Расчет трансформатора малой мощности

ПСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ФАКУЛЬТЕТ ИНФОРМАТИКИ

Кафедра ТОЭ

Курсовая работа

РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА МАЛОЙ МОЩНОСТИ

Вариант № 7

Работу выполнил

Студент группы: 0083-01

Романов М.Н.

Работу принял

Елисеев Л.П.

ПСКОВ 2012г.

Исходные данные:

PH = 150 Вт

U1 = 220 В

U2 = 120 В

f = 50Гц

1. Определение размера сердечника

1.1 Практика расчета трансформаторов установила, что в зависимости от мощности трансформатора, сорта стали и частоты f при предварительном выборе индукции Вм можно руководствоваться данными таблицы 1

Таблица 1 предварительного выбора индукции Вм

Вм=1,1 Тл

1.2 Предварительный выбор плотности тока

Плотность тока определяет потери в обмотках, вызывающих наряду с потерями в стали, общий перегрев трансформатора.

Исходя из ответа проектирования трансформаторов, величины плотности токов, при которых температура обмоток не превосходит критических значений, выбираются по данным таблицы 2 в зависимости от мощности трансформатора.

Таблица 2 предварительного выбора плотности тока

=3 А/мм2

1.3 Коэффициент заполнения окна выбирается в зависимости от мощности Рн согласно данным таблицы 3

Таблица 3 по выбору коэффициента заполнения

Км=0,3

1.4 Выбор типа сердечника броневого или стержневого определяется шифром студента

При четной сумме последних двух цифр шифра выбирается броневой тип, при нечетной стержневой. В последнем случае, если и сумма трех последних цифр шифра тоже четная, то выбирается ленточный стержневой сердечник.(Сумма шифра последних двух цифр у меня четная). Для частоты f=50 Гц выбираются марки стали Э42 и Э310.

Для определения размера сердечника используем следующую формулу

S0Scm = S0Scm =(150*50)/(1,1*50*3*0,3)=151,51см4

f — частота тока, Вм — максимальное значение индукции, Кст — коэффициент, учитывающий изоляцию пластин и неплотность сборки, — плотность тока в обмотке, So — площадь окна, Км — коэффициент заполнения окна. Для Кст — обычно принимают значение Кст = 0,9; Scm — площадь поперечного сечения сердечника.

где: Вм=1,1 (Тл) — согласно таблицы1; =2,5(А/мм2) — согласно таблицы2; Км=0,3 — согласно таблицы3

При выборе типа сердечника руководствоваться данными таблицы 4. Эскиз сердечника по данным таблиц представлен на рис. 1

Таблица 4 броневых сердечников из стали Э44

Выбираем сердечник Ш 25?40 с параметрами:

a = 25мм b = 40мм c = 25мм h = 62,5мм lcm = 21,3см

S0 = м2 Scm = м2

Эскиз броневого типа сердечника.

Рис.1

2. Определение числа витков обмоток

Число витков обмоток определяется с учетом падения напряжений в обмотках, руководствуясь зависимостями:

согласно таблицы 5

В

В

шт.

шт.

Здесь — Ua активная составляющая относительного напряжения короткого замыкания. Величина Ua зависит от номинальной мощности и частоты f. Предварительно величина выбирается по данным таблицы 5.

Таблица 5 по предварительному выбору величины Ua

3. Определение сечения проводов

обмотка ток замыкание напряжение

Сечение проводов определяется по номинальным значениям токов обмоток и принятой плотности тока.

мм2

мм2

Номинальные токи обмоток вычисляются из зависимостей:

А

А

Диаметр проводов выбирается по таблице 6 сортамента обмоточных проводов. После выбора сечения проводов из сортамента таблицы 6 рассчитывается фактическая плотность тока

A/мм2

A/мм2

Таблица 6 сортамента проводов

Согласно таблицы 6 диаметр проводов:

Для первичной обмотки d1:=0,53мм. без изоляции.

Для вторичной обмотки d2:=0,72 мм. без изоляции.

4. Размещение обмоток

Проверка размещения обмоток производится в следующей последовательности:

а) определяется число витков в слое Wс согласно зависимостям:

шт.

шт.

где h — высота окна согласно таблице 4; мм, выбираем =2 ; = 1,1 ~ 1,2 коэффициент, учитывающий не плотность намотки, выбираем =1,15 ; — диаметр провода с изоляцией, изоляция выбирается из таблицы 7 и соответственно диаметр проводов с изоляцией для первичной и вторичной обмоток равны:

мм.

мм.

Таблица 7

б) определяется толщина каждой обмотки.

мм.

мм.

Здесь W1 и W2- число витков обмоток, dnp — толщина прокладок между слоями. Для маломощных трансформаторов dnp = 0,08 — 0,12 мм., примем dnp=0,1 мм

в) определяется полная толщина обмотки Д.

Для Ш-образных сердечников она находится из зависимости:

мм.

где: толщина стенок каркаса (гильзы) , мм ,примем =4 мм; — толщина между обмоточной изоляции, мм примем мм.

Примечание: Для однофазных трансформаторов должно соблюдаться неравенство Д < С.

У правильно рассчитанных трансформаторов размер C не должен превышать Д больше чем на 5 мм.

Проверка: С — Д= 25-21,537 = 3,463 мм.

5. Расчет потерь в обмотках и температуры перегрева

Потери в обмотках Рм определяются из равенства

Рм

Рм РмВт.

где 1 и 2 — фактические значения плотности тока в обмотках, в соответствии с выбранными сечениями проводов; — удельное сопротивление меди =0,0196 Ом/мм2 *м ,Lср1 иLcp2 средние длины витков первичной и вторичной обмоток. Не внося существенной погрешности можно вместо Lср1и Lcp2 принять для обмоток одинаковую среднюю длину Lср, вычисляемую из зависимостей:

для броневых сердечников

м.

где а, в и с определяются по таблицам типоразмеров сердечников 4.

Удельное сопротивление определяется при следующих значениях перегрева:

а) для эмалевой изоляции — 70-80°С;

б) для хлопчатобумажной — 50-60° С;

в) для частоты 400 Гц — 30-40° С;

В трансформаторах малой мощности можно считать, что взаимная передача тепла между сердечником и обмотками отсутствует, и температура перегрева обмоток определяется только потерями в них. У правильно рассчитанных трансформаторов температура перегрева обмоток должна составить:

а) для обмоток из провода с эмалевой изоляцией при f= 50Гц — 70-80°С;

б) для проводов с хлопчатобумажной изоляцией при f= 50Гц — 50-60°С;

в) для обмоток при 400 Гц — 30-40° С;

При расчете исходят из того, что в установившемся режиме рассеиваемая в обмотке энергия полностью отводится в окружающую среду.

Отвод тепла осуществляется наружными поверхностями обмоток, называемыми поверхностями охлаждения. Коэффициентом теплоотдачи называется, количество тепла или пропорциональные ему значения мощности, отдаваемое 1см2 охлаждающей поверхности, когда ее температура превышает температуру окружающей среды на 1°С.

У маломощных трансформаторов, согласно сказанному ранее, можно считать, что температура перегрева Tм равна:

С0

где Рм — потери в обмотках, Sм — поверхность охлаждения обмоток для Ш-образных сердечников

см2

Значение коэффициента теплоотдачи ам зависит от ряда факторов (температуры перегрева, мощности и т.д.)

В первом приближении, однако, можно считать значение постоянным и равным ам = 1,2 * 10-3 Вт/см2 *С°.

6. Потери в сердечниках определяются по величине удельных потерь, согласно таблице 8

Таблица 8 удельных потерь в стали.

Величина потерь Рст определяется из равенства

Вт

где gcm -вес стали, gcm=1,5 кг

7. Определение к.п.д. трансформатора

К.п.д. трансформатора определяется соотношением:

0,87%

8. Определение относительного тока холостого хода (х.х.)

Относительное значение тока х.х. равно

где Н — действующее значение напряженности магнитного поля в А/см, Lcm ~ см; Scm — м2.

Зависимость напряжения Н от индукции Вм для разных сортов стали приведена в таблице 9.

Таблица 9 по определению напряженности поля Н.

Выбираем Н=1,7 А/см

В зависимости от мощности трансформатора и частоты f относительный ток холостого хода не должен превосходить следующих значений (для указанных сортов стали).

Таблица 10 предельных значений относительного тока холостого хода

Относительное значение тока х.х. расчетного не превышает 0,15

9. При определении относительного напряжения короткого замыкания Uk считать

На частоте f= 50Гц ДUa = ДUк.з.

Выводы

При расчёте трансформатора с PH = 50 Вт U1 = 220 Вт U2 = 120 Вт f = 50 Гц

Выбрали:

1). Броневой сердечник Ш25?40

2). С количеством витков первичной обмотки W1=960 шт.

3). С количеством витков вторичной обмотки W2=578 шт.

4). Сечение провода первичной обмотки 0,220 мм2

5). Сечение провода вторичной обмотки 0,407 мм2