Методичка (968398), страница 8

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

Текст из файла (страница 8)

В дальнейших расчетах необходимо использовать параметры проводов, полученные из справочных таблиц, а не определенные по формулам (53) и (54).

В расчетной записке следует дать эскиз сечений обмоток.

Конструкция обмоток

Конструктивный расчет обмоток заключается в выборе осно­вания для намотки (гильзы или каркаса), длины намотки, числа витков в слое и числа слоев каждой обмотки, а также в выборе межслоевой и межобмоточной изоляции. Эскиз каркаса с обмотка­ми для двухобмоточного трансформатора представлен на рис. 11.

Катушка с обмотками у броневого трансформатора одна и располагается на среднем стержне. У стержневого трансформато­ра обычно две катушки и находятся они на обоих стержнях, при­чем каждая катушка содержит половинное число витков соответ­ствующей обмотки трансформатора.

Проверка размещения обмоток производится в следующей пос­ледовательности:

а) определяется число витков в слое w_с согласно зависи­мостям:

(для проводов круглого сечения);

(56)

(для проводов прямоугольного сечения),

где h' = h –1 - высота каркаса (меньше на 1 мм высоты окна магнитопровода), мм;

δ' - толщина щеток и стенок каркаса (обычно равна 1,5 - 4,3 мм в зависимости от диаметра провода);

k_у - коэффициент укладки, определяемый по таблице 15(учитывает неплотность намотки),

k_в - коэффициент, учитывающий выпучивание обмоток при намотке;

d_из - диаметр провода с изоляцией, мм;

b_из - размер большей стороны провода с изоляцией, мм.

Таблица 15

dиз, мм	0,070,12	0,130,19	0,2  0,3	0,31  0,8	0,86  1,0	свыше 1,0
kу	1,15	1,1	1,07	1,05	1,1	1,15
kв	1,05	1,08	1,1	1,12	1,15	1,15

Для прямоугольного провода рекомендуется k_у и k_в брать равными 1,05.

б) Определяется толщина каждой обмотки:

(для провода круглого

сечения); (57)

(для провода прямоугольного

сечения),

где: a_из - размер меньшей стороны провода с изоляцией, мм;

w - число витков каждой обмотки;

_из - толщина прокладок (изоляции) между слоями, мм;

N = w/w_с - округляется до ближайшего большего целого числа и определяет число рядов в слое.

В качестве прокладок между слоями рекомендуется выбирать: при проводах диаметром менее 0,1 мм - конденсаторную бумагу толщиной 0,01 мм; при проводах диаметром 0,1 - 0,5 мм - теле­фонную бумагу толщиной 0,05 мм и при проводах диаметром более 0,5 мм - кабельную бумагу толщиной 0,12 мм.

Рис. 11

в) определяется полная толщина намотки.

Для Ш - образных (броневых) магнитопроводов она находится из зависимости:

 = δ₁ + δ₂ + ……. + δ_n + (δ' +1) + n^.Δ_мо, мм (58)

где Δ_мо - толщина межобмоточной изоляции, мм;

n - число обмоток.

Для стержневых магнитопроводов, у которых обмотки распола­гаются на обоих стержнях (две катушки) и содержат половинное число витков каждой обмотки, полная толщина намотки одной ка­тушки находится из зависимости:

 = δ₁/2 + δ₂/2+ ……. + δ_n/2+ (δ' +1) + n^.Δ_мо, мм (59)

При напряжениях, не превышающих 1000 В, в качестве мате­риала для межобмоточной изоляции обычно используются различные марки изоляционной бумаги, намотанной в несколько слоев; общую толщину этой изоляции (Δ_мо) при этом можно принимать равной 0,2 - 0,3 мм. В формулах (58) и (59) учитывается и толщина изо­ляции поверх крайней обмотки.

В заключение этого этапа расчета следует определить зазор между катушкой и магнитопроводом (для броневых и однокатушечных стержневых трансформаторов) или двумя катушками (для стерж­невых трансформаторов с двумя катушками). Если величина этого зазора, равная (c - k_в) для броневых и однокатушечных стержневых трансформаторов или (c – 2k_в) для стержневых трансформаторов с двумя катушками окажется в пределах 0,5 - 5,0 мм, то катушки нормально укладываются в окно сердечника. Здесь k_в - коэффициент, учитывающий выпучивание обмоток при их намотке, c - ширина окна магнитопровода (рис. 9 и 10). Зазор в 5 мм допустим лишь для больших трансформаторов малой мощности (около 800 ВA при f = 50 Гц и около 2500 ВА при f = 400 Гц. С уменьшением мощности допустимый зазор пропорционально уменьшается. Если полученный зазор меньше указанного, то сле­дует либо увеличить индукцию, либо подобрать провода меньших диаметров (увеличив тем самым плотность тока), либо перейти к ближайшему большему типоразмеру магнитопровода. При чрезмерной же свободе в окне (свободно более 15-20% площади окна) - нужно перейти к ближайшему меньшему типоразмеру магнитопровода, после чего по­вторить расчет заново. На этом конструктивный расчет трансфор­матора заканчивается.

В расчетной записке студент приводит эскиз (в масштабе) магнитопровода с расположенными обмотками в двух проекциях. В расчетной записке дается расчет основных размеров катушек об­моток.

Определение температуры перегрева обмоток

После того, как найдены геометрические размеры обмоток трансформатора, можно перейти к определению их рабочей темпе­ратуры. Прежде всего, необходимо найти величину суммарной мощно­сти потерь в обмотках каждой катушки,

(60)

где, кроме выше обозначенного:

r - сопротивление провода обмотки, Ом;

ρ_м - удельное сопротивление медного провода при рабочей температуре, Ом ^. см.

В формуле (60) δ в А/мм² , S_пр в см² , l_пр - общая длина провода обмотки в см.

Заменяя в (60) произведение S_пр l_пр его значением из (55)

G_м = γ_м S_пр l_пр

где G_м - вес провода обмотки, г;

γ_м - удельный вес меди (γ_м = 8,9 г/см³), получим:

(61)

Температура провода в нагретом состоянии достигает 100 - 110˚C. Подставляя в (61) значение ρ_м для этой температуры ρ_м = О,0214 ^.10^-4 Ом^. см, получим:

P_м = 2,4 δ² G_м, Вт (62)

δ - плотность тока в А/мм²

G_м - вес провода, кг.

Вес меди каждой обмотки можно найти из выражения:

G_м = l_{ср в}^.w^.G_м ^.10 ^-3, кг (63)

где l_{ср в} - средняя длина витка обмотки;

w - общее число витков обмотки.

G_м - вес 1 м провода, г.

Для двухкатушечного стержневого трансформатора необходимо брать половинное значение числа витков обмотки w, рассчитанного ранее, поскольку обмотки распределены поровну на две катушки.

Не внося существенной погрешности в расчеты, можно вместо вычисления средних длин витков для каждой обмотки (l_{ср в1}, l_{ср в2}, ....... и т.д.) принять для обмоток одинаковую сред­нюю длину l_{ср в}, вычисляя ее из зависимости

l_{ср в}  2(a + b +2) (64)

где  - полная толщина намотки катушки.

Таким образом, зная плотность тока в каждой обмотке, ее число витков, вес одного погонного метра провода и пользуясь выражениями (62), (63) и (64) можно определить суммарные потери в меди в каждой катушке

P_{м кат} = P_{м 1}+ P_{м 2} +............+ P_{м n} (65)

и во всем трансформаторе (если катушек несколько, то найденная величина P_{м кат} умножается на число катушек, как например, в двухкатушечном стержневом трансформаторе).

Как было замечено выше, в трансформаторах малой мощности нагрев магнитопровода практически не влияет на температуру перегрева обмоток t_м по отношению к температуре окружающей сре­ды. Поэтому температуру перегрева можно определить по формуле:

(66)

где P_{м кат} - потери в меди одной катушки, Вт;

F_{м кат} - поверхность охлаждения данной катушки, см²;

_м - коэффициент теплопередачи, Вт/см²С.

В связи с тем, что часть торцевых поверхностей катушки и часть ее боковых поверхностей, закрытые магнитопроводом, в процессе пере­дачи тепла окружающей среды практически не участвуют, можно считать, что охлаждающая поверхность в формуле (66) включает в себя лишь от­крытые боковые поверхности данной катушки:

F_{м кат} = 2h (a + b +4), см² (67)

Значение коэффициента теплопередачи _м зависит от ряда фак­торов: температуры перегрева, мощности и т.д. Однако в первом приб­лижении можно считать, его значение постоянным и равным _м = 1,2 ^.10^3 Вт/см²С. Если полученная в результате расчёта величина t_м близка к 70°С (для провода ПЭЛ) или 85°С (для провода ПЭВ), то трансформатор рассчитан правильно, т.е. при температуре окружающей среды t_окр = 35°С (по ГОСТу) рабочая температура катушки будет близка к:

Характеристики

Список файлов учебной работы