Так как мощность проектируемого трансформатора равна 1600 кВА, выбираем конструкцию бака с навесными радиаторами с прямыми трубами.
Сначала определим размеры гладкого бака.
Ширина бака:
где – добавочный размер, зависящий от расположения отводов. Отводы от обмоток НН и ВН располагаются по разные стороны от трансформатора.
Поэтому:
,
где S 1, S 2 – расстояние от отвода обмотки ВН до этой обмотки и до стенки бака,
S 3 – расстояние отвода обмотки НН до обмотки ВН,
S 4 – расстояние отвода обмотки НН до стенки бака,
и – диаметры отводов ВН и НН с учетом изоляции.
Длина бака:
Высота бака:
Определим конструктивные параметры дополнительных охлаждающих элементов, чтобы найти их поверхности излучения и конвекции.
1. Определим допустимое превышение температуры масла над температурой воздуха с учетом перегрева обмоток:
2. Определим допустимое превышение температуры стенки над воздухом:
Необходимо соблюдение условия:
Допустимое превышение температуры стенки бака над температурой воздуха лежит в пределах нормы.
3. Ориентировочная поверхность излучения бака:
4. Необходимая поверхность теплоотдачи конвекцией:
5. Определим коэффициент увеличения поверхности охлаждения бака по сравнению с поверхностью гладкого бака:
Определим требуемую дополнительную поверхность охлаждения:
Выбор радиатора начинается с определения размера – расстояния между осями патрубков :
где - суммарное расстояние патрубков от дна и крышки,
- для бака с прямыми трубами.
По справочным данным подбираем и , где - поверхность труб.
Из рассчитанного выше делаем выбор типа радиатора с прямыми трубами в два ряда. Тогда по справочным данным имеем следующее:
- ширина по периметру, .
- расстояние от патрубка бака, .
Расстояние между радиаторами по периметру бака:
- на прямом участке, .
- расположение под углом, .
Поверхность коллектора: .
Полная поверхность одного радиатора равна сумме поверхностей труб и коллектора:
;
.
Определяем поверхность конвективного теплообмена радиатора, приведенную к поверхности гладкой стенки:
;
,
где - для прямых труб.
Определяем число радиаторов
,
.
Принимаем .
Проверяем приближенно возможность размещения радиаторов по периметру бака:
.
Принимаем . Количество радиаторов размещаются по периметру бака.
После окончательного выбора типа и числа радиаторов определяем поверхности бака:
при теплоотдаче излучением
,
при теплоотдаче конвекцией
5.3. Окончательный расчет превышения температуры обмоток и масла над температурой воздуха
Среднее превышение температуры стенки бака над температурой окружающего воздуха с учетом теплоотдачи конвекцией и излучением:
.
Среднее превышение температуры масла вблизи стенки бака над температурой этой стенки:
,
где – поверхность конвекции бака без учета коэффициентов КФ, характеризующих улучшение или ухудшение конвекции.
Среднее превышение температуры масла над температурой окружающего воздуха:
.
Превышение температуры верхних слоев масла:
Превышение температуры обмоток над температурой окружающего воздуха:
.
Для обмотки ВН:
.
Для обмотки НН:
.
Превышения лежат в пределах допустимого нагрева по ГОСТ 11677–85.
6. Расчет характеристик трансформатора
Для расчета зависимости нужно воспользоваться упрощенным выражением:
,
где k нг = 0,577 – коэффициент нагрузки трансформатора.
Угол φ 2 будет меняться от до через равные интервалы.
Расчеты сведем в таблицу.
φ 2 | -1,571 | -1,222 | -0,873 | -0,524 | -0,175 | 0,175 | 0,524 | 0,873 | 1,222 | 1,571 |
Δ U | -3,116 | -2,723 | -2,002 | -1,039 | 0,05 | 1,132 | 2,078 | 2,773 | 3,134 | 3,116 |
Построим график зависимости .
На рисунке показан график зависимости
Внешняя характеристика трансформатора при строится из условий:
где U 2 – текущее значение напряжения на нагрузке, В;
изменяется в пределах от 0 до 0,577 через равные интервалы (возьмем 7 точек).
Сведем примерные расчеты в таблицу.
K нг | 0,082 | 0,164 | 0,246 | 0,328 | 0,41 | 0,492 | 0,577 | |
U 2 | 6,3 | 6,272 | 6,244 | 6,216 | 6,188 | 6,16 | 6,132 | 6,104 |
Построим график зависимости.
На рисунке показан график зависимости .
Коэффициент полезного действия для трансформатора можно определить по формуле:
Построим график зависимости при .
Сведем примерные расчеты в таблицу.
K НГ | 0,082 | 0,164 | 0,246 | 0,328 | 0,41 | 0,492 | 0,577 | |
0,974 | 0,985 | 0,989 | 0,99 | 0,991 | 0,991 | 0,991 |
Построим график зависимости.