Расчет магнитопровода - определение диаметра, сечения числа ступеней стержня и ярма, коэффициента заполнения

Предварительный выбор диаметра D согласно предыдущей главе делается либо по общей формуле, предложенной П. М. Тихомировым [Л.2], либо по кривым (см. рис. 2.3).

Активное сечение F_CT стержня, т. е. сечение активной стали, будет зависеть от выбранной формы сечения, числа ступеней и коэффициента заполнения.

Число ступеней в принципе должно быть возможно большим потому что чем больше ступеней, тем большим будет коэффициент Кз.кр заполнения площади круга геометрической фигурой сечения стержня. Но по технологическим соображениям число ступеней часто предпочитают ограничивать с тем, чтобы не усложнять производство чрезмерно большим количеством размеров пластин. Поэтому число ступеней выбирается в зависимости от выбранного диаметра D согласно табл. 14.1 или следующим образом:

Выбранное число ступеней определяет число пакетов пластин, из которых складывается сечение стержня.

Наибольшее сечение стержня (ступенчатой фигуры) получается лишь при определенных соотношениях ширины с_П пакетов к диаметру D Зги соотношения различны для разных чисел ступеней (см. рис. 14.1).

Ширина каждого пакета с_П получается путем умножения соответствующего коэффициента на диаметр D.

Однако на практике приходится отступать от теоретических значений ширины пакетов (а следовательно, и пластин) по следующим причинам:

1. Необходимость применения таких размеров ширины пластин, которые давали бы наименьший процент отходов стали при ее раскрое из листов стандартных размеров.

Так как стандартный лист наиболее часто имеет ширину 750 мм а после обрезки кромок около 735 мм, то в заводских нормалях приняты следующие размеры для ширины пластин: 49, 52, 56, 61, 66, 73, 81, 91, 105, 114, 122, 135, 147, 164, 175, 184, 195, 205, 215, 235, 245, 260, 280, 295, 310, 340, 350, 368 и 420 мм. Некоторые из этих размеров, не укладывающиеся целое число раз в ширину 735 мм, назначены как промежуточные.

2. Для диаметров свыше 250 мм, при которых стержни по высоте прессуются сквозными шпильками, необходимо иметь место для размещения прессующих гаек и шайб в пределах описанной окружности (см. рис. 14.2).

Кроме того, часто при определении размеров пакетов необходимо учитывать волнистость пластин, рациональное расположение охлаждающих каналов, размещение прессующих клиньев и другие конструктивные соображения. Так как это относится главным образом к большим диаметрам (свыше 350—400 мм), то вышеуказанные причины изменения размеров пакетов здесь не рассматриваются.

Сечение ярма, поскольку магнитный поток в ярме такой же величины, как и в стержне, теоретически (по крайней мере в геометрическом смысле) должно было бы повторять сечение стержня. Однако ярмо не несет обмоток и поэтому его форма не обусловлена в этом отношении особыми требованиями. С другой стороны, желание упростить в какой-то мере конструкцию магнитопровода приводит к уменьшению числа ступеней сечения ярма по сравнению со стержнем. У трансформаторов малой мощности (габарита I) ярмо вообще делают прямоугольного сечения. Для трансформаторов габарита II наиболее распространенным является двухступенчатое (Т-образное) ярмо. И лишь у более крупных трансформаторов габарита III и выше ярмо делают многоступенчатым с числом ступеней, близким или равным числу ступеней стержня.

В случае применения прямоугольного или двухступенчатого ярма необходимо увеличивать его сечение, т. е. делать так называемое усиление ярма. Усиление ярма делается из следующих соображений. Так как пакеты ярма в этих случаях не равны соответствующим пакетам стержня, то при равных общих сечениях магнитные индукции в пакетах будут разными. Например, в прямоугольном ярме сечение среднего пакета, очевидно, будет меньше сечения среднего (большего) пакета стержня, следовательно, индукция в среднем пакете ярма будет больше средней индукции. Кроме того, индукция будет стремиться выравниваться по общему сечению, а это значит, что часть магнитного потока будет переходить из одного пакета в другой, вызывая добавочные потери от вихревых токов в пластинах стали. Это явление главным образом будет происходить в углах магнитопровода.

Чтобы уменьшить добавочные потери и отчасти несколько уменьшить перераспределение магнитного потока по пакетам, делают усиление ярма. Величина усиления обычно составляет 10—15% при прямоугольном ярме и около 5% при двухступенчатом ярме. При этом только в среднем (большем) пакете ярма индукция будет примерно на 10% больше средней индукции стержня.

Усиление ярма особенно требуется делать при применении холоднокатаной стали, у которой процент потерь от вихревых токов значительно больший, чем у горячекатаной стали.

Так как пакеты стержня и ярма собираются из тонких изолированных пластин электротехнической стали, то из-за наличия изоляционных прослоек и неплотностей между пластинами активное сечение стержня и ярма на несколько процентов меньше площади ступенчатой фигуры.

Активное сечение определяется умножением площади сечения ступенчатой фигуры на коэффициент заполнения сталью этой площади.

Для обычно применяемого двустороннего изоляционного покрытия пластин лаковой пленкой коэффициенты заполнения имеют значения, приведенные в табл. 3.1.

Таблица 3.1

Двукратное покрытие применяется для крупных трансформаторов при диаметрах свыше 300—350 мм.

Применяемое за рубежом жаростойкое химическое покрытие позволяет увеличить коэффициент заполнения до 0,96.

Основные размеры магнитопровода Н и МО определяются после расчета обмоток, при котором производится раскладка витков в окне магнитопровода и тем самым определяются размеры окна магнитопровода (см. § 4.3).