реферат, рефераты скачать Информационно-образоательный портал
Рефераты, курсовые, дипломы, научные работы,
реферат, рефераты скачать
реферат, рефераты скачать
МЕНЮ|
реферат, рефераты скачать
поиск
Расчет силового трансформатора

Расчет силового трансформатора

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И

ПРОФЕЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ

РАДИОТЕХНИКИ ЭЛЕКТРОНИКИ И АВТОМАТИКИ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

Курсовой проект

по предмету:

“Электротехника”.

Тема:

“Расчет силового трансформатора ”

Студент: Чубаков А.С.

Группа: ВАИ-6-00

Преподаватель: Плотников С.Б.

МОСКВА 2002

ВВЕДЕНИЕ.

Трансформатор – устройство, предназначенное для изменения величины

переменного напряжения, - является практически обязательным структурным

элементом источника вторичного электропитания. При наличии первичного

источника, вырабатывающего переменное напряжение, трансформатор достаточно

часто включается в источник вторичного электропитания в качестве входного

элемента. В этом случае трансформатор называется силовым, и его

функциональное назначение заключается в преобразовании входной системы

переменного напряжения (однофазной или трехфазной) в одну или несколько

других систем переменных напряжений, используемых для питания

соответствующих потребителей постоянного и переменного тока. В системах

питания электронной аппаратуры применяют силовые трансформаторы малой

мощности ( не более 4 кВ-А для однофазных и 5 кВ-А для трехфазных систем

переменного тока). Они в большинстве случаев работают при низких

напряжениях на обмотках (до 1кВ), синусоидальной или близкой к

синусоидальной форме преобразуемого напряжения и частоте, равной 50 Гц

(частота промышленной сети).

Электронная аппаратура, как правило, требует наличия постоянного

напряжения питания одного или нескольких уровней. Поэтому в источниках

вторичного электропитания силовой трансформатор работает совместно с одним

или несколькими выпрямителями – устройствами, преобразующими системы

переменных напряжений в постоянные по полярности и пульсирующие по

величине (выпрямленные) напряжения. Выпрямители могут быть регулируемыми и

нерегулируемыми. Первые реализуются на базе управляемых полупроводниковых

вентилей – тиристоров, вторые – на базе неуправляемых вентилей – диодов.

Нерегулируемые выпрямители не обеспечивают стабилизацию выходных

напряжений. При колебаниях напряжения источника электропитания, а также при

изменении тока в любой из нагрузок, получающих питание от силового

трансформатора, величина напряжения, снимаемого с нерегулируемого

выпрямителя, изменяется.

Вместе с тем, нерегулируемы выпрямители широко применяются в системах

питания электронной аппаратуры в случаях, когда отсутствуют жесткие

требования со стороны соответствующих потребителей постоянного тока, или,

если такие требования есть, когда предусмотрено включение стабилизаторов

постоянного напряжения в цепи питания потребителей.

В данной курсовой работе представлен расчет однофазного

низковольтного силового трансформатора малой мощности как структурного

элемента источника вторичного электропитания, работающего в длительном

режиме. Трансформатор имеет ряд обмоток. Первичная обмотка с числом витков

w1 подключена к источнику электропитания, вырабатывающему переменное

синусоидальное напряжение U1 и частотой 400 Гц. С двух групп вторичных

обмоток с числами витков w2 и w3 снимаются переменные напряжения

соответственно U2 и U3 той же частоты. Вторичная обмотка с числом витков w2

через соответствующий нерегулируемый выпрямитель В и выпрямленное

напряжение U0, снабжает электроэнергией нагрузку H3, имеющую чисто активный

характер, требующую питание постоянным током. Однофазная вторичная обмотка

с числом витков w3 подключена непосредственно к нагрузке H3, получающей

питание переменным током, частота которого совпадает с частотой источника.

На рис. схемы протекают следующие токи: i1 – переменный ток, потребляемый

первичной обмоткой трансформатора; i2- переменный ток в фазе вторичной

обмотки с числом витков w2; i0 – постоянный по направлению и пульсирующий

по величине (выпрямленный) ток, питающий нагрузку H3; i3 – переменный ток,

протекающий во вторичной обмотке с числом витков w3 и нагрузке H3.

Возможное наличие реактивных элементов в цепи нагрузки H3 учитывается

коэффициентом мощности cos?3, равным отношению активной составляющей

мощности к полной мощности, потребляемой нагрузкой.

Начальные данные:

|Напряжение источника электропитания |U1 |24 B |

|Частота напряжения источника электропитания |f |400 Гц |

|Схема выпрямителя B в цепи питания |Однофазная |

| |мостовая |

|Напряжение на нагрузке H2 |U0 |12 В |

|Ток в нагрузке H2 |I0 |4,16 A |

|Характер нагрузок H2 |Активный |

|Напряжение на нагрузке H3 |U3 |36 В |

|Ток в нагрузке H3 |I3 |0,277 A |

|Коэффициент мощности нагрузки H3 |cos?3 |0,35 |

|Температура окружающей среды |t0 |30 0C |

|Макс. Температура нагрева трансформатора |tTmax |120 0C |

|Режим работы |длительный |

[pic]

1. РАСЧЕТ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РАСЧЕТ ТРАНСОРМАТОРА.

01. По соотношению величин напряжений и токов в трансформаторе и

выпрямителе рассчитаем среднее значение прямого тока через диод

IDnр,cp и наибольшее мгновенное значение обратного напряжения на диоде

UDo бр,u,n :

IDnр,cp=0,5I0=2,08 A

UDo бр,u,n =1,57U0=18,84 U

02. Для выпрямителя B выбирается диод типа КД202А

(Inр,cp max=3 A, Uo бр,u,n max=50 B)

Для выпрямителя определяем среднее значение прямого напряжения на

диоде UDnр,cp = 0,9 B

03. Среднее значение прямых напряжений на выпрямителе B равно

UBcp=2* UDnр,cp; UBcp==2*0,9=1,8 B

04. Действующее значение номинального напряжения на фазе обмотки

трансформатора, работающего на выпрямителе B:

U2=1,11(U0+UBср); U2=1,11(12+1,8)=15,3 B

и номинальный ток в нем:

I2=1,11I0; I2=1,11*4,16=4,6 A

05. Коэффициент трансформации, характеризующий взаимно-индуктивную связь

между первичной обмоткой и фазой вторичной обмотки, на выпрямителе B:

k1/2=U1/ U2; k1/2=24/15,3=1,57

06. Действующее значение номинального тока в первичной обмотке,

обусловленное передачей мощности от источника электропитания в цепи

нагрузки вторичной обмотки, на выпрямителе B:

I1/2=1,11I0/k1/2; I1/2=1,11*4,16/1,57=2,94 A

07. Действующее значение номинального тока в первичной обмотке

трансформатора:

I1= I1/2+( U3* I3)/ U1; I1=2,94+(36*0,277)/24=3,35 A

08. Расчетная мощность трансформатора

ST=0,5(U1I1+m2U2I2+ U3I3);

ST=0,5(24*3,35 +15,3 *4,6 +36*0,277)=80,4 B*A

09. Выбирается броневой ленточный магнитопровод из стали марки 3422,

?C=0,1 mm

10. Выбираем ориентировочные величины электромагнитных нагрузок:

амплитуды магнитной индукции в магнитопроводе трансформатора Bm=1,34

Тл и действующее значение плотности тока в обмотке j=4,4 A/mm2

11. Определяем значение коэффициента заполнения магнитопровода сталью

kc=0,88

12. Выбирается ориентировочное значение коэффициента заполнения окна

магнитопровода медью k0 =0,249

13. Конструктивный параметр, представляющий собой произведение площади

поперечного сечения магнитопровода SC и площади окна под обмотки S0

SCS0=( ST100)/(2,22*f*Bm*j*kc*k0);

SCS0=( 80,4 *100)/(2,22*400*1,36 *4,6*0,88*0,249)= 6,6 см4

14. Выбираем типоразмер магнитопровода – ШЛ12х16 (SCS0=6,9см4); a=12 mm;

b=16 mm; c=12 mm; h=30 mm; SC=1,92 см2; S0=3,6см2; lM=10,4 см; mc=135

г;

15. Выбираем ориентировочные значения падения напряжения на первичной

обмотке, выраженного в процентах от номинального значения U1, ?

U1%=3,5% и падений напряжения во вторичных обмотках, в % от

соответствующих номинальных значении U2 и U3 равные друг другу ?

U2,3%=4,4%

16. Число витков [pic];

[pic]=57

17. Число витков на выпрямителе B:

[pic];

[pic]=36

Число витков на вторичной обмотке подключенной непосредственно к

нагрузке H3 :

[pic]; [pic]=85

18. Площади поперечных сечений обмоточных проводов без изоляции для всех

обмоток трансформатора рассчитываются по формулам:

q1пр= I1/j; q1пр=3,35/4,6=0,7283 мм2

q2пр= I2/j; q2пр=4,6 /4,6= 1 мм2

q3пр= I3/j; q3пр=0,277/4,6=0,0602 мм2

19. Выбирается марка обмоточных проводов ПЭВТЛ-1 (tTmax до 1200)

20. Габариты провода:

d 1пр=0,96 мм; q1пр=0,7238 мм2 ;d1из= 1,02 мм;

d 2пр=1,16 мм; q2пр=1,057 мм2 ;d2из= 1,24 мм;

d 3пр=0,27 мм; q3пр=0,05726 мм2 ;d3из= 0,31 мм;

21. Действующие значения плотности тока во всех обмотках трансформатора:

j1=I1/ q1пр; j1=3,35/0,7238=4,63 A/мм2;

j2=I2/ q1пр; j1=4,6 /1,057 =4,35 A/мм2;

j3=I3/ q1пр; j1=0,277/0,05726 =4,84 A/мм2;

22. Удельные потери мощности в магнитопроводе трансформатора

PСуд= PСудH (Bm/ВmH )2; PСуд=15,4 Вт/кг

23. Pc=PСуд *mc*10-3; Pc=15,4*135*10-3=2,08 Вт

24. Потери мощности в обмотках

PM=?(0,9* j12*[pic]* q1пр+1,1(j22*m2*[pic]*q2пр+ j32* [pic]*q3пр))* lM

(1+?(tTmax-20))*10-2;

PM=0,0175(0,9* 4,63 2*57* 0,7238+1,1(4,35 2*0,135*36*1,057+ 4,84 2*

85*0,0602))* 10,4 (1+0,00411(120-20))*10-2=2,66 Вт

25. Суммарные потери мощности в трансформаторе

PT=PC+PM; PT=2,08+2,66=4,74 Вт

26. КПД трансформатора

[pic];

[pic]=92,8%

27. [pic]

[pic]=81,4%

2. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА.

01. Превышение температуры трансформатора над темпер. окружающей среды:

?tT=PTRT, где RT тепловое сопротивление трансформатора.

?tT=4,74*9,40=44,56 град/Вт

02. Установившаяся температура нагрева трансформатора:

tT=t0+?tT; tT=30+44,56=74,56 0C

Установившаяся температура нагрева трансформатора не превышает

максимально допустимого значения tTmax=1200C

3. КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА.

01. Выбирается бескаркасная намотка обмоток трансформатора (на гильзу.)

[pic]

02. Ширина внутреннего прямоугольного отверстия изолирующей гильзы:

?r =?+2?p, где ?p величина радиального зазора между гильзой и несущим

катушку стержнем магнитопровода.

?r =12+2*1=14 мм

03. Толщина гильзы в радиальном направлении выбирается ?r=1 мм

05. Габаритная высота гильзы Hr=h-2?0, где ?0=0,5 мм величина осевого

зазора между щечкой каркаса или торцевой поверхностью гильзы и ярмом

магнитопровода.

Hr=30-1=29 мм

06. Составляется план размещения обмоток в окне магнитопровода.

[pic]

07. В качестве электроизоляционного материала применяем пропиточную

бумагу ИЭП-63Б, ?мо=0,11 мм

08. Чисто слоев изоляционного материала:

nKвн = U1/(mk*175), для броневого трансформатора число стержней

магнитопровода mk=1

nKвн = 24/(1*175)=1

09. Толщина внутренней изоляции катушки

?Kвн = nKвн*?mo;

?Kвн = 1*0,11=0,11 мм

10. Высота слоя первичной обмотки

h1=Hr-2?h1, где ?h1=1,5 – толщина концевой изоляции первичной

обмотки.

h1=29-2*1,5=26 мм

11. Число витков в одном слое первичной обмотки

w1сл=ky*h1/d1из, где ky=0,9 – усредненное значение коэффициента

укладки

w1сл=0,9*26/1,02=22

12. Число слоев первичной обмотки в катушке

n1сл= w1/(mk*w1сл);

n1сл=57/(1*22)=3

13. Определяем максимальное действующие значение между соседними слоями

первичной обмоткой:

U1mc=2*U1*w1сл/w1;

U1mc=2*24*22/57=18,5 B

14. В качестве материала для выполнения межслоевой изоляции в первичной

обмотке выбирается кабельная бумага марки К-120; ?1мс=0,12 мм;

U1мс max=71 B

15. Число слоев межслоевой изоляции между соседними слоями первичной

обмотки:

n1мс =U1мс/ U1мс max;

n1мс =18,5 / 71=1

16. Толщина межслоевой изоляции между соседними слоями первичной обмотки:

?1мс= n1мс*?1мс;

?1мс=1*0,12 =0,12 мм

17. Толщина первичной обмотки в катушке с учетом межслоевой изоляции:

a1=kp[n1сл* d1из+( n1сл-1) ?1мс], где kp=1,15 – усредненное значение

разбухания;

a1=1,15 [3* 1,02+( 3-1) *0,12]= 3,79 мм

18. Напряжение, определяющее толщину межобмоточной изоляции между данной

обмоткой и предыдущей:

U2мо=max(U1/mk;m21*U21/mk)=24 В;

19. Число слоев межобмоточной изоляции, поверх которой наматывается

данная обмотка:

n2мо=2, т.е. межобмоточная изоляция выполняется в два слоя

20. Толщина межобмоточной изоляции, поверх которой наматывается данная

обмотка:

?2мо=n2мо*? мо;

?2мо=2*0,11=0,22 мм

21. Высота слоя обмотки, работающей на выпрямителе B:

h2=h1-2?h2,3 , где ?h2,3=0,25 мм - приращение толщины концевой

изоляции каждой из вторичной обмоток по отношению к концевой изоляции

предыдущей обмотки:

h2=26-2*0,25=25,5 мм

22. Для вторичной обмотки, работающей на выпрямитель, число витков одом

слое обмотки:

w2сл=ky*h2/d2из;

w2сл=0,9*25,5/1,24=18

23. Число слоев вторичных обмоток, работающих на выпрямитель, в катушке:

n2сл=m2*w2/(mk*w2сл);

n2сл=1*36/(1*18)=2

24. Максимальное действующее напряжение между соседними слоями:

U2мс=m2*U2/mk ;

U2мс=1*15,3/1=15,3 В

25. Для вторичной обмотки, работающей на выпрямитель, выбираем

электроизоляционный материал: кабельная бумага марки К-120;

?2мс=0,12 мм; U2мсmax=71B

26. Для вторичной обмотки, работающей на выпрямитель, число слоев

межслоевой изоляции между соседними слоями обмотки:

n2мс=U2м/U2мсmax;

n2мс =15,3/71=1

27. Для вторичной обмотки, работающей на выпрямитель, толщина межслоевой

изоляции соседними слоями обмотки:

?2мс=n2мс*?2мс;

?2мс=1*0,12=0,12 мм

28. Толщина каждой из вторичной обмотки, работающей на выпрямитель, в

катушке с учетом межслоевой изоляции:

a2=kp(n2сл*d2из+( n2сл -1) ?2мс)

a2=1,15(2*1,24 +(2-1) 0,12)= 2,99 мм

29. Для вторичной обмотки, подключенной непосредственно к нагрузке H3,

находится напряжение, определяющее толщину межобмоточной изоляции

между данной обмоткой и предыдущей:

U3мо1=max(m2z*U2z/mk;U3/mk);

U3мо1=36 В

30. Для вторичной обмотки, работающей непосредственно на нагрузку,

определяем число слоев межобмоточной изоляции, поверх которой

наматывается данная обмотка:

n3мо=2

31. Для вторичной обмотки, работающей на нагрузку, толщина межобмоточной

изоляции, поверх которой наматывается данная обмотка:

?3мо=n3мол*?мо;

?3мо=2*0,11=0,22 мм

32. Для каждой вторичной обмотки, работающей на нагрузку, определяется

высота слоя обмотки:

h3=h1-2(Z+?)?h2,3

h3=26-2(1+1)0,25=25 мм

33. Для каждой вторичной обмотки, работающей на нагрузку, число витков в

одном слое обмотки:

w3сл=ky*h3/d3из;

w3сл=0,9*25/0,31=72

34. Число слоев вторичной, работающей на нагрузку, в катушке

n3сл= w3/(mk*w3сл);

n3сл= 85/(1*72)=2

35. Для каждой из вторичной обмотки, работающей на нагрузку, определяется

максимальное действующее напряжение между соседними слоями:

U3мс=U3/mk;

U3мс=36/1=36 В

36. Для вторичной обмотки, работающей на нагрузку, выбираем

электроизоляционный материал: телефонная бумага КТ-50, его толщина

?3мс=0,05 мм; U3мсmax=57 B

37. Для вторичной обмотки, работающей на выпрямитель, число слоев

межслоевой изоляции между соседними слоями обмотки:

n3мс=U3мс/U3мсmax;

n3мс =36/57=1

38. Для вторичной обмотки, работающей на нагрузку, толщина межобмоточной

изоляции, поверх которой наматывается данная обмотка:

?3мс=n3мс*?3мс;

?3мс=1*0,05=0,05 мм

39. Толщина каждой из вторичной обмотки, работающей на выпрямитель, в

катушке с учетом межслоевой изоляции:

a3=kp(n3сл*d3из+( n3сл -1) ?3мс)

a3=1,15(2*0,31+(2-1) 0,05)= 0,77 мм

40. Число слоев изоляционного материала наружной изоляции катушки:

nKнар=2

41. Толщина наружной изоляции катушки:

?Kар= nKнар*?мо;

?Kар= 2*0,11=0,22 мм

42. Толщина катушки в радиальном направлении с учетом изоляции на гильзе,

межобмоточной изоляций и наружной изоляции катушки:

ak=?Kвн+a1+?2мо+a2+?3мо+a3+?Kнар

ak=0,11+3,79+0,22+2,99+0,22+0,77+0,22=8,32 мм

43. Ширина свободного промежутка в окне магнитопровода: зазор между

наружной боковой поверхностью катушки и боковым стержнем

магнитопровода:

?=c-( ?p+?r+ak);

?=12-(1+1+8,32)= 1,68 мм

Вывод: обмотка трансформатора нормально укладываются в окне

магнитопровода, следовательно расчет трансформатора можно считать

завершенным.

5. ЛИТЕРАТУРА:

1. Курс лекций по электротехники Плотникова С.Б.

2. Петропольская Н.В., Ковалев С.Н., Цыпкин В.Н., Однофазные силовые

трансформаторы в системах электропитания электронной аппаратуры.

МИРЭА, Москва 1996 г.

3. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. М., Высшая школа,

1978 г.



© 2003-2013
Рефераты бесплатно, рефераты литература, курсовые работы, реферат, доклады, рефераты медицина, рефераты на тему, сочинения, реферат бесплатно, рефераты авиация, курсовые, рефераты биология, большая бибилиотека рефератов, дипломы, научные работы, рефераты право, рефераты, рефераты скачать, рефераты психология, рефераты математика, рефераты кулинария, рефераты логистика, рефераты анатомия, рефераты маркетинг, рефераты релиния, рефераты социология, рефераты менеджемент.