3.6 Разработка маломощного трансформатора для опытного образца устройства симметрирования

Для осуществления пофазного регулирования напряжений необходим трансформатор с некоторым количеством отпаек, управляемых симисторными ключами. Оптимальным в этом случае явилось решение принять десять отпаек трансформатора с шагом регулирования 10 В и десять отпаек с шагом регулирования в 1 В. Таким образом фазное напряжение можно регулировать в пределах от 170 В до 280 В, при этом регулирование отпайками с шагом в 10 В было решено использовать как в положительную сторону, так и в отрицательную, а регулирование отпайками с шагом в 1 В ‑ только в положительную.

Расчет трансформатора производился в соответствии с упрощенной методикой, когда исходными начальными данными являлись:

– напряжение первичной обмотки U₁;

– напряжение первичной обмотки U₂;

– ток вторичной обмотки I₂;

– мощность вторичной обмотки P₂ = I₂U₂ = P_вых.

Так как мощность нагрузки для собираемого опытного образца мала, то и выходная мощность вторичной обмотки вольтдобавочного трансформатора так же невелика.

Расчет трансформатора начинается с выбора магнитопровода, то есть определения его конфигурации и геометрических размеров. Был выбран магнитопровод броневого пластинчатого типа. Размеры магнитопровода выбранной конструкции, необходимые для получения от трансформаторов заданной мощности, были найдены на основании выражения:

, (3.4)

где S_ст – сечение стали магнитопровода в месте расположения катушки;

S_ок – площадь окна в магнитопроводе;

В_max – магнитная индукция;

J – плотность тока;

К_ок – коэффициент заполнения окна;

К_ст – коэффициент заполнения магнитопровода сталью.

Величины электромагнитных нагрузок В_max и J зависят от мощности, снимаемой со вторичной обмотки цепи трансформатора, и берутся для расчетов из соответствующих таблиц 3.1 и 3.2.

Таблица 3.1 – Зависимость магнитной индукции при выходной мощности от конструкции магнитопровода трансформатора

Конструкция магнитопровода	Магнитная индукция Bmax, Тл при Pвых, Вт
	5-15	15-50	50-150	150-300	300-1000
Броневая (пластинчатая)	1,1-1,3	1,3	1,3-1,35	1,35	1,35-1,2
Броневая (ленточная)	1,55	1,65	1,65	1,65	1,65
Кольцевая	1,7	1,7	1,7	1,65	1,6

Таблица 3.2 – Зависимость плотности тока при выходной мощности от конструкции магнитопровода трансформатора

Конструкция магнитопровода	Плотность тока J, А/мм2 при Pвых, Вт
	5-15	15-50	50-150	150-300	300-1000
Броневая (пластинчатая)	3,9-3,0	3,0-2,4	2,4-2,0	2,0-1,7	1,7-1,4
Броневая (ленточная)	3,8-3,5	3,5-2,7	2,7-2,4	2,4-2,3	2,3-1,8
Кольцевая	5-4,5		4,5-3,5	3,5	3,0

Коэффициент заполнения окна К_ок для обмоток, выполненных проводом круглого сечения с эмалевой изоляцией берется из таблицы 3.3.

Таблица 3.3 – Зависимость коэффициента заполнения окна при выходной мощности от конструкции магнитопровода трансформатора и рабочего напряжения

Конструкция магнитопровода	Рабочее напряжение, В	Коэффициент заполнения окна Кок при Рвых, Вт
		0,22-0,29	0,29-0,30	0,30-0,32	0,32-0,34	0,34-0,38
Броневая (пластинчатая)	до 100	0,19-0,25	0,25-0,26	0,26-0,27	0,27-0,30	0,30-0,33
	100-1000	0,15-0,27	0,27-0,29	0,29-0,32	0,32-0,34	0,34-0,38
Броневая (ленточная)	до 100	0,13-0,23	0,23-0,26	0,26-0,27	0,27-0,30	0,30-0,33
	100-1000	0,22-0,29	0,29-0,30	0,20-0,26	0,26-0,27	0,27-0,28
Кольцевая	-	0,18-0,20		4,5-3,5	0,30-0,32	0,32-0,34

Коэффициент заполнения сечения магнитопровода сталью К_ст зависит от толщины стали, конструкции магнитопровода и способа изоляции пластин друг от друга. Величина коэффициента К_ст для наиболее часто используемой толщины пластин может быть найдена из таблицы 3.4.

Таблица 3.4 – Зависимость коэффициента заполнения при заданной толщине стали от конструкции магнитопровода трансформатора

Конструкция магнитопровода	Коэффициент заполнения Кст при толщине стали, мм
	0,08	0,1	0,15	0,2	0,35
Броневая (пластинчатая)	-	0,7(0,75)	-	0,85 (0,89)	0,9 (0,95)
Броневая (ленточная)	0,87	-	0,90	0,91	0,93
Кольцевая	0,85		0,88

Величина номинального первичной обмотки находится по формуле:

, (3.5)

где величина η и cosφ трансформатора, входящие в выражение, зависят от мощности трансформатора  и могут быть ориентировочно определены по таблице 3.5.

Таблица 3.5 – Зависимость величин η и cosφ от суммарной мощности вторичных обмоток трансформатора

Величина	Суммарная мощность вторичных обмоток Рвых, Вт
	2-15	15-50	50-150	150-300	300-1000
η	0,5-0,6	0,6-0,8	0,8-0,9	0,90-0,93	0,93-0,95
	0,76-8,88		0,88-0,92	0,92-0,95	0,95-0,96
cosφ	0,85-0,90	0,90-0,93	0,93-0,95	0,95-0,93	0,93-0,94

Диаметр проводов в каждой обмотке без учета толщины изоляции определяется следующим образом:

, (3.6)

где сечение провода в обмотке S_пр = I/J.

Число витков в обмотках трансформатора определяется по формуле:

, (3.7)

где n – номер обмотки,

ΔU – падение напряжения в обмотках, выраженное в процентах от номинального значения.

Таким образом, был собран маломощный трансформатор, способный регулировать напряжение в заданных пределах, внешний вид которого представлен на рисунке 3.21.

Рисунок 3.21 – Маломощный вольтдобавочный трансформатор