 |
Расчет броневого трансформатора
|
|
|
|
1 Определение суммарной мощности вторичных обмоток (габаритная мощность) трансформатора по формуле (5.1)
P 
= 
, (5.1)
Где n-число вторичных обмоток
Подставляем значения на основе исходных данных и определяем суммарную мощность вторичных обмоток:
P =5*1+8*0.5+13*0.1=5+4+1.3=10.3 ВА
2 Выбираем конфигурацию магнитопровода.
В соответствии с рабочей частотой выбирается материал и толщина ленты на основании таблицы-3.1Виды магнитопроводов.
В качестве материала для магнитопровода выбираем сталь Э310 с толщиной ленты 0.35 мм
3Определение ориентировочных величин
Находим индукцию по таблице 5-1
В=1.55 тл – индукция;
d=3.5 а/мм 
- плотность тока, на основании таблицы5.2–Таблица плотности тока;
k 
=0.13-коеффициент заполнения окна, из таблицы 5.3- Таблица зависимости коэффициента конфигурации магнитопровода
k 
=0.93– коэффициент заполнения сечения магнитопровода сталью, из таблицы5.4- Коэффициент заполнения окна от сечения магнитопровода сталью.
4 По формуле (5.2) определяем произведение сечения стали магнитопровода на площадь его окна. Однозначно определяет требуемый типоразмер магнитопровода:
S 
S 
= 
, (5.2)
Тогда, подставив значения, получим:
S 
S = 
см4.
5 Из таблицыП2-2 (1) выбираем магнитопровод: ШЛМ16*20, у которого S S 
=7.5см4, S 
=3.20см2– активная площадь сечения магнитопровода; G 
= 0.210кг- вес магнитопровода;
Габаритные размеры:
h=26,0мм;
a=16,0мм;
c=9,0мм;
C=50,8мм;
H=42,4мм;
B=20,0мм;
6 По формуле (5.6) и кривой, рисунок5.2определяем потери в стали для индукции В=1,55 (Т л).
Р = р * G , (5.6)
Где р - удельные потери (на 1 кг стали);
G - масса магнитопровода.
Тогда
Р =4*0.21=0.84 Вт.
7 По формуле1.59 находим активную составляющую тока холостого хода при максимальном напряжении питающей сети В).
|
|
|
(U 
=220).
I 
= 
, (1.59)
Где Р -полные потери в стали;
I 
=0.003А
8 Находим полную намагничивающую мощность в стали по формуле(1.62) и кривой рисунок 5.2.
Q = q * G , (1.62)
где q -полная удельная намагничивающая мощность, (q 
= 20В*А/кг на основании рисунка5.2).
Тогда:
Q =20*0.210=4.2 В*А
9 По формуле1.61находим реактивную составляющую тока холостого хода (U =220 В).
I 
= 
, (1.61)
Где Q - намагничивающая мощность,мощность которая необходима для создания в магнитопровода трансформатора заданного значения магнитной индукции.
Значит
I = 
А.
10 Находим абсолютное и относительное значение тока холостого хода.
а) по формуле (1.60):
I 
= 
, (1.60)
Тогда
I 
= 
=0.019 А;
б) по формуле (5.7):
I 
= 
= 
, (5.7)
где 
-суммарная мощность вторичных обмоток
=0.6 –из таблицы5.5;
cos 
=0.9 -из таблицы 5.5.
I 
= 
А.
Ток холостого хода выразим в процентах по формуле (5.8).
I %= 
, (5.8)
тогда
I %= 
%.что допустимо
11 По формулам (5.8)-(5.11) и таблице 5.6находим число витков обмоток:
= 
, (5.8)
E =U 
(1-∆U%*0.01)Э.Д.С. первичной обмотки; (5.11)
EnUn(1-∆U%*0.01) Э.Д.С. вторичных обмоток; (5.12)
E =220(1-13*0.01)=191.4
E=5(1+25*0.01)=6.25
E=8(1+25*0.01)=10
E=13(1+25*0.01)=16.25
= 
= 1738 витков; 
= 
=56 витков;
= 
=90 витков;
= 
= 147 витков.
12 По формуле (2.3) и таблице 5.12 находим ориентировочные значения величины плотности тока и сечения проводов обмотки.
S 
= 
, (2.3)
Где 
-плотность тока (по таблице 5.2 = 1.9-1.3 А/мм 
):
= 3.5 А/мм ; 
=3.8 А/мм ; =3.7 А/мм ; 
=3.6 А/мм ;
S = 
мм ;
S = 
мм ;
S = 
мм ;
S = 
мм .
13 Выбираем стандартные сечения и диаметры проводов ПЭВ-2 из таблицы П1-1 Номинальные данные обмоточных проводов круглого сечения.
Расчётное сечение, мм :
S 
= 0.022мм ;
S = 0.27 мм ;
S = 0.13 мм ;
S =0.028 мм .
Номинальный диаметр проволоки по меди, мм:
|
|
|
d = 0.17мм;
d 
= 0.59 мм;
d = 0.41 мм;
d = 0.19 мм;
Максимальный наружный диаметр мм:
d 
= 0.21 мм;
d = 0.66 мм;
d = 0.47 мм;
d = 0.23 мм;
Вес одного метра медной проволоки, г:
g = 0.202 г/м;
g =2.43 г/м;
g =1.11 г/м;
g =0.252 г/м.
14 Находим фактические плотности тока в проводах по формуле (5.14):
, (5.14)
Тогда:
А/мм2;
А/мм2;
А/мм2;
А/мм2.
15 По формуле (2.1) и графику 2.8 определяем испытательные напряжения обмоток (эффективные значения,частоты 50Гц).
Испытательное напряжение–напряжение между соседними обмотками,а также напряжение между обмотками и сердечником трансформатора, которое трансформатор должен выдержать в течение 1минуты без повреждения изоляции.
При напряжении на зажимах испытуемой обмотки до 250 В-по таблице 3.7 при нормальных условиях
U 
=1000 В;
U 
=1000 В;
U 
= 1.41*220= 311 (2.1)
U 
= 1.41*5=7.07
U 
= 1.41*8=11.3
U 
= 1.41*13=18.4
Uис 
= 1.3кв=1.4*1.3
Uис 
=400В=285.7
16 По формуле (2.4) определяем допустимую осевую длину обмотки на каркасе:
h д=h1-2h 
, (2.4)
где h1= h – 1= 26-1 = 25 мм –длина каркаса, мм;
h =26мм -высота окна;
h = 1.5 мм – на основании экспериментальных данных;
h д= 25-2*1.5 =22 мм.
17 По формулам (2.6) и (2.7) и графику 2.27 находим число витков в одном слое и число слоёв каждой обмотки.
= 
, (2.6)
ky1 =1.12; ky2= 1.04; ky3=1.05; ky4=1.07;
тогда число витков в одном слое каждой обмотки:
= 
витков;
= 
витков;
= 
витков;
= 
витков;
Определим число слоёв каждой из обмоток:
N= 
, (2.7)
N1= 
слоёв;
N2= 
слоя;
N3= 
слоя;
N4= 
слоя.
20. Находим радиальные размеры катушки по формулам (3.20) и (3.21).
В качестве межслоевой изоляции для первичной и третьей вторичной обмоток выбираем кабельную бумагу толщиной 0.12мм (1 слой). А для вторичной первой и второй выбираем телефонную бумагу толщиной 0.05.
Выбрав междуслоевую изоляцию, находим радиальные размеры каждой обмотки по формуле (2.8).
=kyNdиз+kмс(N-1)hиз.мс, (2.8)
где 
-толщина междуслоевой изоляции;
1=1.12*18*0.21*1.14(18-1)0.05=5.20мм;
2=1.06*2*0.66*1.08(2-1)0.09=1.49мм;
3=1.28*2*0.47+1.07(2-1)0.09=1.29мм;
4=1.10*2*0.23+1.11(2-1) 0.09=0.6мм.
В качестве междуобмоточной изоляции используем два слоя телефонной бумаги марки КТН (0.05мм) и батистовую ленту (0.16мм) с половинным перекрытием. Поверх каркаса пропиточную бумагу марки ЭИП-63Б (0.11мм) в один слой. Междуслоевая изоляция телефонная бумага марки КТН (0.05).На первичную обмотку берем пропиточную бумагу марки ЭИП-50 (0.09мм).
|
|
|
Толщину каркаса принимаем равной hиз2 = 1.5 мм.
21.По графику рисунка 2-28 определяем kв= 1.05 при b/a=20/16=1.25 kно=1.7
22. Радиальный размер катушки,её толщину определяем из выражения (5.21).
= 
+(h 
+ 1+k 
h 
+ 2+ k h 
+…+ k 
h 
) k 
(5.21)
где 
-зазор между корпусом и сердечником;
h - толщина каркаса; h 
- толщина междуобмоточной изоляции
h 
- толщина наружной изоляции
1, 2, 3, 4- радиальные размеры обмоток;
k - определяем по рисунку (2-31)
k . k 
-определяем по рисунку (2-28)
=0.5+(1.61+5.20+1.50*0.24+1.49+1.20*0.24+1.29+1.25*0.24+0.6+ +1.35*0.24)1.05= 12.53 мм.
19. Определяем зазор между катушкой и сердечником (значение коэффициента выпучивания берём из таблицы 3.9):для броневого трансформатора величина зазора равна C- 
, (то 0.5 до 2 мм) 16-12.53*1.12=2 – что является допустимым.
24. Определяем потери в меди обмоток:
а) по формуле (2.10) находим среднюю длину витка каждой обмотки:
=[2((ак+вк)+2П rn] 10-3,м, (2.10)
Где
r1=1/2 1 k ;
r1=0.5*5.2*1.05=2.73
ак=а+2∆3+2 h k =16+2*0.5+2*1.16*1.05=20.38
r2=0.5*1.49*1.05=0.78
вк=в+2∆3+2 h k =
=20+2*0.5+2*1.16*1.05=24.38 r3=0.5*1.29*1.05=0.67
r4=0.5*0.6*1.05=0.31
1=[2(20.38+24.38)+2*3.14*2.73] 10-3=0.106м,
2=[2(20.38+24.38)+2*3.14*0.78] 10-3=0.094м,
3=[2(20.38+24.38)+2*3.14*0.67] 10-3=0.093м,
4=.[2(20.38+24.38)+2*3.14*0.31] 10-3=0.091м,
б) по формуле (2.15) определяем вес меди каждой обмотки:
Gм= * 
*g*10-3, (2.15)
Где -средняя длина витка;
- общее число витков обмотки;
g – вес одного метра провода;
Gм1=0.106*1738*0.202=37.2 г;
Gм2= 0.094*56*2.43=12.7 г;
Gм3= 0.093*90*1.11=9.2 г;
Gм4= 0.031*147*0.252=3.3 г.
в) Определяем потери в каждой обмотке по формуле (5.14):
Предельно допустимая температура провода 105ºС
Pм=2.65* 
2 * Gм, (5.14)
где - плотность тока, А/мм2;
Gм-вес провода, кг;
Pм1=2.65*3.52*37.2*10-3=1.2 Вт;
Pм2=2.65*3.82*12. 7*10-3=0.48 Вт;
Pм3=2.65*3.72*9.2*10-3=0.33Вт;
Pм4=2.65*3.62*3.3*10-3=0.11Вт.
г) Находим суммарные потери в меди катушки по формуле (5.13):
Pм= Pм1+Pм2+Pм3+Pм4 , (5.13)
тогда:
Pм= 1.2+0.48+ 0.33+0.11=2.12 Вт.
25 Определяем тепловое сопротивление по формулам (3.42),(3.26), (3.25), (3.15):
Rк= 
= 
=67, (3.42)
δк=1.253 см2
λк= 1*10-3 вт/см2 ºС
Sк= 2*λ(а+в)=2*2.26(1.6+2)=18.72 см2
Rм= 
(3.26) λк=1.56 *10-3 вт/см ºС
|
|
|
Vк=2ch(a+b+ 
)=2*9*2.6(1.6+2+ 
)=829
r2 =172 =289
r= 
+c= 
+9=17
Rом= 
= 
(3.25)
Sохл.к=2[c(2a+Пc)+h(a+Пc)] =2[9(2*1.6+3.14*9)+2.6(1.6+3.14*9)
Rос= 
= 
(3.15)
Rс.т= 
ст =1.5*10-3 вт/см2 ºС
Rс.б= 
ожл.б =1.7* 10-3 вт/см2 ºС
Sохл.ст=a(4c+2h+Пa)=1.6(4*9+2*2.6+3.14*1.6)=74
Sохл.б=2b(2c+h+Пa)=2* 2(2*9+2.6*2.6+3.14*1.6)=102
26. Определяем величину теплового потока катушки-сердечник по формуле (3-54):
(3-54)
27. Определяем тепловое сопротивление катушки от максимально нагретой области до корпуса по формуле(3-51):
x= 
(3-51)
x= 
28. Определяем величину теплового потока от сердечника к катушке по формуле (3-60), так как х<0,
; (3-60)
29. Так как 
положителен, то величину максимального превышения температуры катушки определяем по формуле (3-61):
(3-61)
30. Определяем средний перепад температуры в катушке по формуле (3-62)
(3-26)
31. Определяем среднеобъемное превышение температуры катушки по формуле (3-58):
(3-58)
32. Определяем максимальную и среднюю температуры проводов обмотки:
33. На основании проведенного расчета видно, что принятые в расчете провода марки ПЭВ-2 с предельно допустимой температурой +105 
могут быть использованы в данном трансформаторе.
34. Определяем активные сопротивления обмоток по формуле (5-15)
При температуре 
Ом 
(5-15)
Ом;
Ом;
Ом;
Ом.
35. Определяем полные активные сопротивления пар обмоток трансформатора, приведенные к его первичной обмотке, по формуле (5-17):
(5-15)
Ом;
Ом;
Ом.
36. Определяем индуктивное сопротивление пар обмоток трансформатора по формулам (5-22),(5-23),(5-24),(5-27),(5-28),(5-34):
g 
=0.2235 
h 
0.2235(2.2+0.52)=0.6; (5-22)
g 
=0.2235 
h 
0.2235(2.1+0.149)=0.5;
g 
=0.2235 h 
0.2235(2.1+0.129)=0.49;
g 
=0.2235 
h 
0.2235(2.1+0.06)=0.48.
g 
= 
= 
; (5-23)
g 
= 
= 
;
g 
= = 
.
(5-24)
e =1.17
. (5-27)
по формуле (5-34)
м
м
м
по формуле (5-28)
Ом
Ом
Ом
37. Определяем коэффициент полезного действия (К.П.Д.) трансформатора по формуле (5.37):
, (3.34)
где Pст-потери в стали;
тогда:
%
что допустимо
4. ЭСКИЗНАЯ ПРОРАБОТКА ЭЛЕМЕНТА И ОБОСНОВАНИЕ ПРИНЯТЫХ РЕШЕНИЙ
В данной работе разрабатывается маломощный броневой трансформатор Медная проволока обмоток намотана на каркас и через отверстие в стенке каркаса выведена на внешнюю поверхность стенки, припаяна к лепестку, с которого в последствии происходит снимание или подача электрических сигналов.
Токосъем производится с помощью лепестков которые крепятся к поверхности стенок каркаса трубчатой заклёпкой. Весовою очередь именно через отверстие в трубчатой заклёпке производится вывод контакта обмотки с последующим её соединением пайкой с лепестком. Клёпанные соединения обеспечивает жесткое соединение стенки каркаса с лепестками, что увеличивает надёжность
|
|
|
Выбранная обмоточная проволока марки ШЛМ16 
20 имеет минимальный ТКС, что значительно повышает стабильность установленного сопротивления. Такая проволока обеспечивает высокое сопротивление (R=2,2кОм), при диаметре проволоки d=0,07 мм. Шаг намотки tш=0,075 мм обеспечивает разрешающую способность d=0,12%.
Для хорошего контакта в резистивном элементе делается выборка глубиной 10…30*10-3мм и имеет 8-10 класс точности.
Токосъем производится с помощью плоской и тонкой пружины, одним концом припаянной к выводу резистора, а другим – к концу контактной пружины. Её конструкция рассчитана на большой срок службы.
Сама пружина жестко закреплена на держателе, который в свою очередь соединен с осью вращения. приводящей в вращение всю контактную систему.
Фиксация установленного сопротивления и образование необходимого контактного усилия достигается с помощью контактных шайб, расположенных на оси вращения. Такая конструкция обеспечивает легкую регулировку контактного усилия, надежную фиксацию сопротивления, не требует больших усилий для перемещения контактной пружины.
Ещё одно достоинство такой конструкции заключается в том, что резистор поддается ремонту, в частности замене стержня пружины на оси. А такая замена существенно продлевает строк службы резистора.
Держатель с контактной пружиной и резистивный элемент помещаются среди пластмассового корпуса, обеспечивающего изоляцию и защиту от механических воздействий, и удобное крепление резистора.
В целом конструкция проста и надёжна, не требует больших затрат средств и пригодна для серийного производства.
|
|
|
