Файл: Проектирование маломощных трансформаторов для устройств железнодорожного транспорта.docx

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 «Теоретические основы электротехники»
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»

Обучающийся: Курс III Группа АТ-031-з	(подпись, дата)		Н. Дмитриев
Заключение кафедры:		(Оценка)
		(Подпись, дата)

Санкт-Петербург

2023

Оглавление

Введение

В современных устройствах автоматики, телемеханики и связи в различных цепях электропитания элементов схем сигнализации, управления, обмоток реле, радиотехнической аппаратуры для преобразования параметров 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 жёсткие 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" [1,2], в

---

данном учебном пособии теоретические сведения соответствующего раздела курса "Электрические машины" не приводятся.

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=100ВА, S₃ =25ВА.
   
2. 
   Линейное напряжение первичной обмотки - U₁ =115В.
   
3. 
   Напряжение вторичных обмоток при нагрузке - U ₂ =250В, U ₃ =16В.
   
4. 
   Частота питающего напряжения задается стандартной - f₁ = 50Гц.
   

5. 
   Коэффициент мощности нагрузок - cos φ₂ =0,8, cos φ₃=0,95.
   
6. 
   Класс изоляции - А (нагревостойкость - 105 ⁰С).
   
7. 
   Режим работы – продолжительный.
   
8. 
   Максимальная температура окружающей среды - t_B = 40 ⁰С.
   
9. 
   Охлаждение трансформатора - воздушное.
   
10. 
    Дополнительное требование: минимум стоимости.
    

Особенности трансформаторов малой мощности (ТММ) с воздушным охлаждением.

Малые габариты и относительно благоприятные условия охлажде- ния ТММ позволяют обходиться без вентиляционных каналов в сердечни- ке и обмотках.

В связи с небольшими напряжениями обмоток (обычно менее 1000 В) толщина изоляции между обмотками делается малой. Это обуславлива- ет небольшие потоки реверсирования. Поэтому в ТММ с воздушным ох- лаждением 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 величи-

---

ны напряжения на вторичных обмотках при нагрузке.

Ток холостого хода ТММ велик и достигает 40-50% от номиналь- ного значения тока первичной обмотки при номинальной нагрузке вторич- ных обмоток.

Это объясняется значительным влиянием повышенного сопротив- ления стыков пластин магнитопровода при относительно малом пути маг- нитного потока по стали (по сравнению с мощными трансформаторами).

Материалы, применяемые при изготовлении ТММ

Магнитные материалы. 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 одинаковы во всех направлениях проката. Холоднокатаные стали обладают меньшими удельными потерями и значительно лучшими электромагнитными характеристиками вдоль направления проката по сравнению с горячекатаными. Поэтому из горячекатаных сталей выполняются пластинчатые магнито проводы, а из холоднокатаных - ленточные.

При расчете трансформатора на минимум стоимости следует выбирать горячекатаные стали, а на минимум массы- холоднокатаные.

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;
   
2. 
   при частоте 50 Гц для ленточных магнитопроводов- холоднокатаная сталь марки 3412 с толщиной ленты 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;
   
2. 
   ПЭВ -1 - провод, изолированный высокопрочной эмалью (ванифлекс) в один слой. Применяется при напряжениях до 500 В, удовлетворяет повышенным требованиям надежности, рабочая температура до 105 0С. Рекомендуется для трансформаторов наименьшей массы;
   
3. 
   ПЭВ -2 - аналогичный провод, но с изоляцией в два слоя. Применяется при требованиях большой надежности и при напряжениях обмоток свыше 500 В.
   

Электроизоляционныематериалы. 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.

Конструкция трансформаторов малой мощности

Основными элементами конструкций ТММ являются магнитопровод и катушки с обмотками.

В зависимости от технологии изготовления магнитопроводы делятся на пластинчатые и ленточные. Первые собираются из отдельных штампованных пластин, изолированных друг от друга оксидной пленкой или

---

слоем изоляционного лака, вторые - из ленты, предварительно покрытой изолирующим составом. По конструктивному исполнению магнитопроводы бывают трех основных типов: стержневые, броневые и кольцевые. 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 в). Для уменьшения магнитного сопротивления сборка осуществляется со сквозными пластинами.

ленточные магнитопроводы (рис. 1а, б) собираются в стык из отдельных сердечников подковообразной формы, при этом торцевые поверхности их тщательно шлифуются и склеиваются ферромагнитной пастой.

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.


H

h



H

h

H
_a) б)

h
		aя	c	a
		С

---