Расчет ленточных трансформаторов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Трансформатор предназначен для преобразования одного переменного напряжения, например напряжения сети, в другое переменное напряжение той же частоты.

Переменный ток получают непосредственно с вторичных обмоток силового трансформатора. Постоянный ток получают от выполненного по одной из схем выпрямителя, на который подается переменное напряжение с вторичной обмотки силового трансформатора.

Кроме того, силовой трансформатор отделяет цепи устройства от сети переменного тока, что позволяет заземлять его шасси непосредственно. В случае использования бестрансформаторного выпрямителя или применения силового автотрансформатора, у которого вторичная обмотка является частью первичной или наоборот, шасси аппарата оказывается соединенным с одним из проводов сети, поэтому такие способы питания стараются не применять, хотя они позволяют снизить вес и стоимость аппаратуры.

Устройство трансформатора

Трансформатор состоит из сердечника, набранного из пластин трансформаторной стали толщиной 0,35 - 0,5 мм встык без зазора, и каркаса с обмотками.

Сердечники бывают броневые из Ш-образных пластин (обмотки располагаются на среднем стержне - керне) и стержневые из П-образных пластин (обмотки располагаются или на одном, или на двух стержнях поровну). В последнее время стали применяться сердечники, изготовленные из плоской ленты - ленточные или витые сердечники.

Обозначение сердечника состоит из буквы Ш или П, показывающей форму пластин, и двух чисел, обозначающих ширину керна а и толщину набора с в мм, например, Ш20Х40. Если ширина крайних стержней пластины больше половины ширины среднего стержня, в начале обозначения ставят букву У. Если сердечник витой, после буквы П или Ш стоит буква Л - ленточный. Неразрезные витые сердечники, имеющие форму кольца, обозначают буквами ОЛ и тремя числами, показывающими наружный диаметр, внутренний диаметр и высоту кольца.

Отдельные пластины или слои ленты сердечников для уменьшения потерь на вихревые токи изолируются друг от друга слоем окалины, лака, клея или тонкой бумаги. В трансформаторах малой мощности это делать не обязательно.

Расчет трансформатора - задача довольно сложная: сначала выполняют предварительный расчет, затем - корректировочный. Эти расчеты требуют привлечения справочных данных, которые могут быть неточными, ориентировочными, вследствие чего и предварительный, и корректировочный расчеты приходится повторять несколько раз с целью оптимизации конструкции Маломощные силовые трансформаторы обычно изготовляют на стандартных магнитопроводах. Для питания аппаратуры от сети с частотой 50 Гц применяют трансформаторы броневого и стержневого типов. Для частоты 50 Гц по технико-экономическим показателям предпочтительны трансформаторы стержневого типа. Броневая конструкция равноценна стержневой по массе, но уступает ей по объему и стоимости. Однако для малых мощностей (до 100-200 ВА) при напряжениях менее 1000 В предпочтение отдают броневым трансформаторам как более простым по конструкции. При расчете трансформатора заданными величинами являются: напряжение питающей сети В напряжения вторичных обмоток Ч?; токи вторичных обмоток - О, А; частота тока питающей сети, Гц.

Области применения трансформаторов:

Трансформаторы широко используются для следующих целей.

1. В системах передачи и распределения электрической энергии.

2. В преобразовательных устройствах для обеспечения нужной схемы включения вентилей и согласования напряжений на входе и выходе преобразователя.

3. В различных электротехнических установках для технологических целей: сварки (сварочные трансформаторы), питания электромагнетических установок (электропечные трансформаторы) и др.

4. В устройствах связи, автоматики и телемеханики, электробытовых приборов, для питания цепей радио- и телевизионной аппаратуры, разделения электрических цепей различных элементов этих устройств; согласование напряжений и т.п.

1. Расчет броневого ленточного трансформатора с воздушным охлаждением

Таблица 1.1

Зададимся средними значениями:

Выбираем конструктивные размеры магнитопровода и марку электротехнической стали.

Выбираем марку электротехнической стали 1212. Для электротехнической стали основными номинальными характеристиками являются: удельные потери и магнитные значения наведенные в таблице 1.2

Таблица 1.2

Марка стали	Толщина, мм	Удельные потери, Вт\кг	Магнитная индукция В, Тл
3411	0.35	0.8	1.75

Мощность вторичной обмотки находим по формуле:

Для определения размеров магнитопровода находим произведение площади сечения окна на площадь сечения стали:

По соотношению Зстхок согласно таблице Б.1 (методические указания №1011) выбираем для трансформатора магнитопровод ШЛ 25х5.

Таблица 1.3 - Конструктивные размеры броневого магнитопровода ШЛ 25х50

Определяем количество витков первичной и вторичной обмоток:

Определяем ЭДС 1-го витка:

Определяем электрические и магнитные параметры трансформатора. Для этого находим ЭДС первичной и вторичной обмоток:

Определяем токи первичной и вторичной обмоток: Площадь сечения провода первичной и вторичной обмоток находим по формулам:

Выбираем номинальные диаметры проводов и вес одного метра меди и наибольший диаметр провода по таблице П. 2 (методические указания №1011):

Определяем диаметры проводов первичной и вторичной обмоток:



Выбираем бумагу для междуслоевой и между обмоточной изоляции катушек.

.

Для ё_1; выбираем кабельную бумагу К-12

Определяем реальную плотность тока в первичных и вторичных обмотках:

Рассчитываем количество витков одного слоя первичной и вторичной обмоток: к=3 мм - толщина стенки каркаса



Рассчитываем количество слоев первичной и вторичной обмоток:

Толщина первичной и вторичной обмоток определяется по формулам:

Промежуток от обмотки оси магнитопровода:

Определяем среднюю длину одного витка в каждой обмотке:



Определим вес меди в обмотках:

Потери мощности в меди:

Найдем потери мощности в стали. Из таблице 3 (методические указания №1011) определяем удельные потери мощности в сердечнике: Р_уд= 0.8 Вт/кг, марка стали 3411, толщина листа 0,35 мм:

Определяем энергетические характеристики трансформатора.

Соотношения веса стали к меди должна равняться:

— при расчете на минимум массы 2-3;

— при расчете на минимум стоимости 4-6;

Отношение потерь в меди к потерям в стали при номинальной нагрузке должна равняться:

— при частоте 50 Гц - (1,2-2,5);

- на частотах 400-5000 Гц - (0,7-1,5).



Определим активные сопротивления обмоток:

Определим КПД трансформатора:

2. Расчет стержневого ленточного трансформатора с воздушным охлаждением

Таблица 2.1

Зададимся средними значениями:



Выбираем конструктивные размеры магнитопровода и марку электротехнической стали.

Выбираем марку электротехнической стали 1212. Для электротехнической стали основными номинальными характеристиками являются: удельные потери и магнитные значения наведенные в таблице 2.2

Таблица 2.2

Марка стали	Толщина, мм	Удельные потери, Вт\кг	Магнитная индукция В, Тл
1212	0.65	3.4	1.5

Мощность вторичной обмотки находим по формуле:

Для определения размеров магнитопровода находим произведение площади сечения окна на площадь сечения стали:

Определяем токи первичной и вторичной обмоток:

По соотношению Зстхок согласно таблице В.1 (методические указания №1011) выбираем для трансформатора магнитопровод ПЛВ25х50-60.



Таблица 2.3 - Конструктивные размеры стержневого магнитопровода ПЛВ25х50-60

Определяем электрические и магнитные параметры трансформатора. Для этого находим ЭДС первичной и вторичной обмоток:

Определяем ЭДС 1-го витка:

Площади сечения провода первичной и вторичной обмоток находим по формулам:



Определяем диаметры проводов первичной и вторичной обмоток:

Выбираем номинальные диаметры проводов и вес одного метра меди и наибольший диаметр провода по таблице П. 2 (методические указания №1011):

Рассчитываем количество витков одного слоя первичной и вторичной обмоток



Рассчитываем количество слоев первичной и вторичной обмоток:

трансформатор броневой стержневой магнитопровод

Толщина первичной и вторичной обмоток определяется по формулам:

Промежуток от обмотки оси магнитопровода:

Определяем среднюю длину одного витка в каждой обмотке:

Суммарный вес меди:



Найдем потери мощности в стали. Из таблицы 3 (методические указания №1011) определяем удельные потери мощности в сердечнике: Р_уд= 3.4 Вт/кг, марка стали 1212, толщина листа 0,65 мм:

Потери мощности в меди:

Соотношения веса стали к меди должна равняться:

— при расчете на минимум массы 2-3;

— при расчете на минимум стоимости 4-6;

Отношение потерь в меди к потерям в стали при номинальной нагрузке должна равняться:

— при частоте 50 Гц - (1,2-2,5);

Определим активные сопротивления обмоток:

- на частотах 400-5000 Гц - (0,7-1,5).



Определим КПД трансформатора:



Выводы

В данной курсовой работе приведены расчеты трансформатора средней мощности при использовании магнитопроводов 2-х видов: стержневого и броневого. Мною была поставлена задача спроектировать трансформатор при условии минимальной стоимости. Поэтому я старался выбирать магнитопроводы: для обеспечения наиболее меньшей стоимости. Каждый магнитопровод показал свои результаты. Остается выбрать только условие и место работы трансформатора. Броневые магнитопроводы используют в трансформаторах, где не требуется высокая степень симметрии обмоток. Стержневая конструкция при наиболее простой технологии наматывания позволяет получить сравнительно высокую степень симметрии обмоток.

Из сравнительной таблицы легко сделать вывод, что для изготовления трансформатора с заданными начальными условиями лучше всего выбрать броневой ленточный магнитопровод, так как в нем наибольший из приведенных магнитопроводов коэффициент полезного действия.

Список литературы

1. Бабаєв М.М. Методичні вказівки до виконання курсової роботи для студентів спеціальності «Автоматика та автоматизація на транспорті». Розрахунок трансформатора малої потужності. - Харків: ХДАЗТ,2002.

2. Конспект лекцій з предмету «Електричні машини».

Размещено на Allbest.ru