Розрахунок трансформатора малої потужності

 

Розрахунок трансформатора малої потужності

Вступ

трансформатор стержневий броньовий

Трансформатори є невідємними елементами багатьох електричних пристроїв і застосовуються в різних галузях електроніки, зокрема в галузі енергозабезпечення. З їх допомогою здійснюється перетворення змінного струму. Цей статичний пристрій, перетворює змінний струм однієї напруги в перемінний струм іншої напруги, але такої ж частоти.

Частини трансформатора, які забезпечують процес перетворення енергії, - магнітопровід й обмотки - називають його активними частинами. А трансформатори великої потужності до того ж мають систему охолодження.

Частина магнітопровода, на якій розміщені обмотки, називається стержнем, а частина, яка замикає магнітопровід- сердечником. В залежності від особливостей конструкції та застосування трансформатори поділяють на силові, зварювальні, вимірювальні та спеціальні.

За кількістю фаз трансформатори бувають однофазні та трьохфазні. А за типом магнітопровода трансформатори розподіляються на броньові, стержневі, кільцеві. Сердечники бувають броньові із Ш-подібних пластин (обмотки розміщені на середньому стержні) і стержньові з П-подібних пластин (обмотки розміщені на одному або на двох стержнях порівну).

Для розрахунку маємо слідуючі дані:

Таблиця1 - Таблиця вихідних даних

№,ВА, В, В,%,%, ГцРозрахункові умови1421801106910500,8Мінімум маси

1. Розрахунок стержневого трансформатора з повітряним охолодженням

Для початку потрібно підібрати конструктивні розміри магнітопровода та марку електротехнічної сталі. Основні номінальні характеристики електротехнічної сталі (питомі втрати і магнітна індукція) обраної мною марки 1212 видно з таблиці 2.

Таблиця 2 - Таблиця питомих втрат в електротехнічній сталі в залежності від товщини та їх значення магнітної індукції

Марка сталіТовщина, ммПитомі втрати, Вт/кг, не більшМагнітна індукція В, Тл, при 12120, 5 3,1 1,5

Підібрані середні значення слідуючі:

ККД:

;

коефіцієнт заповнення сталі:

;

коефіцієнт заповнення вікна:

;

товщина стінки каркаса:

;

щільність струму:

;

Повітряний зазор Дp=0,5 мм

коефіцієнт магнітної індукції:

.

=180*0,9=162 В*А

За допомогою формули

SP =S1 =180 знаходжу Sст*Sок:

За результатом даного обчислення обираю стрічковий магнітопровід типу ПЛР25х25, конструктивні розміри якого відображені в таблиці 3.

Таблиця 3- Конструктивні розміри стрічкового магнітопроводу типу ПЛР25х25

Типорозмір магнітопровода а, ммb, ммс, ммА,ммН,ммh,ммМасса, г, не більшПЛР25х252525287815010025-

Для того щоб знайти масу магнітопроводу, скористаємося формулою:

Де с=0,0082 г/см3-густина матеріалу,

V-об.єм,

V=2*Н*b*a+c*b(H-h)=2*15*2,5*2,5+2,8*2,5*(15-10)=222,5 см3

m=с*V=0,0082*222,5=1,825 кг*Soc=a*b*c*h=2,5*2,5*2,8*10=175cм4

Далі обчислюю струми в первинній обмотці:

I1=S1/U1=180/110=1,636 A

та вторинній обмотці:

2=S2/U2=162/6=27 A

Активна потужність трансформатора становить:

За результатами слідуючих обчислень маю ЕРС в первинній і вторинній обмотках:

;

.

Далі обчислюємо ЕРС одного витка:

Sct=a*b=2,5*2,5=6,25 cм2

Е1vit=4.44*f*Bм*Sст*10-4*Кст=4.44*50*2,121*6,25*10-4*0,9=0,265 В

Кількість витків в первинній і вторинній обмотках становить:

W1=E1/E1vit =100,1/0,265=378

W2=E2/E1vit =6,6/0,265=25

ираховую площу перерізу:

1= I1/j*1,15=1,636/2,63*1,15=0,541 мм2;2= I2/j*0,85=27/2,63*0,85=12,078 мм2

Мінімальний діаметр проводів первинної та вторинної обмоток становить:

Отримані значення діаметрів проводів підведу до їх номінальних значень та для кожної обмотки трансформатора визначаю відповідну марку провода, діаметр, масу 1 метра довжини:

Таблиця 4

ОбмоткаНомінальний діаметр проводу по міді, ммМаса одного метра мідного провода, гМарка проводаНайбільший зовнішній діаметр проводу, мм1dn1=0,834,81ПСДКdp1=1,102dn2=4,10117ПСДКdp2=4,47

Вираховую справжню щільність струму в первинній і вторинній обмотках. За результатами обрахунків маю:

j1=I1*4/р*dn12=1636*4/ р*0,832=3,024 A

j2 =I2*4/р*dn22=27*4/ р*4,102=2,045 A

Кількість витків в одному шарі:

N1= (h*10-2*hk-2*Дp)/dp1=(10*10-2*3-2*0,5)/1,10=85

N2=( h*10-2*hk-2*Дp)/dp2=(10*10-2*3-2*0,5)/4,47=21

Кількість шарів

K1= W1/ 2*N1 = 378/2*85=3

K2= W2/2* N2 = 25/2*21=1

Далі рахую товщину первинної

б1= dp1* K1+( K1-1)* bmc1+ 2*bmo=1,10*3+(3-1)*0,09+2*0,4=4,28 мм

і вторинної обмоток

б2= dp2* K2+( K2-1)* bmc2+ bvn=4,47*1+(1-1)*0,4+0,4=4,87 мм

де bmc1=0,09 мм- міжшарова ізоляція в первинній обмотці,2=0,4 мм- міжшарова ізоляція в вторинній обмотці,= bmc1=0,4 мм- між оболонкова ізоляція,= bmc2=0,4 мм- зовнішня ізоляція.

Отже зазор між обмотками становить :

Д= c*10-2*( hk+Дp+б1+б2)=2,8*10-2(3+0,5+5,51+3,59)=2,8 мм

Середня лінія витка первинної обмотки дорівнює:

Lcp1=(20*a+20*b+4*Дp+2*б1+4*hk)/1000=(20*2,5+20*2,5+4*0,5+2*4,28+4*3)/1000=0,123 м

Середня лінія витка вторинної обмотки дорівнює:

Lcp2=(20*a+20*b+4*Дp+2*б2+4*б1+4*hk)/1000=(20*2,5+20*2,5+4*0,5+2*4,87+4*4,28+4*3)/1000=0,141 м

Наступним кроком рахуємо вагу міді трансформатора:

1= Lcp1*W1*m1/1000=0,123*378*4,81/1000=0,223кг;2= Lcp2*W2*m2/1000=0,141*25*117/1000=0,412 кг;

та загальну вагу міді:

= Gm1 + Gm2=0,223+0,412=0,635 кг

Підставляю отримані вище значення у формулу й обчислюю втрати потужності в обмотках:

;

А втрати потужності в сталі маю такими(Pyd=3,1 Вт, з таблички 2):

Gct=m=Pyd*Gct=3,1*1,825=5,656

Відомо,що при частоті 50 Гц відношення втрат у міді до втрат у сталі повинно бути в межах від 1.2 до 2.5. Отже:

/ Pct=9,967/5,656=1,762

А при розрахунку мінімуму маси відношення маси сталі до маси міді повинно лежати в межах від 2 до 3. Тому:

/ Gm=1,825/0,635=2,874

ККД буде слідуючим:

з1=P2*100/(P2+Pm+Pct)=129,6*100/(129,6+9,967+5,656)=89,242

Наступний крок - визначення опору проводів:

- питомий опір міді

. Розрахунок броньового трансформатора з повітряним охолодженням

Спочатку обираю конструктивні розміри магнітопровода і марку електротехнічної сталі - 1512. Основні номінальні характеристики відображені в таблиці 5.

Таблиця 5 - Основні номінальні характеристики даної електротехнічної сталі

Марка сталіТовщина, ммПитомі втрати, Вт/кг, не більшМагнітна індукція В, Тл, при 15120,53,1 1,29

Підбираю такі середні значення:

коефіцієнт корисної дії:

;

коефіцієнт заповнення сталі:

;

коефіцієнт заповнення вікна :

;

товщина стінки каркаса:

;

щільність струму:

;

коефіцієнт магнітної індукції:

За допомогою формули, зазначеної нижче знаходжу співвідношення Sст*Sок:

SP =S1 =180

Виходячи з отриманого значення обираю броньовий магнітопровід стрічкового типу ШЛ 25х40.

Таблиця 6 - Конструктивні розміри броньового стрічкового трансформатора типу ШЛ 25х40

Тип магнітопроводаа, ммb, ммс, ммh,ммМаса, г, не більшеШЛ 25х402540256,2512,51470

Sct*Soc=a*b*c*h=2,5*4*2,5*6,25=156,25 cм4

Далі обчислюю струми в первинній обмотці:

I1=S1/U1=180/110=1,636 A

та вторинній обмотці:

2=S2/U2=162/6=27 A

Активна потужність трансформатора становить:

За результатами слідуючих обчислень маю ЕРС в первинній і вторинній обмотках:

;

.

За наведеною нижче формулою визначаю ЕДС одного витка:

Sct=a*b=2,5*4=10cм2

Е1vit=4.44*f*Bм*Sст*10-4*Кст=4.44*50*1,824*10*10-4*0,96=0,389 В

Кількість витків в обох обмотках слідуюча :

W1=E1/E1vit =100,1/0,389=258

W2=E2/E1vit =6,6/0,389=17

Наступний крок - обрахунок площі перерізу і діаметра проводів обмоток. Маємо: g1= I1/j*1,15=1,636/2,79*1,15=0,51 мм2;

2= I2/j*0,85=27/2,79*0,85=11,385 мм2

Отримані значення діаметрів проводів підведу до їх номінальних значень та для кожної обмотки трансформатора визначаю відповідну марку провода, діаметр, масу 1 метра довжини:

Таблиця 7

ОбмоткаНомінальний діаметр проводу по міді, ммМаса одного метра мідного провода, гМарка проводаНайбільший зовнішній діаметр проводу, мм1dn1=0,834,81ПСДКdp1=1,102dn2=4,10117ПСДКdp2=4,47

Реальна щільність струму в обмотках:

j1=I1*4/р*dn12=1,636*4/ р*0,832=3,024 A2 =I2*4/р*dn22=27*4/ р*4,102=2,045 A

Визначаємо кількість витків в одному шарі:

N1= (h*10-2*hk-2*Дp)/dp1=(6,25*10-2*3-2*0,5)/1,10=51

N2=( h*10-2*hk-2*Дp)/dp2=(6,25*10-2*3-2*0,5)/4,47=13

Кількість шарів

K1= W1/ N1 = 258/51=6

K2= W2/ N2 = 17/13=2

Далі рахую товщину первинної

б1= dp1* K1+( K1-1)* bmc1+ 2*bmo=1,10*6+(6-1)*0,09+2*0,24=7,53 мм

і вторинної обмоток

б2= dp2* K2+( K2-1)* bmc2+ bvn=4,47*2+(2-1)*0,24+0,24=9,42мм

де bmc1=0,09 мм- міжшарова ізоляція в первинній обмотці,2=0,24 мм- міжшарова ізоляція в вторинній обмотці,= bmc1=0,24 мм- між оболонкова ізоляція,= bmc2=0,24 мм- зовнішня ізоляція.

Отже, зазор між обмоткой та магнітопроводом становить :

Д= c*10- ( hk+2*Дp+б1+б2)=2,5*10-(3+2*0,5+7,53+9,42)=4,05 мм

Середня лінія витка первинної обмотки дорівнює:

Lcp1=(20*a+20*b+4*Дp+2*б1+4*hk)/1000=(20*2,5+20*4+4*0,5+2*7,53+4*3)/1000=0,159 м

Середня лінія витка вторинної обмотки дорівнює:

2=(20*a+20*b+4*Дp+2*б2+4*б1+4*hk)/1000=(20*2,5+20*4+4*0,5+2*9,42+4*7,53+4*3)/1000=0,193 м

Наступним кроком рахуємо вагу міді трансформатора:

1= Lcp1*W1*m1/1000=0,159*258*4,81/1000=0,197 кг;2= Lcp2*W2*m2/1000=0,193*17*117/1000=0,384 кг;

та загальну вагу міді:

= Gm1 + Gm2=0,197+0,384=0,581 кг

Підставляю отримані вище значення у формулу й обчислюю втрати потужності в обмотках:

;

А втрати потужності в сталі маю такими(Pyd=3,1):

Gct=m

Pct=Pyd*Gct=3,1*1,470=4,557 Вт

Відомо,що при частоті 50 Гц відношення втрат у міді до втрат у сталі повинно бути в межах від 1.2 до 2.5. Отже:

/ Pct=9,039/4,557=1,983

А при розрахунку мінімуму маси відношення маси сталі до маси міді повинно лежати в межах від 2 до 3. Тому:

Gct/ Gm=1,470/0,581=2,529

ККД буде слідуючим:

з1=P2*100/(P2+Pm+Pct)=129,6*100/(129,6+9,039+4,557)=90,506

Наступний крок - визначення опору проводів:

- питомий опір міді

Результати розрахунку стержньового і броньового трансформатора заношу до таблиці 8.

Таблиця 8 - Результати розрахунку

№Дані розрахункуТип магнітопроводуБроньовийСтержневий стрічковий11801802 162 16231,291,541,6361,6365 27276 258 3787172580,8060,8393,8073,921100,5810,635111,4701,825129,0399,967134,5575,65614 1,983 1,762152,5292,87416 90,50689,24217 1,2891,456180,004

0,005

Висновок

Стержневий і броньовий - основні види трансформаторів, що експлуатуються на залізниці. Тому в цій курсовій роботі були здійснені розрахунки цих трансформаторів. Мета даної роботи - освоїти методику оптимального проектування однофазних трансформаторів, тобто вибирати основні електричні і конструктивні параметри трансформатора: марку сталі сердечника, тип магнітопровода, магнітну індукцію, конструкцію. За даними розрахунків були накреслені дві проекції трансформатора із поздовжнім й поперечним перерізами, на яких вказані основні розміри сердечника обмоток, між обмотувальної ізоляції і каркасу котушок.

Використана література

1.Методические указания № 1011.

2.Бабаев М.М., Кустов Г.М., Светличный В.И. Методические указания к выполнению курсового проекта по электрическим машинам для студентов специальности «Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте». - Часть 1: Расчет трансформаторов рельсовых цепей магистральных железных дорог. - Харьков, 1987.

.Токарев Б.Ф. Электрические машины: Учеб. пособие для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1990.-624 с.: ил. ISBN 5-283-00595-Х

4.Конспект лекцій.

Розрахунок трансформатора малої потужності Вступ трансформатор стержневий броньовий Трансформат

Больше работ по теме: