Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Трансформаторы и их применение. Учебное пособие.pdf
51
Требуемое поперечное сечение сердечника трансформатора
Qс, мм2, можно определить по следующим упрощенным формулам:
– для трансформаторов стержневого типа
2
1
к / 2 ·10 ;
с
Q S f=
– для трансформаторов броневого типа
2
1
к / ·10 ,
с
Q S f=
где f – частота сети, Гц; к – постоянный коэффициент, равный
6–8 для трансформаторов с воздушным охлаждением.
Фактическое поперечное сечение стержня сердечника, мм
2
,
выражается через его размеры
Qc = a · b,
где а – ширина стержня (пластины), мм; b – толщина стержня (па-
кета пластин), мм.
Число витков первичной и вторичной обмоток определяют
по формулам:
w1 = U1·104/2,22ВcQc; w2 = w1U2/U1,
где Вc – магнитная индукция в сердечнике, Тл (см. табл. 3).
Для компенсации потерь напряжения на обмотках транс-
форматора нужно увеличить число витков вторичной обмотки
на 5–10 %.
Сечение проводов для первичной и вторичной обмоток
определяют в зависимости от тока в обмотках и допустимой плот-
ности тока.
Токи первичной и вторичной обмоток определяют по фор-
мулам:
I1 = S1/U1; I2 = S2/U2.
Сечение проводов первичной и вторичной обмоток опреде-
ляют по формулам:
52
s1 = I1/δ; s2 = I2/δ,
где s1 и s2 – сечение проводов первичной и вторичной обмоток,
мм
2
; δ – плотность тока в обмотках, А/мм2 (принимается по
табл. 3).
По расчетной величине сечения проводов выбирают диа-
метры и марку провода (по табл. 5).
Таблица 5
Провода обмоточные с эмалевой изоляцией ГОСТ 26615–85
Номиналь-
ный диа-
метр не-
изолиро-
ванного
провода,
мм
Площадь
попереч-
ного сече-
ния неизо-
лирован-
ного
провода,
мм
2
Диаметр
изолиро-
ванного
провода
марки
ПЭТВ, мм
Номиналь-
ный диа-
метр не-
изолиро-
ванного
провода,
мм
Площадь
поперечного
сечения не-
изолирован-
ного провода, мм
2
Диаметр
изолиро-
ванного
провода
марки
ПЭТВ, мм
0,16
0,0201
0,19
0,77
0,4660
0,835
0,18
0,0255
0,2
0,80
0,5030
0,865
0,2
0,0314
0,23
0,83
0,5410
0,895
0,23
0,0415
0,265
0,86
0,5810
0,925
0,25
0,0491
0,285
0,90
0,6360
0,965
0,27
0,0573
0,305
0,93
0,6790
0,995
0,29
0,0661
0,325
0,96
0,7340
1,025
0,31
0,0755
0,345
1,00
0,7850
1,08
0,33
0,0855
0,365
1,04
0,8490
1,12
0,35
0,0962
0,39
1,08
0,9160
1,16
0,38
0,1134
0,42
1,12
0,9850
1,20
0,41
0,1320
0,45
1,16
1,057
1,34
0,44
0,1521
0,48
1,20
1,131
1,28
0,47
0,1735
0,51
1,25
1,227
1,33
0,49
0,1886
0,53
1,30
1,327
1,385
0,51
0,2040
0,565
1,35 – –
0,53
0,2210
0,585
1,40 – –
53
Окончание табл. 5
Номиналь-
ный диа-
метр не-
изолиро-
ванного
провода,
мм
Площадь
попереч-
ного сече-
ния неизо-
лирован-
ного
провода,
мм
2
Диаметр
изолиро-
ванного
провода
марки
ПЭТВ, мм
Номиналь-
ный диа-
метр не-
изолиро-
ванного
провода,
мм
Площадь
поперечного
сечения не-
изолирован-
ного провода, мм
2
Диаметр
изолиро-
ванного
провода
марки
ПЭТВ, мм
0,55
0,2380
0,605
1,45 – –
0,57
0,2550
0,625
1,50 – –
0,59
0,2730
0,645
1,56 – –
0,62
0,3020
0,675
1,62 – –
0,64
0,3220
0,700
1,68 – –
0,67
0,3530
0,730
1,74 – –
0,69
0,3740
0,75
1,81 – –
0,72
0,4070
0,78
1,88 – –
0,74
0,4300
0,805
1,95 – –
После расчета основных параметров трансформатора необ-
ходимо проверить, разместятся ли обмотки в окне выбранного
магнитопровода. Для этого по диаметру провода в изоляции
и числу витков определяют площадь, занимаемую каждой обмоткой в окне сердечника, затем складывают площади всех обмоток.
Полученную сумму сравнивают с площадью окна, т. е. определяют коэффициент заполнения окна сердечника обмотками
ko = (
2
/ 4)
nn
d w hc
,
где dn – диаметры проводов обмоток в изоляции, мм; wn – число
витков обмоток; h – высота стержня обмотки, мм; с – ширина
окна сердечника, мм.
Коэффициент заполнения окна сердечника обмотками для
маломощных трансформаторов должен находиться в пределах
ko = 0,2–0,4.
54
7.5. Изготовление трансформатора
Обмотки трансформатора выполняют на каркасе из изоляционного материала. Каркас может быть цельным или разборным. Несмотря на кажущуюся сложность, разборный каркас
(рис. 7.3) изготовить легче, к тому же его размеры легко пересчитать под любой имеющийся сердечник.
Рис. 7.3. Каркас трансформатора:
а – цельный; б – разборный
Из материалов для каркаса можно взять реактопласт, листо-
вой гетинакс, текстолит или стеклотекстолит. В щечках каркаса
нужно предусмотреть отверстия для выводов.
Выводы обмоток выполняют гибким многожильным прово-
дом, тщательно заизолировав место пайки. Саму обмотку выполняют, по возможности, виток к витку (рис. 7.4).
Такая намотка (рядовая) позволяет лучше использовать
свободное место, сокращает расход провода, а главное, в местах
пересечения проводов при некачественно выполненной намотке
существует риск повреждения изоляции и возникновения междувитковых замыканий. Это правило не касается тонкого провода
с диаметром менее 0,2 мм, поскольку рядовую обмотку в домашних условиях таким проводом выполнить очень тяжело.
55
Рис. 7.4. Рядовая намотка
Каждую обмотку необходимо изолировать одна от другой, осо-
бенно первичную обмотку. Для изоляции можно использовать лако-
ткань, специальную электротехническую бумагу или ФУМ-ленту.
Лента выполнена из фторопласта, который обладает хорошими электроизоляционными свойствами. ФУМ-лента имеет малую толщину,
а фторопласт обладает текучестью, поэтому делать нужно несколько
слоев изоляции.
56
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Трансформаторы широко применяются в различных элек-
тротехнических и радиотехнических устройствах. Редко какое
устройство, работающее от сети, обходится без источника пита-
ния, а он немыслим без применения трансформатора.
Технический уровень современного производственного
оборудования в значительной степени определяется электротехническим оборудованием, которое постоянно совершенствуется
и усложняется.
В связи с этим в настоящем учебном пособии дано достаточно полное представление об однофазных и трехфазных трансформаторах, а именно об устройстве, принципах и режимах работы. Также представлены внешние характеристики и коэффици-
ент полезного действия трансформатора.
Несколько глав пособия посвящены устройству, особенностям работы и применения специальных трансформаторов. В них
рассмотрены автотрансформаторы, измерительные трансформаторы напряжения и тока, сварочные трансформаторы. Отдельная
глава пособия посвящена расчету выпрямителя с трансформатором. Представленная методика применяется для расчета транс-
форматоров мощностью до 1000 Вт.
Материал, изложенный в пособии, дает базовые знания, ос-
новываясь на которых обучающиеся смогут повышать свою компетенцию и расширять круг профессиональных возможностей.
57
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Касаткин, А.С. Электротехника : учебник для неэлектрических специальностей вузов / А.С. Касаткин, М.В. Немцов. –
Москва : Академия, 2009. – 538 с.
2. Немцов, М.В. Электротехника и электроника : учебник для
вузов / М.В. Немцов. – Москва : Высшая школа, 2007. – 560 с. –
ISBN 978-5-7695-6098-9.
3. Техническое обслуживание измерительных трансформато-
ров тока и напряжения / сост. Ф.Д. Кузнецов ; под ред. Б.А. Алексеева. – Москва : Изд-во НЦ ЭНАС, 2001.– 96 с.– ISBN 5-93196-114-3.
4. Технология и электрооборудование сварки плавлением и тер-
мической резки : учебник для вузов. – 2-е изд. испр. и доп. / А.И. Акулов, В.П. Алехин, С.И. Ермаков [и др.] ; под ред. А.И. Акулова. –
Москва : Машиностроение, 2003. – 560 с. – ISBN 5-217-03130-1.
5. Астапенко, Э.С. Полупроводниковые приборы и их при-
менение / Э.С. Астапенко, А.Н. Деренок. – Томск : Изд-во Том.
гос. архит.-строит. ун-та, 2021. – 64 с. – ISBN 978-5-93057-976-5.
СПИСОК ИЛЛЮСТРАЦИЙ
Рис. 2.1. Конструкции магнитопроводов однофазных транс-
форматоров. – Производственное объединение STELZ. – URL:
https://zavod-96.ru (дата обращения: 15.04.2023).
Рис. 2.2. Трансформатор стержневой. – Регионлифт. – URL:
https://regionlift.ru (дата обращения: 15.04.2023).
Рис. 2.3. Трансформатор броневой. – ТСИ. – URL: https://elt-
si.ru (дата обращения: 15.04.2023).
Рис. 2.4. Трансформатор тороидальный (кольцевой). –
ТрансЛед. – URL: https://www.transled.ru (дата обращения:
15.04.2023).
Рис. 2.5. Масляный трансформатор с расширительным ба-
ком и радиаторами охлаждения. – Электроконтакт. – URL:
https://electrokontakt.com (дата обращения: 15.04.2023).
Рис. 2.6. Схема однофазного трансформатора. – Исследова-
ние трехфазного трансформатора : методические указания к лабораторной работе № 9 / сост. Э.С. Астапенко, Т.С. Шелехова. –
Томск : Изд-во Том. гос. архит.-строит. ун-та, 2015. – 20 с.
Рис. 2.7. Внешние характеристики трансформатора при раз-
ных типах нагрузки. – Исследование трехфазного трансформатора : методические указания к лабораторной работе № 9 / сост.
Э.С. Астапенко, Т.С. Шелехова. – Томск : Изд-во Том. гос. архит.строит. ун-та, 2015. – 20 с.
Рис. 2.8. Зависимость КПД трансформатора от величины
нагрузки. – Электрические машины и аппараты : учебно-методическое пособие для самостоятельного изучения дисциплины /
П.М. Михайлов. – Тюмень : Гос. аграр. ун-т Северного Зауралья,
2013. – 46 с.
Рис. 3.1. Трехфазный трансформатор. – Производство элек-
трооборудования «Полигон». – URL: https://www.poligonspb.ru
(дата обращения: 21.04.2023).
Рис. 3.2. Соединение обмоток трехфазного трансформа-
тора. – Кафедра Электротехники и прецизионных электромеха-
58
59
нических систем [сайт]. – URL: http://ets.ifmo.ru (дата обращения:
21.04.2023).
Рис. 4.1. Принципиальная электрическая схема однофаз-
ного автотрансформатора. – Касаткин, А.С. Электротехника :
учебник для неэлектрических специальностей вузов / А.С. Касаткин, М.В. Немцов. – Москва : Академия, 2009. – 538 с.
Рис. 4.2. Лабораторный автотрансформатор (ЛАТР). –
Строй-маркет. – URL: https://stroiteh-msk.ru (дата обращения:
11.05.2023).
Рис. 4.3. Силовой автотрансформатор. – Элайн. – URL:
https://элайн.рф (дата обращения: 11.05.2023).
Рис. 5.1. Схема подключения трансформатора напряже-
ния. – Выполнено авторами.
Рис. 5.2. Внешний вид трансформатора напряжения. – Ра-
менский электротехнический завод «Энергия» [сайт]. – URL:
https://ramenergy.ru (дата обращения: 11.05.2023).
Рис. 5.3. Схема включения трансформатора тока. – Касат-
кин, А.С. Электротехника : учебник для неэлектрических специальностей вузов / А.С. Касаткин, М.В. Немцов. – Москва : Академия, 2009. – 538 с.
Рис. 5.4. Внешний вид трансформаторов тока различной
мощности. – PROMARCHIVE. – URL: https://promarchive.ru (дата
обращения: 11.05.2023).
Рис. 5.5. Переносной трансформатор тока – измерительные
клещи. – komponents.ru. – URL: https://komponents.ru (дата обращения: 11.05.2023).
Рис. 6.1. Вольт-амперные характеристики (ВАХ). – Выпол-
нено авторами.
Рис. 6.2. Статические характеристики источника тока и сва-
рочной дуги. – Выполнено авторами.
Рис. 6.3. Внешние характеристики сварочных трансформа-
торов. – Выполнено авторами.
Рис. 6.4. Общая схема сварочного аппарата. – Выполнено
авторами.
60
Рис. 6.5. Конструкция и ВАХ сварочного трансформатора
с магнитным шунтом. – Выполнено авторами.
Рис. 6.6. Сварочный аппарат типа ТДМ-401У2. – ООО СИМ
[сайт]. – URL: https://svarkausm.ru (дата обращения: 23.05.2023).
Рис. 6.7. Маркировка сварочного трансформатора. – Выпол-
нено авторами.
Рис. 6.8. Структура сварочного инвертора. – Выполнено ав-
торами.
Рис. 6.9. Инверторный сварочный аппарат. – 220 вольт. –
URL: https://m.220-volt.ru (дата обращения: 23.05.2023).
Рис. 7.1. Схема выпрямителя с трансформатором. – Ко-
стюк, В.А. Основы преобразовательной техники: курс лекций /
В.А. Костюк, А.О. Чугулёв. – Омск : Изд-во ОмГТУ, 2001. – 52 с.
Рис. 7.2. Временные диаграммы напряжений. – Электротех-
ника и электроника. Лабораторный практикум : учеб. пособие /
Е.С. Бунин, В.А. Бырбыткин, С.В. Лавров [и др.] ; Воронеж. гос.
технол. акад. – Воронеж : ВГТА, 2010. – 172 с.
Рис. 7.3. Каркас трансформатора. – Выполнено авторами.
Рис. 7.4. Рядовая намотка. – Ростехсталь. – URL: https://-
rostechstal.ru (дата обращения: 25.05.2023).