Файл: На курсовую работу Силовой трансформатор.doc

При малых размерах магнитопровода для стяжки железа иногда используют обойму специальной формы, в которую запрессовывают собранный трансформатор (рис. 1.3). Применяется также сборка пластинчатых магнитопроводов в пластмассовых обоймах.

Рис. 1.3. Трансформатор с запресованным в обойму сердечником
Конструкция стяжки и крепления разрезных ленточных сердечников стержневого трансформатора с двумя катушками представлена на рис. 1.4. Здесь крепление магнитопровода осуществляется при помощи накладок 1, стягиваемых шпильками 2. Накладки имеют ребра жесткости, а основание трансформатора имеет отверстия 3 для крепления его к панели.

Для ленточных трансформаторов броневого типа при мощности от 50 ВА до 1000 ВА рекомендуется конструкция, приведенная на рис. 1.5. В этом случае сердечники стягиваются стальными лентами с помощью болтов. Для защиты катушки от повреждения и для теплоотвода служит кожух с выштампованными в нем отверстиями. Крепление трансформатора осуществляется двумя Г-образными стойками.

Рис. 1.4. Конструкции крепления и стяжки ленточных стержневых трансформаторов	Рис. 1.5. Трансформатор броневого типа с ленточным магнитопроводом

Основной задачей при расчете трансформаторов малой мощности является уменьшение габаритных размеров и массы при заданных ограничениях на рабочую температуру и падение напряжения. Увеличение магнитной индукции в сердечнике и плотности тока в обмотках обеспечивает уменьшение габаритов и массы трансформатора, но при этом возрастают потери в сердечнике и ток холостого хода, а также растут потери в обмотках и падение напряжения.

Для любого трансформатора должен быть обеспечен определенный тепловой режим, чтобы перегрев обмоток не превышал допустимой величины, определяемой классом электрической изоляции и сроком службы. Поэтому ограничение перегрева не выше допустимой величины является первоочередным и обязательным требованием. Это требование обусловливает выбор предельных электромагнитных нагрузок и предопределяет в значительной мере порядок расчета.

---

Однако может встретиться и более важное требование, приводящее к необходимости снизить величины этих нагрузок, выбранных из условия допустимого перегрева. Таким требованием для трансформаторов малой мощности может оказаться соблюдение допустимой величины падения напряжения в обмотках при нагрузке, так как эта величина определяет стабильность вторичного напряжения трансформатора при колебаниях тока нагрузки и температуры окружающей cреды.

Таким образом, для силовых трансформаторов существует один из двух основных критериев проектирования: допустимый (заданный) перегрев или допустимое (заданное) падение напряжения. Один из этих критериев всегда является более важным и определяет весь ход проектирования.

Значения магнитной индукции и плотности тока при расчете трансформатора выбирают исходя из заданных ограничений на рабочую температуру частей трансформатора, падение напряжения и ток холостого хода, который вследствие повышенного магнитного сопротивления стыков велик и достигает 20% номинального тока при частоте 400 Гц и 50% при частоте 50 Гц.

Варианты заданий предусматривают тепловой расчет трансформатора, когда в качестве основного ограничения принимается допустимая для принятого класса изоляции рабочая температура в пределах от 95 до 105 ⁰С. При расчете на заданную величину падения напряжения рабочая температура частей трансформатора может быть ниже максимально допустимой для выбранного вида изоляции провода, т.е. для изоляции класса А 105 ⁰С.

Другая особенность методики расчета заключается в том, что каждый раздел завершается примером вычисления с использованием компьютерных технологий. Это позволяет выбрать оптимальные параметры трансформатора малой мощности, варьируя различными геометрическими соотношениями размеров магнитопровода, а также исследовать влияние марки стали, плотности тока в обмотках и расчетных коэффициентов на весовые, габаритные и энергетические показатели трансформатора малой мощности.

---

2. ВЫБОР МАГНИТОПРОВОДА ТРАНСФОРМАТОРА

Расчет трансформатора начинают с определения расчетной мощности, которая вычисляется в зависимости от суммарной мощности вторичных обмоток. При (S₂ + S₃) 100 В · А расчетную мощность рекомендуется определять по формуле
1 1

S_р = — (S₂ + S₃) (1 + — ),

2 
где  – коэффициент полезного действия трансформатора, выбирают по табл. 2.1, а при (S₂ + S₃)>100 В · А можно принимать S_р= (S₂ + S₃).

Таблица 2.1

Выбор КПД трансформатора

Частота, Гц	Величина КПД при суммарной мощности обмоток трансформатора, В·А
	2 – 15	15 – 50	50 – 150	150 – 300	300 – 1000	1000 – 2500
50	0.5–0.6	0.6–0.8	0.8–0.9	0.9–0.93	0.93–0.95	0.95
75	0.51–0.61	0.52–0.81	0.81–0.91	0.91–0.94	0.94–0.95	0.955
400	0.82–0.87	0.87	0.87–0.94	0.94–0.96	0.96–0.97	0.97

Конструкцию магнитопровода выбирают по величине расчетной мощности для трансформаторов с максимальным напряжением до 1000 В при частотах 50, 75 и 400 Гц на основании рекомендаций табл. 2.2.

Таблица 2.2

Выбор конструкции магнитопровода

Расчетная мощность, ВА	Расчетное условие	Тип сердечника	Серия	Достоинство
SР< 30	Минимум стоимости	Броневой пластинчатый	Ш	Простота в конструкции и технологии изготовления
	Минимум массы	Броневой ленточный	ШЛ
30 SР 100	Минимум стоимости	Броневой пластинчатый	Ш	Простота в конструкции и технологии изготовления
	Минимум массы	Броневой ленточный	ШЛ
SР>100	Минимум стоимости	Стержневой ленточный с двумя катушками	ПЛ	Большая поверхность охлаждения и меньшая средняя длина витка
	Минимум массы

---

Выбор материала сердечника трансформатора производят на основании рекомендаций, представленных в табл. 2.3, где каждому значению частоты соответствует своя оптимальная 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.

Таблица 2.3

Выбор материала сердечника

Частота, Гц	Расчетное условие	Расчетная мощность, ВА	Марка стали	Толщина, м
50 – 75	Минимум стоимости	Sр 100 Sр > 100	1512, 1513 3411	0,35 035
	Минимум массы	100 Sр > 100	3411,3412	0,35
400	Минимум стоимости	Sр 100 Sр > 100	1521 3415	0,2 0,2
	Минимум массы	100 Sр > 100	3415 3416	0,15 0,08

Выбрав конструкцию магнитопровода, определяют поперечное сечение стержня сердечника трансформатора, мм², по формуле:

Q_ст = , (2.1)
где С₁ – постоянный коэффициент для броневых трансформаторов принимается 0.7, а для стержневых двухкатушечных – 0.6; К_ст –коэффициент заполнения магнитопровода (табл. 2.4); S_Р –расчетная мощность, В·А;  – отно­шение массы стали к массе меди (при расчете на минимум стоимости  = 4  6, на минимум веса  =2 

---

3;  – частота, Гц; В_ст – предварительное значение магнитной индукции в стержне, Тл (табл. 2.5); j_ср – среднее значение плотности тока в обмотках, А/мм² (табл. 2.5).

При расчетном ограничении по падению напряжения плотность тока уменьшают на 15  20% для частоты 50 Гц и суммарной мощности обмоток в диапазоне 15  50 В·А. Для частоты 400 Гц и мощностей в диапазоне 15  100 В·А для получения падения напряжения порядка 7  8% плотность тока должна быть j_ср=5  5,5 A/мм², а для падений 3–4% плотность тока 2,5  3 A/мм².

Таблица 2.4

Коэффициент заполнения магнитопровода

Конструкция магнитопровода	Коэффициент заполнения магнитопровода КСТ при толщине стали, мм
	0,08	0,1	0,15	0,2	0,35
П, Ш	—	0,7	—	0,85	0,9
ПЛ, ШЛ	0,87	—	0,9	0,91	0,93

Таблица 2.5

Выбор магнитной индукции и плотности тока

Тип сердечника	Материал сердечника и толщина, мм	Частота, Гц	Магнитная индукция ВСТ и плотность тока jср при Sр, В·А
			5–15	15–50	50–150	150–300	300–1000
Броневой (Ш)	1512 =0,35	50,75	1,1–1,3 3,9–3,0	1,3 3,0–2,4	1,33–1,35 2,4–2	1,35 2,0–1,7	1,35–1,2 1,7–1,4
Броневой (ШЛ)	3411 =0,35	50,75	1,55 3,8–3,5	1,65 3,5–2,7	1,65 2,7–2,4	1,65 2,4–2,3	1,65 2,3–1,8
Стержневой (ПЛ)	3411 =0,35	50,75	1,65 7,0–5,2	1,6 5,2–3,8	1,7 3,8–3	1,7 3,0–2,4	1,7 2,4–1,7
Броневой (Ш)	1521 =0,2	400	0,9 6	1 5,5–5	0,96–0,92 5,0–4,0	0,92–0,8 4,0–2,8	0,8–0,64 2,8–1,6
Броневой (ШЛ)	3415 =0,15	400	1 9,4–7,8	1 7,8–6,5	1 6,5–4	1 4,0–2,7	0,97 2,7–1,5
Стержневой (ПЛ)	3415 =0,15	400	1,2 11–9,6	1,2 9,6–5,6	1,2–1,1 5,6–3,5	1,1–0,97 3,5–2,8	0,97–0,7 2,8–1,8

---