2.3 Розрахунок силового трансформатора

Існує велика кількість методів розрахунку трансформаторів. Без порушення суворості проектування та з урахуванням ряду припущень можна обмежитися наближеними методами, які дозволяють значно спростити та скоротити час розрахунку трансформатора. Розглянемо типовий розрахунок трансформатора малої потужності.

Для розрахунку трансформатора необхідно знати:

• напругу та частоту мережі живлення ;

• діючі напруги вторинних обмоток ;

• діючі струми вторинних обмоток .

У результаті розрахунку повинні бути визначені:

• геометричні розміри магнітопроводу;

• дані обмоток (кількість витків, марки і діаметри проводів).

При більш повному розрахунку трансформатора можуть бути визначені його параметри (струм холостого ходу, напруга короткого замикання, втрати та коефіцієнт корисної дії.

Порядок розрахунку силового трансформатора.

1. Визначаємо діючі значення напруг усіх вторинних обмоток:

, (2.9)

де – номер обмотки трансформатора ();

– коефіцієнт, що визначається видом схеми випрямлення (табл. 1);

–додаткова напруга, що враховує втрати в обмотках, на вентилі і фільтрі (зазвичай ).

Для випадку ємнісного навантаження напруги вторинних обмоток можуть бути визначені з співвідношення:

. (2.10)

2. Визначаємо діючі значення струмів вторинних обмоток:

, (2.11)

де– коефіцієнт, що залежить від схеми випрямлення (табл. 1).

Для випадку ємнісного навантаження струм розраховується як:

. (2.12)

3. Знаходимо потужність, що трансформатор віддає:

. (2.13)

4. Знаходимо потужність, що трансформатор споживає з мережі:

, (2.14)

де – ККД трансформатора.

Значення ККД трансформатора наведено у табл. 2.

5. Визначаємо струм у первинній обмотці:

. (2.15)

6. Знаходимо середню потужність трансформатора:

. (2.16)

7. Знаходимо габаритну потужність для заданої схеми .

8. Обираємо густину струму з табл. 2.

9. Визначаємо активну площу перерізу магнітопроводу за формулою:

. (2.17)

Таблиця 3

Орієнтовні значення деяких величин для розрахунку трансформатора

Потужність трансформатора, ВА	ККД	Густина струму, А/мм2	Індукція, Тл
До 10 Від 10 до 30 Від 30 до 50 Від 50 до 100 Понад 100	0,60…0,70 0,70…0,80 0,80...0,85 0,85…0,90 0,90	3,5…4,0 3,5…4,0 3,0…3,5 2,5…3,0 2,5…3,0	0,6…0,7 0,7…0,8 0,8…0,9 0,9…1,0 1,0…1,2

9. За площею перерізу осердя з додатка А (табл. А5) обираємо тип магнітопроводу. Виписуємо геометричні розміри обраного магнітопроводу, користуючись позначеннями рис. 4, 5.

10. Визначаємо діаметр проводу обмоток. Розрахунок ведемо за допустимою густиною струму, яка залежить від потужності трансформатора та допустимої температури перегріву. Помітно, що зі збільшенням потужності трансформатора його теплова віддача зменшується.

Діаметр проводу для і-ї обмотки (без ізоляції) розраховують за формулою:

, (2.18)

де – струм в і-й обмотці, А;

–густина струму, А/мм².

Діаметри проводів обмоток з ізоляцією і стандартні перерізи проводів знаходимо за додатком А (табл. А6).

11. Визначаємо число витків кожної обмотки трансформатора за формулою:

, (2.19)

де – кількість витків на 1В напруги;

– діюче значення напруги в обмотці.

12. Виконуємо перевірку можливості розміщення усіх обмоток у вікні осердя. Кількість витків в шарі обмотки підраховується за формулою:

, (2.20)

де – висота вікна, мм;

– товщина матеріалу каркаса, мм (зазвичай мм);

– діаметр проводу і-ї обмотки з ізоляцією, мм;

–коефіцієнт нещільності, що залежить від діаметра проводу обмотки, що визначається за табл. 3.

Кількість шарів для кожної обмотки складає:

. (2.21)

Товщина кожної обмотки визначається за формулою:

, (2.22)

де – товщина ізоляції між шарами (зазвичай мм);

– товщина прокладки між обмотками ( мм).

Загальна висота всіх обмоток складе величину:

. (2.23)

Перевіряємо виконання умови , тобто щоб загальна висота всіх обмоток не перевищувала ширини вікна осердя.

Рис. 4. Магнітопровід однофазного броньового трансформатора

Рис. 5. Магнітопровід трифазного трансформатора

Таблиця 3