Главная страница
Строительная теплофизика
Строительство в США
Тепловой режим здания
Геохронология Земли
Антикоррозионная зашита конструкций
Архитектура
Строительство подземных сооружений
Дымовые трубы
Черчение для строителей
Обмоточные провода
Проектирование радиопередатчиков
Радиоприемное устройство
Резисторы
Резисторы - классификация
Транзисторы
Электропитание
Электрические аппараты
Металлические корпуса
Операционные усилители
Устройства записи
Источники вторичного электропитания
|
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 .ж 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-
ТОО 200 300 Ш 600 да 200 6а 2Х 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, 6к 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
т 125 100
9е 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 |
|