Конструкций электрических

Мощность потерь в трансформаторе относительно номинальной мала, но ее значение в трансформаторах большой мощности может быть велико, поэтому одной из важнейших задач при конструировании трансформаторов является обеспечение отвода в окружающую среду теплоты, нагревающей обмотки и магнитонровод. Задача зга тем сложнее, чем больше мощность трансформатора. При заданных индукции в магнитопроводе и плотности тока в обмотках мощность потерь возрастает пропорционально увеличению объема трансформатора, т. е. пропорционально кубу увеличения его линейных размеров, а поверхность теплоотдачи увеличивается лишь пропорционально квадрату увеличения линейных размеров. Следовательно, с увеличением мощности трансформатора приходится искусственно увеличивать поверхность охлаждения и усиливать теплоотдачу, с этой поверхности. Ухудшение условий теплоотдачи с ростом мощности наблюдается в большинстве электрических машин и аппаратов.

При конструировании трансформаторов стремятся к снижению веса и стоимости, ослаблению поля рассеяния, уменьшению потерь в сердечнике и обмотках.

Мощность потерь в трансформаторе относительно номинальной мала, но ее значение в трансформаторах большой мощности может быть велико, поэтому одной из важнейших задач при конструировании трансформаторов является обеспечение отвода в окружающую среду теплоты, нагревающей обмотки и магнитопровод. Задача эта тем сложнее, чем больше мощность трансформатора. При заданных индукции в магнитопроводе и плотности тока в обмотках мощность потерь возрастает пропорционально увеличению объема трансформатора, т. е. пропорционально кубу увеличения его линейных размеров, а поверхность теплоотдачи увеличивается лишь пропорционально квадрату увеличения линейных размеров. Следовательно, с увеличением мощности трансформатора приходится искусственно увеличивать поверхность охлаждения и усиливать теплоотдачу с этой поверхности. Ухудшение условий теплоотдачи с ростом мощности наблюдается в большинстве электрических машин и аппаратов.

Мощность потерь в трансформаторе относительно номинальной мала, но ее значение в трансформаторах большой мощности может быть велико, поэтому одной из важнейших задач при конструировании трансформаторов является обеспечение отвода в окружающую среду теплоты, нагревающей обмотки и магнитопровод. Задача эта тем сложнее, чем больше мощность трансформатора. При заданных индукции в магнитопроводе и плотности тока в обмотках мощность потерь возрастает пропорционально увеличению объема трансформатора, т. е. пропорционально кубу увеличения его линейных размеров, а поверхность теплоотдачи увеличивается лишь пропорционально квадрату увеличения линейных размеров. Следовательно, с увеличением мощности трансформатора приходится искусственно увеличивать поверхность охлаждения и усиливать теплоотдачу с этой поверхности. Ухудшение условий теплоотдачи с ростом мощности наблюдается в большинстве электрических машин и аппаратов.

Внешние КЗ. При внешних (сквозных) КЗ токи в обмотках могут намного превышать их номинальные значения. Максимальный ток может возникать при питании трансформатора (автотрансформатора) от системы большой мощности, сопротивлением которой можно пренебречь по сравнению с сопротивлением Хк трансформатора. В этом случае установившийся 1^тах ~/шш,тДк. При конструировании трансформаторов учитываются динамические усилия от таких токов. Принимая это во внимание, внешние КЗ могут для таких трансформаторов представлять опасность, главным образом, по их тепловому воздействию на обмотки.

При конструировании трансформаторов всегда стремятся к тому, чтобы линейные нагрузки (см. § 1-7) были равномерно распределены вдоль первичной и вторичной обмоток и взаимно магнитно уравновешены. Отключение части витков нарушает равномерность магнитного поля рассеяния ( 2-104). У вектора индукции В магнитного поля появляется поперечная (радиальная) составляющая В?, которая, взаимодействуя с током обмоток, создает электромагнитные силы, стремящиеся сдвинуть витки обмотки в осевом направлении. Эти силы становятся опасными при коротком замыкании и могут привести к разрушению обмоток.

При значительном повышении частоты преобразуемого тока приходится учитывать не только индуктивные и активные сопротивления обмоток, но и емкости между обмотками и магнитными системами, между отдельными частями обмоток, так как токи, протекающие через эти емкости, становятся соизмеримыми с токами, протекающими непосредственно по виткам обмоток. При конструировании трансформаторов приходится поэтому в ряде случаев учитывать емкостную цепь обмоток и регулировать ее (например, ее симметрию) при помощи специальной укладки витков, а иногда путем применения системы металлических экранов.

Внешние к. з. При внешних (сквозных) к. з. токи в обмотках могут намного превосходить номинальные значения. Максимальный ток внешнего к. з. может возникнуть при питании трансформатора (автотрансформатора) с сопротивлением к. з. хк_ 3% от системы большой модности, сопротивлением которой можно пренебречь. В этом случае установившийся /к.'3. вн. макс ~ ЮО X IHOJxK 3%. При конструировании трансформаторов (автотрансформаторов) не очень большой мощности обычно учитываются динамические усилия при внешш-х к. з., соответствующие указанным /к. 3. Вн. макс-Практически токи внешних к. з. могут представлять для трансформаторов (автотрансформаторов) опасность главным образом по их тепловом*/ воздействию на обмотки. Их прохождение в течение не более нескольких секунд не может, однако, нарушать целост-

B. А. Фока не только полностью выясняет физику процесса пробоя, но и дает возможность надежно рассчитать величину пробивного напряжения. Широкое использование в высоковольтном оборудовании в качестве изоляции трансформаторного масла побудило вести исследования его изоляционных свойств. Исследования, проведенные в ЛПИ и ЛЭТИ (А. М. Залесский, А. А. Сму-ров, М. В. Курлин, А. В. Панов, Л. А. Мравян, П. В. Борисоглебский и др.), позволили установить ряд важных закономерностей, которые оказали существенную помощь в конструировании трансформаторов и аппаратов высокого напряжения.

При конструировании трансформаторов стремятся к снижению веса и стоимости, ослаблению интенсивности поля рассеяния, уменьшению потерь в сердечнике и обмотках.

Напряжение короткого замыкания. При передаче мощности через трансформатор имеет место падение напряжения, определяемое сопротивлением трансформатора — напряжением короткого замыкания «к. Последнее зависит в основном от размеров обмоток (диаметра и ширины канала между обмотками, высоты обмотки), следовательно, от номинального напряжения и мощности трансформатора. При относительно небольшом значении кк падение напряжения в трансформаторе невелико. Однако при КЗ за трансформатором ток получается большим. Это влечет за собой необходимость изготовления трансформаторов с большой динамической и термической стойкостью и приводит, следовательно, к увеличению их стоимости. Увеличиваются также требования к динамической и термической стойкости коммутационных аппаратов на стороне вторичного напряжения. С учетом условий работы трансформаторов в системе при конструировании трансформаторов

Внешние КЗ. При внешних (сквозных) КЗ токи в обмотках могут намного превышать их номинальные значения. Максимальный ток может возникать при питании трансформатора (автотрансформатора) от системы большой мощности, сопротивлением которой можно пренебречь по сравнению с сопротивлением Хк трансформатора. В этом случае установившийся I^ах ~/пои,т/Хк. При конструировании трансформаторов учитываются динамические усилия от таких токов. Принимая это во внимание, внешние КЗ мог)т для таких трансформаторов представлять опасность, главным образом, по их тепловому воздействию на обмотки.

В подсистеме оптимального проектирования предусмотрены признаки, указывающие на марки используемых материалов, варианты фрагментов конструкций электрических машин (например, фрагменты

При разработке конструкций электрических соединений определяют: сечение жил связей; конструкцию проводников (одножильный, многожильный, серебряный, луженый, с изоляцией или без нее, коаксиальный, экранированный, высоковольтный, низковольтный, печатный, пленочный и т. д.); конструкцию совокупности проводников (скрутка проводников, жгут круглого сечения, плоский кабель, печатный монтаж платы и т. д.); методы крепления отдельных проводников и их совокупности; расстояние между отдельными проводниками; взаимное расположение проводников (ортогональное, под углом, параллельное); конструкцию контактных соединений (разъемные и неразъемные); расположение элементов согласования и фильтрации. При этом учитываются не только схемотехнические, но и технологические факторы: номенклатура используемых технологических процессов, их стабильность, характеристики оборудования и оснастки, параметры материалов конструкции; их устойчивость к технологическим воздействиям.

§ 2.7. Разработка конструкций электрических соединений на основе печатных плат

При разработке конструкции электрических соединений аналогового узла особое внимание уделяется технологичности конструкции: использованию несущей конструкции из латуни или другого металла с покрытием (лужение и др.) для облегчения контактирования с земляной шиной в ближайшей к элементу точке; использованию конструкций электрических соединений, поддающихся автоматизации и механизации (печатные платы и шлейфы, контакты для группового контактирования, стежковый монтаж, контактирование накруткой, наличие контактных площадок для автоматизированных контрольных устройств); обеспечению надежных соединений экранов с земляной шиной (в том числе ВЧ-соединителей с оплеткой коаксиальных кабелей); удобству подготовки компонентов к сборке и монтажу (зачистка изоляции, формовка выводов, лужение контактных площадок и т. д.). При изготовлении экранов следует использовать высокопроизводи-

§ 2.7, Разработка конструкций электрических соединений на основе печатных плат...................................................................................................... 127

Книга предназначена для студентов, изучающих электрические машины и знакомых с их теорией в объеме общего курса. В связи с этим в ней отсутствует описание конструкций электрических машин и принципа их действия.

Особые преимущества метод имеет при создании новых, нетрадиционных конструкций электрических машин и электромеханических преобразователей с резко выраженной зубчатостью, особенностями обмоток, а также при необходимости исследования влияния любого характера отклонений.

Исследование систем охлаждения предполагает, разумеется, глубокое изучение конструкций электрических машин и основных законов электромеханики, определяющих формирование поля потерь энергии в объеме машины.

Полезно все же подчеркнуть, что основные элементы конструкций электрических машин содержат источник теплоты, в связи с чем уравнение теплопроводности для электрических машин является, как правило, неоднородным, т. е. с ненулевой правой частью.

В литературе по электрическим машинам неоднородным задачам отводится недостаточное место. Ниже даны решения ряда задач, приводящих к неоднородному уравнению либо к неоднородным краевым условиям. Выбор задач произведен исходя из особенностей теплообмена в типичных элементах конструкций электрических машин и, кроме того, с учетом необходимых ограничений сложности как методов, так и конечных результатов расчета.

Разумеется, формула (4-1) является приближенной, но она позволяет верно произвести экономическую оценку конструкций электрических машин и режимов их эксплуатации.