Файл: Проектирование маломощных трансформаторов для устройств железнодорожного транспорта.docx

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТАФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждениевысшего образования«Петербургский государственный университет путей сообщенияИмператора 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 работапо 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 2023Оглавление

Введение

В современных устройствах автоматики, телемеханики и связи вразличных цепях электропитания элементов схем сигнализации, управления, обмоток реле, радиотехнической аппаратуры для преобразования параметровэлектрическойэнергиииспользуютсятрансформаторымалоймощностиТММ.Расчет ТММ имеет ряд особенностей в отличии от расчета обычных силовых трансформаторов общего назначения. Так в ряде случаев кним 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 разделакурса "Электрические машины"неприводятся.Задание на расчет ТММПредлагается 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-кеи обмотках.В связи с небольшими напряжениями обмоток (обычно менее 1000В) 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 напряжениякороткого замыкания в несколько раз меньше активной составляющей и вданномрасчетеейпренебрегаем.Маломощные трансформаторы обычно применяются для питанияавтономной нагрузки и поэтому на параллельную работу не включаются.Поэтому напряжение короткого замыкания в данном случае не являетсяодной из исходных величин для расчета (как это имеет место в мощныхтрансформаторах), а определяется в конце расчета для уточнения величи-

---

нынапряженияна вторичныхобмоткахпри 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-нитногопотокапостали(по сравнениюсмощнымитрансформаторами).

Материалы, применяемые при изготовлении ТММ

Магнитные материалы. К магнитным материалам, используемымдля изготовления магнитопроводов ТММ, предъявляются следующие требования: высокая магнитная проницаемость, малые потери навихревыетоки 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 холоднокатаныеэлектротехнические сталиразныхмарок и толщин.Магнитные свойства горячекатаных сталей практически одинаковыво всех направлениях проката. Холоднокатаные стали обладают меньшимиудельными потерями и значительно лучшими электромагнитными характеристиками вдоль направления проката по сравнению с горячекатаными.Поэтомуизгорячекатаныхсталейвыполняютсяпластинчатыемагнитопроводы,а из холоднокатаных-ленточные.При расчете трансформатора на минимум стоимости следует выбиратьгорячекатаныестали,а наминимум массы-холоднокатаные.С учетом наибольшего практического применения при курсовомпроектированииТММрекомендуютсяследующиемаркисталей:

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 используютсяобмоточные провода широкой номенклатуры, в качестве материала проволоки берется в основном медь, имеющая малое удельное сопротивление.Длярасчета

---

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, межвитковойиосновной(изоляция междукатушкой и сердечником).К изоляции с рабочей температурой до 105 0С (класс изоляции А,указанный в задании на курсовой проект) относятся отдельные материалына основе хлопчатобумажной и шелковой тканей или на основе целлюлозы,непропитанныелилпропитанныелаками.В качестве материалов, используемых для межслойной и междуобмоточнойизоляции,применяютсябумаги,пропитанныеизоляционнымкомпаундом:кабельнаямаркиК-12,телефоннаяКТН;конденсаторнаяКОН - 1; пропиточная марок ЭПИ -50 и ЭПИ -63Б. Из тканевых материаловиспользуютсялакоткани 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 магнитопроводи катушкисобмотками.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 покрытойизолирующим составом. По конструктивному исполнению магнитопроводы бывают трех основных типов: стержневые, броневые и кольцевые. Основные размеры магнитопроводов, наиболее распространенных на практике, представлены нарис.1.Броневые пластинчатые магнитопроводы чаще всего собираются изШ-образныхпластинипрямоугольныхперекрышек(рис.1в).Дляуменьшения магнитного сопротивления сборка осуществляется со сквознымипластинами.ленточные магнитопроводы (рис. 1а, б) собираются в стык из отдельныхсердечниковподковообразнойформы,приэтомторцевыеповерхности 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,изоляциюобмотокотмагнитопровода,межслоевуюизоляцию,внешнююизоляцию. Hh H h H_a) б)

h
		aя	c	a
		С

---