Методичка (968398), страница 6

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

(44)

где i - номер вторичной обмотки; n - число вторичных обмоток;

cos_i - принимаем равным единице (активная нагрузка);

cos_1н - коэффициент мощности трансформатора

Принимая, что

(45)

и решая совместно (41), (42), (43) и (45), имеем:

(46)

Поскольку в формуле (46) неизвестны величины B_макс, δ₁, η_н, cos_1н, k_м и k_ст, ими приходится предварительно задаваться, основываясь, главным образом, на экспериментальных данных, по­лученных в результате испытания ряда трансформаторов, подобных рассчитываемому.

Сопоставление достоинств и недостатков трансформаторов раз­личных типов (с различными конфигурациями магнитопроводов) с точки зрения получения минимального веса, объема, стоимости, а также простоты конструкции и технологичности изготовления позволяет сделать следующие выводы.

Для малых мощностей (от единиц до нескольких десятков ватт, при напряжениях, не превышающих 1000 В и частоте сети от 50 до 400 Гц) следует рекомендовать броневые трансформаторы при ис­пользовании как пластинчатых, так и ленточных магнитопроводов. Наиболее широко применяются пока пластинчатые магнитопроводы. Броневые трансформаторы, имеющие одну катушку, тех­нологичнее стержневых в изготовлении и проще по конструкции. Но они уступают при малых мощностях стержневым трансформаторам по удельной мощности на единицу веса и объема.

При мощностях от нескольких десятков до нескольких сотен вольт-ампер при частоте 50 Гц и до нескольких киловольт-ам­пер - при частоте 400 Гц наиболее перспективными являются стержневые двухкатушечные трансформаторы с ленточным магнитопроводом. Маломощные двухкатушечные трансформаторы стержневого типа имеют лучшее охлаждение и требуют меньшего расхода меди ввиду меньшей средней длины витка и возможной большей плотности тока в обмотках.

В практике изготовления магнитопроводов для маломощных трансформаторов в настоящее время наибольшее применение нашли электротехнические стали марок Э42 и Э310 толщиной листа 0,35 мм (при частоте 50 Гц), Э44 толщиной листа 0,2 мм (при частоте 400 Гц), а также сталь марки ХВП (Э340 - Э360) с толщиной ленты 0,15 мм (при частоте 400 Гц и выше). Чем меньше толщина стального листа, тем меньше потери на вихревые токи, но вместе с тем дороже магнитопровод. Другие марки сталей применяются при изготовлении трансфор­маторов со специальными свойствами.

Стали ХВП (Э340 - Э360) и Э310 (т.н. холоднокатаные стали) обладают по сравнению с горячекатаными Э42 и Э44 пониженными удельными потерями, высокой индукцией насыщения и относительно высокой магнитной проницаемостью при больших индукциях, что особенно важно для трансформаторов малой мощности. Указанные преимущества объясняются наличием в стали магнитной текстуры, т.е. улучшением магнитных свойств в опреде­ленном направлении, а именно вдоль направления проката. Из-за сравнительно большой стоимости применение холоднокатаных сталей полностью оправдывает себя лишь в тех случаях, когда конструк­ция магнитопровода обеспечивает совпадение направлений магнит­ного потока и магнитной текстуры вдоль всей длины магнитной ли­нии. Это обстоятельство и вызвало, в частности, применение ленточных магнитопроводов.

Ниже приводятся рекомендации по выбору величин, входящих в основную расчетную формулу (46) трансформатора. Конкретные величины следует выбирать по методу линейной интерполяции.

а). Величина индукции B_макс определяет величину тока хо­лостого хода и потери в стали на гистерезис и вихревые токи. Практика расчета трансформаторов показала, что в зависимости от мощности трансформатора P_габ, сорта стали, и частоты сети f при предварительном выборе значения индукции можно руководст­воваться данными таблицы 1.

б). Плотность тока δ_i определяет потери в обмотках, вы­зывающие совместно с потерями в стали общий перегрев трансфор­матора. Можно считать, что в трансформаторах малой мощности взаимная передача тепла между магнитопроводом и обмотками от­сутствует; так что температура перегрева обмоток определяется только потерями в последних. У правильно рассчитанных трансфор­маторов эта температура составляет: для обмоток из провода с эмалевой изоляцией (ПЭЛ, ПЭВ) – (70 - 85°С); для обмоток с хлоп­чатобумажной изоляцией (ПБД) – (50 - 60°С). Такая температура перегрева достигается, если плотность тока выбрана по таблице 7 с учетом мощности трансформатора, конструкции магнитопровода и частоты сети.

Таблица 7

Частота тока, Гц	Тип сердечника	Мощность трансформатора, Pтр н, Вт
		25  50	50 300		300  10000
		Плотность тока, А/мм2
50	Стержне-вой	5  4		4  2,5		2,5  2
	Броневой	4  3,5		3,5 2,3		2,3  1,8
400	Стержне-вой			6  4		4  2,8
	Броневой			4  3,0		3,0  2,5

В таблице 7 приве­дены рекомендуемые значения плотности тока для медных провод­ников. В большинстве случаев применяют именно медные провода, поставляемые кабельной промышленностью с готовой изо­ляцией. Провода, как правило, круглые. При больших сечениях могут применяться и провода прямоугольного сечения.

Большой интерес в последние годы проявляется к алюминию, как весьма перспективному проводниковому материалу. При этом алюминий целесообразно применять только в виде фольги, но не в виде обычных проводников.

в). Коэффициент заполнения окна медью k_м и коэффициент заполнения сечения магнитопровода сталью k_ст предварительно выбираются в зависимости от мощности трансформатора и типа маг­нитопровода согласно данным таблиц 8 и 9, соответственно.

Таблица 8

Тип сердечника	Мощность трансформатора, Pтр н, Вт
	25  50	50 300		300  10000
	Коэффициент заполнения окна kм
Стержневой	0,2  0,23		0,23  0,3		0,3  0,35
Броневой	0,23  0,26		0,26  0,35		0,35  0,4

Таблица 9

Тип сердечника	Толщина листа стали, мм
	0,08	0,1	0,15	0,2	0,35
	Коэффициент заполнения сердечника kст
Стержневой ленточный	0,87		0,9	0,91	0,93
Броневой пластинч.		0,75	0,84	0,89	0,94

г). Значения к.п.д. η_н и cos_1н трансформатора можно предварительно выбрать из таблицы 10.

Таблица 10

Частота тока, Гц	Мощность трансформа-тора, Pтр н, Вт	15  50	50  150	150300	3001000	свыше 1000
50	К.п.д. н	0,5  0,8	0,80,9	0,9  0,93	0,930,95	
	cosн	0,9  0,93	0,930,95	0,950,93	0,930,94	
400	К.п.д. н	0,84	0,840,95	0,950,96	0,960,99	0,99
	cosн	0,84	0,840,95	0,950,96	0,960,99	0,99

Эски­зы магнитопроводов броневого (Ш-образного) и стержневого (лен­точного) типа приведены на рис. 9 и 10 соответственно.

Рис. 9

Рис. 10

Пластинчатые магнитопроводы (рис. 9) собираются из отдельных пластин, изготовляемых путем штамповки и изолированных друг от друга оксидной пленкой (при небольших индукциях) или слоем изо­ляционного лака для уменьшения потерь на вихревые токи. Ленточ­ные магнитопроводы (рис. 10) изготовляются из ленты, предвари­тельно покрытой специальными изолирующими и склеивающими соста­вами, выдерживающими высокую температуру при отжиге собранного сердечника. Готовые магнитопроводы разрезаются на две части для установки катушек, стыки шлифуются. Броневые пластинчатые маг­нитопроводы собирают внахлест для уменьшения эквивалентного воздушного зазора (уменьшения магнитного сопротивления), причем в каждом слое помещаются пластины двух типов - одна Ш - образная и одна прямоугольная.

Выбрав из таблиц 7-10 все необходимые данные для расчета F_оF_ст, по формуле (46) находят расчетное значение указанного про­изведения, после чего подбирают магнитопровод. Выбор производят по таблицам, которые можно найти или у преподавателя-консультанта по курсовой работе или на сайте кафедры www.bmstu.ru или в любом справочнике по магнитопроводам трансформаторов. При выборе магнитопровода руководствуются значениями стандартного ряда F_оF_ст, которые должны немного превышать расчетные значения.

Далее следует выписать из таблиц все необходимые для расчетов данные: типоразмер, основные геометрические размеры магнитопровода (a, b, c, h, l_ст), его вес G_ст, полное сечение магнитопровода F_ст = (ab), активное сечение стали сердечника F_{ст. акт} = F_ст k_ст, площадь окна F_о = ch и величину F_оF_ст.

На этом этапе расчета делается эскиз (в масштабе) магнитопровода с показом размеров (в мм).

Ток холостого хода

После того, как выбран магнитопровод трансформатора, нетрудно найти величины полных потерь в стали Р_ст, намагничиваю­щей мощности Q_ст, абсолютное и относительное значения тока холостого хода.

Относительное значение - это ток холостого хода I₀ , выраженный в % от первичного номинального тока.

Полные потери в стали могут быть определены по формуле:

Р_ст = Р_ст G_ст (47)

где Р_ст - удельные потери, Вт/кг;

G_ст - вес магнитопровода, кг.

Величина Р_ст зависит от выбранного значения магнитной индукции, марки стали, ее толщины и частоты сети. В таблице 11 приведены экспериментальные данные удельных потерь в трансформаторных сталях от индукции для наиболее час­то применяемых марок (для частот 50 Гц и 400 Гц, соответственно).

Абсолютное и относительное значения активной составляющей тока холостого хода определяются по формулам:

Характеристики

Список файлов учебной работы