Расчёт магнитной системы в соответствии с общим законом тока

1. Введение

Материал, конфигурация и геометрические размеры сердечника трехфазного трансформатора определяют его намагничивающий ток и магнитные потери. Расчет реактивной составляющей тока холостого хода (намагничивающего тока) осуществляется по результатам расчета его магнитной системы, выполняемого либо на основе закона полного тока, либо путем расчета реактивной (намагничивающей) мощности, необходимой для создания магнитного поля в магнитной системе трансформатора.

2. Расчёт магнитной системы в соответствии с общим законом тока

Согласно пунктам [1-4], при расчете магнитной системы по закону полного тока магнитопровод вдоль средней магнитной линии делится на участки, в пределах которых значение индукции магнитного поля принимается постоянной. Эти области являются:

1. Сердечник магнитной системы. Длина магнитной линии, магнитная индукция в заданной области, напряженность магнитного поля.

2. Ярмо магнитной системы. Длина магнитной линии, магнитная индукция в этой области, напряженность магнитного поля.

3. Немагнитные зазоры, стыки между пластинами ярма и стержня, которые образуются при сборке слоистого сердечника. Длина магнитной линии, зазор магнитной индукции, напряженность магнитного поля, количество соединений в магнитной системе.

Магнитопровод плоской трехстержневой магнитной системы трехфазного трансформатора несколько асимметричен, а МДФ и токи намагничивания крайних фаз несколько выше. На практике этой разницей пренебрегают и рассчитывают среднее значение MДФ для одной фазы. Тогда,

Формула

Значение основной гармоники намагничивающего тока

Формула

- где число витков обмотки, коэффициент, учитывающий наличие высших гармоник в токе намагничивания.

3. Основные положения и рекомендации по расчёту намагничивающей мощности  

Ниже приведены основные положения и рекомендации, сформулированные в [5], касающиеся расчета намагничивающей мощности трехфазного трансформатора с плоской слоистой магнитной системой, собранной из листов холоднокатаной анизотропной стали.

Согласно [5], материалом магнитных систем современных силовых трансформаторов является электротехническая холоднокатаная анизотропная тонколистовая сталь марок 3404, 3405, 3406, 3407, 3408, 3409.

Использование анизотропной холоднокатаной стали, обладающей значительно меньшими удельными потерями и более высокой магнитной проницаемостью, позволяет увеличить индукцию в сердечнике трансформатора и значительно снизить массу активных материалов при одновременном снижении потерь. Это, в свою очередь, приводит к снижению расхода изоляционных и конструкционных материалов и трансформаторного масла. И, следствие, позволяет уменьшить размер и вес трансформаторов и увеличить их единичную мощность.

Одной из существенных особенностей холоднокатаной стали, которую необходимо учитывать при расчете магнитной системы, является анизотропия ее магнитных свойств и их значительное ухудшение при различных механических воздействиях. Эта сталь обладает оптимальными магнитными свойствами, наименьшими удельными потерями и самой высокой магнитной проницаемостью в направлении прокатки. Свойства стали значительно ухудшаются, если вектор индукции магнитного поля направлен под углом к направлению прокатки. "Худшим" является угол, равный 550, при котором удельные потери увеличиваются почти в четыре раза по сравнению со случаем совпадения указанных направлений.

Свойства стали значительно ухудшаются при резке стали на пластины, удалении заусенцев с днища, изгибе пластин, случайных ударах при транспортировке и сборке магнитной системы и т.д.

Несмотря на указанные недостатки холоднокатаной анизотропной стали и ее относительно высокую стоимость, силовые трансформаторы с рационально спроектированной магнитной системой и надлежащей технологией изготовления имеют относительно низкие потери и ток холостого хода, приводят к экономии материалов и экономичны в эксплуатации.