Расчет силового трансформатора (стр. 1 из 2)
МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И
ПРОФЕЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ
РАДИОТЕХНИКИ ЭЛЕКТРОНИКИ И АВТОМАТИКИ
(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
Курсовой проект
по предмету:
“Электротехника”.
Тема:
“Расчет силового трансформатора ”
Студент: Чубаков А.С.
Группа: ВАИ-6-00
Преподаватель: Плотников С.Б.
МОСКВА 2002
ВВЕДЕНИЕ.
Трансформатор – устройство, предназначенное для изменения величины переменного напряжения, - является практически обязательным структурным элементом источника вторичного электропитания. При наличии первичного источника, вырабатывающего переменное напряжение, трансформатор достаточно часто включается в источник вторичного электропитания в качестве входного элемента. В этом случае трансформатор называется силовым, и его функциональное назначение заключается в преобразовании входной системы переменного напряжения (однофазной или трехфазной) в одну или несколько других систем переменных напряжений, используемых для питания соответствующих потребителей постоянного и переменного тока. В системах питания электронной аппаратуры применяют силовые трансформаторы малой мощности ( не более 4 кВ-А для однофазных и 5 кВ-А для трехфазных систем переменного тока). Они в большинстве случаев работают при низких напряжениях на обмотках (до 1кВ), синусоидальной или близкой к синусоидальной форме преобразуемого напряжения и частоте, равной 50 Гц (частота промышленной сети).
Электронная аппаратура, как правило, требует наличия постоянного напряжения питания одного или нескольких уровней. Поэтому в источниках вторичного электропитания силовой трансформатор работает совместно с одним или несколькими выпрямителями – устройствами, преобразующими системы переменных напряжений в постоянные по полярности и пульсирующие по величине (выпрямленные) напряжения. Выпрямители могут быть регулируемыми и нерегулируемыми. Первые реализуются на базе управляемых полупроводниковых вентилей – тиристоров, вторые – на базе неуправляемых вентилей – диодов. Нерегулируемые выпрямители не обеспечивают стабилизацию выходных напряжений. При колебаниях напряжения источника электропитания, а также при изменении тока в любой из нагрузок, получающих питание от силового трансформатора, величина напряжения, снимаемого с нерегулируемого выпрямителя, изменяется.
Вместе с тем, нерегулируемы выпрямители широко применяются в системах питания электронной аппаратуры в случаях, когда отсутствуют жесткие требования со стороны соответствующих потребителей постоянного тока, или, если такие требования есть, когда предусмотрено включение стабилизаторов постоянного напряжения в цепи питания потребителей.
В данной курсовой работе представлен расчет однофазного низковольтного силового трансформатора малой мощности как структурного элемента источника вторичного электропитания, работающего в длительном режиме. Трансформатор имеет ряд обмоток. Первичная обмотка с числом витков w1 подключена к источнику электропитания, вырабатывающему переменное синусоидальное напряжение U1 и частотой 400 Гц. С двух групп вторичных обмоток с числами витков w2 и w3 снимаются переменные напряжения соответственно U2 и U3 той же частоты. Вторичная обмотка с числом витков w2 через соответствующий нерегулируемый выпрямитель В и выпрямленное напряжение U0, снабжает электроэнергией нагрузку H3, имеющую чисто активный характер, требующую питание постоянным током. Однофазная вторичная обмотка с числом витков w3 подключена непосредственно к нагрузке H3, получающей питание переменным током, частота которого совпадает с частотой источника. На рис. схемы протекают следующие токи: i1 – переменный ток, потребляемый первичной обмоткой трансформатора; i2- переменный ток в фазе вторичной обмотки с числом витков w2; i0 – постоянный по направлению и пульсирующий по величине (выпрямленный) ток, питающий нагрузку H3; i3 – переменный ток, протекающий во вторичной обмотке с числом витков w3 и нагрузке H3.
Возможное наличие реактивных элементов в цепи нагрузки H3 учитывается коэффициентом мощности cosφ3, равным отношению активной составляющей мощности к полной мощности, потребляемой нагрузкой.
Начальные данные:
| Напряжение источника электропитания | U1 | 24 B |
| Частота напряжения источника электропитания | ƒ | 400 Гц |
| Схема выпрямителя B в цепи питания | Однофазная мостовая | |
| Напряжение на нагрузке H2 | U0 | 12 В |
| Ток в нагрузке H2 | I0 | 4,16 A |
| Характер нагрузок H2 | Активный | |
| Напряжение на нагрузке H3 | U3 | 36 В |
| Ток в нагрузке H3 | I3 | 0,277 A |
| Коэффициент мощности нагрузки H3 | cosφ3 | 0,35 |
| Температура окружающей среды | t0 | 30 0C |
| Макс. Температура нагрева трансформатора | tTmax | 120 0C |
| Режим работы | длительный | |
1. РАСЧЕТ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РАСЧЕТ ТРАНСОРМАТОРА.
01. По соотношению величин напряжений и токов в трансформаторе и выпрямителе рассчитаем среднее значение прямого тока через диод IDnр,cp и наибольшее мгновенное значение обратного напряжения на диоде UDo бр,u,n :
IDnр,cp=0,5I0=2,08 A
UDo бр,u,n =1,57U0=18,84 U
02. Для выпрямителя B выбирается диод типа КД202А
(Inр,cpmax=3 A, Uo бр,u,nmax=50 B)
Для выпрямителя определяем среднее значение прямого напряжения на диоде UDnр,cp = 0,9 B
03. Среднее значение прямых напряжений на выпрямителе B равно
UBcp=2* UDnр,cp; UBcp==2*0,9=1,8 B
04. Действующее значение номинального напряжения на фазе обмотки трансформатора, работающего на выпрямителе B:
U2=1,11(U0+UBср); U2=1,11(12+1,8)=15,3 B
и номинальный ток в нем:
I2=1,11I0; I2=1,11*4,16=4,6 A
05. Коэффициент трансформации, характеризующий взаимно-индуктивную связь между первичной обмоткой и фазой вторичной обмотки, на выпрямителе B:
k1/2=U1/ U2; k1/2=24/15,3=1,57
06. Действующее значение номинального тока в первичной обмотке, обусловленное передачей мощности от источника электропитания в цепи нагрузки вторичной обмотки, на выпрямителе B:
I1/2=1,11I0/k1/2; I1/2=1,11*4,16/1,57=2,94 A
07. Действующее значение номинального тока в первичной обмотке трансформатора:
I1= I1/2+( U3* I3)/ U1; I1=2,94+(36*0,277)/24=3,35 A
08. Расчетная мощность трансформатора
ST=0,5(U1I1+m2U2I2+ U3I3);
ST=0,5(24*3,35 +15,3 *4,6 +36*0,277)=80,4 B*A
09. Выбирается броневой ленточный магнитопровод из стали марки 3422,
ΔC=0,1 mm
10. Выбираем ориентировочные величины электромагнитных нагрузок: амплитуды магнитной индукции в магнитопроводе трансформатора Bm=1,34 Тл и действующее значение плотности тока в обмотке j=4,4 A/mm2
11. Определяем значение коэффициента заполнения магнитопровода сталью kc=0,88
12. Выбирается ориентировочное значение коэффициента заполнения окна магнитопровода медью k0 =0,249
13. Конструктивный параметр, представляющий собой произведение площади поперечного сечения магнитопровода SC и площади окна под обмотки S0
SCS0=( ST100)/(2,22*ƒ*Bm*j*kc*k0);
SCS0=( 80,4 *100)/(2,22*400*1,36 *4,6*0,88*0,249)= 6,6 см4
14. Выбираем типоразмер магнитопровода – ШЛ12х16 (SCS0=6,9см4); a=12 mm; b=16 mm; c=12 mm; h=30 mm; SC=1,92 см2; S0=3,6см2; lM=10,4 см; mc=135 г;
15. Выбираем ориентировочные значения падения напряжения на первичной обмотке, выраженного в процентах от номинального значения U1, Δ U1%=3,5% и падений напряжения во вторичных обмотках, в % от соответствующих номинальных значении U2 и U3 равные друг другу Δ U2,3%=4,4%
16. Число витков 
;
=57
17. Число витков на выпрямителе B:
;
=36
Число витков на вторичной обмотке подключенной непосредственно к нагрузке H3 :
; 
=85
18. Площади поперечных сечений обмоточных проводов без изоляции для всех обмоток трансформатора рассчитываются по формулам:
q1пр= I1/j; q1пр=3,35/4,6=0,7283 мм2