Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ЭМС / Методичка_РГР расчет трансформатора.pdf
Скачиваний:
78
Добавлен:
27.02.2016
Размер:
1.52 Mб
Скачать

Основным фактором, определяющим величину плотности в большинстве маломощных трансформаторов, является величина допусти­ мого нагрева обмоток, поэтому выбор плотности тока определяется мощ­ ностью трансформатора, условиями его охлаждения, конструкцией и дру­ гими факторами. Известно, чем меньше, мощность трансформатора, тем лучше условия его охлаждения, так как выделяющимся потерям соответ­ ствует относительно большая поверхность охлаждения.

В трансформаторах мощностью до 100 Вт плотность тока для мед­ ных проводов может быть выбрана в пределах 3÷4,5 А/мм2, мощностью от 100 до 1000 Вт – в пределах 2÷3,5 А/мм2. Причем, меньшее значение плотности тока соответствует трансформаторам большой мощности. Для алюминиевых проводов плотность тока следует выбирать примерно в 1,5 раза меньше, чем для медных.

3.5Определение основных размеров сердечника трансформатора

У трансформаторов стержневого типа с шихтованным магнито­ проводом сечение ярма составляет (1,0÷1,15) сечения стержня, а у транс­ форматора броневого типа (1,0÷1,15)/2=0,5÷0,57 сечения стержня. У трансформаторов с ленточным магнитопроводом сечение ярма равно се­ чению стержня для трансформатора стержневого типа, а для броневого типа – половине сечения стержня.

Для определения размеров сердечника используется уравнение

Sc × Sок

=

 

 

S1

× 100

,

(4)

2,22

×

j'× f1

× B'c ×k'c ×k'ок

 

 

 

 

где

Sс, Sок – сечения стержня и окна сердечника, см2;

S1 – потребляемая трансформатором полная мощность, ВА; j′ – плотность тока в обмотках, А/мм2;

f1 – заданное значение частоты питающего напряжения, Гц; В′с – индукция в сердечнике трансформатора, Тл;

k′с, k′ок – коэффициенты заполнения сердечника сталью (из п. 3.8) и окна обмотками (принять в диапазоне 0,2÷0,35).

16

Масса стали Mc в трансформаторах, как правило, больше массы меди Mм. Так как стоимость стали намного меньше стоимости меди, то трансформаторы минимальной стоимости имеют большую величину Мсм, чем трансформаторы, спроектированные на минимальную массу.

Ясно, что основное уменьшение массы трансформатора может быть получено за счет уменьшения массы стали. Соответственно этому в трансформаторах рассчитанных на минимальную стоимость отношение сечений Sс/Sок больше, чем у трансформаторов, спроектированных на ми­ нимальную массу.

Таким образом, от соотношения между размерами окна и стержня (или сердечника) зависит при заданной мощности, частоте и данном зна­ чении электромагнитных нагрузок стоимость и масса трансформатора.

Размеры сердечников ленточных магнитопроводов приведены в приложениях 7, 8, 9.

Для трансформаторов с шихтованным магнитопроводом размеры магнитопровода следует рассчитать. Для стержня, имеющего квадратное сечение, ширина стержня а и толщина b определяются по формуле

a = b = Sc .

При прямоугольной форме сечения сердечника b=(0,55÷1,8) а.

Высота ярма:

h =

Sя

.

 

 

я

b

 

 

Форма окна сердечника трансформатора оказывает существенное влияние на величину тока намагничивания, размеры и вес трансформато­ ра. Увеличение высоты сердечника приводит к увеличению намагничива­ ющей силы, необходимой для проведения потока по магнитопроводу. Оп­ тимальное отношение высоты окна к его ширине лежит в пределах от 2 до 3.

Рекомендуется выбирать ближайшую стандартную Ш-образную пластину по нормали СТ-360А, НО.666.000 или НО.010.005 (необходимо использовать соответствующую справочную литературу).

17

3.6Определение основных параметров обмоток трансформатора

Число витков на один вольт n′ обмоток на холостом ходу в первом приближении можно определить по формуле

n'=

 

 

104

,

(5)

4,44

× f1

 

 

× B'c ×Sc × k 'c

 

где

f1 – заданное значение частоты питающего напряжения, Гц; B′c – индукция в сердечнике трансформатора, Тл;

Sc – сечение стержня магнитопровода, см2;

k′с – коэффициент заполнения сердечника сталью (из п. 3.8). Число витков обмоток на холостом ходу:

W 'i = Ui × n'. (6) Поскольку под нагрузкой напряжения изменяться на некоторую

величину ∆U, необходимо ввести соответствующую поправку, уменьшив число витков первичной и увеличив число витков вторичных обмоток на ∆U%/2 процентов (см. рисунок 3).

Число витков обмотки низшего напряжения округляются до бли­ жайшего целого числа с соответствующим пропорциональным пересче­ том чисел витков в других обмотках и величины индукции в стержне сер­ дечника трансформатора.

Предварительное значение поперечных сечений проводов обмоток q'i определяется по формуле

q'

=

Ii

,

(7)

 

W

 

j'i

 

 

 

где

Ii – ток в обмотке трансформатора, А; j′ – плотность тока в обмотках, А/мм2.

Окончательные значения поперечных сечений qi и параметров проводов выбираются ближайшими из приложений 4 и 5 и после этого уточняются плотности тока в обмотках.

Проверка. Полученные значения ji следует сравнить со значением j′, принятом ранее. Если расхождение сравниваемых величин превышает

18

10÷15%, то необходимо провести уточняющий расчет, приняв новое зна­ чение j.

Выбор класса изоляции проводов производят в зависимости от об­ ласти применения, условий работы и теплового режима.

3.7Укладка обмоток на стержнях трансформатора

При укладке обмоток трансформатора следует руководствоваться правилом – обмотку с более высоким напряжением следует размещать на стержне первой, так как она имеет наибольшее число витков при наи­ меньшем сечении провода. Соблюдение этого правила позволит умень­ шить стоимость трансформатора, так как чем меньше сечение провода, тем он дороже. При укладке обмоток необходимо выполнение условия размещения обмоток в окне сердечника. Для однофазного трансформато­ ра с одной прямоугольной катушкой:

с = k2 × 0 + δ 1 + δ 12 + δ 2 + δ 23 + δ 3 ) + ε 3

(8)

где с – ширина окна сердечника, мм;

ε0=1,0÷2,0 мм – толщина изоляции между катушкой и стержнем; ε3– расстояние от катушки до второго стержня (воздушный промежуток); δ1, δ2, δ3 – толщина соответствующих обмоток в миллиметрах;

δ12, δ23 – толщина изоляции между обмотками, каждая из них выбирается равной 1 мм;

k2=1,2÷1,3 – коэффициент увеличения катушки из-за неплотностей приле­ гания слоев, в результате чего катушка приобретает овальную форму.

Толщина любой обмотки δi определяется произведением толщины слоя этой обмотки ∆i на число слоев mi.

δ i = D i × mi = (din + γ i ) × mi ,

(9)

где

din – диаметр провода i-й обмотки с изоляцией, мм;

γi≈0,06 мм – толщина изоляционной прокладки между слоями обмотки;

mi

=

Wi × din

– число слоев, целое число округляется в сторону

0,9

× (h -

1 )

 

 

 

большего значения;

19

ε1=2÷5 мм – толщина изоляции между катушкой и ярмом.

Проверка. Полученную площадь сечения обмотки следует срав­ нить со значением площади окна магнитопровода. Если площадь окна окажется меньше площади сечения обмотки, необходимо выбрать магни­ топровод другого размера и провести уточняющий расчет.

3.8Расчет массы материалов Масса i-й обмотки

M

wi

= ρ × W × q

i

× l × 105

кг,

(10)

 

i

Wi

 

 

где ρ – удельная масса материала обмоток, для меди ρ=8,8 г/см3, для алю­

миния ρ=2,7 г/см3;

Wi – число витков i-й обмотки;

qi – сечение провода катушки i-й обмотки, мм2; lWi – средняя длина витка катушки i-й обмотки, см.

Для расчета lWi рекомендуется нарисовать эскиз размещения обмо­ ток в катушке с учетом толщины изоляционных прокладок.

Для трансформаторов с ленточным магнитопроводом масса вы­ бранного сердечника приведена в приложениях 7, 8, 9. Для трансформато­ ров с шихтованным магнитопроводом необходимо сначала определить объем сердечника Vc [см2] с учетом коэффициента заполнения стали сер­ дечника, а затем рассчитать его массу по формуле:

M

с

= 7,6 × V × k'

с

×103

кг.

(11)

 

с

 

 

 

Коэффициент k′с зависит от толщины листа (ленты) δл.

Для шихтованного магнитопровода при δл.=0,5 k′с=0,92; δл.=0,35 k′с=0,86; δл.=0,2 k′с=0,76; δл.=0,1 k′с=0,65. Для ленточного магнитопровода активное сечение Sса = Sс·k′с приведено в приложениях 7, 8, 9.

Изоляция между листами (лентами) – лак. 3.9Расчет потерь в материалах

Электрические потери в обмотках трансформатора для обмоток из меди находятся по формуле

20

Соседние файлы в папке ЭМС