Московский Государственный Университет Путей Сообщения (МИИТ)

Кафедра "Электрические машины"

Курсовая работа на тему: Расчет маломощного трансформатора

Выполнил: ст. группы ТПВ-411

Буздалин Д.Н.

Проверил: Шаров В.А.

Москва 2014г.

Содержание:

Введение

1.Основное уравнение и особенности расчета маломощных трансформаторов

2.Определение произведения

3.Определение сечения и диаметра проводов обмоток

4.Определение площади окна, необходимой для размещения обмоток трансформатора

5. Укладка обмоток на стержнях

6 . Определение средней длины витка обмотки

7.Масса меди обмоток

8. Масса стали сердечников

9. Потери в меде обмоток

10. Потери в стали сердечника

11. Определение тока холостого хода

12. Сопротивления обмоток, падения напряжений на них и напряжения КЗ

13. Изменение напряжения при нагрузке

14. Коэффициент полезного действия

15. Проверка трансформатора на нагрев

Список используемой литературы

Введение.

К маломощным трансформаторам принадлежат трансформаторы, номинальная мощность которых находится в пределах от едениц, десятков воль-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 цепей 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 также 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, режим работы вторичных обмоток.

1.Основное уравнение и особенности расчета маломощных трансформаторов

Основное уравнение:

Расчет полной мощности первичной обмотки

где U₁ –напряжение первичной обмотки, U₁ = 220 В;

I₁ – ток в первичной обмотке, А;

где – суммарная активная мощность вторичных обмоток трансформатора, ВА;

- КПД трансформатора, при

;

–коэффициент мощности первичной обмотки транасформатора.

Активная составляющая первичного тока, А:

Реактивная составляющая первичного тока, А:

- намагничивающий ток, принимаем

Отсюда получаем:

Выбор величины магнитной индукции в сердечнике трансформатора

Величина допустимой магнитной индукции в сердечнике зависит от мощности, частоты, типа трансформатора, числа стыков, материала сердечника. При частоте 50 Гц для ленточных сердечников броневого типа индукция в стержне может быть принята в пределах

Выбор величины плотности тока в обмотках трансформатора

При выборе плотности тока следует учитывать конструкцию сердечника трансформатора. Для трансформаторов с суммарной вторичной мощностью до 100 ВА при частоте 50 Гц плотность тока J = 3.5 А/мм².

Выбор значения коэффициента заполнения сердечника сталью

Величина коэффициента заполнения сердечника сталью k_с зависит от толщины пластин, вида изоляции пластин и технологии изготовления трансформатора. Принимаем k_с = 0,91.

Выбор значения коэффициента заполнения окна

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

2.Определение произведения

согласно приложению Б [1] выбираем типовой броневой ленточный сердечник ШЛ 20x40 имеющего

Схематичный вид сердечника, его основные размеры и справочные величины представлены в приложении 1.

Определение числа витков обмоток

Общее выражение для определения числа витков в любой обмотке трансформатора определяется по следующей формуле:

Число витков первичной обмотки:

ЭДС первичной обмотки, В:

где принимаем приравным 7.5%

отсюда получаем:

Находим ЭДС приходящуюся на один виток:

ЭДС вторичных обмоток, В:

где

Число витков вторичных обмоток:

Принимаем61 витков и уточняем значения числа витков остальных обмоток.

Индукция в стержне и ЭДС приходящаяся на один виток:

3.Определение сечения и диаметра проводов обмоток

Токи во вторичных обмотках, А:

Предварительное значение поперечного сечения проводов, мм²:

В соответствии с приложением В [1] выбираем ближайшие значения сечений проводов и диаметры проводов с изоляцией и без нее.

Определяем уточненные значения плотности тока в отдельных обмотках трансформатора, А/мм²:

4.Определение площади окна, необходимой для размещения обмоток трансформатора

Площадь окна, необходимая для размещения всех обмоток трансформатора, см²:

Чтобы обмотки могли быть размещены в окне выбранного ранее сердечника, должно быть

В итоге получаем, что 10>7,25 и делаем вывод о том, что обмотка трансформатора свободно размещается в данной площади окна.

5. Укладка обмоток на стержнях.

Проверка размещения их в окне сердечника

Относительное расположение обмоток:

• конструктивные соображения; (если отвода, то снаружи)

• вопрос стоимости (с тонким проводом расположить на стержне первой, так как средняя длина витка обмотки будет наименьшей, и масса меди при данном числе витков будет наименьшей).

Стоимость 1 кг провода тем выше , чем меньше его диаметр. Длина каркаса (гилозы) на 1мм короче h (высота окна).

Расстояние от обмотки до ярма не менее 2-4 мм для маломощных трансформаторов при напряжении до 1000В (из условий электрической прочности).

Размер каждой обмотки по высоте окна

где – расстояние от обмотки до ярма.

При размещении обмотки на каркасе толщина щечки каркаса 1,5 … 3,5 (соответствует условиям эл. прочности).

Число витков первичной обмотки в одном слое

где – коэффициент укладки первичной обмотки. Округляется до ближайшего меньшего целого числа.

Число слоев первичной обмотки трансформатора броневого типа

Округляется до ближайшего большего целого числа.

Толщина первичной обмотки

м

где – толщина изоляционный прокладки между двумя слоями первичной обмотки.

Слоевая изоляция применяется при напряжении между слоями 50В для исключения возможности изоляции провода.

Напряжение между двумя слоями первичной обмотки

где ЭДС, приходящаяся на 1 виток.

В качестве слоевой изоляции используется:

1. При проводе диаметром конденсаторная бумага толщиной 0,01мм;

2. Приот 0,1 до 0,5 мм – телефонная бумага толщиной 0,05мм;

3. При 0,5кабельная бумага толщиной 0,12 мм .

Число витков вторичной обмотки в одном слое

где коэффициент укладки для вторичной обмотки.

Число слоев вторичной обмотки трансформатора броневого типа

Округление числа витков и числа слоев вторичной обмотки до целых чисел производится также, как и для первичной обмотки.

Толщина вторичной обмотки

где толщина изоляционной прокладки между солями.

Если:

то укладываем изоляционную прокладку.

Таким же образом определяется толщина третьей (вторичной) обмотки.

Радиальный размер катушки (толщина катушки прямоугольной формы с учетом всей изоляции)

где толщина соответствующих обмоток;

межобмоточная изоляция (порядок индексов зависит от взаимного расположения обмоток). Обычно изготавливается от изоляционной бумаги в несколько слоев. Общая толщина изоляции равна 0,2 … 0,3мм . Может выполняться так же из лакоткани или эл.катона (например, марки ЭВТ) толщиной 0,2…0,4мм;

толщина изоляции поверх крайней обмотки. Обычно выполняется из изоляционной бумаги или эл. картона. Имеет толщину, как и межобмоточная изоляция;

толщина гильзы каркаса , как и толщина щечек (1.5…3,5 мм).

Далее определяют возможность укладки катушки в окне сердечника.

Находят величину – расстояние между катушкой и ярмом (боковой части).

Обычно

Наименьшее допускаемое значение 0,5 … 1мм.

Если катушка укладывается в окне сердечника, то тогда выбор сердечника следует считать законченным.

Обмотки наматывают на каркасе.

Катушка – провода на каркасе.

толщина гильзы каркаса.