вт/см2 *°С.
Рис. 115 Зависимость удельного коэффициента теплоотдачи катушек стержневого трансформаторах малой мощности от мощности при малом количестве изоляции (при наличии теплового контакта сердечника на шасси).
Для БТ коэффициент снижать на 15—20%, для ТТ — на 10%, для ЗТ— не изменять. Для трансформаторах малой мощности с большим количеством изоляции коэффициент снижать на 15—20%, для сухих трансформаторах малой мощности с заливкой катушек термореактивным компаундом — на 10°/о. См. также табл. 32.
Корректировка величин кок и ак для условий, отличных от «нормальных», может быть произведена с помощью указаний, сведенных в табл. 32.
Коэффициент полезного действия при заданном перегреве по (174) и (176) зависит от мощности, качества сердечника и его материала, материала проводников, коэффициентов заполнения, частоты, перегрева катушек, коэффициента теплоотдачи, геометрии сердечников — от факторов, уже рассмотренных нами выше. Для нормальных условий окажется зависящим только от мощности. Такие зависимости для частот 50 и 400 Гц были приведены на ри|С. 112. Корректировка значений г] на иные условия может быть сделана с помощью указаний, приведенных в § 24.
При заданном не очень малом А и и частоте 50 Гц г\ берется по (179), в иных случаях можно ориентировочно братьц по приведенным графикам для расчета на заданный перегрев (см. § 24). Для грубых прикидок к. п. д. можно принимать равным 0,8—0,9 для частоты 50 Гц и 0,9—0,95 для частоты 400 Гц.
Коэффициент распределения окна между обмотками п при расчете на заданный перегрев согласно (84) зависит от величины намагничивающего тока io. В свою очередь, ток /о, если он специально не задан, зависит от режима работы трансформатора .(см. § 19). При примерно постоянных или возрастающих с уменьшением мощности индукциях io падает с ростом мощности (см. рис. 67). Зависимость /о от мощности для «нормальных» условий и частот 50 Гц и 400 Гц показана на рис. 116. Коэффициент п рассчитан по (84) в соответствии с рис. 116 и приведен для частот 50 Гц и 400 Гц в зависимости от мощности (на том же рисунке).
Корректировочные множители для к0К и «к для условий, отличных от «нормальных» (ориентировочно)
Для приближенных расчетов можно принимать для 50 Гц /о = 0,5, п = 2,1, для 400 Гц /0 = 0,2, п = 2.
При расчете па заданное падение напряжения и заданный намагничивающий ток следует принимать всегда п=2 (см.§ 18). Величина /о может быть произвольной.
При использовании метода оптимальных коэффициентов заполнения кок и кс их значения выбирают по указаниям, приведенным в § 19, 20, рис. 86, 87, 88. При
Рис. 116. Зависимости намагничивающего тока и коэффициента распределения окна между обмотками от мощности трансформаторах малой мощности
50 Гц;
400 Гц.
(При неполном заполнении окна катушкой величина /„ несколько возрастает).
пониженных значениях к0К намагничивающий ток /0 несколько возрастает (примерно пропорционально кубическому корню из отношения коэффициентов заполнения).
