3.2. Конструктивный расчет трансформатора
Обмотки стержневых трансформаторов выполняются в виде катушек каркасной или бескаркасной обмоток. В обоих случаях используется многослойная рядовая намотка обмоток по всей высоте окна магнитопровода. Каркас отличается от гильзы наличием боковых щек, имеющих обычно толщину δщ, равную толщине гильзы δг. Толщина гильзы δг (каркаса) обычно составляет 1...3 мм. Зазор между гильзой и магнитопроводом δз должен быть в пределах 0,5...1 мм.
Между обмотками прокладывается изоляционная бумага, толщина, которой зависит от напряжений обмоток.
δг = щ = 2 мм
δз = 0.5 мм
3.2.1. Находим высоту одного слоя первичной обмотки стержневого трансформатора:
мм,
h - высота окна магнитопровода(h = 32 см).
3.2.2. Число витков в одном слое каждой обмотки
,
где
dиз – диаметр провода с изоляцией
ky - коэффициент укладки, учитывающий неплотность намотки обмоток.
Выбираем значения коэффициента укладки в зависимости от диаметра провода [3,с.13]. Для dиз1 = 0,53мм, ky1 = 0,95. Для dиз21 = 0,72 мм, ky21 = 0.95.
Находим число витков в каждой из обмоток:
Wc1 = 49;
Wc21 = 36.
3.2.3. Число слоев в каждой из обмоток будем искать из выражения (m1 – число катушек на магнитопроводе ( m1 = 2 для стержневого трансформатора); р1 = 1 (при намотке одиночным проводом обмотки).
Рис. 10. Размещение обмоток на магнитопроводе стержневого типа.
3.2.4. Определяем радиальные размеры обмоток:
Коэффициент 1.2 в этих формулах учитывает неплотность намотки обмоток и межслойной изоляции в радиальном направлении.
3.2.5. Рассчитаем радиальный размер всех обмоток с учетом межобмоточной и наружной изоляции:
мм
δ0 - толщина межобмоточной изоляции (при рабочем напряжении обмоток до 500 В межобмоточная и наружная изоляции, как правило, имеют толщину 0,2...0,3 мм);
n - количество обмоток.
3.2.6. Определяем свободный промежуток в окне магнитопровода между катушкой и ядром. Для стержневого трансформатора δс =с– 2(δр + δг + δз).
мм
Свободный промежуток δс попадает в интервал [1…1.5 мм; 5…8 мм], значит, выбранный магнитопровод подходит для данного трансформатора.
3.3. Проверочный расчет трансформатора
3.3.1. Рассчитаем среднюю длину витка провода первичной обмотки. Для этого рассчитаем Δrср1
мм;
мм
= 0,0987м.
а, b - размеры магнитопровода.
Δrср1 - часть среднего радиуса витка первичной обмотки.
Для вторичной обмотки трансформатора можно сосчитать:
мм
;
мм
= 0.113м.
3.3.2. Активные сопротивления обмоток при максимальной температуре окружающей среды. Определим коэффициент, учитывающий увеличение удельного сопротивления меди с повышением температуры
kf - зависимость увеличения сопротивления провода от частоты тока питающей сети(для данной задачи kf1 = 2,41; kf21 = 4,29).
Ом
3.3.3. Рассчитаем потери в обмотках трансформаторе и его КПД.
Вт
Вт
Вт
Вт
Рн – мощность, выделяемая в нагрузке
3.3.4. Определим температуру перегрева трансформатора и рабочую температуру обмоток. Температура перегрева обмоток относительно температуры окружающей среды. Для этого рассчитаем поверхности охлаждения катушек Sо.к и магнитопровода Sо.ст.
(м2)
м2
оС
Т – коэффициент теплоотдачи трансформатора, равный 12 Вт/см2, Sохл – общая поверхность охлаждения трансформатора.
Тогда рабочая температура обмоток
оС
Она не превышает рабочую температуру, на которую рассчитана изоляция обмоток (Траб = 130°С).
3.3.5. Определяем вес рассчитанного трансформатора, который складывается из массы меди GM, массы изоляции Gиз и массы магнитопровода Gcт.
Масса изоляции складывается из масс межслойной, межобмоточной, межвитковой изоляции и массы катушки. Первые три определяются формулой
кг
ко - коэффициент заполнения окна медью;
γиз = 1 г/см3 - удельная масса изоляции;
киз = 0,7 - коэффициент укладки изоляции.
Коэффициент заполнения медью найден по формуле
Вес трансформатора
кг