Методические указания к практической работе" Расчет маломощного трансформатора"

Практическое занятие №1

Тема: Выбор и упрощенный расчет трансформатора

Упрощенный расчет маломощного трансформатора.

Цель занятия: выполнить расчет параметров трансформатора

Теоретические сведения

Маломощные однофазные и трехфазные трансфор­маторы (автотрансформаторы) применяют для осве­щения, питания цепей управления, в выпрямителях и различных электронных аппаратах. Расчет транс­форматоров начинают с определения его вторичной мощности, В*А:

Для однофазных трансформаторов;

— для трехфазных трансформаторов, где U₂ — вторичное

напряжение, В; I_2ф — вторичный фазный ток, А; I₂ — вторичный ток, А; U_2Ф— вторич­ное фазное напряжение, В.

По известной вторичной мощности S2 определяют первичную мощность трансформатора, В*A, S₁ = S₂/η где η — кпд трансформатора, который можно прини­мать по табл. 1.

Поперечное сечение, мм² сердечника трансформа­тора Qc можно определить по следующим эмпиричес­ким (т. е. найденным опытным путем) формулам:

для трансформаторов стержневого типа (рис. 1, а);

­­­­­­­­­­ для трансформатора броневого типа (рис. 1, б);

для трехфазных трансформато­ров (рис. 1, в).

Таблица 1. Рекомендуемые значения индукции, плотности тока и кпд трансформаторов

Рис. 1. Типы сердечников трансформаторов: а) стержневой, б) броневой, в) трехфазный: Я — ярмо, Ст — стержень.

где f — частота тока в сети, Гц; k — постоянная (4— 6 для масляных и 6—8 для воздушных трансформа­торов).

Поперечное сечение стержня автотрансформаторов рассчитывается по вышеприведенным формулам, но постоянная k увеличивается на 15—20 %. Сечение, мм², сердечника может быть выражено через его размеры Q_c = a*b, где а — ширина пластин, мм; b — толщина пакета пластин, мм.

С ечение стержня обычно имеет квадратную, пря­моугольную или ступенчатую форму, вписанную в ок­ружность. Стержни прямоугольного сечения обычно применяют для трансформаторов до 700 В *А. Высоту, мм, прямоугольного стержня можно вычислить по формуле:

Соотношение размеров сечения сердечника может находиться в пределах b/а = 1,2-1,8. Ширину окна, сердечника (рис, 4) принимают по формуле с=Нс/m, где m — коэффициент, учитывающий наивыгоднейшие размеры окна сердечника (m = 2,5-3).

С ечение ярма трансформатора с учетом изоляции между листами принимается

для трансформаторов стерж­невого типа:

д ля трансформаторов бронево­го типа.

Сечение проводов для первичной и вторичной об­моток определяют в зависимости от тока в обмотках и допустимой плотности тока.

Токи первичной и вторичной обмоток определяют следующим образом:

— для однофазных трансформа­торов,

— для трехфазных трансформаторов.

где Uл и Uл — линейные напряжения первичной и вторичной обмоток. При соединении обмоток в звез­ду ,, а в треугольник где U фаз­ное напряжение.

Токи, А, в отдельных частях обмотки автотрансфор­матора (рис.5) могут быть определены из выражений

Рисунок 2.Схемы понижающего а) и повышающего б) трансформатора.

Сечения проводов первичной и вторичной обмоток определяют по формулам:

— для одно- и трехфазных трансфор­маторов;

- для понижающего авто­трансформатора (рис. 2, а);

— для повышающего авто­трансформатора (рис. 2, б)

где S и S сечения проводов первичной и вторич­ной обмоток, мм ; δ — плотность тока в обмотке, А/мм (принимается по табл. 1).

Число витков первичной и вторичной обмоток оп­ределяют по формулам:

- для одно- и трех­фазных трансформаторов,

— для понижа­ющего автотрансформатора

(см. рис. 2,а);

- для повышающе­го автотрансформатора (см. рис. 2, б),

где B_с — магнитная индукция в сердечнике (см. табл. 1).

Для компенсации потери напряжения в проводах обмоток нужно увеличить число витков вторичных об­моток на 5—10 %. Радиолюбители обычно определя­ют число витков на 1В рабочего напряжения по упро­щенной формуле где 4500 —постоянная величина для трансформаторной стали.

Далее определяют количество витков первичной и вторичной обмоток

w =(1,05:1,1) w U ; w =w U

После расчета основных параметров трансформато­ра необходимо проверить, разместятся ли обмотки в окне выбранного магнитопровода.

Пользуемся упрощенным способом проверки. Для этого по наружному диаметру провода и числу витков находим площадь, занимаемую каждой обмоткой в ок­не сердечника, затем складываем площади всех обмо­ток и полученную сумму сравниваем с площадью ок­на, т.е. определяем коэффициент заполнения окна сердечника обмоткой: где площадь, занимаемая обмоткой; d — диаметр прово­да с изоляцией; w — число витков обмотки; площадь окна сердечника трансформатора.

Коэффициент заполнения окна сердечника обмот­кой для маломощных трансформаторов принимают

Оснащение: рабочая тетрадь, микрокалькулятор, линейка, литература.

Задание:

Определить основные параметры понижающего трансформа­тора, первичная обмотка которого на напря­жение U =220В и две вторичные обмотки или одна вторичная на напряжение, указанное в таблице. Типы магнитопроводов: Ст- стержневой; Б- броневой.

Таблица 2. Токи вторичных обмоток и тип магнитопровода трансформатора.

Порядок выполнения задания:

1. На основании заданных нагрузок рассчитать вторичную полную мощность трансформатора

S₂=U₂*I₂+ U₂'*I₂'

1. Расчет первичной мощности трансформатора S₁.

2. Расчет поперечного сечения трансформатора Q_C, ширины стержня a, высоты стержня Н_С, толщины пакета пластин b, ширины окна c, фактического сечения выбранного сердечника Q_cф.

3. Определить ток первичной обмотки I₁.

4. Определить сечение провода первичной и вторичной обмоток, исходя из плотности тока по таблице 2 (ПриложениеА); выбрать провод (записать марку и диаметры с изоляцией и без изоляции).

5. Определить число витков первичной и вторичной обмоток.

6. С учетом компенсации падения напряжения в проводах принимают чис­ло витков вторичных обмоток.

Проверяют, разместятся ли обмотки в окне сердечника. Площадь, занимаемая первичной и вторичной обмотками.

Q =Q +Q` + Q`

1. Площадь окна сердечника Q =H c.

2. Отношение расчетной и фактической площадей окна сердечника k =Q /Q .

Контрольные вопросы:

1. Чем отличаются броневые трансформаторы от стержневых?

2. Когда используются трехобмоточные трансформаторы?

3. Что необходимо сделать, если обмотки не помещаются в окне магнитопровода.

Требования к содержанию отчета:

1. Наименование занятия.

2. Цель занятия.

3. Задание.

4. Расчеты.

5. Выводы ­­.

Литература.

1. Кацман М.М. Электрические машины и электропривод автоматических устройств. – М.: Высшая школа, 2002.

2. Кацман М.М. Электрические машины. – М.: Высшая школа, 1991.

3. Дъяков В.И. Типовые расчеты по электрооборудованию: Практик. пособие. – М.: Высшая школа.,1991.

ПриложениеА