Главная » Книги и журналы

1 ... 27 28 29 30 31 32

if, и',!

-, V

ИЛИ вразброс. Некоторые виды обмоток с каркасами показаны на рис. 11-4, в

Для намотки применяются медные провода круглого сечения. Если сечение одного провода оказывается недостаточным, практикуют соединение нескольких проводов параллельно друг другу.


Рис. 11-4. Схемы соединения обмоток трансформаторов и дросселей (а), расположение и типы обмоток (б -г).

/-5 секции первичных и вторичных обмоток трансформатора

Обычно используются провода с изоляцией марки ПЭ (провод эмалированный), ПЭЛУ (провод эмалированный с утолщенной лакостойкой изоляцией), ПЭЛ (провод эмалированный лакостой-кий) и др.

Все вопросы технологии производства трансформаторов и дросселей, особенности обмоточных проводов и изоляционных материалов изучаются специально в соответствующих курсах.

§ 11-4. РАСЧЕТ МАЛОМОЩНЫХ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Расчет маломощных силовых трансформаторов сводится к определению основных данных магнитопровода и обмоток, вычислению потерь в них, и связанного с этим перегревом относительно окру-

A/9C



жающеи среды, а также уточняютсй .снилорые вспомогательные расчетные величины. Существенной особенностью расчета по сравнению с расчетом трансформаторов большой мощности является возможность упрощения формул и ограничение числа определяемых величин. Допущения, используемые при расчете, оговариваются в процессе расчета.

Исходной величиной для расчета маломощного силового трансформатора является его мощность

а

Р

(11-4)

где Ui п If - напряжения и токи в каждой вторичной обмотке трансформатора, определяемые при электрическом расчете.

Выбор максимальной индукции 5т в магнитопроводах маломощных силовых трансформаторов зависит в основном от материала магнитопровода, толщины листа, из которого набран магнитопровод, частоты рабочего тока, условий охлаждения трансформатора и допустимых температур окружающей среды и трансформатора. Так как все эти факторы связаны с мощностью трансформатора Рхр то выбор величины Bf тоже зависит от Ртр. Аналитическое выражение этой зависимости весьма сложная и поэтому обычно пользуются экспериментально проверенными графиками допустимых значений при разной мощности трансформатора Ртр. Некоторые типовые зависимости Вт от Ртр приведены на рис. 11-5.

На рис. 11-5, а показаны зависимости Вт от Р^р броневого трансформатора (пунктирной линией) для электротехнической стали Э320 толщиной 0,35 мм. Из этой кривой следует, что по мере увеличения мощности трансформатора можно повышать максимальную индукцию В,п в среднем стержне магнитопровода. Согласно этим данным можно выбирать величину Вт в следующих пределах:

ъ

50 11

50 11-

150 13

150 13

300 14

300 14

500 14,5

Практически, учитывая недостаточно хорошие условия охлаждения, не высококачественную сборку магнитопровода и другие подобные факторы, рекомендуемые значения 5 снижают на 10- 20%. Допустимые значения Вт можно уменьшить также при пониженных допустимых температурах перегрева трансформатора.

Рекомендуемые значения Вт (рис. 11-5, а) относятся к максимальной температуре окружающей среды = +70° С и допустимом нагреве трансформатора = +120° С, Можно считать, что допустимое значение Вщ надо снижать, приблизительн-о на 5% на каждые 10° уменьшающейся допустимой температуры t. Например, при Рхр = 50 ва и /i = 100° С надо брать не 5 = И с а Вт - - 10 кгс.



ч

h I -

: I -

3.


- IhH


Возможность увеличить допустимую индукцию Вт с увеличением мощности Ртр объясняется тем, что в трансформаторах большей мощности можно создать лучшие условия охлаждения.

Показанные на рис. П-5, а зависимости уменьшения величины Вт С ростом мощности Р^р объясняются повышением мощности потерь, ухудшением соотношений мощностей нагрева и охлаждения. Зависимость допустимой индукции от величины Р^р при различных допустимых температурах нагрева трансформатора приведены на рис. 11-5. б.

fcec




\500ги.

Р

Ш 8а

О

?00 300 во



300да

Рис- 11-5- Зависимости допустимой индукции в магнитопроводах от

мощности трансформаторов.

На рис. П-5, (9 приведены такие зависимости В,п от Р^р, как и на рис. 11-5, б, но для другого материала магнитопровода.

Для получения наименьшего веса и габаритов трансформатора величина индукции Вт не существенна, значительно сильнее сказывается выбор плотности тока в обмотках. Для каждого типа трансформатора (броневого, стержневого и тороидального) при вполне определенной рабочей частоте тока существует критическая мощность Ртр. крт при которой можно выбрать максимальную величину В,п. Как видно из рис. 11-5, г, при мощности Рхр меньше Ртр. кр допустимая индукция Вт растет с увеличением Ртр пахтает. Что касаегся величин критической мощности Ртр. кр

а затем для




разных рабочих частот то, как видно чь рис. 11-5, г, чем выи.1с частота, тем меньше абсолютное значение Ртр. кр. Например, для броневого трансформатора при частоте 50 гц Ртр. кр = 170-250 ш, а при частоте 400 гц Ртр. кр - 80-135 ва.

Зависимость допустимой индукции от ряда показателей режима работы трансформатора и величину плотности тока в обмотках принято характер14зовать следующими отношениями:

Q / Q



/ YctPctMI/ р 1 - Птр

Птр

Д/-78,5 / -п-, omii/-- . (1Ь5)


где v и Уст - удельный вес меди обмоток и стали магнитопровода, e/cjnP; - коэффициент заполнения пакета сталью; - коэффициент запаанения окна магнитопровода медью обмоток; а - температурный коэффициент сопротивления обмоточного провода; д = К ih - ti)y вт/см - количество тепла, рассеиваемое с единицы поверхности о.хлаждения трансформатора; К - коэффициент теплоотдачи, зависящий от температур и определяемый приблизительно в следующих пределах: К = Ю - 15 при /+100С и = 10- 100°С; К = 7,5- 11,5 при = + +40° С и ti = 10- 100° С; р^т - удельные потери в стали магнитопровода при заданной частоте и индукции Вт = Ю кгс.

Выбор допустимей плотноститока в обмотках трансформатора, как это следует из уравнения (11-5), зависит от мощности трансформатора и допустимых температур перегрева. Практически при расчетах можно пользоваться графиками

рис. 11-6, а - б.

Падение напряжения на обмотках при нагрузке

трансформатора Af/ можно приближенно принять равным менее 5%, Более точно можно определить по графикам рис. 11-6, е. Учет величины падения напряжения на обмотках трансформатора необходим для того, чтобы определить более точно числа витков каждой обмотки. При этом э. д. с. первичной обмотки трансформатора надо рассчитывать по величине

а э. д. с. вторичных обмоток:

где f/c - напряжение питающей сети; U\ - напряжение на вторичной обмотке трансформатора при номинальной нагрузке, опре-




I /ч - .

I T

i\- -

деляемое при электрическом расчете схемы выпрямителя; At/ падение напряжения,

Показанные на рис. П-6, в графики зависимости AU от мощности трансформатора определяются по разным шкалам: по левой шкале для броневого трансформатора при частоте рабочего тока 50 гц] по правой шкале для тороидального трансформатора при частоте рабочего тока ЪО гц и броневого трансформатора при частоте 400 гц,

Определение числа витков обмоток водится на основании исходного расчетного соотношения:

е = 4,44/сФт^ = 4,44/,шВд,5е,10- в.

(11-7)

или

где е - э. д. с, индуктируемая в рассчитываемой обмотке, т.е. f/j, t/j, Вщ - максимальная магнитная индукция в магнито-


Ртр

ТОО 200 300 Ш 600 да

200 6а


100 200 300 т 500 да

Рис 11-6. Расчетные графики для определения допустимой плотности тока

в обмотках и падения напряжения на них.

проводе, гс (если Вщ исчисляется в вб/м^, то множите 1ь 10* падает); Sc - активное сечение стержня магнитопровода, см - число витков обмотки.

Часто при расчете витков обмотки исходят также из величины э, д. с. на один виток - е^. Тогда числа витков каждой обмотки определяются в виде:

и

в

в

Определение тока первичной обмотки трансформатора осуществляется на основании известного значения рабочего тока первичной обмотки и учета тока холостого хода трансформатора. При этом действующее значение (рабочего тока первичной обмотки можно определить в виде:

п

1 = 2

(11-8)



где /-2; - действующее значение тока в ,i г- ъ-и^г^ной обмотке трансформатора; и U.2. - действующие (расчетные) значения напряжений на каждой обмотке; 1,05 - коэффициент, учитывающий падение напряжения на обмотке при нагрузке [если напряжения определены с учетом соотношений (11-6), то коэффициент 1,05 отпадает].

Учет тока холостого хода трансформатора может быть выполнен приближенно в виде:

/д1 = /СЛ> (1Ь9)

где /Сф-коэффициент, учитьшающий ток холостого хода трансформатора и коэффициент мощности выпрямительной установки.

Величина коэффициента приблизительно определяется в зависимости от мощности трансформатора в следующих пределах:

Р^р, ш...............до 100 100-1000 1000-5000

9.................

1,12 1,1 1,05

Более точный расчет действующего значения тока первичной обмотки трансформатора может быть выполнен по формуле:

I.iVll + if + fc.Y. (11-10)

где 1х - действующее значение рабочего тока, определяемого соотношением (11-8); /т - ток первичной обмотки, обусловленный потерями в магнитопроводе; /д - ток намагничивания, определяемый в виде:

и=У11.Пг==У() -i-VJ . (11-И)

где Н - напряженность магнитного поля при выбранной индукции В ту выражаемая обычно как удельные ампер-витки намагничивания; /ср - средняя длина магнитной силовой линии, определяемая по эскизу магнитопровода, см; Ост - вес магнитопровода, кг; Рст - удельные потери в магнитопроводе, вт1кг\ i£.\ - число витков первичной обмотки; - напряжение на первичной обмотке трансформатора.

Потери в обмотках трансформатора определяются в виде:

Ям= 1; ти (1М2)

где li - действующее значение тока каждой обмотки; Ri - активное сопротивление каждой обмотки.

Активное сопротивление каждой обмотки трансформатора при ее нагреве можно определить в виде:

Ri = 20 (1 + АО = 0 (1 + 0,04АО l,wi 10 5 ож, (1 М 3) где /?2о - сопротивление обмотки при температуре +20° С;

разность температур нагретой обмотки и +20° С; а = 0,04 - тем-



пературный коэффициент сопротивления медного провода; Rq - сопротивление провода обмотки данного сечения длиной в один километр (по справочнику); /ер - средняя длина одного витка обмотки; w - число витков данной обмотки.

Активное сопротивление обмоток одной фазы выпрямления, приведенное ко вторичной (повышающей) обмотке, равно:

где

или Rii = Ri\-j ;

I w.

и T, д.

(11-14)

и так далее для каждой вторичной обмотки с соответствующими числами витков w.

14.-

Вторичные


Вторичная Рердичиоя



Пербиииые

Рис. 11-7. Схематическое устройство обмоток трансформатора: а - цилиндри

ческой, 6 - секционной, в - тороидальной.



Индуктивное сопротивление короткого замыкания одной фазы трансформатора, приведенное ко вторичной обмотке, будет:

а) для цилиндрической обмотки (рис. 11-7, а)

обм

6 10- 0М\

(11-15)

обм

высота обмотки, см\ 6 = (6i + 62) + 6

мотки, см\ I

к + 1

средняя длина витка, см\

толщина об-

б) для дисковой обмотки (рис. 11-7, б) X

3,5/,г£.?-610 ом,

где 6;

1 б

(61 + 62)+ 6- расчетная толщина обмотки, см.



Весовые соотношения меди обмоток и стали магнитопровода могут быть практически определены уже после того, как выбран магнитопровод н рассчитаны обмотки трансформатора. Вес магнитопровода равен: для П-образного (О-образного) магнитопровода

Ост = SScrYcr (h + У+ 2ai) 10 кг; \ для однофазного Ш-образного магнитопровода

GcT = 2ScTYcT(ft + f/ + ii) 10 кг; для трехфазного Ш-образного магнитопровода

(11-16)

= SctYct (4f/+ 3/г + Gi) 10 /сг,

где YcT = 7,8 г/см - удельный вес электротехнической стали; у, h - размеры магнитопровода. Вес меди обмоток трансформатора

G,-SApYm10-=* кг, (1М7)

где S - сечение проводов всех обмоток; /ср - средняя длина одного витка одной из обмоток; y - 8,9 г/см - удельный вес меди.

Общий вес меди обмоток подсчитывается более точно, если опре-.делить вес каждой обмотки в отдельности н затем суммировать эти веса. Для точного определения веса обмоток, т. е. с учетом веса изоляции, можно воспользоваться соответствующими справочными данными, а для ориентировочного подсчета веса можно считать, что вес изоляции составляет 5-10% веса меди, в зависимости от марки и сечения провода.

Одним из критериев оценки трансформатора считается равенство потерь в обмотках и магнитопроводе, а следовательно, этот критерий относится и к соотношениям весов меди и стали трансформатора.

Этот критерий оценки предусматривает оценку трансформатора не только из конструктивных соображений, но р1з соображений наибатьшего коэффициента полезного действия трансформатора. Однако можно показать, что весовые соотношения в трансформаторе зависят и от соотношения таких размеров магнитопровода, как ui и у, а также и от допустимой температуры перегрева трансформатора ЛЛ Характер этих зависимостей показан на рис. 11-8, рис. 11-8, а и б.

Коэффициент полезного действия трансформатора может быть определен в виде:

ПОТ

где Р - активная мощность в нагрузке трансформатора; 2Р суммарные потери в трансформаторе.




Потери в меди обмоток трансформатора, как указывалось выше, определяются соотношением (П-12). Потери же в магнР1Топроводе можно считать равными:

сй 10

(И-19)

где К

коэффициент, учитывающий увеличение по-

терь в магнитопроводе при натичин стяжных шпилек или болтов для сборки пакета магнитопровода; Р^, - удельные потери в стали магнитопровода при индукции Вт = Ю кгс; В,п - выбранное значение максимальной магнитной индукции; Ост - вес магнитопровода.

Поскадьку велР1Чину Вт рекомендовалось выше выбирать в.зависимости от М0ЩН0СТР1 трансформатора, то, разумеется, что к. п. д.

98 96 9 92

Grfi

т

125 100

Отр' Ojp

88 84

0J5 1,0 125 15

10 20 30 iiO 50 SO X

100 200 300 бо

Рйс. 11-8. Зависимость веса трансформатора от конфигурации магнитопровода (а) и от допустимого перегрева (б); зависимость к. п. д. от мощности трансформатора (в).

трансформатора также будет как-то обусловлен величиной Р Характер зависимости rip от Р^р показан на графике рис. 11-8, в. Проверка расчета на размещение обмоток трансформатора в выбранном типе магнитопровода может быть выполнена в простейшем виде при соблюдении неравенства:

(11-20)

где Syf - wq- сечение проводов всех обмоток, см\ w - число витков каждой обмотки; q - сечение провода каждой обмотки; А„ 0,25-0,45 - коэффициент плотности намоток, зависящий от марки провода (изоляции), толщины межслоевой и межобмоточной изоляции, а также от качества выполнения намотки (натяжения провода, точности укладкн проводов и т. п.).

Бадее точную проверку на размещение обмотки, чем обусловленную неравенством (11-20), можно сделать, подсчитав число витков каждого ряда, число рядов и учитывая при этом толщину изапяции между рядами.

Проверка расчета на нагрев трансформатора малой мощности осуществляется путем проверки неравенства:

Р

М

ох л

(11-21)



где

Р

- тепловые потери в обмотках три... , Лохл-поверхность охлаждения обмоток трансформатора; доп = 650 вт/м^ - допустимое удельное выделение тепла при воздушном охлаждении трансформатора.

Поверхность охлаждения обмоток трансформатора определяется их боковыми поверхностями. В зависимости от типа магнитопровода поверхность охлаждения обмоток может быть определена: для П-образного магнитопровода

ох л

4/гобм(й1 + аа + 3,14бк) 10~* л^;

для однофазного Ш-образного магнитопровода

хл = 2/гобм(й1 + а2 + 3,146к)10

для трехфазного Ш-образного магнитопровода

= 6/Zo6 (1 + 2 + 3,14бк) 10~ м^;

для тороидального магнитопровода

ох л

3,14Z>,p( -f

10- м\

диаметр магнитопровода с намоткой; Н

(11-22)

трансформатора; Лом - высота обмотки; остальные величины обозначены так же, как и ранее.

Если в ходе проверки выясняется, что Qq превышает допустимое значение, т.е. не сохраняется неравенство (11-21), необходимо уменьшить плотность тока в обмотках, выбирая большее сечение проводов. При нормальных значениях плотности тока в обмотках и соблюдении неравенства (11-21) перегрев трансформатора не превышает -[-65° С (прикосновение рукой к обмоткам не вызывает болевого ощущения). Перегрев магнитопровода не превышает допустимого, если индукция в нем не превышает рекомендованных выше значений. Поэтому расчет магнитопровода на нагрев практически не производится,

§ 11-5. РАЦИОНАЛИЗИРОВАННЫЙ МЕТОД РАСЧЕТА

МАЛОМОЩНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Одним из существенно рационализированных методов расчета является метод, в котором исходной величиной для выбора типа магнитопровода принята величина

тр (1 + Цтр) 10*

4,44fc5A/ftMMTp

(11-23)

где So - площадь окна магнитопровода, в котором размацается обмотка; Set - активное сечение стержня магнитопровода; все остальные величины обозначены по-прежнему.

Описываемый рационализированный метод расчета одинаково пригоден для расчета броневых, стержневых и тороидальных трансформаторов. Ниже приводится порядок расчета.



1 ... 27 28 29 30 31 32
Яндекс.Метрика