Расчет трансформатора малой мощности

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Введение

Трансформатор статически электрический аппарат, имеющий две и большее число индуктивно связанных обмоток и предназначенный для преобразования посредством электромагнитной индукции системы переменного тока одного напряжения в систему переменного тока другого напряжения. Трансформаторы служат для передачи и распределения электроэнергии потребителей.

В этом курсовом проекте рассчитывается трансформатор малой мощности, причем все полученные навыки и умения могут пригодиться в последующем.

Широкое применение эти трансформаторы находят в аппаратуре общепромышленного назначения (радиоизмерительная, управление разнообразных станков, прокатных станков и т.д.).

В связи с электрификацией быта они используются в бытовой радио- и электроаппаратуре (радиоприемник, телевизор, магнитофон и др.), а также для питания электроприборов, для перехода от напряжения 220 В к 110 В и наоборот.

В практическом плане трансформаторы малой мощности относительно небольшие размеры, габаритная мощность которых не превышает нескольких киловольтампер.

В теоретическом плане эти трансформаторы отличаются от мощных трансформаторов специфическими соотношениями основных магнитных параметров, а проектирование также имеет ряд особенностей, обусловленных существенным отличием конструкций, многообразием режимов работы и предъявляемых требований.

трансформатор ток электрический переменный

Таблица.

Наименование величины, расчетное условие и ограничение	Ед. изм.	Данные
Мощность второй обмотки, S2	В.А	10
Мощность третьей обмотки, S3	В.А	5
Напряжение вторичных обмоток	Второй, U2	В	100
	Третьей, U3	В	4,5
Коэффициенты мощности обмоток	Cos2	о. е.	0,9
	Cos3	о. е.	0,7
Напряжение в первичной обмотке трансформатора, U1	В	380
Частота питающего напряжения,f	Гц	400
Расчетное условие	Минимум массы
Температура окружающей среды QО	ОС	30
Расчетное ограничение	Падение напряжения	U12	4%
		U13	5%

Выбор магнитопровода трансформатора

Расчет трансформатора начинаем с определения расчетной мощности, которая вычисляется в зависимости от суммарной мощности вторичных обмоток. Так как (S2+S3)=15<100 В.А, расчетную мощность рекомендуется определять по формуле:

Sp=1/2(S2+S3)(1+1/)=1/2(10+5)(1+1/0,87)=16,1206 В.А.

Сердечником магнитопровода, выбранным по величине расчетной мощности Sp для трансформаторов с максимальным напряжением до 1000 В при частоте 400 Гц и расчетном условии на минимум стоимости, является стержневой ленточный сердечник с двумя катушками серии ПЛМ, т.к. у него большая емкость охлаждения и меньшая средняя длина витка. КПД такого трансформатора =0,87

Выбор материала сердечника трансформатора проводим на том основании, что для каждой частоты существует своя минимальная толщина материала. Холоднокатаные текстурованные стали имеют меньшие удельные значения намагничивающей мощности и потерь в стали, если направление магнитного потока в сердечнике совпадает с направлением проката. Эти свойства наиболее полно реализуются в ленточной конструкции сердечника. Основываясь на том, что частота питающего напряжения равна 400 Гц, расчетная мощность равна 15В.А, а расчетным условием является минимум массы, выбираем марку стали Э-340 и толщину 0,15 мм.

По найденной величине для данной конструкции магнитопровода из таблицы 3-6 находим ориентировочные значения максимальной индукции , плотности тока, коэффициента заполнения окна и коэффициента заполнения магнитопровода .

Из таблицы 3 выбираем значение

но с учётом 30% = 1,1Тл.

Из таблицы 4 выбираем значение = 7,1295 А/.

Из таблицы 5 выбираем значение = 0,2.

Из таблицы 6 выбираем значение =0,9.

Определяем отношение произведения сечения сердечника на площадь окна:

Определяем отношение сечения стержня к площади окна сердечника:

,

где отношение массы стали к массе меди(при расчёте трансформатора на минимум стоимости лежит в пределах 4-6);

- для броневых трансформаторов.

Выбираем типоразмер магнитопровода

Зная произведение и пределы измерения , из табл. прил. П2 выбираем стандартный магнитопровод , у которого значение произведения наиболее близко к требуемому, а значение лежит в требуемых пределах.

Магнитопровод ШЛ 8?10

Данные магнитопровода:

а - 8 мм с - 8 мм - 0,8 - 0,5

b - 10 мм С - 33 мм - 6,8 см - 0.0375 кг

h - 20 мм H - 29 мм - 1,28

U1 = U2 = U12здн /2=4/2=2%

U3 =U13здн-U1 =5-2=3%

Определение числа витков обмоток трансформатора

Определение падения напряжения

Если падение напряжения на обмотках выразить в процентах от номинальных значений напряжений на соответствующих обмотках, то значение ЭДС примет вид:

Е1=U1(1-U1.10-2)=380*2*10-2=372,4В;

Е2=U2(1+U2.10-2)=100(1+2*10-2)=102 В;

Е3=U3(1+U3.10-2)=27(1+3*10-2)=4,639 В.

Определяем ЭДС одного витка и число витков каждой из обмоток трансформатора на основе следующих формул:

= 4,44*400*1,1*0,8*0,9* =0,14065 В

;

;

где - ЭДС одного витка;,,- число витков соответствующих обмоток трансформатора.

Округлим до 33 и перерасчитаем, величину индукции в стержне и число витков в других обмотках:

1,1*Тл

=

Расчет потерь в стали и тока намагничивания трансформатора

Потери в стали сердечника трансформатора определяем по формуле:

=17.0,0375=0,6375Вт;

где руд - удельные потери (величина удельных потерь в сердечнике зависит от значения магнитной индукции, марки стали, толщины листа, частоты сети и типа сердечника. Она определяется по кривым рис 4.);

Gст - масса стали, кг;

Активная составляющая намагничивающего тока определяется выражением:

Ioa= A.

Для трансформаторов, сердечники которых выполнены из стали марки Э-340, реактивная составляющая намагничивающего тока трансформатора определяется по формуле:

=60*0,0375=2,25 В*А

Ток в первичной обмотке трансформатора при номинальной нагрузке

I1 = А,

где I1а и I1р - активная и реактивная составляющие тока первичной обмотки трансформатора, которые определяются выражениями:

I1a = Iоа + I'2а + I'3а

I1p = Iop +I'2p + I'3p где I'2а, I'3а,I'2p, I'3p - приведенные значения активной и реактивной составляющей токов вторичных обмоток трансформатора и определяются по формулам:

II2a= А

II3a=А

II2p=А

II3p=А

А;

А;

Ток холостого хода трансформатора

Io = А

Величина относительного тока холостого хода

=

Так как величина относительного тока холостого хода при частоте 400 Гц лежит в требуемых пределах (0,1-0,2), то выбор магнитопровода на этой стадии расчета окончен.

Коэффициент мощности трансформатора определяется выражением

Расчет электрических и конструктивных параметров обмоток трансформатора

Плотность тока в обмотках оказывает существенное влияние на работу трансформатора. Выбор этого параметра при расположении 2-1-3 следующий:

J1 =1,15 Jср =1.15 * 7,1295= 8,198925 А/мм2;

J2=J 3=0,85 Jср =0,85 * 7,1295= 6,06 А/мм2;

Определяем предварительные значения сечений проводов:

мм2;

мм2;

мм2

Где I2=S2/U2=10/100=0,1 A

I3=S3/U3=5/4,5=1,11 A

По таблице прил. П. 1[3] выбираем стандартные сечения и диаметры проводов и выписываем необходимые справочные данные:

1) =0,00503

=0,105 мм

=0,0477 г

=0,08мм

2) =0,01767

=0,18 мм

=0,157г

=0,15 мм

3) =0,1896

= 0,53 мм

=1,68г

=0,49мм

Так как напряжение на 1,2 и 3 обмотке до 500 В, то применим провода марки ПЭВ-1

По выбранным сечениям проводов уточняем плотности тока в обмотках

, А/мм2;

, A/мм2;

, A/мм2 .

Вычисляем амплитудные значения значения рабочих напряжений

Определяем по кривой на рис.10 испытательное напряжение обмоток:

На следующем этапе проектирования определяем размещение обмоток в окне.

При намотке на каркасе допустимую осевую длину обмотки определяем по формуле:

= - 2

где = 1,0 мм - толщина щечки каркаса;

- длина каркаса, мм;

h - высота окна.

Применим =20-1=19мм, тогда

= - 2=(19 - 2)=17мм

Поверх каркаса наматываем изоляционную бумагу, обеспечивающую лучшую укладку провода и усиливающую изоляцию. Так как рабочее напряжение , то для этого применяем 2 слоя кабельной бумаги К-12(толщиной 0,12 мм).

Между слоями обмотки укладываем междуслоевую изоляцию, толщина которой зависит от диаметра провода с изоляцией и величины рабочего напряжения.

Междуслоевая изоляция, укладываемая между слоями первой обмотки, будет выполнена из конденсаторной бумаги КОН-1 толщиной 0,011-0,022 мм (так как диаметр провода ).

Междуслоевая изоляция, укладываемая между слоями второй обмотки, будет выполнена из телефонной бумаги КТН толщиной 0,05 мм (так как диаметр провода ).

Междуслоевая изоляция, укладываемая между слоями третьей обмотки, будет выполнена из пропиточной бумаги ЭИП-50 толщиной 0,09 мм (так как диаметр провода ).

Изоляцию между отдельными обмотками выбираем в зависимости от величины испытательного напряжения обмотки с наибольшим напряжением. Так как напряжение U2 меньше 1000 В () то межобмоточную изоляцию выполним из 2 слоёв пропиточной бумаги ЭИП-63 б.

Число витков в одном слое каждой обмотки находим по формуле:

;

;

;

где kу1 = 1,12, kу2 = 1,08, kу3 = 1,045 - коэффициенты укладки соответствующих обмоток в осевом направлении.

Число слоев в обмотках трансформатора определим по формуле:

Под величиной понимают для стержневых двухкатушечных трансформаторов - половинное число витков обмотки. Количество округляют до ближайшего большего целого значения.

;

Теперь рассчитаем радиальный размер каждой из обмоток с учетом проводникового и междуосевого изоляционного материала:



При диаметре провода с изоляцией меньше 0,5 мм во втором члене выражения следует вместо подставлять , округляя полученный коэффициент до большего целого числа.

1,12*18*0,105+1,1(380/150-1)*0,022=2,153;

1,1*8*0,18+1,12(100/150-1)*0,05=1,56;

1,6*1*0.53+1,065(2-1)*0,09=0,94.

Далее определим полный радиальный размер катушки. При чередовании обмоток 1-2-3 полный радиальный размер катушки трансформатора определяем по формуле:

где =0,5мм - зазор между каркасом и сердечником, изоляции, мм;

- коэффициент выпучивания наружной обмотки, учитывается только при выполнении намотке на гильзе (при выполнении обмотки на каркасе принимается равным 1).

0,5+(1,11+1,5+1,5*0,24+2,15+1,4*0,24+0,94+1,7*0,16)=7,168

Так как зазор между катушкой и сердечником 8-7,168=0,832

лежит в пределах от 0,5 до 1 мм, то катушка нормально укладывается в окне выбранного сердечника.

Определим среднюю длину витка обмоток трансформатора при расположении прямоугольных катушек в порядке 1-2-3:

=(2*(11,22+13,22)+2*3,14*1,075)*0,001=0,0556;

=(2*(11,22+13,22)+2*3,14*3,26)*0,001=0,0693;

=(2*(11,22+13,22)+2*3,14*4,816)*0,001=0,0791

где и - наружные размеры каркаса, мм

=8+2*0,5+2*1,11*1=11,22 мм

=10+2*0,5+2*1,11*1=13,22 мм

При намотке обмоток в последовательности 1-2-3 значения , определяются по формулам:

0,5*2,15*1=1,075

2,15+0,24*1,5+*1,5=3,26

Массу меди каждой из обмоток находим из выражения:

,кг

0,0556*2649*0,0477*0,001=0,00702 кг

0,0693*725*0,157*0,001=0,00788 кг

0,0791*33*1,68*0,001=0,00438 кг

Общую массу меди обмоток трансформатора находим суммированием масс отдельных обмоток:

0,00702+0,00788+0,00438 =0,0192 кг;

Проверим значение :

Так как отношение массы стали к массе меди, равное 2, лежит в рекомендуемых пределах (2-3 для минимума стоимости), то расчет можно продолжать дальше.

Находим потери в каждой из обмоток трансформатора по формуле:

=1,5 Вт

=0,668 Вт

=0,401 Вт

Тогда потери в катушках трансформатора равны сумме потерь в отдельных обмотках:

1,5 +0,668+0,401 =2,569 Вт

Проверим значение :

Т. к. соотношение потерь в меди к потерям в стали, равное лежит в рекомендуемых пределах (0,35 - 1,5 при частоте 400 Гц), то расчет продолжаем дальше.

Определение падения напряжения в трансформаторе

Активные сопротивления обмоток:

а)при температуре 105 оС

r105=,

r2

r3

где ?-удельное сопротивление медного провода(при ?пр= 105 оС

,?=2,35*10-2 Ом*мм2/м);

qпр-сечение медных проводов каждой обмотки;

б)сопротивления вторичных обмоток, приведенные к первичной,



Где r2 и r3 - активные сопротивления обмоток при температуре 105 оС.

Индуктивные сопротивления рассеяния обмоток(в относительных единицах).

Где f - частота, Гц

?1-число витков первичной обмотки

I1-номинальный ток первичной обмотки

Ев- ЭДС витка

hд- высота катушки ,м

Spi-площадь канала рассеяния i-й обмотки (i=1,2,3),м2

где

Падения напряжения на обмотках при номинальной нагрузке(в относительных единицах)

Полные падения напряжения на вторичных обмотках при номинальной нагрузке трансформатора(в относительных единицах).



Напряжения на вторичных обмотках

Определение кпд трансформатора и выбор проводов для выводов обмоток

Находим КПД трансформатора по формуле:

Выводные концы и отводы в трансформаторе выполним из гибкого монтажного провода сечением 0,2мм2 марки МГТФЛ .

Список литературы

Шумейко В.В., Седов В.И., Задание на курсовую работу электрические машины и электропривод.

Седов В.И., Шумейко В.В., Приложение к заданию на курсовую работу.

Размещено на Allbest.ru