Студопедия

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника



В таблице 2.1 U0 - выпрямленное напряжение, I0 – выпрямленный ток, – мощность нагрузки, - коэффициент трансформации.




Читайте также:
  1. B-коэффициентпоказывает, что на 0,9464 среднего квадратического отклонения σу
  2. Ordm;. Коэффициенты Ламе. Основная система координат.
  3. VI. Коэффициент мощности и пути его улучшения.
  4. Абсолютные числа разводов и общие коэффициенты разводимости в США и СССР,
  5. Административно-территориальное деление России и его трансформации.
  6. Активная мощность
  7. Активная мощность цепи синусоидального тока
  8. Активная, реактивная и полная мощность переменного тока. Коэффициент мощности
  9. Активная, реактивная и полная мощность трехфазной системы
  10. Активная, реактивная и полная мощность, баланс мощности

Ахтырский С. А.

Методические указания к выполнению курсовой работы

по дисциплине «Технические средства автоматизации и управления» на тему:

«Расчет питающего трансформатора»

Для направлений

220400.62 - «Управление в технических системах»

220201.65 – «Управление и информатика в технических системах»

Г. Коломна, 2014

Коломенский институт (филиал)

Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения

Высшего профессионального образования

«Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)»

«УТВЕРЖДАЮ»

Директор КИ (Ф) МАМИ

____________________

Г.

Методические указания к выполнению курсовой работы

по дисциплине «Технические средства автоматизации и управления» на тему:

«Расчет питающего трансформатора»

Направления подготовки:

«Управление в технических системах»

«Управление и информатика в технических системах»

 

Профиль подготовки: «Управление и информатика в технических системах»

 

Квалификация (степень) выпускника:бакалавр, специалист

(бакалавр, магистр, дипломированный специалист)

Форма обучения:очная, очно-заочная, заочная

 

 

Г. Коломна, 2014 г

УДК 004.4 ББК 32.97 П 78   Печатается в соответствии с решением учебно-методического совета Коломенского института (филиала) Московского государственного университета машиностроения от 02.09.2014г.№39-10/УМС  

Технические средства автоматизации и управления: Методические указания к курсовой работе для студентов очной, очно-заочной и заочной форм обучения по специальности: «Управление и информатика в технических системах»/ Сост. Ахтырский С.А. – Коломна: КИ (ф) МАМИ, 2014. – 39 с.

Методические указания составлены в соответствии с Государственными образовательными стандартами высшего профессионального образования по подготовке бакалавров по направлению «Управление в технических системах» и специалистов по направлению «Управление и информатика в технических системах».

Методические указания одобрены на заседании кафедры «Автоматизации производства и информационных технологий» Коломенского института МГМУ (протокол № 1 от 02.09.14) и утверждены учебно-методическим советом.



 

УДК 004.4

ББК 32.97

© Ахтырский С.А.

 

Содержание

1. Конструкция питающего трансформатора……………………………………...5

2. Расчет трансформатора………………………………………………………….11

3. Пример расчета трансформатора……………………………………………….28

4. Литература……………………………………………………………………….34

5. Приложения……………………………………………………………………...36


1. Конструкция питающего трансформатора

 

Трансформатор преобразует электрическую энергию переменного тока одного напряжения в электрическую энергию другого напряжения.

Основными элементами трансформатора являются сердечник (магнитопровод) и обмотки.

Назначение сердечника заключается в том, чтобы создать замкнутый путь для магнитного потока, обладающий возможно меньшим магнитным сопротивлением. Поэтому сердечники трансформаторов изготавливают из материалов, обладающий высокой магнитной проницаемостью в сильных переменных магнитных полях.

В последнее время для маломощных трансформаторов питания наиболее широкое применение получили ленточные броневые сердечники и ленточные тороидальные сердечники, изготовленные из текстурованных (холоднокатаных) электротехнических сталей. Эти стали обладают высокой индукцией насыщения и довольно малыми потерями.



При частоте 50 Гц применяют стали Э 310, Э 320, Э 330 толщиной 0.5 и 0.35 мм. При частоте 400 Гц применяют сталь Э 340 толщиной 0.15 мм и сталь Э 350 толщиной 0.08 мм. Значительно реже применяют железо - никелевые сплавы.

Анализ параметров трансформаторов показывает, что наиболее целесообразной конструкцией сердечника является:

- сердечники типа ШЛ – в трансформаторах наименьшей массы на частоте 400 Гц;

- сердечники типа ШЛМ – в трансформаторах наименьшей массы и стоимости на частоте 50 Гц с ограничением по падению напряжения;

- сердечники типа ОЛ – в трансформаторах малой мощности на частоте 50 и 400 Гц.

Эскизы сердечников приведены на рис. 1.1.

 

 

Рис. 1.1. Эскизы сердечников ШЛ и ШЛМ.

 

Следующим основным элементом конструкции трансформатора являются обмотки, для изготовления которых используется широкая номенклатура обмоточных проводов и изоляционных материалов.

В настоящее время для обмоток трансформаторов малой мощности применяются преимущественно высокопрочные медные эмалированные провода с изоляцией на синтетических лаках.

Наиболее широко распространены круглые эмалированные провода следующих марок:

- для работы при температуре +1050С – ПЭВ–1 к ПЭВ–2 с эмалевым высокопрочным покрытием (утолщенным для ПЭВ–2) из лака ВЛ–931;

- для работы при температуре +1200С – ПЭВТЛ–1 и ПЭВТЛ–2 с эмалевым высокопрочным покрытием на основе полиуретанового лака с утолщенным слоем для ПЭВТЛ–2;

- для работы при температуре +1300С – ПЭТВ с эмалевым покрытием из полиэфирного лака. Провода ПЭВ–2 и ПЭВТЛ–2 применяют при напряжении больше 500 В.



Кроме обмоточных проводов используются также специальные марки проводов для выводов концов обмоток. Наиболее часто применяют провода марок МГШДО (при рабочем напряжении до 127 В) и МГШДЛ (при рабочем напряжении до 220 В). Провод МГШДО имеет токопроводящую жилу, скрученную из медных луженых проволок, изолированных двойной обмоткой из полиамидного шелка, у МГШДЛ обмотка лакированная.

Совокупность обмоток трансформатора с системой изоляции образует катушку.

Изоляционная система катушки включает в себя следующие элементы:

- изоляцию обмоточных проводов,

- изоляцию обмотки от магнитопровода,

- междуслоевую изоляцию,

- междуобмоточную изоляцию,

- внешнюю (наружную) изоляцию.

Ко всем видам изоляции предъявляются требования обеспечения необходимого сопротивления изоляции, заданной электрической и механической прочности, хорошей теплопроводности, влагостойкости и химической стойкости.

Изоляция обмотки от броневого магнитопровода осуществляется при помощи каркасов, изготовляемых из негигроскопичного материала, обладающего требуемой электрической и механической прочностью.

Простейший и наиболее распространенный тип каркаса предоставляет собой гильзу, изготовляемую из электротехнического картона. Сравнительно часто применяются склеенные из электрокартона каркасы, отличающиеся от гильзы наличием боковых щечек, защищающих торцевые части обмоток от механических повреждений. При массовом производстве трансформаторов используются сборные каркасы из гетинакса и текстолита или каркасы, прессованные из различных изоляционных пластмасс.

Эскизы каркаса и гильзы приведены на рис. 1.2.

 

 

Рис. 1.2. Гильза (а) и каркас (б)

 

Толщину гильзы принимают обычно равной 0,7 – 2 мм, а толщину каркаса – 1,5 – 3,0 мм (в зависимости от диаметра провода). Поверх гильзы (каркаса) наматывают изоляционную бумагу, обеспечивающую лучшую укладку провода и усиливающую изоляцию. Для этой цели обычно применяют кабельную бумагу К-12 (толщина 0,12 мм) или пропиточную бумагу ЭИП –63Б (толщина 0,11 мм) в один слой при величине рабочего напряжения первичной обмотки до 250 В и в два слоя – при напряжении до 500 В.

На рис.1.3 изображено размещение обмоток броневого трансформатора на гильзе (а) и каркасе (б), там же показаны основные изоляционные расстояния.

 

Рис. 1.3. Расположение обмоток на гильзе (а) и на каркасе (б)

 

huз1, huз2 – расстояния от крайнего витка обмотки до сердечника;

hиз ос – расстояние от первого слоя первичной обмотки до сердечника через сплошную изоляцию гильзы или каркаса;

hиз мо – расстояние между верхним и нижним слоем двух соседних обмоток через сплошную междуобмоточную изоляцию;

hиз н – толщина наружной изоляции.

 

Обмотка, изображенная на рисунке, называется многослойной рядовой. Отдельные витки укладываются плотно друг к другу. При невысоких рабочих напряжениях и малых диаметрах проводов иногда применяют обмотку с беспорядочным расположением отдельных витков (обмотка «внавал»).

Для выравнивания обмотки и уменьшения вероятности появления короткозамкнутых витков, обмотку «внавал» ведут отдельными слоями, между которыми помещают междуслоевую изоляцию. Междуслоевая изоляция применяется и при рядовой обмотке.

В обмотках, намотанных проводами диаметром менее 0.5 мм, междуслоевая изоляция прокладывается через ряд слоев с суммарным рабочим напряжением 150 В. В обмотках из проводов диаметром более 0.5 мм междуслоевую изоляцию необходимо прокладывать через каждый слой.

Толщина междуслоевой изоляции (hиз мс) зависит от диаметра провода и величины рабочего напряжения обмотки. При проводах диаметром менее 0.15 мм рекомендуется конденсаторная бумага КОН-1 толщиной 0.01...0.022 мм, при проводах диаметром 0,15...0.5 мм рекомендуется телефонная бумага КТН толщиной 0.05 мм, при проводах диаметром 0.5...0.8 мм - пропиточная бумага ЭИП – 63Б толщиной 0.11 мм или кабельная бумага марки К-12 толщиной 0,12мм. При проводах диаметром более 1,2 мм применяют 2 слоя бумаги ЭИП-63Б или К-12.

Обмотки трансформатора отделяются друг от друга междуобмоточной изоляцией, толщина которой определяется величиной испытательного напряжения. Зависимость амплитудного значения испытательного напряжения от амплитудного значения рабочего напряжения трансформатора приведена на рис.1.4.

 

 

Рис. 1.4. Зависимость испытательного напряжения от рабочего напряжения обмотки

 

При Uисп до 1000В рекомендуется применять 3 слоя бумаги ЭИП-63Б или 2 слоя бумаги К-12; при Uисп до 1600В соответственно 4 слоя ЭИП-63Б или 3 слоя К-12; при Uисп до 2200В – 5 слоев ЭИП-63Б или 4 слоя К-12; при Uисп до 2700В – 6 слоев ЭИП-63Б или 5 слоев К-12.

Намотанная катушка покрывается наружной изоляцией. Наружную изоляцию выполняют из тех же материалов, что и междуслоевую с добавлением батистовой ленты толщиной 0,16 мм, наматываемой с половинным перекрытием.

Количество слоев наружной изоляции выбирается в соответствии с рабочим напряжением последней обмотки. При Uр<500В наружную изоляцию выполняют из двух слоев бумаги ЭИП-63Б или К-12 и одного слоя батистовой ленты. При Uр>500В наружную изоляцию увеличивают на один слой бумаги на каждые 250В.

Из рисунка 1.3 видно, что витки обмотки располагаются не по всей длине гильзы (каркаса), а только на ее части. Это необходимо как по условиям электрической изоляции обмоток, так и для защиты провода от механических повреждений и сползания.

Экспериментальные данные показывают, что при напряжениях обмоток до 5000В допустимые величины hU31 и hU32 для большинства изоляционных материалов должны быть не менее 2 мм (при намотке на гильзу). При величинах рабочего напряжения от 580В до 1000В величины hU31 и hU32 лежат в пределах от 2 до 5 мм.

При намотке на каркас величина hU31 при напряжении до 1000В определяется лишь требованиями его механической прочности и составляет (в зависимости от диаметра провода) 1,5…3мм.

С целью закрепления витков обмоток и предотвращения их сползания свободное пространство между крайними витками и краем гильзы (каркаса) заполняют теми же материалами, которые применяются для междуобмоточной и междуслоевой изоляции.

Выводы от обмоток укладываются по торцу катушки и припаиваются к лепесткам. Лепестки предварительно крепят на заготовке из прессованной ленты, которую затем приклеивают по периметру катушки. Эскиз установки лепестков на ленте приведен на рис. 1.5.

 

Рис. 1.5. Расположение лепестков на крепежной ленте

 

Если провод обмотки имеет диаметр больше 1мм, то из него делают петли, которые выполняют функции лепестков.

После изготовления катушки она надевается на сердечник и вся конструкция обжимается с помощью металлических скоб, которые одновременно служат для крепления трансформатора к шасси (см. рис. 1.6).

 

Рис. 1.6. Общий вид броневого трансформатора на ленточном разрезном сердечнике.

Для защиты обмоток трансформатора от влияния внешней среды катушку, а чаще весь трансформатор в сборе, заливают изоляционными составами в специальных формах, удаляемых после затвердения заливочной массы. Для заливки используются преимущественно компаунды на основе высокомолекулярных органических материалов, известные под названием эпоксидных смол, а так же полиэфирные компаунды. Такая конструкция трансформатора называется капсулированной.

Трансформаторы на тороидальных сердечниках менее технологичны, чем на разрезных ленточных сердечниках и поэтому их применяют только тогда, когда требуется минимальное рассеяние магнитного потока или когда требование минимального объема является первостепенным.

 

 

2. Расчет трансформатора

 

Для расчета трансформатора должны быть заданы:

- напряжение питающей сети – U1 [B],

- частота питающей сети – f [Гц],

- напряжения вторичных обмоток – U2, U3,…[B],

- токи вторичных обмоток – I2, I3,…[А],

- температура окружающей среды - q0 [0C],

- схема выпрямления, если трансформатор работает на выпрямитель.

В результате расчета должны быть определены тип магнитопровода, число витков обмоток и изоляция катушки, диаметры проводов обмоток и тип проводов. Затем должен быть определен к.п.д. трансформатора и проверена температура перегрева, которая не должна превышать допустимой величины для выбранного типа проводов.

В зависимости от требований, предъявляемых к трансформатору, расчет может вестись с целью получения минимального веса, или минимальных потерь, или на достижение допустимого перегрева.

Расчет трансформатора является задачей, допускающей большое количество решений. Это связано с большим количеством параметров, зависящих друг от друга.

Однако использование рекомендуемых величин некоторых основных параметров (магнитной индукции, плотности тока, падения напряжения в обмотках, коэффициента заполнения окна и т.д.), полученных в результате исследования трансформаторов различных типов, позволяет в значительной мере упростить расчет трансформатора.

Ниже приводится порядок расчета трансформатора броневой конструкции на заданный перегрев (заданное превышение температуры над температурой окружающей среды).

2.1. Определяем расчетные мощности вторичных обмоток и типовую мощность трансформатора, которая определяет габариты магнитопровода. Расчетная мощность любой обмотки трансформатора определяется как произведение действующего значения тока обмотки на действующее значение напряжения на обмотке.

Sn = Un×In (В×А) (2.1)

Эта мощность характеризует собой габаритные размеры обмотки, так как число витков обмотки определяется напряжением на ее зажимах, а сечение провода – действующим значением тока.

Если вторичные обмотки трансформатора нагружены на выпрямитель, то токи и напряжение обмоток несинусоидальны. В этом случае действующие значения токов, напряжений и расчетная мощность обмотки могут быть приближенно найдены по значениям выпрямленных напряжений и токов и по схеме выпрямления (см. таблицу 2.1).

Таблица 2.1.

Наименование параметра трансформатора Схема выпрямления
двухполупериодная со средней точкой однофазная мостовая
Действующее напряжение вторичной обмотки U2 1,11U0
Действующий ток вторичной обмотки I2 0,785I0 1,11I0
Действующий ток первичной обмотки I1
Расчетная мощность 1,74Р0 1,23Р0

В таблице 2.1 U0 - выпрямленное напряжение, I0 – выпрямленный ток, – мощность нагрузки, - коэффициент трансформации.

Типовую мощность трансформатора, определяющую его размеры, находят как сумму расчетных мощностей всех вторичных обмоток.

(2.2)

Если нагрузка трансформатора активная, то равенство (2.2) можно записать для активных мощностей обмоток.

(2.2`)

2.2. Выбираем конструкцию магнитопровода (ШЛ, ШЛМ, ОЛ), учитывая рекомендации которые были приведены выше.

2.3. Выбираем марку стали и толщину ленты в соответствии с заданной частотой.

2.4. По найденной величине типовой мощности определяем ориентировочное значение индукции В­макс, плотности тока d, коэффициента заполнения окна kок и коэффициента заполнения стали Кст.

Значения индукции и плотности тока определяются на основании испытаний серий трансформаторов, построенных на основе нормализованных рядов магнитопроводов. Значения индукции и плотности тока, нашедшие наибольшее распространение при изготовлении трансформаторов малой мощности, приведены в таблицах 2.2 и 2.3.

Таблица 2.2.

Конструкция магнитопровода Материал сердечника и его толщина, мм Частота, Гц Магнитная индукция В­макс [Тл] при Sтип [ВА]
5…15 15…50 50…150 150…300 300…1000
Броневая (пластинчатая) Э42 D = 0,35 1,1…1,3 1,3 1,3…1,35 1,35 1,35…1,2
Броневая (ленточная) Э310 D = 0,35 1,55 1,65 1,65 1,65 1,65
Броневая (пластинчатая) Э44 D = 0,2 1,1 1,2 1,2…1,15 1,15…1,0 1,0…0,8
Броневая (ленточная) Э340 D = 0,15 1,4 1,4 1,4 1,4 1,3

 

 

Таблица 2.3.

Конструкция магнитопровода Материал сердечника и его толщина, мм Частота, Гц Плотность тока d [А/мм2] при Sтип [ВА]
5…15 15…50 50…150 150…300 300…1000
Броневая (пластинчатая) Э42 D = 0,35 3,9…3,0 3,0…2,4 2,4…2,0 2,0…1,7 1,7…1,4
Броневая (ленточная) Э310 D = 0,35 3,8…3,5 3,5…2,7 2,7…2,4 2,4…2,3 2,3…1,8
Броневая (пластинчатая) Э44 D = 0,2 6,0 5,5…5,0 5,0…4,0 4,0…2,8 2,8…1,6
Броневая (ленточная) Э340 D = 0,15 7,8…9,4 9,4…6,5 6,5…4,0 4,0…2,7 2,7…1,5

 

Рекомендуемые в таблице 2.3 плотности тока являются средними для всей катушки в целом и обеспечивают превышение температуры равное 55°С. Окончательно плотности тока обмоток могут быть определены после выполнения теплового и конструктивного расчета обмоток.

В таблице 2.4 приведены значения коэффициента заполнения окна для обмоток, выполненных проводами круглого сечения с эмалевой изоляцией, в зависимости от частоты сети, конфигурации магнитопровода, его конструкции (пластинчатый, ленточный) и величины наибольшего рабочего напряжения.

 

Таблица 2.4.

Частота, Гц Конструкция магнитопровода Рабочее напряжение, В Коэффициент заполнения окна k­ок при Sтип [ВА]
5…15 15…50 50…150 150…300 300…1000
Броневая (пластинчатая) до100   от 100 до 1000 0,22…0,29   0,19…0,25 0,29…0,3   0,25…0,26 0,3..0,32   0,26…0,27 0,32…0,34   0,27…0,3 0,34…0,38   0,3…0,33
Броневая (ленточная) до100   от 100 до 1000 0,15…0,27   0,13…0,23 0,27…0,29   0,23…0,26 0,29…0,32   0,26…0,27 0,32…0,34   0,27…0,3 0,34…0,38   0,3…0,33
Броневая (пластинчатая) до100   от 100 до 1000 0,22   0,19 0,22…0,27   0,19…0,23 0,27…0,29   0,23…0,25 0,29…0,3   0,25…0,26 0,3…0,34   0,26…0,3
Броневая (ленточная) до100   от 100 до 1000 0,17…0,2   0,13…0,17 0,2…0,22   0,17…0,19 0,22…0,29   0,19…0,25 0,29…0,3   0,25…0,26 0,3…0,34   0,26…0,3

 

Коэффициент заполнения сечения магнитопровода сталью kст зависит от толщины стали, конструкции магнитопровода и способа изоляции пластин друг от друга. Величина коэффициента kст для наиболее употребляемых способов изоляции приведена в таблице 2.5.

 

 

Таблица 2.5.

Конструкция магнитопровода ст при толщине стали [мм]
0,08 0,1 0,15 0,2 0,35
Броневая (пластинчатая) - 0,7(0,75) - 0,85(0,89) 0,9(0,94)
Броневая (ленточная) 0,87 - 0,9 0,91 0,93

 

Примечания:

1. Коэффициенты заполнения для пластинчатых магнитопроводов указаны при изоляции пластин лаком или фосфатной пленкой (в скобках).

2. Коэффициенты заполнения для ленточных сердечников указаны при изготовлении их методом штамповки и гибки ленты.

 

2.5. По известной типовой мощности и электромагнитным нагрузкам (Вмакс и d) выбираем типоразмер сердечника.

Анализ соотношений, описывающих работу трансформатора, показывает, что между типоразмером сердечника, мощностью и электромагнитными нагрузками существует следующее соотношение:

, (2.3)

 

где Sст – площадь поперечного сечения магнитопровода [см2],

Sок – площадь окна магнитопровода [см2].

В эту формулу Ртип подставляем в [Вт], Bmax в [Тл], d в [А/мм2]. По найденному значению Sст × Sок выбираем сердечник из таблиц п. 1.1 и п. 1.2 и выписываем его данные.

 

2.6. Определяем потери в стали:

, (2.4)

где Gст – масса сердечника,

рст – удельные потери в стали, зависящие от индукции, частоты, марки материала и толщины ленты или пластины (см. рис. 2.1 и 2.2).

 

 

Рис. 2.1. Удельные потери в сердечниках из трансформаторных сталей толщиной 0,35 мм на частоте 50 Гц.

1 – броневые сердечники из стали Э42;

2 – стержневые сердечники из стали Э310;

3 – броневые сердечники из сталеи Э 310.

 

1,2

 

Рис. 2.2. Удельные потери в сердечниках из трансформаторных сталей на частоте 400 Гц.

1 – стержневые сердечники из стали Э340 толщиной 0,15 мм;

2 – броневые сердечники из стали Э340 толщиной 0,15 мм;

3 - броневые сердечники из стали Э44 толщиной 0,2 мм.

 

2.7. По найденным потерям в стали определяем активную составляющую тока холостого хода

[А] (2.5)

и относительную величину Iоа в процентах

, (2.6)

где I1 – номинальный первичный ток.

, (2.7)

- суммарная активная мощность вторичных обмоток,

h - к.п.д. трансформатора,

cosj - угол сдвига фаз между U1 и I1 при активной нагрузке трансформатора.

h и cosj можно ориентировочно определить по таблице 2.6.

Таблица 2.6.

Частота, Гц Величины Суммарная мощность вторичных обмоток , ВА
2…15 15…50 50…150 150…300 300…1000
h 0,5…0,6 0,6…0,8 0,8…0,9 0,9…0,93 0,93…0,95
cosj 0,85…0,9 0,9…0,93 0,93…0,95 0,95…0,93 0,93…0,94
h 0,82…0,87 0,87 0,87…0,94 0,94…0,96 0,96…0,97
cosj 0,82 0,84 0,84…0,95 0,95…0,96 0,96…0,99

 

2.8. Определяем полную намагничивающую мощность трансформатора

, (2.8)

где qст – удельная намагничивающая мощность, зависящая от индукции, марки стали, ее толщины, конструкции магнитопровода, его геометрических размеров и частоты (см. рис. 2.3).

 

 

 

Рис. 2.3. Удельная намагничивающая мощность для броневых сердечников из сталей.

1 – Э 2 толщиной 0,35 мм, 50 Гц;

2 – Э44 толщиной 0,2 мм, 400 Гц;

3 – Э340 толщиной 0,15 мм, 400 Гц;

4 – Э310 толщиной 0,35 мм, 50 Гц.

 

По намагничивающей мощности находим реактивную составляющую тока холостого хода

(2.9)

и ее процентное значение

. (2.10)

 

2.9. По найденным значениям Iоа% и Iор% находим относительное значение тока холостого хода

. (2.11)

Если величина относительного тока холостого хода при частоте сети 50 Гц лежит в пределах 30…50%, а на частоте 400 Гц – в пределах 10…20%, то выбор магнитопровода на этой стадии расчета можно считать законченным.

Если значение относительного тока холостого хода выше верхнего рекомендованного предела, то следует уменьшить индукцию, а если ниже нижнего предела, то индукцию следует увеличить.

Расчет следует повторять до тех пор, пока относительный ток холостого хода будет лежать в указанных пределах.

 

2.10. После выбора магнитопровода производим электрический расчет обмоток.

2.10.1. Число витков обмоток определяются следующим образом

, (2.12)

, (2.13)

где Е1 – э.д.с. первичной обмотки,

Е2 – э.д.с. вторичной обмотки.

С учетом падения напряжения на обмотках:

(2.14)

(2.15)

где DU1% и DU2% - падение напряжения на обмотках в процентах от напряжения обмотки.

Значения DU1% и DU2% зависят от многих факторов: от конфигурации магнитопровода, мощности трансформатора, напряжения на обмотке, перегрева, частоты.

Ориентировочные значения DU1% и DU2% для трансформаторов, работающих при превышении температуры обмоток qср= 50°С, при рабочих напряжениях до 1000 В, приведены в таблице 2.7.

Таблица 2.7.

Частота, Гц Величины Суммарная мощность вторичных обмоток , ВА
5…15 15…50 50…150 150…300 300…1000
DU1% 20…13 13…6 6…4,5 4,5…3 3…1
DU2% 25…18 18…10 10…8 8…6 6…2
DU1% 10…8 8…4 4…1,5 1,5…1 1…0,5
DU2% 10…8,5 10…5 5…2 2…1,2 1,2…0,5

 

При низких напряжениях (до 10…12 В) и мощности до 50 ВА величину падения напряжения DU2 следует увеличить на 15…20% по сравнению с табличным значением.

Кроме того соотношение между DU1% и DU2% зависит от соотношения плотностей тока в обмотках. Если d2 > d1, то DU1% < DU2%. Исследование работы трансформаторов показывает, что для повышения к.п.д. и уменьшения падения напряжения на обмотках целесообразно уменьшить плотность тока во вторичной обмотке.

Для броневых магнитопроводов оптимальное соотношение плотностей токов составляет:

. (2.16)

при выполнении этого условия можно принять, что DU1% = DU2%, где DU1% определено по таблице 2.7.

2.10.2. После определения числа витков определяем сечения и диаметры проводов обмоток.

Для определения сечения проводов используем значение плотности тока, найденное ранее по таблице 2.3. С учетом приведенных выше рекомендаций отнесем эту плотность тока к первичной обмотке, а для вторичной обмотки принимаем

. (2.17)

Тогда сечение провода определяем по формулам

; . (2.18)

Диаметры проводов по меди определяются по формуле

. (2.19)

Марка провода выбирается по приведенным ранее рекомендациям. Полученный в расчете диаметр провода округляем до ближайшего стандартного диаметра (см. таблицу п. 2.1), после чего уточняем величины плотностей тока в обмотках.

 

2.11. После определения чисел витков и выбора проводов производим конструктивный расчет катушки с целью определения условий размещения катушки в окне магнитопровода.

2.11.1. Определив амплитуду рабочего напряжения находим по графику рис.1.4 испытательное напряжение. По величине испытательного напряжения и приведенным ранее рекомендациям выбираем изоляционную систему катушки, т.е. определяем типы и толщины всех видов изоляции.

2.11.2. Определяем допустимую осевую длину каждой обмотки. При намотке на гильзе

, (2.20)

где h – высота окна, мм,

hизi – расстояние от крайнего витка обмотки до сердечника (см. рис. 1.3).

При намотке на каркас

, (2.21)

где Dиз – толщина щечки каркаса,

h1 = h – 1 – высота каркаса.

 

2.11.3. Определяем число витков в каждом слое обмотки

, (2.22)

где dиз – диаметр изолированного провода, таблица П. 2.1.

kу1 – коэффициент укладки в осевом направлении. Этот коэффициент больше 1, так как при намотке обмотки всегда имеет место неплотное прилегание витков друг к другу, значения kу1 приведены на графике рис. 2.4.

 

 

Рис. 2.4. Зависимость коэффициента укладки в осевом направлении от диаметра изолированного провода.

 

2.11.3. Определяем число слоев каждой обмотки

(2.23)

и радиальные размеры обмотки.

На размеры катушки в радиальном направлении оказывают влияние конструкции гильзы или каркаса, неплотность намотки проводов в радиальном направлении, неплотности в междуслоевой, междуобмоточной и наружной изоляции. Соответствующее увеличение размеров учитывается различными коэффициентами, зависящими в свою очередь от диаметра провода обмотки.

Коэффициент выпучивания kв определяется деформацией гильзы, если она сделана из электрокартона и зависит как от диаметра провода, так и от отношения ширины стержня магнитопровода к его толщине . Чем больше , тем больше kв. Значения kв приведены на графике рис. 2.5 и относятся ко всей толщине катушки. При использовании штампованных каркасов можно принимать kв = 1.

 

 

Рис. 2.5. Зависимость коэффициента выпучивания в радиальном направлении от диаметра изолированного провода и конструкции гильзы.

1 - = 2,00;

2 - = 1,6;

3 - = 1,25;

4 - = 1,00.

 

 

Рис. 2.6. Зависимость коэффициента укладки в радиальном направлении от диаметра изолированного провода

 

Коэффициент укладки в радиальном направлении kу2 имеет тот же смысл, что и kу1. Значения kу2 определяются для каждой обмотки в отдельности и относятся к толщине каждой обмотки соответственно. Коэффициенты, учитывающие распущение (неплотность) междуслоевой (kмс) и междуобмоточной изоляции (kмо) в зависимости от диаметра провода определяются по рис. 2.7 и 2.8. Коэффициент kмс зависит, кроме того, от толщины междуслоевой изоляции. Поэтому на рис. 2.7 приведено несколько графиков для различных толщин ме ждуслоевой изоляции.

 

 

Рис. 2.7. Зависимость коэффициента неплотности междуслоевой изоляции от диаметра изолированного провода и толщины изоляции.

1 – 0,027 мм;

2 – 0,05 мм;

3 – 0,09 мм;

4 – 0,11 мм;

5 – 0,2 мм.

 

Kмо

 

Рис. 2.8. Зависимость коэффициента неплотности междуобмоточной изоляции от диаметра изолированного провода.

 

Коэффициент неплотности намотки наружной изоляции kмн берется равным 1,7…2,0.

Радиальные размеры каждой обмотки определяем для по формуле

(2.24)

Если , то в выражении 2.24 вместо (N-1) подставляем , округляя полученный коэффициент до большего целого числа.


Дата добавления: 2015-04-04; просмотров: 31; Нарушение авторских прав







lektsii.com - Лекции.Ком - 2014-2022 год. (0.099 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав
Главная страница Случайная страница Контакты