Расчет трансформатора (стр. 1 из 7)

Содержание

Задание

Введение

1. Методика расчета трансформатора

1.1 Выбор магнитопровода

1.2 Определение числа витков в обмотках

1.3 Определение потерь в стали и намагничивающего тока

1.4 Электрический и конструктивный расчет обмоток

1.5 Определение падения напряжения и КПД трансформатора

Список литературы

Чертеж рассчитанного трансформатора

ЗАДАНИЕ

1. Рассчитать маломощный трансформатор с воздушным охлаждением

2. Выполнить чертеж рассчитанного трансформатора на 1-2 листах 584

841 (формат бумаги А1).

Исходные данные:

S₂=200 ВА

S₃=50 ВА

U₂=315 В

U₃=16 В

cosφ₂=0,7

cosφ₃=0,9

U₁=380 В

f=400 Гц

Расчетное условие – минимум стоимости

Температура окружающей среды Ө = 50°С

Расчетное ограничение: максимальная температура

95°С ≤ Ө_макс≤ 105°С

ВВЕДЕНИЕ

Основными элементами конструкций трансформаторов являются магнитопровод и катушки с обмотками.

В зависимости от технологии изготовления магнитопроводы трансформаторов небольшой мощности делятся на пластинчатые (при толщине листа не менее 0,15 мм) и ленточные.

По конструктивному выполнению пластинчатые и ленточные магнитопроводы делятся на три основных типа: стержневые, броневые и кольцевые.

Стержневые пластинчатые магнитопроводы обычно собираются из прямоугольных пластин одинаковой ширины, одинаковых П–образных пластин или из П–образных пластин и прямоугольных перекрышек.

Броневые пластинчатые магнитопроводы собираются из Ш–образных пластин и прямоугольных перекрышек или из одинаковых Ш–образных пластин с разъемом по середине стержня, а так же из сплошных пластин с просечкой среднего стержня.

Для уменьшения магнитного сопротивления в местах стыка отдельных пластин их собирают впереплет, то есть в одном слое перекрышка находится внизу, а в соседних вверху.

Кольцевые пластинчатые магнитопроводы собираются из отдельных пластинчатых колец. Стержневые и броневые ленточные магнитопроводы собираются встык из отдельных сердечников подковообразной формы с поперечным или продольным разрезом.

Для получения возможно меньшего магнитного сопротивления в местах стыка разрезных ленточных сердечников их торцевые поверхности подвергаются шлифовке.

Кольцевые ленточные магнитопроводы изготавливаются путем навивки ленты требуемой ширины на оправу данного диаметра; они обладают минимальным магнитным сопротивлением, но усложняют изготовление (намотку обмотки) трансформатора.

Для уменьшения магнитного сопротивления разрезных ленточных магнитопроводов обе его части при сборке трансформатора склеиваются при помощи специальной ферромагнитной пасты, содержащей карбонильное железо. Иногда склеивают и собираемые встык пластинчатые магнитопроводы. Особенно эффективно использование пасты для магнитопроводов малых размеров, у которых сопротивление воздушного зазора представляет значительную часть их общего сопротивления. Однако для уменьшения тока холостого хода необходимо чтобы состав пасты был однородным, а склеивающий слой был возможно тоньше.

Катушки трансформаторов представляют собой совокупность обмоток и системы изоляции обеспечивающие нормальную работу в заданных условиях окружающей среды. Обмотки изготавливаются из изолированных проводов; кроме того предусматривается изоляция катушек от магнитопровода, междуслоевая изоляция, междуобмоточная изоляция, внешняя (наружная) изоляция катушек.

Изоляция обмотки от стержневых и броневых магнитопроводов осуществляется при помощи каркасов, изготовляемых из негигроскопичного материала, обладающего требуемой электрической и механической прочностью. Простейший и наиболее распространенный тип каркаса представляет собой гильзу, изготовляемую из электротехнического картона (электрокартона). Часто применяются склеенные из электрокартона каркасы. При массовом производстве трансформаторов используются сборные каркасы, изготовляемые из твердых изоляционных материалов (гетинакса или текстолита) или прессованные из пластмассы каркасы.

Кроме магнитопровода и обмоток в конструкцию трансформатора малой мощности входят детали для сборки отдельных частей сердечника, крепления собранного трансформатора, клеммы для присоединения концов обмоток, охлаждения магнитопровода и катушек, защиты от механических повреждений и влагозащиты.

1. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ТРАНСФОРМАТОРА

1.1 Выбор магнитопровода

1.1.1 Определяем расчетную мощность трансформатора. Так как (S₂+S₃)>100 ВА, расчетную мощность определяем по формуле:

S_р=S₂+S_3,(1)

S_р=200+50=250 ВА

Величину КПД при расчетной мощности трансформатора S_р=250 ВА, и частоте f=400Гц, выбираем 0,94

0,96

1.1.2 Выбираем конструкцию магнитопровода по величине расчетной мощности, частоте и максимальному напряжению. Для данной расчетной мощности выбираем стержневой трансформатор с двумя катушками и ленточными разъемными сердечниками, поскольку он имеет большую поверхность охлаждения по сравнению с броневыми и меньшую среднюю длину витка.

Рассчитав значение R_Qр=0,78

1,17; п.1.6, выбираем стержневой ленточный магнитопровод серии ПЛМ.

1.1.3 Выбираем материал сердечника

При расчетном условии на минимум стоимости, и при данных частоте и мощности выбираем ленточную сталь марки Э340, толщиной 0,15 мм.

1.1.4 По найденной величине S_р для данной конструкции магнитопровода находим ориентировочные значения:

максимальной магнитной индукции - В_макс=1Т;

плотности тока - j_ср=3,3 А/мм ²;

коэффициента заполнения окна - R_ок=0,22;

коэффициента заполнения магнитопровода - R_ст=0,9;

1.1.5 Определяем произведение сечения сердечника на площадь окна

(Q_стQ_ок)=S_р

10²/2,22fВ_выбрj_срR_окR_ст;(2)

(Q_стQ_ок)=250

10²/2,22 400 1 3,3 0,22 0,9=43,1 см⁴

гдеS_р – расчетная мощность трансформатора, ВА;

f- частота Гц;

В_выбр – магнитная индукция Т;

J_ср – плотность тока А/мм;

R_ок – коэффициент заполнения окна медью;

R_ст – коэффициент заполнения магнитопровода;

1.6 Определяем отношение сечения сердечника к площади окна

R_Qр=Q_ст/Q_ок=2,22R_окС₁²α ,(3)

где α=4

6 ; - отношение массы стали к массе меди;

С₁=0,6–для стержневых двухкатушечных трансформаторов;

Найдем пределы изменения величины R_Qр=R_{Qр min}

R_{Qр max}

R_Qрmin=2,22

0,22 0,6² 4/0,9=0,78

R_Qрmax=2,22

0,22 0,6² 6/0,9=1,17

R_Qр=0,78

1,17

1.1.7 Выбираем типоразмер магнитопровода

Зная произведение (Q_стQ_ок) и предел изменения R_Qр,из таблицы прил.П2, выбираем стандартный магнитопровод ПЛМ22

32-36, у которого значение произведения Q_стQ_ок наиболее близкое к требуемому, а значение R_Qр лежит в требуемых пределах;

R_{Qр min}≤ R_{Q треб} ≤ R_{Qр max};(4)

выбираем R_Qр=1,03 (0,78≤1,03≤1,17), а произведение Q_стQ_ок=48,2 см⁴

Для выбранного сердечника выписываем:

Q_ст=7,04 см²;

Q_ок=(Q_стQ_ок)/Q_ст=48,2/7,04=6,85 см²;

a=22 мм , b=32 мм , с=19 мм , h=36 мм ,

l_ст=17,9 см – длина средней магнитной линии;

G_ст=0,87 кг – масса магнитопровода;

Среднюю длину витков находим по формуле:

l_{в ср}=2(a+b+c);(5)

l_{в ср}=2(22+32+19)=14,6 см

Зная размеры сердечника уточним значения С₁ и R_Qр по формулам (3) и (6);

С₁=0,717

;

(6)

значение l_ст уточним по формуле:

l_ст=2(h+c+πa/2);(7)

l_ст=2(36+19+3,14

22/2)=17,9 см

С₁=0,717

=0,647

R_{Qр min}=2,22

0,22 0,647² 4/0,9=0,908