3. Пример расчета трансформатора

3.1. Исходные данные для расчета:

напряжение питающей сети	U1 = 110 B,
частота питающей сети	f = 400 Гц,
выпрямленное напряжение первой вторичной обмотки	U02 = 140 B,
выпрямленное напряжение второй вторичной обмотки	U03 = 20 B,
выпрямленный ток первой вторичной обмотки	I02 = 200 мА,
выпрямленный ток второй вторичной обмотки	I03 = 50 мА,
максимальная температура окружающей среды	0 = 50С.

Схемы выпрямления для обеих вторичных обмоток мостовые.

3.2. Определяем типовую мощность трансформатора.

Действующее значение тока первой вторичной обмотки

.

Действующее значение тока второй вторичной обмотки

.

Действующее значение напряжения первой вторичной обмотки

.

Действующее значение напряжения второй вторичной обмотки

.

Типовая мощность трансформатора

Выбираем ленточный магнитопровод ШЛ из стали Э340; толщина ленты 0,15 мм.

3.3. Определяем ориентировочные значения индукции В_max (из табл. 2.2), плотности тока (табл. 2.3), коэффициента заполнения окна k_ок (табл. 2.4) и коэффициента заполнения стали k_ст (табл. 2.5).

В_max = 1,4 Т;  = 7,7 А/мм²; k_ок = 0,18; k_ст = 0,9.

3.4. По формуле 2.3 определяем сердечника

.

3.5. По таблице П. 1.1 выбираем сердечник ШЛ 10х10, у которого ; S_ст = 1,0 см²; G_ст = 0,0585 кг.

3.6. Определяем потери в стали по формуле 2.4 и графику рис.2.2.

.

3.7. Находим активную составляющую тока холостого хода по формуле 2.5.

.

3.8. Определяем намагничивающую мощность трансформатора по формуле 2.8 и графику рис. 2.3.

.

3.9. Определяем реактивную составляющую тока холостого хода по формуле 2.9

.

3.10. Определяем номинальный первичный ток трансформатора по формуле 2.7 и таблице 2.6

.

3.11. Определяем ток холостого хода и его относительное значение

,

.

Относительное значение тока холостого хода не выходит за пределы 20%, следовательно магнитопровод выбран правильно.

3.12. Определяем число витков обмоток по формулам 2.12…2.15 и таблице 2.7

,

,

.

3.13. Определяем сечения и диаметры проводов обмоток. Плотность тока в первичной обмотке выбрана ранее и равна ₁ = 7,7 А/мм². Плотности тока во вторичных обмотках определяем по формуле 2.17.

.

Сечения проводов определяем по формуле 2.18

;

;

.

Диаметры проводов обмоток определяем по формуле 2.19

;

;

.

По таблице П.2.1 и по приведенным ранее рекомендациям определяем стандартные диаметры проводов и выбираем марку проводов

Провод ПЭВ-1

Определяем фактические плотности тока в проводах.

;

;

.

3.14. Определяем амплитудные значения рабочих напряжений обмоток и находим испытательное напряжение по графику рис. 1.4.

3.15. Намотку обмотки производим на гильзу. Вычерчиваем эскиз размещения обмотки (см. рис. 1.3), выбираем типы изоляции и определяем изоляционные расстояния.

Толщину гильзы принимаем равной 1мм, h_изос = 1 мм. Междуслоевую изоляцию не применяем, так как диаметры проводов малы и напряжения не превышают 150 В. В качестве междуобмоточной изоляции между первичной и вторичной обмотками применяем три слоя бумаги К-12 (h_измо1 = 0,36 мм).

Между вторичными обмотками применяем такую же изоляцию (h_измо2 = 0,36 мм). В качестве наружной изоляции применяем два слоя бумаги К-12 и один слой батистовой ленты (h_изн = 0,4 мм). Выбираем h_из1 = 2 мм, h_из2 = h_из3 = 2,5 мм.

3.16. По формуле 2.20 определяем допустимую осевую длину обмотки

;

3.17. По формуле 2.22 и графику 2.4 определяем число витков в одном слое обмотки и число слоев

; ;

; ;

; .

3.18. По графику рис. 2.5. для в/а = 10/10 = 1 находим k_в = 1,03; по графику рис. 2.8 находим k_мо1 = 1,3; k_мо2 = 1,31. Принимаем k_мн = 1,7. По графику 2.6 находим k_у21 = 1,085; k_у22 = 1,09; k_у23 = 1,14.

По формуле 2.24 определяем радиальные размеры обмоток

,

,

.

3.19. По формуле 2.24’ определяем полный радиальный размер катушки

.

Радиальный зазор между катушкой и сердечником (с - ) = 10 – 9,5 = 0,5 мм, что вполне достаточно для укладки катушки.

3.20. Определяем средние длины витков обмоток по формулам 2.25 ... 2.30 и по рис. 2.9.

;

;

;

;

;

;

;

.

3.21. находим по формуле 3.21 массу меди обмоток

,

,

.

3.22. По формуле 2.32 и таблице 2.8 находим потери в меди обмоток для предельно допустимой температуры провода ПЭВ-1 (105С)

,

,

.

Суммарные потери в меди

.

3.23. В соответствии с эквивалентной схемой рис. 2.10 находим по таблице П. 3.1 тепловые сопротивления для сердечника ШЛ 10х10:

R_г = 8,3 С/Вт;

R_м = 2,9 С/Вт;

R_м = 18,1 С/Вт;

R_с = 20,3 С/Вт;

А = 49,6 С/Вт.

3.24. По формуле 2.34 определяем тепловой поток катушка-сердечник

.

3.25. По формуле 2.33 находим тепловое сопротивление катушки от максимально нагретой области до гильзы

.

3.26. Так как , то в соответствии с методикой определяем

.

3.27. По формуле 2.41 находим максимальное превышение температуры

.

3.28. По формуле 2.42 находим среднее превышение температуры

.

Поскольку _max и _ср не отличаются от выбранной ранее величины больше, чем на 10%, то провод ПЭВ-1 проходит по температуре и тепловой расчет можно считать законченным.

3.29. По формуле 2.46 определяем активные сопротивления обмоток.

,

,

.

3.30. Определяем по формулам 2.49 и 2.50 абсолютное и относительное значение падения напряжения на обмотках трансформатора.

,

(задавались 5,5%),

,

(задавались 7%),

,

(задавались 7%).

Такое расхождение приемлемо и можно число витков обмоток не изменять.

3.31. По формуле 2.51 находим к.п.д. трансформатора.

.

На этом расчет трансформатора заканчиваем и составляем таблицу-задание для намотки.