Файл: Проектирование маломощных трансформаторов для устройств железнодорожного транспорта.docx

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Курсовая работа

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 12.01.2024

Просмотров: 87

Скачиваний: 2

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.


ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Петербургский государственный университет путей сообщения

Императора Александра I»

(ФГБОУ ВО ПГУПС)
Факультет «Транспортные и энергетические системы»

Кафедра «Автоматика и телемеханика на железных дорогах»
Специальность 23.05.05 «Системы обеспечения движения поездов»

Специализация «Автоматика и телемеханика на железнодорожном транспорте»


Курсовая работа

по дисциплине «Электрические машины»

на тему: «Проектирование маломощных трансформаторов для устройств железнодорожного транспорта»
Выполнил: Студент 3 курса Карягина Е.Г.

Группы АТ-601-11-З

Проверил: Вешкин В.В.

Санкт-Петербург 2019

Содержание
Введение

1. Задание на расчет трансформатора малой мощности

2. Особенности трансформатора малой мощности с воздушным охлаждением

3. Материалы, применяемые при изготовлении трансформатора малой мощности

4. Конструкция трансформатора малой мощности

5. Расчет однофазного трансформатора малой мощности

5.1 Выбор стали сердечника и определение токов в обмотках трансформатора

5.2 Предварительное значение площади поперечного сечения стержня магнитопровода

5.3 Определение числа витков обмоток трансформатора

5.4 Определение геометрических размеров обмотки. Определение площади окна магнитопровода

5.5 Определение размеров магнитопровода

5.6 Укладка обмоток на стержне магнитопровода

5.7 Определение средней длины витков обмоток

5.8 Определение массы меди обмоток

5.9 Определение потерь в меди обмоток

5.10 Определение массы стали магнитопровода

5.11 Проверка отношения массы стали к массе меди

5.12 Определение потерь в стали магнитопровода

5.13 Проверка отношения потерь в меди к потерям в стали

5.14 Определение тока холостого хода

5.15 Определение активных сопротивлений обмоток


5.16 Активные падения напряжения в обмотках

5.17 Изменение напряжения трансформатора при нагрузке

5.18 Коэффициент полезного действия

Библиографический список источников информации

Введение

трансформатор мощность напряжение нагрузка

В современных устройствах автоматики, телемеханики и связи в различных цепях электропитания элементов схем сигнализации, управления, обмоток реле, радиотехнической аппаратуры для преобразования па-размеров электрической энергии используются трансформаторы малой мощности ТММ. Расчет ТММ имеет ряд особенностей в отличии от расчета обычных силовых трансформаторов общего назначения. Так в ряде случаев к ним предъявляют жѐсткие требования по массогабаритным показателям, экономической и энергетической эффективности, по тепловому воздействию на соседствующее с ним оборудование и собственной тепловой устойчивости. В связи с тем, что расчет ТММ выполняется после самостоятельного изучения студентами теоретического раздела "Трансформаторы", в данном учебном пособии теоретические сведения соответствующего раздела курса "Электрические машины" не приводятся.

  1. Задание на расчет ТММ


Предлагается произвести расчет однофазного двухобмоточного ТММ, основных размеров его магнитопровода и обмоток, вычисление потерь в них, коэффициента полезного действия и перегрева относительно окружающей среды. Существенной особенностью данного учебного расчета ТММ по сравнению с расчетом трансформаторов большой и средней мощности является применение упрощенных формул и ограничение числа определяемых величин.

Исходные данные для расчета

  1. Номинальные мощности вторичных обмоток - S2=225ВА, S3 =50, ВА.

  2. Номинальное напряжение первичной обмотки - U1 =380В.

  3. Напряжение вторичных обмоток при нагрузке - U 2 =400В, U 3 =20В.

  4. Частота питающего напряжения задается стандартной - f1  50Гц.

  1. Коэффициент мощности нагрузок - cos2 =0,8, cos3=0,8.

  2. Класс изоляции - А (нагревостойкость-105 0С).

  3. Режим работы – продолжительный.

  4. Максимальная температура окружающей среды - tB  40 0С.

  5. Охлаждение трансформатора - воздушное.

  6. Дополнительное требование: расчет произвести на минимум стоимости.



  1. Особенности трансформаторов малой мощности (ТММ) с воздушным охлаждением


Малые габариты и относительно благоприятные условия охлаждения ТММ позволяют обходиться без вентиляционных каналов в сердечнике и обмотках.


  • связи с небольшими напряжениями обмоток (обычно менее 1000 В) толщина изоляции между обмотками делается малой. Это обуславливает небольшие потоки реверсирования. Поэтому в ТММ с воздушным охлаждением для частоты сети 50 Гц реактивная составляющая напряжения короткого замыкания в несколько раз меньше активной составляющей и в данном расчете ей пренебрегаем.

Маломощные трансформаторы обычно применяются для питания автономной нагрузки и поэтому на параллельную работу не включаются. Поэтому напряжение короткого замыкания в данном случае не является одной из исходных величин для расчета (как это имеет место в мощных трансформаторах), а определяется в конце расчета для уточнения величины напряжения на вторичных обмотках при нагрузке.

Ток холостого хода ТММ велик и достигает 40-50% от номинального значения тока первичной обмотки при номинальной нагрузке вторичных обмоток.

Это объясняется значительным влиянием повышенного сопротивления стыков пластин магнитопровода при относительно малом пути магнитного потока по стали (по сравнению с мощными трансформаторами).

  1. Материалы, применяемые при изготовлении ТММ


К магнитным материалам, используемым для изготовления магнитопроводов ТММ, предъявляются следующие требования: высокая магнитная проницаемость, малые потери на вихревые токи и перемагничивание, малая себестоимость. Для изготовления сердечников ТММ в диапазоне от единиц до нескольких сотен вольт-ампер в качестве магнитного материала широко используются горяче- и холоднокатаные электротехнические стали разных марок и толщин.

Магнитные свойства горячекатаных сталей практически одинакова во всех направлениях проката. Поэтому из горячекатаных сталей выполняются пластинчатые магнитопроводы. При расчете трансформатора на минимум стоимости следует выбирать горячекатаные стали. С учетом наибольшего практического применения при курсовом проектировании ТММ рекомендуются следующие марки сталей:

  1. при частоте 50 Гц для пластинчатых магнитопроводов- горячекатаная сталь марки 1512 с толщиной листов 0,35 мм;

Обмоточные провода. При изготовлении обмоток используются обмоточные провода широкой номенклатуры, в качестве материала проволоки берется в основном медь, имеющая малое удельное сопротивление. Для расчета ТММ рекомендуются следующие марки данных проводов:

1. ПЭЛ- провод эмалированный лакостойкий
, предназначен для работы при температуре до 105 0С. По стоимости - относительно дешевый, применяется в трансформаторах, которые рассчитываются на минимум стоимости. Недостаток провода - малая механическая прочность его изоляции.

Электроизоляционные материалы. Данные материалы в трансформаторах применяются для изоляции токоведущих частей. В зависимости от назначения изоляция бывает межобмоточной, межслоевой, межвитковой и основной (изоляция между катушкой и сердечником).

К изоляции с рабочей температурой до 105 0С (класс изоляции А, указанный в задании на курсовой проект) относятся отдельные материалы на основе хлопчатобумажной и шелковой тканей или на основе целлюлозы, не пропитанные лил пропитанные лаками.

В качестве материалов, используемых для межслойной и междуобмоточной изоляции, применяются бумаги, пропитанные изоляционным компаундом: кабельная марки К-12, телефонная КТН; конденсаторная КОН - 1; пропиточная марок ЭПИ -50 и ЭПИ -63Б. Из тканевых материалов используются лакоткани марок: ЛХ1, ЛХ2, ЛШ1, ЛШ2. Материалом для каркасов катушек служит: для сборных - текстолит, гетинакс, электрокартон; для прессованных и литых - пресс - порошки.

  1. Конструкция трансформаторов малой мощности


Основными элементами конструкций ТММ являются магнитопровод и катушки с обмотками. Пластинчатые магнитопроводы собираются из отдельных штампованных пластин, изолированных друг от друга оксидной пленкой или слоем изоляционного лака. По конструктивному исполнению магнитопровод имеет тип: броневой. Основные размеры магнитопроводов, наиболее распространенных на практике, представлены на рис. 1. Броневые пластинчатые магнитопроводы чаще всего собираются из Ш - образных пластин и прямоугольных перекрышек (рис.1 а). Для уменьшения магнитного сопротивления сборка осуществляется со сквозными пластинами.

Катушки трансформатора представляют собой совокупность обмоток и систем изоляции, обеспечивающую их нормальное функционирование в заданных условиях окружающей среды. Изоляционная система катушек включает в себя следующие элементы: изоляцию обмоточных проводов, изоляцию обмоток от магнитопровода, межслоевую изоляцию, внешнюю изоляцию.

Изоляция обмоток от магнитопровода, осуществляется при помощи каркаса, который может быть клееным, прессованным или сборным. Клееный выполняется из электрокартона, сборный - из твердых изоляционных материалов (гетинакса или текстолита), прессованный - из пластмассы.




Рис. 1 Основные размеры сердечников трансформатора: а) броневой пластинчатый
Броневой тип трансформатора пластинчатый имеет одну катушку (рис.2). Его достоинства - более высокий коэффициент заполнения окна сердечника обмоточным проводом, частичная защита обмотки ярмом сердечника от механических повреждений.

Конструктивное оформление ТММ броневого типа представлено на рис. 2

Для уменьшения воздушного зазора в стыках и уровня шума магнитопроводы стягиваются шпильками посредством специальных накладок, которые одновременно используются и для крепления трансформатора к шасси. Вместо накладок можно использовать штампованные крышки; последние также являются и кожухом ТММ, защищая его от механических повреждений.

При малых размерах магнитопровода для стяжки железа иногда используют обойму специальной формы, в которую запрессовывают собранный трансформатор; обойма имеет ушки для крепления к шасси.

  1. Расчет однофазного трансформатора малой мощности




Рис. 2 Конструкция броневого пластинчатого трансформатора


    1. Выбор стали сердечника и определение токов в обмоток трансформаторов

    • рассматриваемом примере с расчетным условием - минимум массы, выбираем броневой ленточный магнитопровод из холоднокатаной стали марки 3412 с толщиной ленты 0,35 мм.

Ток первичной обмотки,

где I1a и I1 p - активная и реактивная составляющие тока I1 первичной обмотки, определяемые по формулам



Напряжение U1, мощности S2, S3 и cos2, cos3 вторичных обмоток даны в задании на проектирование. Величина КПД ( η ) определяется ориентировочно по рис. 3 в зависимости от суммарной полной мощности обмоток  S, ВА.
S  S2  S3.
Значение КПД ( ) подставляется в уравнение в условных единицах.

Суммарная полная мощность, ВА:
S  S2  S3  225  50  275 ВА
По графику рис. 3 находится  0,9.

Смотрите также файлы