ОАО РЖД

РОССИЙСКАЯ ОТКРЫТАЯ АКАДЕМИЯ ТРАНСПОРТА

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине:

«Электрические машины»

Специальность: «Системы обеспечения безопасности поездов»

Специализация: «Телекоммуникационные системы и сети железнодорожного транспорта»

Выполнил: студент III курса

Щербакова М.Д.

Шифр: 1110-ц/СДс-1168

Проверил: доцент

Сальников И.А.

Москва, 2014г.

Содержание:

Введение

Задание

Выбор магнитопровода

1.Расчетная мощность

2. Конструкция магнитопровода

3. Материал сердечника

4.Значения Bmax, j_ср, k_ст, k_ок

5.Произведение сечения сердечника на площадь окна

6.Определение отношения Q_ст /Q_ок

7.Выбор типоразмера магнитопровода

Определение числа витков обмоток

8.Определение падения напряжения

9.Электродвижущая сила на витках

10.Число витков обмоток

Определение потерь в стали и намагничивающего тока

11.Определяем потери в стали

12.Активная составляющая намагничивающего тока

13.Реактивная составляющая намагничивающего тока

14. Ток первичной обмотки при номинальной нагрузке

15.Ток холостого хода

16.Относительное значение тока холостого хода

17.Оценка результатов выбора магнитной индукции

18.Коэффициент мощности

Электрический и конструктивный расчет обмоток.

19.Выбор плотности тока в обмотках

20.Ориентировочное значение сечения проводов

21.Стандартное значение и диаметры проводов

22.Амплитудное значение рабочих напряжений

23.Определяем изоляционные расстояния

24.Определяем осевую длину каждой обмотки

25.Толщина каркаса

26.Толщина межслоевой изоляции

27.Толщина межобмоточной изоляции

28.Количество слоев наружной изоляции

29.Число витков в одном слое каждой обмотки

30.Число слоев

31.Радиальный размер каждой обмотки

32.Полный радиальный размер катушки

33.Зазор между катушкой и сердечником

34.Средняя длина витка обмоток

35.Масса меди каждой обмотки

36.Потери в каждой обмотке

Определение падения напряжения в трансформаторе

37.Активное сопротивление обмоток

38.Индуктивные сопротивления рассеяния обмоток

39.Падение напряжения на обмотках при номинальной нагрузке

40.Полные падения напряжения на вторичных обмотках при номинальной нагрузке трансформаторов

41.Напряжения на вторичных обмотках

Определение КПД трансформатора и выбор проводов для выводов обмоток

42.Определение КПД трансформатора

43.Выбор проводов для выводов обмоток

Список используемой литературы.

Введение.

Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования одной первичной системы в другую вторичную систему, имеющую другие характеристики, в частности другое напряжение.

В данной курсовой работе мы рассчитывали маломощный трехобмоточный трансформатор, имеющий три обмотки высшего напряжения, среднего и низшего напряжений.

Данный трансформатор является понижающим, так как первичной является обмотка высшего напряжения, а вторичной обмотка низшего напряжения.

В конструкции трансформатора используется броневой ленточный магнитопровод, который собирается в стык из отдельных сердечников подковообразной формы с поперечным разрезом. Для получения возможно меньшего магнитного сопротивления в местах стыка сердечников их торцевые поверхности подвергают шлифовке. Изоляция обмотки от стержневого магнитопровода осуществляется при помощи каркаса. Каркас представляет собой гильзу, изготовленную из электрокартона.

Крепление магнитопровода осуществляется при помощи накладок, стягивающихся шпильками. Накладки имеют ребра жесткости. Основание трансформатора имеют отверстия его к панели.

Задание.

Рассчитать маломощный трансформатор с воздушным охлаждением.

Дано:

S₂=10 B∙A

S₃=5 B∙A

U₂=127 B

U₃=4,5 B

U₁=380 B

Cosϕ₂= 0,9

Cosϕ₃= 0,7

f= 50 Гц

Q = 50 ⁰C

∆U₁₂=4%

∆U₁₂=5%

Q ≤ 50 ⁰C

Расчетные условия:

• Отношение массы стали к массе меди при расчете на минимум стоимости лежит в пределе:

Q_ст ÷Q_меди=4÷6

• Отношение потерь в меди к потерям в стали при нормальной нагрузке и при частоте 50Гц желательно иметь в пределе:

ß=1,25÷2,5

Выбор магнитопровода.

1. Определяем расчетную мощность трансформатора

S_p=1|2 (S₂+S₃)∙(1+1|ƞ)

S_p=1|2 (10+5)∙(1+1|0,6)=0,5∙15∙2,66=20B∙A

Значение КПД выбираем в соответствии с таблицей 2(1) ƞ=0.6

2. Выбираем конструкцию магнитопровода по величине расчетной мощности, частоте и максимальному напряжению.

Для силовых трансформаторов мощностью до 30 В∙А рекомендуется изготавливать броневые трансформаторы при использовании как пластинчатых, так и ленточных магнитопроводов.

3.Выбираем материал сердечника.

Согласно таблицы 3(1) при заданной частоте 50Гц, и расчетном условии на минимум стоимости выбираем марку стали Э310, Э320 толщиной 0,35мм.

4. По найденной величине S_p для данной конструкции магнитопровода из таблиц 3-6 (1) находим ориентировочное значение максимальной индукции B_max, с плотностью тока j_ср, коэффициента заполнения окна k_ok, коэффициента заполнения магнитопровода k_ст

B_{max =} 1,55 принимаем значение 1,55 табл (3)

j_ср = 3,8 ÷ 3,5 А/мм² принимаем значение 3, 65 табл (4)

k_ok = 0,13 ÷ 0,23 принимаем значение 0,18 табл (5)

k_ст = 0,93 принимаем значение 0, 93 табл (6)

5. Определяем произведение сечения сердечника на площадь окна

(Q_стQ_ok) = , см

(Q_стQ_ok) = см⁴

6. Определяем отношение

Где – отношение массы стали к массе меди, согласно примечания к таблице 1(1) = 4÷6

С1=0,7 – для броневых трансформаторов.

Приняв значение С1 и подставив крайние значения , найдем пределы изменения величины

7. Выбираем типоразмер магнитопровода.

Зная произведение (Q_стQ_ok)= 14,269см⁴ и пределы изменения

Из табл. 2(2) выбираем стандартный магнитопровод, у которого значение k_QP лежит в требуемых пределах k_QPMIN≤k_QTTPE≤k_QPMAX

Магнитопровод ПЛМ 20 х 20

Размеры: а=20мм, h=36мм, с=12мм, b=20мм, С=65мм, Н=56,5мм.

Площадь сечения магнитопровода Q_ст = 4см²

Средняя длинна магнитной силовой линии l_ст = 12,7 см

Q_cn∙Q_ок = 17,30см⁴

Q_cn / Q_ок = 0,92

Масса магнитопровода G_ст=0,350кг

Уточняем значение С1:

Где – средняя длинна витков

Уточняем значение k_QP :

K_Qmma = 0,92

Выполняется условие k_QPMIN≤k_QTTPE≤k_QPMAX

0,726≤0,92≤1,089

Определяем число витков обмоток.

8. Определяем падение напряжения.

При расчете трансформатора на минимум стоимости последовательность намотки зависит от диаметра провода обмотки. Чем меньше диаметр провода обмотки, тем ближе она располагается к стержню, так как 1кг тонкого провода дороже 1кг толстого провода.

В остальных случаях первой обычно наматывается сетевая обмотка, а затем вторичные – в порядке возрастания диаметра провода.

Для оценки порядка расположения обмотки предварительно определяем их токи:

Значение ЭДС:

Где значение относительных величин падения напряжения в первичной и вторичных обмотках трансформатора.

Тогда значение ЭДС:

9. Электродвижущая сила на виток.

10. Число витков обмотки

Округляем число витков до 37 витков, тогда получаем

Определяем потери в стали и намагничивающего тока.

11. Определяем потери в стали.

Р_ст=Р_уд∙G_ст, Вт

Р_уд – величина удельных потерь, определяемых по рис. 3(1) Р_уд=4 Вт/кг

Р_ст=4∙0,35 = 1,4 Вт

12. Активная составляющая намагничивающего тока.

13. Реактивная составляющая намагничивающего тока.

Где Н_с – напряженность поля в стали, выбираем для индукции В_с­ из кривых намагничивания рис.6-9

Н_с = 8 А/см

n – число зазоров (стыков) на пути силовых линий,

n=2

– 0, 002см – величина эквивалентного воздушного зазора в стыках сердечника трансформатора.

- число витков первичной обмотки

– средняя длинна силовых линий, см.

15.Ток первичной обмотки при номинальной нагрузке.

I_1p = I_op+I’_2p+I’_3p

I_1a = I_oa+I’_2a+I’_3a

I_1p = 0,036+0,012+0,0098=0,05780,059 А

I_1а = 0,004+0,025+0,0097=0,03870,039 А

16.Ток холостого хода.

17. Относительное значение тока холостого хода.

18. Оценка результатов выбора магнитной индукции.

Величина относительно тока холостого хода при частоте 50Гц, лежит в пределах 0,3÷0,5

0,3≤0,36≤0,5

Согласно рекомендациям на стр. 39(1) выбор магнитопровода на этой стадии расчета можно считать оконченным.

19. Коэффициент мощности.

Электрический и конструктивный расчет обмоток.

20. Выбор плотности тока в обмотках.

Согласно рекомендациям на стр.40 (1) в случае расположения обмоток в порядке 2,1,3 принимаем

22. Выбираем стандартные сечения и диаметр проводов.

По таблице П1 (3) выбираем стандартные провода. Согласно рекомендациям на стр. 31(1) при напряжении обмоток до 500В а токов до нескольких Ампер применяем провода марки ПЭВ-1, справочные данные заносим в таблицу:

№ обмотки	q пр. мм2	d пр. мм	d из. мм	g пр. гр.
1	0,02011	0,16	0,19	0,179
2	0,02270	0,17	0,20	0,202
3	0,3526	0,67	0,72	3,13

Где q пр. – номинальное сечение,

d пр. – номинальный диаметр проволоки по меди,

d из пр. – наибольший наружный диаметр,

g пр. – масса одного метра проволоки в граммах.

Фактическая плотность тока