 |
Выбор конструкции магнитопровода
|
|
|
|
Для трансформаторов с максимальным напряжением до 1000 В при частотах 50 Гц и 400 Гц можно использовать следующие рекомендации.
При суммарной (полной) мощности Σ S вторичных обмоток до 30 ВА и расчете на минимум стоимости целесообразно использовать трансформатор с броневыми пластинчатыми сердечниками, так как они более технологичны в изготовлении и проще по конструкции.
При Σ S от 30 до 100 ВА рекомендуют как броневые пластинчатые, так и броневые ленточные сердечники.
Для трансформаторов с Σ S > 100 ВА применяют и броневые, и стержневые сердечники. Более выгодными являются стержневые с двумя катушками и ленточными разъемными сердечниками, поскольку они имеют большую поверхность охлаждения по сравнению с броневыми и меньшую среднюю длину витка. Окончательное решение о выборе конструкции магнитопровода в данном случае зависит от условия расчета – минимума стоимости или массы. При минимуме стоимости целесообразно выбрать броневой пластинчатый, а при минимуме массы – броневой или лучше стержневой ленточный.
3.3. Предварительное значение индукции
Выбор амплитудного значения магнитной индукции в стержне B ¢c зависит от материала, толщины листа, частоты питающего напряжения, суммарной мощности (не более двух) вторичных обмоток. Значение B ¢c в стали маломощного трансформатора ограничивается допускаемым значением тока намагничивания.
При проектировании трансформатора на минимум массы следует помнить, что увеличение индукции несущественно уменьшает массу трансформатора, значительно сильнее сказывается на уменьшении массы повышение плотности тока в обмотках.
Предварительное амплитудное значение магнитной индукции B ¢c в стержне МТ выбирают по табл.3.2.
|
|
|
Таблица 3.2
Амплитудное значение магнитной индукции
| Тип магнитопровода | Материал магнитопровода и его толщина, мм | Частота, Гц | Амплитудное значение индукции B ¢c, Тл, в зависимости от суммарной мощности Σ S вторичных обмоток | ||
| 15 ÷ 50 | 50 ÷ 150 | 150 ÷ 300 | |||
| Броневой Пластинчатый | 1512 (Э42) 0,35 | 1,30 | 1,30 ÷ 1,35 | 1,35 | |
| 1521 (Э44) 0,2 | 1,20 | 1,20 ÷ 1,15 | 1,15 ÷ 1,00 | ||
| Броневой или стержневой Ленточный | 3412 (Э320) 0,35 | 1,65 | 1,60 ÷ 1,55 | 1,55 ÷ 1,50 | |
| 3404 (Э340) 0,2 | 1,40 | 1,40 ÷ 1,30 | 1,30 ÷ 1,25 |
Примечание. Предварительное значение индукции в сердечнике может быть уменьшено по результатам расчетов
Предварительное значение плотности тока в обмотках МТ
Допускаемая величина плотности тока в проводах обмоток трансформатора в значительной мере определяет его массу и стоимость. Чем выше плотностьтока в обмотках, тем меньше масса их материала и соответственно стоимость трансформатора. С другой стороны с увеличением плотности тока возрастают потери в обмотках и нагрев трансформатора.
Чем меньше номинальная мощность трансформатора, тем лучше условия охлаждения его, а следовательно, и выше допускаемая плотность тока в обмотках.
В МТ мощностью до 100 ВА допускаемая плотность тока в проводах медных обмоток может составлять j = 4,5÷3,5 А/мм2; при мощности выше 100 ВА j = 3,5÷2,5 А/мм2. Плотность тока j в обмотках из алюминиевого провода при прочих равных условиях принимают в 1,4÷1,6 раз меньше значений j для медных обмоток.
Выбранное значение плотности тока в проводах обмоток принимают за среднее значение j ср.
При расположении обмоток в порядке 1 – 2 – 3 плотность токов во вторичных обмотках j 2и j 3выбирают меньше, чем в первичной j 1 на 30% для трансформаторов с броневыми магнитопроводами и на 15% - со стержневыми магнитопроводами. В этом случае принимают: для броневых трансформаторов j 1 = 1,15 j ср; j 2= 0,85 j ср; для стержневых трансформаторов j 1 = 1,08 j ср; j 2 = j 3 = 0,92 j ср.
|
|
|
В случае расположения обмоток в порядке 2 – 1 – 3, следует принять: j 1 = j 2= j ср,
j 3= 0,925 j ср.
При таком распределении плотности тока в проводах обмоток получают большую стабильность выходных напряжений трансформатора при изменении нагрузки и больший КПД.
Предварительное значение плотности тока в обмотках МТ выбирают по табл. 3.3.
Таблица 3.3
Предварительное значение плотности тока в обмотках
| Конструкция магнитопровода | Материал сердечника и его толщина, мм | Частота, Гц | В зависимости от суммарной мощности Σ S, ВА, плотность тока j ср, А/мм2 | ||
| 15 ÷ 50 | 50 ÷ 150 | 150 ÷ 300 | |||
| Броневая Пластинчатая | 0,35 | 3,0 ÷ 2,4 | 2,4 ÷ 2,0 | 2,0 ÷ 1,7 | |
| 0,20 | 5,5 ÷ 5,0 | 5,0 ÷ 4,0 | 4,0 ÷ 2,8 | ||
| Броневая или стержневая ленточная | 0,35 | 3,5 ÷ 2,7 | 2,7 ÷ 2,4 | 2,4 ÷ 2,3 | |
| 0,20 | 6,5 ÷ 6,0 | 6,0 ÷ 4,0 | 4,0 ÷ 2,7 |
Указанные в таблице средние значения j ср соответствуют максимальной температуре окружающей среды θ1max = +50 ºC. Если температура окружающей среды выше
50 0С, необходимо брать нижние пределы значений плотности тока.
Предварительное значение площади поперечного сечения
Сердечника магнитопровода
Поперечное сечение сердечника магнитопровода без учета изоляции листов определяют, см2:
,
где с – постоянный коэффициент (для однофазных трансформаторов броневого типа
с = 0,7; стержневого спрямоугольными катушками с = 0,6; S 1 – полная мощность первичной обмотки трансформатора, ВА, S 1 = U 1 I 1; a – отношение массы стали G c к массе меди G м обмоток, a = G c /G м (при расчете на минимум стоимости a = 4 ÷ 6, на минимум массы a = 2÷3); f – частота, Гц; B ¢ c – предварительное амплитудное значение индукции в стержне, Тл; j ср – предварительное значение плотности тока обмоток МТ, А/мм2.
Полное поперечное сечение стержня (с учетом межлистовой изоляции)
Q c.расч = Q ´с.расч./ кЗ,
где кЗ – коэффициент заполнения сердечника сталью, значение которого выбирают по табл. 3.4.
Таблица 3.4
Коэффициент заполнения сердечника сталью
| Конструкция магнитопровода | Вид изоляции и способ изготовления | Значение кЗ при толщине материала | |
| 0,35 | 0,20 | ||
| Броневая пластинчатая | Лак | 0,90 | 0,85 |
| Броневая или стержневая ленточная | Навивка ленты | 0,93 | 0,91 |
3.6. Определение числа витков обмоток трансформатора
|
|
|
Предварительные значения чисел витков обмоток трансформатора:
W ¢1 = (E 1104) / (4,44 f B ¢c Q ¢c.расч);
W ¢2 = (E 2104) / (4,44 f B ¢c Q ¢c.расч);
W ¢3 = (E 3104) / (4,44 f B ¢c Q ¢c.расч).
Все значения, входящие в правые части представленных уравнений, известны, за исключением ЭДС E 1, E 2 и E 3.
Для выполнения практических расчетов удобно выразить ЭДС каждой обмотки через напряжение на ее зажимах и значение падения напряжения в этой обмотке, выраженную в процентах от номинального значения, т. е.
E 1 = U 1(1 - Δ U 1%10-2);
E 2 = U 2(1 + Δ U 2%10-2);
E 3 = U 3(1 + Δ U 3%10-2).
Конкретные значения Δ U 1%, Δ U 2%, Δ U 3% зависят от многих факторов: конфигурации магнитопровода, значения рабочего напряжения, суммарной мощности вторичных обмоток, частоты тока сети. Ориентировочно их выбирают по табл. 3.5 при напряжениях обмоток до 1000 В.
Для трехобмоточных трансформаторов активные и индуктивные сопротивления вторичных обмоток растут по мере их удаления от первичной, поэтому при расположении обмоток на стержне в порядке 2 – 1 – 3 можно допустить Δ U 2%»Δ U 3%. Если же расположение обмоток будет в порядке 1 – 2 – 3, то Δ U 2%выбирают на 10÷20 % меньше, а Δ U 3% – на 10÷20 % больше указанных в таблице значений.
После определения w¢ 1, w¢ 2, w¢ 3 число витков обмотки низшего напряжения W ¢3 округляют до ближайшего целого числа, а затем пересчитывают W 1, W 2 и B c, т. е.
W 1 = W ¢1(W 3/ W ¢3);
W 2 = W ¢2(W 3 / W ¢3);
B c = B ¢c ×(W3 / W ¢ 3).
Значения W 1 и W 2 также округляют до целого числа. Определяют значение ЭДС на виток: Е в = E 1/ W 1 .
Таблица 3.5
Значения Δ U в обмотках
| Частота, Гц | Конструкция магнитопровода | Значение Δ U % | Суммарная мощность вторичных обмоток Σ S, ВА | ||
| 15 ÷ 50 | 50 ÷ 150 | 150 ÷ 300 | |||
| Броневая | Δ U 1 % Δ U 2%»Δ U 3% | 13,0 ÷ 6,0 18,0 ÷ 10,0 | 6,0 ÷ 4,5 10,0 ÷ 8,0 | 4,5 ÷ 3,0 8,0 ÷ 6,0 | |
| Стержневая | Δ U 1 % Δ U 2%»Δ U 3% | 12,0 ÷ 5,5 17,0 ÷ 9,0 | 5,5 ÷ 4,0 9,0 ÷ 6,0 | 4,0 ÷ 3,0 6,0 ÷ 4,0 | |
| Броневая | Δ U 1 % Δ U 2%»Δ U 3% | 8,0 ÷ 4,0 8,5 ÷ 5,0 | 4,0 ÷ 1,5 5,0 ÷ 2,0 | 1,5 ÷ 1,0 2,0 ÷ 1,2 | |
| Стержневая | Δ U 1 % Δ U 2%»Δ U 3% | 5,0 ÷ 2,0 6,5 ÷ 3,0 | 2,0 ÷ 1,0 3,0 ÷ 1,5 | 1,0 ÷ 1,0 1,5 ÷ 1,0 |
|
|
|
|
|
|
