Чернышева Т.И. Радиоматериалы и радиокомпоненты (2003) (1152099), страница 7
Текст из файла (страница 7)
ОбмоткиОбмотками называют токопроводящие части намоточных изделий,выполненные из круглых или плоских проводниковых материалов.Обмотки трансформаторов изготавливаются из медного провода.Обмоточные провода снабжаются изоляцией, предохраняющей от замыкания между расположенными рядом проводниками обмотки.К изоляции провода предъявляются следующие требования:− малая толщина;− большое пробивное напряжение;− механическая прочность;− малое изменение электроизоляционных свойств при длительном воздействии повышенной температуры;− нерастворимость в лаках и составах, которые применяютсядля пропитки трансформаторов.Наиболее распространенными в применении являются проводамарок ПЭЛ и ПЭВ.41Провод марки ПЭЛ (провод с эмалевой лакостойкой изоляцией)допускает эксплуатацию при температуре не более 105 °С.Провод марки ПЭВ-1 и ПЭВ-2 (провод, покрытый одним илидвумя слоями эмали типа винифлекс) допускает эксплуатацию притемпературе не более 125 °С.В ответственной аппаратуре, работающей в сложных климатических условиях, применяют провод марки ПЭВ.При высоких температурах эксплуатации используют проводмарки ПЭТВ с теплостойкостью не более плюс 155 °С.Обмоточные провода изготавливаются диаметром от 0,03 мм.
Припроектировании трансформаторов следует избегать применения проводов диаметром менее 0,08 мм, так как они имеют небольшую механическую прочность, что влечет возможность обрывов во время эксплуатации трансформаторов [3, 4, 5].Типы обмоток. Провод наматывают на каркас двумя способами:− беспорядочно, внавал;− правильными рядами, виток к витку, с применением изоляционных прокладок.Намотка внавал, несмотря на ее простоту, при диаметрах проводасвыше 0,4 мм не применяется. Причина заключается в том, что прибольших диаметрах провода намотка внавал дает малый коэффициентзаполнения окна магнитопровода, так как толстый провод при такомспособе намотки укладывается неравномерно и беспорядочно.
Прималых диаметрах провода при намотке внавал нередко образуютсякороткозамкнутые витки, что приводит к выходу трансформатора изстроя.В ответственной аппаратуре применяют рядовую обмотку. Прииспользовании гильзы обмотка не должна доходить до края, так каквозможно сползание провода и замыкание его на магнитопровод. Прииспользовании каркасов со щечками ширина обмотки может быть равна расстоянию между щечками. Изоляционные прокладки при этомдолжны иметь ширину большую чем расстояние между щечками, а покраям должны быть предусмотрены просечки.
Такие прокладки предохраняют ближайшие к щекам витки от проваливания в предыдущиеряды, что устраняет опасность пробоя между витками [1, 3].Размещение обмоток. Размещение обмоток трансформатора намагнитопроводе может быть различным.Возможные варианты размещения обмоток однофазного двухобмоточного трансформатора приведены на рис. 16.
Конструкцияпо рис. 16, а применяется в высоковольтных трансформаторах. Недостатком является плохая магнитная связь между обмотками и большиемагнитные поля рассеяния. Конструкции по рис. 16, б, в применяютсяв низковольтных трансформаторах.42а)б)в)Рис. 16. Размещение обмоток однофазногодвухобмоточного трансформатора:а – каждая обмотка, w1 и w2, размещается на отдельном стержнемагнитопровода; б – на каждом стержне размещается половина первичной иполовина вторичной обмотки; в – обе обмотки размещенына среднем стержне броневого магнитопровода.Основными достоинствами стержневого трансформатора, собранного по рис.
16, б, являются: простота изоляции обмотки от сердечника; малая индуктивность рассеяния вследствие меньшего числавитков на каждой катушке, а также меньшая толщина намотки; меньший расход обмоточных проводов; увеличение относительной поверхности охлаждения катушки. Основными достоинствами броневоготрансформатора, собранного по рис. 16, в, являются: необходимостьтолько одной катушки вместо двух, применение цилиндрической конструкции катушки, обмотки располагаются концентрически одна наддругой; более высокий коэффициент заполнения окна сердечника обмоточным проводом; меньший вес стали магнитопровода и меньшийнамагничивающий ток; частичная защита обмотки ярмом сердечникаот механических повреждений [5].2.3.
МЕТОДИКА РАСЧЕТА КОНСТРУКЦИИ ТРАНСФОРМАТОРАПри расчете трансформатора бывают заданы напряжение U1 ичастота питающей сети f, а также напряжения и токи вторичных обмоток.При работе трансформатора часть подводимой к нему энергиирассеивается в виде тепла в сердечнике и обмотках. Температура нагрева трансформатора зависит от рассеиваемой в нем мощности, отповерхности теплоотдачи и температуры окружающей среды. Задачарасчета – определить такие минимальные размеры трансформатора,при которых нагрев обмоток не превосходит определенных допустимых значений.Максимально допустимая температура нагрева обмоток определяется свойствами используемых изоляционных материалов.
Для того,43чтобы размеры трансформатора были минимальными, необходимоуменьшать рассеиваемую в нем мощность и применять изоляционныематериалы, которые могут работать при высоких температурах.Вначале определяют мощность всех вторичных обмоток трансформатора P2∑ , Вт по формуле:P2 ∑ = U 2 I 2 + U 3 I 3 + U i Ii ,(37)где U2 – напряжение первой вторичной обмотки, В; U3 – напряжениевторой вторичной обмотки, В; Ui – напряжение i-й вторичной обмотки,В; I2 – ток первой вторичной обмотки, А; I3 – ток второй вторичнойобмотки, А; Ii – ток i-й вторичной обмотки, А.Из [3] выбираем для трансформатора сердечник исходя из расчетной суммарной мощности вторичных обмоток.По таблице 8 находят амплитуду индукции в сердечнике.По таблице 9 выбирают плотность тока в обмотках δ, А/мм2.По таблице 10 находят падение напряжения на обмотках трансформатора ∆U, %.8.
Оптимальные значения индукции для силовыхтрансформаторов на ленточных сердечникахМатериалмагнитопроводаf, ГцBm, Тл при мощности P2∑ , Вт15…300300…500500…1000Э-310, толщина0,08…0,15 мм4001,61,61,6Э-310, толщина 0,35 мм501,41,31,29. Рекомендуемые значения плотности тока в обмоткахдля трансформаторов на ленточных магнитопроводахP2∑ , Вт15…50 50…150150…300300…500500…10002…2,62,6…2,42,4…2,22,2…22…1,8δ, А/мм2,9,4…6,4 6,4…3,7при f = 400 Гц3,7…2,72,7…22…1,5δ, А/мм2,при f = 50 Гц4410. Падение напряжения на обмотках трансформатораP2∑ , Вт15…3030…5050…150150…300 300…1000∆U, %,при f = 50 Гц9…5,85,8…3,83,8…1,41,4…0,80,8…0,3∆U, %,при f = 400 Гц6,06,0…5,55,5…44…33…1,7Определяют число витков w1 первичной обмотки по формуле: ∆U1 4U1 1 −10100 ,w1 =4,44 fBm sc(38)где U1 – напряжение питающей сети, В; f – частота питающей сети, Гц;Bm – амплитуда магнитной индукции, Тл; sc – площадь поперечногосечения магнитопровода, см2.Определяют число витков w2 вторичной обмотки по формуле: ∆U 2 4U 2 1 +10100 w1 =,4,44 fBm sc(39)где U2 – напряжение вторичной обмотки, В.Определяют индукцию в сердечнике при работе трансформаторана холостом ходу B0m, Тл, по формуле: ∆U1 B0 m = Bm 1 +.100 (40)По графику (рис.
17) определяют удельные потери в стали приработе трансформатора на нагрузку Рс.уд.нагр, Вт/кг, и на холостом ходуРс.уд.хх, Вт/кг, при соответствующих индукциях в сердечнике трансформатора.Определяют потери в стали при работе трансформатора на нагрузку Рс.нагр., Вт/кг, по формуле:Рс.нагр = Рс.уд.нагр Gc,(41)где Gc – масса магнитопровода, кг.Определяют потери в стали при работе трансформатора на холостом ходу Рс.хх, Вт/кг, по формуле:Рс.хх = Рс.уд.хх Gc.(42)45Рис.
17. График зависимости удельных потерь в стали от индукцииОпределяют составляющую тока первичной обмотки I1′a , A, зависящую от токов вторичных обмоток по формуле:I1′a = I 2UUU2+ I3 3 + Ii i .U1U1U1(43)По таблице 11 определяют значение коэффициента k , необходимое для ориентировочного расчета значения тока первичной обмотки.11. Значения коэффициента k46P2∑ , Вт15…5050…150150…300300…1000kпри f = 50 Гц1,751,271,151,14kпри f = 400 Гц1,351,231,11,07Определяют ориентировочное значение тока первичной обмоткиI1, A, по формуле:I1 = kI1′a .(44)Определяют потери в меди всех обмоток Pм , Вт, по формуле:Pм =∆U i∆U 1∆U 2U 1 I1 +U 2I2 +Ui Ii .100100100(45)Определяют составляющую тока первичной обмотки I1′′a , А, зависящую от потерь в трансформаторе по формуле:I1′′a =Pc.нагр + PмU1.(46)Определяют полную активную составляющую тока первичнойобмотки I1a , А, по формуле:I1a = I1′a + I1′′a .(47)По графику, из рис.
18 или 19, в зависимости от марки стали и рабочей частоты, определяют напряженность магнитного поля, необходимую для создания в сердечнике рабочей индукции и индукции холостого хода при работе трансформатора на нагрузку awнагр, А·В/см, ипри холостом ходе awхх, А·В/см соответственно.Определяют реактивную составляющую тока первичной обмоткипри работе на нагрузку Ip, A, по формуле:Ip =awнагрlcw1,(48)где lc – средняя длина магнитной силовой линии, см.Определяют реактивную составляющую тока первичной обмоткипри работе на холостом ходу I 0 p , A, по формуле:I0 p =awхх lc.w1(49)Определяют полный ток первичной обмотки I1 , A, по формуле:I1 = I12a + I p2 .(50)47Рис.
18. Зависимость индукции в магнитопроводе от напряженностипеременного магнитного поля для трансформаторной сталимарки Э310 толщиной 0,35 мм при частоте 50 ГцПри получении значения тока первичной обмотки, отличного оториентировочно определенного по формуле (8), необходимо задатьсяновым значением тока первичной обмотки I1ут и провести повторныевычисления потерь в меди, составляющей тока первичной обмотки,полной активной составляющей тока первичной обмотки и полноготока первичной обмотки.Определяют активную составляющую тока холостого хода I0a, A,по формуле:I 0a =Pc.уд.ххU1.(51)Определяют ток холостого хода I0, A, по формуле:I1 = I 02a + I 02p .48(52)Рис. 19.
Зависимость индукции в магнитопроводе от напряженностипеременного магнитного поля для трансформаторной сталимарки Э310 толщиной от 0,08 до 0,15 мм при частоте 400 ГцОпределяют диаметр провода dn, мм, для n-й обмотки по формуле:d n = 1,13In,δn(53)где In – ток в n-й обмотке, А; δn – плотность тока в n-й обмотке, А/мм2.Полученные расчетные значения диаметров округляем в большуюсторону по ряду стандартных значений, приведенных в [3].Выбирают длину каркаса hк, мм, на 0,5 мм меньше высоты окнаh, мм:hк = h – 0,5.(54)Находят ширину намотки для первой обмотки hн1, мм, по формуле:hн1 = hк – 2hиз1,(55)где hиз1 – ширина концевой изоляции для первой намотки, мм.49Находят ширину намотки для второй обмотки hн2, мм, по формуле:hн2 = hн1 – 2hиз2,(56)где hиз2 – ширина концевой изоляции для второй намотки, мм.Определяют число витков wci в i-м слое по формуле:wci =hнi,d изi k yi(57)где hнi – ширина i-й намотки, мм; d изi – диаметр провода по изоляцииi-й обмотки, мм; k yi – коэффициент неплотности i-й намотки, определяется по табл.
12.Определим число i-х слоев nci в каждой обмотке по формуле:nci =wi.wci(58)Определяют величину испытательного напряжения для трансформатора Uисп, В, по формуле:U исп = 1000 + 2(U1 + U 2 + U i ) .(59)Выбираем марку и толщину изоляционных материалов.Определяют толщину каждой обмотки по формуле:α i = nci d изi + (nci − 1)∆pi ,(60)где ∆pi – толщина i-й междурядной изоляции, мм.Определяют полную радиальную толщину катушки α0, мм, поформуле: 2α 0 = ∆ з + ∆ k + 1,1 α i + ∆ м + ∆ н , i =1∑где ∆ з – зазор между сердечником и катушкой, мм; ∆ k(61)– толщинагильзы каркаса, мм; ∆ м – толщина междуобмоточной изоляции, мм;∆ н – толщина наружной изоляции, мм.12.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
