Расчет маломощных трансформаторов

Федеральное  государственное бюджетное  образовательное учреждение высшего профессионального образования

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ

СООБЩЕНИЯ»

_______________________________________________________

 

Кафедра:  «Электрические машины»

 

 

 

 

 

 

 

 

РАСЧЕТ  МАЛОМОЩНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

 

 

 

 

Курсовой  работа по дисциплине

«Электрические  машины и электропривод»

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                    Выполнил:

                                                                                                           ст. гр ТСЭ-211

                                                                                                        Иванова И.В.                                                                

                                                                                                    Проверил:

                                                                                                     Шаров В.А

 

 

 

 

Москва 2013 г.

 

 

Содержание

Введение	3
1 Основное расчетное уравнение  и особенности расчета маломощных трансформаторов	5
1.1Расчет полной мощности  первичной  обмотки	5
1.2 Выбор магнитной индукции в  сердечнике трансформатора	7
1.3 Выбор величины плотности тока  в обмотках  трансформатора	7
1.4 Выбор значения коэффициента  заполнения сердечника сталью	7
1.5 Выбор значения коэффициента  заполнения окна	8
1.6 Определения выражения	8
2 Определение числа витков	10
3  Определение диаметра  и сечения проводников обмоток	12
4 Определение площади окна, необходимой  для размещения обмоток  трансформатора	14
5 Укладка обмоток на стержне  и проверка размещения их в  окне  сердечника	15
6 Определение средней длины витка  обмоток	20
7 Масса меди обмоток	22
8 Масса стали сердечника	23
9 Потери в меди обмоток	24
10 Потери в стали сердечника	25
11 Определение тока холостого хода	26
12 Сопротивление отмоток и падение напряжения в них	28
12.1 Активные сопротивления обмоток и активные  падения напряжения	28
12.2 Индуктивные сопротивления обмоток и падения напряжения	29
12.3 Полное сопротивление и напряжение короткого замыкания	31
13 Изменение напряжение при нагрузке	34
14 Коэффициент полезного действия	35
15 Проверка трансформатора на нагрев	36
16 Сводные данные расчета	38
Список  использованной литературы	39

 

Введение

К маломощным трансформаторам принадлежат трансформаторы, номинальная мощность которых находится в пределах от единиц, десятков вольт-ампер до 1000 вольт-ампер.

Наибольшее  применение среди трансформаторов  малой мощности имеют силовые  трансформаторы, то есть трансформаторы, предназначенные для питания  электрических цепей различных  устройств и схем. Такие трансформаторы применяются в устройствах автоматики, телемеханики, связи, в радиотехнике и служат для питания различных целей управления, сигнализации, обмоток реле, для питания цепей анодов, накалов электронных и ионных приборов, схем с полупроводниковыми выпрямителями, магнитными усилителями и т.п.

Силовые трансформаторы малой мощности обычно выполняются однофазными, имеют воздушное охлаждение. Номинальное напряжение их обмоток не превышает 1000 в, то есть эти трансформаторы относятся к низковольтным. Частота питания их в большинстве случаев для трансформаторов общего применения f=50 Гц, но применяется так же повышенная частота f=400 Гц и выше обычно для трансформаторов специального назначения.

По конфигурации маломощные трансформаторы могут выполняться  броневыми, стержневыми и тороидальными.

По конструктивному  исполнению сердечники маломощных трансформаторов выполняются двух типов:

1) пластинчатые;

2) ленточные.

Для расчета  маломощного силового трансформатора, предназначенного для питания различной  нагрузки, исходными данными являются: номинальные (полные) мощности вторичных обмоток, номинальное напряжение первичной и номинальные напряжения вторичных обмоток; частота сети; коэффициенты мощности нагрузок вторичных обмоток.

В условиях практики особыми исходными условиями  при проектировании могут быть: заданные габариты или вес трансформатора, специфические условия эксплуатации (температура окружающей среды, повышенная влажность, тряска, химические воздействия); особые условия по надежности, возможные  пределы колебания первичного напряжения и допустимые изменения вторичного напряжения, режимы работы вторичных обмоток.

 

 

                                                   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Основное расчетное уравнение  и особенности расчета маломощных трансформаторов

При расчете  маломощных трансформаторов для  выбора главных размеров используют основное уравнение, определяемое выражением:

                                                         (1)

 

где   S₁ – полная мощность потребителей обмотки трансформатора (ВА)                     

         ;

        - частота (Гц);

         - геометрическое сечение сердечника (см²);

         - площадь окна  сердечника (см²)

         - индукция (амплитудное значение) в стержне (Тл);

         - плотность тока в обмотках (А/мм²);

        - коэффициент заполнения сердечника сталью;

        - коэффициент заполнения окна сердечника обмотки;

 

1.  Расчет полной мощности  первичной обмотки

                                                                                              (2)

где  - напряжение первичной обмотки, = 127

       - ток первичной обмотки;

 

                                                                                     (3)

где - суммарная активная мощность вторичных обмоток;

 

                                                                            (4)

 

       - КПД трансформатора ( =0,8…0,9);

             - коэффициент мощности первичной обмотки;

                                                                                                 (5)

 

Активная  составляющая первичного тока определяется по формуле:

                                                                                      (6)

А

 

Реактивная  составляющая тока первичной обмотки  определяется по формуле:

              ,                                            (7)

где ;

      А

;

;

 

А

 

Следовательно, определив активную и реактивную составляющие первичного тока трансформатора, определим .

Из равенства (4) находим  , а затем и первичный ток по выражению (3).

Вт;

(А)

И, наконец, находим одну их составляющих основного  уравнения (1) - величину S₁.

ВА

 

1.2 Выбор магнитной индукции в сердечнике трансформатора

Величина  допустимой магнитной индукции в  сердечнике для маломощных трансформаторов  обусловлена многими факторами. В броневых трансформаторах  с пластинчатыми сердечниками при частоте 50 Гц индукция в сердечнике может быть взята примерно равной Тл. Примем предварительную величину магнитной индукции Тл.

 

1.3 Выбор величины плотности тока  в обмотках  трансформатора

Плотность тока определяется с учётом различных  факторов. Так при частоте 50 Гц для  трансформаторов с броневым пластинчатым сердечником мощностью до 100 ВА значение плотности тока можно принять A/мм². Примем предварительную величину плотности тока A/мм².

 

1.4 Выбор значения коэффициента заполнения сердечника сталью

Величина  коэффициента заполнения сердечника сталью зависит от толщины пластин, вида изоляции пластин и технологии изготовления трансформатора.

Для наиболее  используемой в практике толщине  пластин 0,35 мм и современной изоляции в виде лакового покрытия коэффициент . Примем величину .

 

 

 

1.5 Выбор значения коэффициента  заполнения окна

По данным практики величина значения коэффициента заполнения окна может выбираться в зависимости от мощности вторичный обмоток трансформатора.

При равной от 50 до 100 ВА коэффициент заполнения окна . Примем величину .

 

1.6 Определения выражения 

 см²

Из Приложения А выбираем значения и :

=10,14 см²;

=7,99 см².

Из этого  же приложения выбираем основные параметры  сердечника и сводим их в таблицу 1.

 

Таблица1 – Основные параметры  сердечника

Обозначение сердечника	Основные параметры , мм
	a	B	c	h	hя
ШУ 26х39	26	39	17	47	17

 

 

 

рис 1 – Основные размеры сердечника

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Определение числа витков

Общее выражение  для определения числа витков в любой обмотки можно записать в виде:

,                                                                                     (8)

где - ЭДС данной  обмотки, В;

      - индукция в стержне, Тл.

 

Число витков первичной обмотки (предварительное  значение) определяется по формуле:

   ,                                                                                  (9)

где  - ЭДС в витках обмотки.

ЭДС в витках обмотки определяется по формуле:

,

где .

 

 

Определив число  витков , находим ЭДС, приходящуюся на один виток:

                                                                                                 (10)

   

 

 

 

 

Число витков первой и второй вторичных обмоток:

                                                                                         (11)

Для вторичных  обмоток ЭДС  и больше напряжения на величину падения напряжения на обмотках, определяется выражением:

                                 (12)

Падения напряжений на первичной и любой вторичной  обмотках принимаются одинаковыми, то есть .

 

     

Число витков обмотки низшего напряжения целое  число, то:

                                     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3  Определение диаметра и сечения проводников обмоток

Значение поперечного сечения проводов определяется по формуле:

    ,                                                                                                             (13)

где - плотность тока.

Плотность тока взята в соответствии с пунктом 1.3. Предварительно принимаем, что плотность тока одинакова для всех обмоток.

 

Токи  во вторичных обмотках находится  по следующим формулам:

                                                                               (14)

 

Ток в первичной обмотки берем  в соответствии с пунктом 1.

 

Предварительное значение поперечного сечения провода отдельных обмоток определяется по формулам:

                               

.

При отсутствии повышенных требований по надежности и при требовании малой  стоимости целесообразно выбрать  провод марки ПЭЛ ( эмалированный лакостойкий) .

По таблице Приложения Б по предварительный сечениям , , выбираем стандартные значения , и , а так их диаметры без изоляции , , и с изоляцией , и .

Все результаты сводим в таблицу 2.

 

Таблица 2 –Результаты расчетов обмоток трансформантов.

№ обмотки	1	2	3
Число витков
Марка провода	ПЭЛ	ПЭЛ	ПЭЛ
Сечение провода
Диаметр провода без изоляции
Диаметр провода с изоляцией