ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.01.2024
Просмотров: 141
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
СОДЕРЖАНИЕ
1. ЭЛЕМЕНТЫ КОНСТРУКЦИИ ТРАНСФОРМАТОРА И ОСОБЕННОСТИ ЕГО РАСЧЕТА
2. ВЫБОР МАГНИТОПРОВОДА ТРАНСФОРМАТОРА
3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА ВИТКОВ ОБМОТОК ТРАНСФОРМАТОРА
4. РАСЧЕТ ПОТЕРЬ В СТАЛИ И ТОКА НАМАГНИЧИВАНИЯТРАНСФОРМАТОРА
5. РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ОБМОТОК ТРАНСФОРМАТОРА
6. ПРОВЕРКА ТРАНСФОРМАТОРА НА НАГРЕВАНИЕ
7. ПАДЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ И КПД ТРАНСФОРМАТОРА
8. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОКА ВКЛЮЧЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРА
9. ВЫВОДЫ ОБМОТОК ТРАНСФОРМАТОРА.СВОДНЫЕ ДАННЫЕ
10. ПРИМЕР РАСЧЕТА ТРАНСФОРМАТОРА
11. ОФОРМЛЕНИЕ ПОЯСНИТЕЛЬНОЙ ЗАПИСКИ И ГРАФИЧЕСКОЙ ЧАСТИ ПРОЕКТА
Пример оформления текстового документа по ГОСТ 2.105-95 ЕСКД
2=0.
В третьей обмотке укладывают межслоевую изоляцию, в качестве которой применяют пропиточную бумагу К-12 толщиной 3=0,11 мм (см. табл. 5.3).
Определяют радиальную толщину каждой обмотки, мм, трансформатора по выражению
1= кр1Nс1 d и1 + (Nс1 - 1) 1; 2= кр2Nс2 d и2 + (Nс2 - 1) 2 ;
3= кр31Nс3 d и3 + (Nс3 - 1) 3 , (10.11)
где кр1=1.06, кр2=1.08, кр3=1.055 – коэффициенты укладки обмоток в радиальном направлении (см. табл. 5.2).
Подставив эти значения в формулу (10.11), получают радиальную толщину обмоток трансформатора
1=1.06 9 0,54 + (9-1) 0,09 =5,89 мм, 2=1.08 11 0,31= 3,7 мм,
3=1.055 2 1,16 + (2-1) 0,11 =2,56 мм.
Представим эскиз расположения обмоток (см. рис. 5.1).
Для чередования обмоток 1–2–3 определяют радиальный размер катушки трансформатора, мм,
ак=(0 + 1 + 12 + 2 + 23 + 3 + кнони)кв, (10.12)
где 0=3 мм – толщина каркаса; 12=23=0,3 мм – толщина изоляции между обмотками; кно=2 – коэффициент неплотности наружной изоляции; ни=0,3 мм –толщина наружной изоляции; кв=1 – коэффициент выпучивания наружной изоляции обмотки на каркасе.
Подставив значения этих коэффициентов в выражение (10.12), получают
ак=(3 + 5,89 + 0,3 + 3,7 + 0,3 + 2,56 + 2 0,3) 1= 16,35 мм.
Зазор между катушкой и сердечником с - ак=18.21 -16.35 = 1.86 мм, т.е. можно считать, что катушка нормально укладывается в окне выбранного сердечника.
Средняя длина витков при расположении обмоток в порядке 1–2–3
lw1= 2(а + b + 40 + 21) = 2(16 + 35,5 + 4 3 + 2 5,89) =150,1 мм;
lw2=2{а+ b + 4(0+1+12)+22}=2{16+35,5+ 4(3+ 5,7+ 0,3)+23,7}=189,8 мм;
lw3 = 2{а+b+4(0+1+12+2+23)+23} =
= 2(16+35,5+ 4(3+ 5,7+0,3+3,7+0,3)+22,56} = 217,24 мм.
Расчет конструктивных параметров обмоток трансформатора сводят в табл. 10.5.
Массу меди, кг, каждой из обмоток определяют из уравнения
Gм1= lw1 W1 g1 10-6; Gм2= lw2 W2 g2 10-6; (10.13)
Gм3= lw3 W3 g3 10-6,
где g1=1,68 г/м, g2=0,509 г/м, g3=8,14 г/м – масса 1 метра провода, принимают из табл. 10.4.
Тогда
Gм1= 150,1 615 1,68 10-6 = 0,153 кг,
Gм2= 189,8 1224 0,509 10-6 = 0,11 кг,
Gм3= 217,24 36 8,14 10-6 = 0,063 кг,
а общая масса меди обмоток трансформатора определится суммированием масс отдельных обмоток
Gм= Gм1 + Gм2 + Gм3= 0,153 + 0,11 + 0,063= 0,326 кг.
Отношение массы стали к массе меди
Gст 0,624
= = = 1,914.
Gм 0,326
Полученное отношение масс меньше нижнего предела ( = 2 – 3). Следует увеличить коэффициент КQ и уточнить сечение стержня магнитопровода, сохранив размеры окна.
Потери в меди, Вт, каждой из обмоток определяют по формулам:
Рм1= m j12Gм ; Рм1= m j12Gм; Рм1= m j12Gм , (10.14)
где m – коэффициент, зависящий от температуры нагрева провода, при температуре 75 0С, m = 2,4.
Тогда потери в обмотках
Рм1= 2,4 · 2,942 · 0,153= 3,17 Вт; Рм2= 2,4 · 2,392 · 0,11= 1,5 Вт,
Рм3= 2,4 · 2,62 · 0,063= 1,02 Вт,
а суммарные потери в меди трансформатора
Рм = Рм1 + Рм2 + Рм3 = 3,17 + 1,5 + 1,02 = 5,69 Вт.
Уточняют отношение потерь в меди к потерям в стали
Рм 5,69
= = =2,25,
Рст 2,53
что укладывается в рекомендуемые пределы от 1,5 до 2,5.
Расчет электрических параметров обмоток трансформатора сводят в табл. 10.6.
Таблица 10.6
Электрические параметры обмоток
Проверка трансформатора на нагревание. Превышение температуры наиболее нагретой области трансформатора над температурой окружающей cреды
Рм + Рст
Qмах= + Q, (10.15)
(Sобм + Sсер)
где Q= 10 0С – перепад температур от внутренних слоев обмотки к наружным; =13 10-4 Вт/см2 град – удельный коэффициент теплопередачи.
Открытая поверхность сердечника трансформатора Sсер определяется по формулам табл. 6.1:
Sсер= {2 (а + b) (h + 2c + а) + а(в + а/2)}10-2 =
= {2 (16 +35,5)(45,5 + 2 18,21 +16) + 3,14 16 (35,5 +16/2)} 10-2 = 122 см2.
Среднюю длину витка обмотки определяют по формуле из табл. 6.1
lв= 2 (а + b +2с) = 2 (16 + 35,5 + 2 18,21) =175,84 мм.
Открытая поверхность обмотки трансформатора (табл. 6.1)
Sобм= {2 h (а + 4c) + 2сlв} 102 =
= {2 45,5 (16 + 418,21) + 218,21175,84}10-2 = 144,88 см2.
Подставив вычисленные значения в формулу (10.15), получают превышение температуры наиболее нагретой части обмотки трансформатора над температурой окружающей среды:
5,69 + 2,53
Qmах= + 10 = 33,69 0C.
1310-4 (144,88 + 122)
Максимальная температура обмотки
Qmах= Qmах + Q0, (10.16)
где Q0 = 40 0С – температура окружающей среды,
Qmах = 33,69 + 40 = 73,69 0C,
что меньше допускаемой температуры изоляции выбранного провода ПЭЛ (105 0C).
Падения напряжения и КПД трансформатора. Активные сопротивления обмоток трансформатора:
Рм1 3,17
r1 = = = 10,25 Ом,
12 0,5562
Рм2 1,5
r2 = = = 81,1 Ом,
22 0,1362
Рм3 1,02
r3 = = = 0,18 Ом.
32 2,382
Сопротивления вторичных обмоток, приведенные к первичной,
Ом
Ом
Индуктивными сопротивлениями обмоток в трансформаторе малой мощности при частоте =50 Гц можно пренебречь и в дальнейшем ре- активную составляющую падения напряжения не учитывать.
Тогда падение напряжения на обмотке трансформатора в относи- тельных единицах можно записать
1r1 0,556 10,25
U1*= Uа1*= = = 0,044 о.е.,
U1 127
1r2’ 0,556 20,5
U2*= Uа2*= = = 0,09 о.е.,
U1 127
1r3’ 0,556 52, 5
U3*= Uа3*= = = 0,229 о.е.
U1 127
Приведенные значения токов во вторичных обмотках
W2 1224
2’ = 2 = 0,136 = 0,27 А ,
W1 615
W3 36
3’ = 3 = 2,38 = 0,139 А .
W1 615
Относительные приведенные токи во вторичных обмотках
2 ‘ 0,27 3 ‘ 0,139
2 = = = 0,485 о.е.; 3 = = = 0,25 о.е.
1 0,556 1 0,556
Полные падения напряжения на вторичных обмотках трансформатора в относительных единицах
U12=Uа1сos 1 + 2Uа2сos 2=0,0440,735+ 0,4850,090,9= 0,07 о.е,
U13=Uа1сos 1 + 3Uа3сos 3=0,0440,735+ 0,250,2290,7= 0,07 о.е,
U12%=U12100 =0,07 100 = 7%; U13%=U13100 = 0,07 100 = 7%.
Действительные напряжения на вторичных обмотках трансформатора
W2 1224
U2= U1 (1 - U12) = 127 (1 - 0,07) = 235 В,
W1 615
W3 36
U3= U1 (1 - U13) = 127 (1 - 0,07) =6,91 В.
W1 615
Напряжения на вторичных обмотках отличаются от заданных, что
требует уточнения числа витков
U2 - U2зад 235 - 220
W2у= W2 - = 1224 - = 1146 витков,
Ев 0,192
U3 - U3зад 6,91 - 6,3
W3у= W3 - = 36 - = 33 витка.
Ев 0,192
Расчетные данные представлены в табл. 10.7.
Таблица 10.7
Для определения коэффициента полезного действия трансформатора при номинальной нагрузке вычисляют активные мощности нагрузок во вторичных обмотках:
Р2= S2 cos 2 =30 0,9 =27 Вт ; Р3= S3 cos 3 =15 0,7 =10,5 Вт.
Тогда КПД трансформатора
Р2 + Р3 27 + 10,5
= 100 = 100 = 82,2%.
Р2 + Р3 + Рм + Рст 27 + 10,5 + 5,69+ 2,53
Коэффициент нагрузки, при котором КПД трансформатора принимает максимальные значения,
.
Ток включения трансформатора
В третьей обмотке укладывают межслоевую изоляцию, в качестве которой применяют пропиточную бумагу К-12 толщиной 3=0,11 мм (см. табл. 5.3).
Определяют радиальную толщину каждой обмотки, мм, трансформатора по выражению
1= кр1Nс1 d и1 + (Nс1 - 1) 1; 2= кр2Nс2 d и2 + (Nс2 - 1) 2 ;
3= кр31Nс3 d и3 + (Nс3 - 1) 3 , (10.11)
где кр1=1.06, кр2=1.08, кр3=1.055 – коэффициенты укладки обмоток в радиальном направлении (см. табл. 5.2).
Подставив эти значения в формулу (10.11), получают радиальную толщину обмоток трансформатора
1=1.06 9 0,54 + (9-1) 0,09 =5,89 мм, 2=1.08 11 0,31= 3,7 мм,
3=1.055 2 1,16 + (2-1) 0,11 =2,56 мм.
Представим эскиз расположения обмоток (см. рис. 5.1).
Для чередования обмоток 1–2–3 определяют радиальный размер катушки трансформатора, мм,
ак=(0 + 1 + 12 + 2 + 23 + 3 + кнони)кв, (10.12)
где 0=3 мм – толщина каркаса; 12=23=0,3 мм – толщина изоляции между обмотками; кно=2 – коэффициент неплотности наружной изоляции; ни=0,3 мм –толщина наружной изоляции; кв=1 – коэффициент выпучивания наружной изоляции обмотки на каркасе.
Подставив значения этих коэффициентов в выражение (10.12), получают
ак=(3 + 5,89 + 0,3 + 3,7 + 0,3 + 2,56 + 2 0,3) 1= 16,35 мм.
Зазор между катушкой и сердечником с - ак=18.21 -16.35 = 1.86 мм, т.е. можно считать, что катушка нормально укладывается в окне выбранного сердечника.
Средняя длина витков при расположении обмоток в порядке 1–2–3
lw1= 2(а + b + 40 + 21) = 2(16 + 35,5 + 4 3 + 2 5,89) =150,1 мм;
lw2=2{а+ b + 4(0+1+12)+22}=2{16+35,5+ 4(3+ 5,7+ 0,3)+23,7}=189,8 мм;
lw3 = 2{а+b+4(0+1+12+2+23)+23} =
= 2(16+35,5+ 4(3+ 5,7+0,3+3,7+0,3)+22,56} = 217,24 мм.
Расчет конструктивных параметров обмоток трансформатора сводят в табл. 10.5.
Таблица 10.5
Конструктивные параметры обмоток
| Номер обмотки | Число витков в слое | Число слоев | Толщина обмотки, мм | Толщина межслоевой изоляции, мм | Толщина межобмоточ. изоляции, мм | Толщина наружной изоляции, мм | Размер катушки, мм | Зазор с–ак, мм |
| Первая | 68 | 9 | 5,89 | 0,09 | 0,3 | 0,3 | 16,35 | 1,86 |
| Вторая | 117 | 11 | 3,7 | – | 0,3 | |||
| Третья | 32 | 2 | 2,56 | 0,11 | – |
Массу меди, кг, каждой из обмоток определяют из уравнения
Gм1= lw1 W1 g1 10-6; Gм2= lw2 W2 g2 10-6; (10.13)
Gм3= lw3 W3 g3 10-6,
где g1=1,68 г/м, g2=0,509 г/м, g3=8,14 г/м – масса 1 метра провода, принимают из табл. 10.4.
Тогда
Gм1= 150,1 615 1,68 10-6 = 0,153 кг,
Gм2= 189,8 1224 0,509 10-6 = 0,11 кг,
Gм3= 217,24 36 8,14 10-6 = 0,063 кг,
а общая масса меди обмоток трансформатора определится суммированием масс отдельных обмоток
Gм= Gм1 + Gм2 + Gм3= 0,153 + 0,11 + 0,063= 0,326 кг.
Отношение массы стали к массе меди
Gст 0,624
= = = 1,914.
Gм 0,326
Полученное отношение масс меньше нижнего предела ( = 2 – 3). Следует увеличить коэффициент КQ и уточнить сечение стержня магнитопровода, сохранив размеры окна.
Потери в меди, Вт, каждой из обмоток определяют по формулам:
Рм1= m j12Gм ; Рм1= m j12Gм; Рм1= m j12Gм , (10.14)
где m – коэффициент, зависящий от температуры нагрева провода, при температуре 75 0С, m = 2,4.
Тогда потери в обмотках
Рм1= 2,4 · 2,942 · 0,153= 3,17 Вт; Рм2= 2,4 · 2,392 · 0,11= 1,5 Вт,
Рм3= 2,4 · 2,62 · 0,063= 1,02 Вт,
а суммарные потери в меди трансформатора
Рм = Рм1 + Рм2 + Рм3 = 3,17 + 1,5 + 1,02 = 5,69 Вт.
Уточняют отношение потерь в меди к потерям в стали
Рм 5,69
= = =2,25,
Рст 2,53
что укладывается в рекомендуемые пределы от 1,5 до 2,5.
Расчет электрических параметров обмоток трансформатора сводят в табл. 10.6.
Таблица 10.6
Электрические параметры обмоток
| Номер обмотки | Длина витка, мм | Масса обмоток, кг | Потери в меди, Вт | Масса, кг | Потери,Вт | Коэффициенты | |||
| меди | стали | в меди | в стали | Gст/Gм | Рм/Рст | ||||
| Первая | 150,1 | 0,153 | 3,17 | 0,326 | 0,624 | 5,69 | 2,53 | =1.91 | =2.25 |
| Вторая | 189,8 | 0,11 | 1,5 | ||||||
| Третья | 217,24 | 0,063 | 1,02 | ||||||
Проверка трансформатора на нагревание. Превышение температуры наиболее нагретой области трансформатора над температурой окружающей cреды
Рм + Рст Qмах= + Q, (10.15)
(Sобм + Sсер)
где Q= 10 0С – перепад температур от внутренних слоев обмотки к наружным; =13 10-4 Вт/см2 град – удельный коэффициент теплопередачи.
Открытая поверхность сердечника трансформатора Sсер определяется по формулам табл. 6.1:
Sсер= {2 (а + b) (h + 2c + а) + а(в + а/2)}10-2 =
= {2 (16 +35,5)(45,5 + 2 18,21 +16) + 3,14 16 (35,5 +16/2)} 10-2 = 122 см2.
Среднюю длину витка обмотки определяют по формуле из табл. 6.1
lв= 2 (а + b +2с) = 2 (16 + 35,5 + 2 18,21) =175,84 мм.
Открытая поверхность обмотки трансформатора (табл. 6.1)
Sобм= {2 h (а + 4c) + 2сlв} 102 =
= {2 45,5 (16 + 418,21) + 218,21175,84}10-2 = 144,88 см2.
Подставив вычисленные значения в формулу (10.15), получают превышение температуры наиболее нагретой части обмотки трансформатора над температурой окружающей среды:
5,69 + 2,53
Qmах= + 10 = 33,69 0C.
1310-4 (144,88 + 122)
Максимальная температура обмотки
Qmах= Qmах + Q0, (10.16)
где Q0 = 40 0С – температура окружающей среды,
Qmах = 33,69 + 40 = 73,69 0C,
что меньше допускаемой температуры изоляции выбранного провода ПЭЛ (105 0C).
Падения напряжения и КПД трансформатора. Активные сопротивления обмоток трансформатора:
Рм1 3,17
r1 = = = 10,25 Ом,
12 0,5562
Рм2 1,5
r2 = = = 81,1 Ом,
22 0,1362
Рм3 1,02
r3 = = = 0,18 Ом.
32 2,382
Сопротивления вторичных обмоток, приведенные к первичной,
Ом
Ом
Индуктивными сопротивлениями обмоток в трансформаторе малой мощности при частоте =50 Гц можно пренебречь и в дальнейшем ре- активную составляющую падения напряжения не учитывать.
Тогда падение напряжения на обмотке трансформатора в относи- тельных единицах можно записать
1r1 0,556 10,25
U1*= Uа1*= = = 0,044 о.е.,U1 127
1r2’ 0,556 20,5
U2*= Uа2*= = = 0,09 о.е.,U1 127
1r3’ 0,556 52, 5
U3*= Uа3*= = = 0,229 о.е.U1 127
Приведенные значения токов во вторичных обмотках
W2 1224
2’ = 2 = 0,136 = 0,27 А ,
W1 615
W3 36
3’ = 3 = 2,38 = 0,139 А .
W1 615
Относительные приведенные токи во вторичных обмотках
2 ‘ 0,27 3 ‘ 0,139
2 = = = 0,485 о.е.; 3 = = = 0,25 о.е.
1 0,556 1 0,556
Полные падения напряжения на вторичных обмотках трансформатора в относительных единицах
U12=Uа1сos 1 + 2Uа2сos 2=0,0440,735+ 0,4850,090,9= 0,07 о.е,
U13=Uа1сos 1 + 3Uа3сos 3=0,0440,735+ 0,250,2290,7= 0,07 о.е,
U12%=U12100 =0,07 100 = 7%; U13%=U13100 = 0,07 100 = 7%.
Действительные напряжения на вторичных обмотках трансформатора
W2 1224
U2= U1 (1 -
U12) = 127 (1 - 0,07) = 235 В,W1 615
W3 36
U3= U1 (1 -
U13) = 127 (1 - 0,07) =6,91 В.W1 615
Напряжения на вторичных обмотках отличаются от заданных, что
требует уточнения числа витков
U2 - U2зад 235 - 220
W2у= W2 - = 1224 - = 1146 витков,
Ев 0,192
U3 - U3зад 6,91 - 6,3
W3у= W3 - = 36 - = 33 витка.
Ев 0,192
Расчетные данные представлены в табл. 10.7.
Таблица 10.7
Падение напряжения в обмотках трансформатора
| Номер обмотки | Активное сопротивление, Ом | Падение напряжения, % | Напряжение вторичных обмоток, В | Уточненное число витков | |||||
| r1 | r2 | r3 |  U12 | U13 | U2 | U3 | W2у | W3у | |
Первая | 10,25 | | | 7 | 7 | 235 | 6,91 | 1146 | 33 |
| Вторая | | 81,1 | | ||||||
| Третья | | | 0,18 | ||||||
Для определения коэффициента полезного действия трансформатора при номинальной нагрузке вычисляют активные мощности нагрузок во вторичных обмотках:
Р2= S2 cos 2 =30 0,9 =27 Вт ; Р3= S3 cos 3 =15 0,7 =10,5 Вт.
Тогда КПД трансформатора
Р2 + Р3 27 + 10,5
= 100 = 100 = 82,2%.
Р2 + Р3 + Рм + Рст 27 + 10,5 + 5,69+ 2,53
Коэффициент нагрузки, при котором КПД трансформатора принимает максимальные значения,
.Ток включения трансформатора