МЕНЮ


Фестивали и конкурсы
Семинары
Издания
О МОДНТ
Приглашения
Поздравляем

НАУЧНЫЕ РАБОТЫ


  • Инновационный менеджмент
  • Инвестиции
  • ИГП
  • Земельное право
  • Журналистика
  • Жилищное право
  • Радиоэлектроника
  • Психология
  • Программирование и комп-ры
  • Предпринимательство
  • Право
  • Политология
  • Полиграфия
  • Педагогика
  • Оккультизм и уфология
  • Начертательная геометрия
  • Бухучет управленчучет
  • Биология
  • Бизнес-план
  • Безопасность жизнедеятельности
  • Банковское дело
  • АХД экпред финансы предприятий
  • Аудит
  • Ветеринария
  • Валютные отношения
  • Бухгалтерский учет и аудит
  • Ботаника и сельское хозяйство
  • Биржевое дело
  • Банковское дело
  • Астрономия
  • Архитектура
  • Арбитражный процесс
  • Безопасность жизнедеятельности
  • Административное право
  • Авиация и космонавтика
  • Кулинария
  • Наука и техника
  • Криминология
  • Криминалистика
  • Косметология
  • Коммуникации и связь
  • Кибернетика
  • Исторические личности
  • Информатика
  • Инвестиции
  • по Зоология
  • Журналистика
  • Карта сайта
  • Расчет силового трансформатора

    Расчет силового трансформатора

    МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И

    ПРОФЕЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

    РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

    МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ

    РАДИОТЕХНИКИ ЭЛЕКТРОНИКИ И АВТОМАТИКИ

    (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

    Курсовой проект

    по предмету:

    “Электротехника”.

    Тема:

    “Расчет силового трансформатора ”

    Студент: Чубаков А.С.

    Группа: ВАИ-6-00

    Преподаватель: Плотников С.Б.

    МОСКВА 2002

    ВВЕДЕНИЕ.

    Трансформатор – устройство, предназначенное для изменения величины

    переменного напряжения, - является практически обязательным структурным

    элементом источника вторичного электропитания. При наличии первичного

    источника, вырабатывающего переменное напряжение, трансформатор достаточно

    часто включается в источник вторичного электропитания в качестве входного

    элемента. В этом случае трансформатор называется силовым, и его

    функциональное назначение заключается в преобразовании входной системы

    переменного напряжения (однофазной или трехфазной) в одну или несколько

    других систем переменных напряжений, используемых для питания

    соответствующих потребителей постоянного и переменного тока. В системах

    питания электронной аппаратуры применяют силовые трансформаторы малой

    мощности ( не более 4 кВ-А для однофазных и 5 кВ-А для трехфазных систем

    переменного тока). Они в большинстве случаев работают при низких

    напряжениях на обмотках (до 1кВ), синусоидальной или близкой к

    синусоидальной форме преобразуемого напряжения и частоте, равной 50 Гц

    (частота промышленной сети).

    Электронная аппаратура, как правило, требует наличия постоянного

    напряжения питания одного или нескольких уровней. Поэтому в источниках

    вторичного электропитания силовой трансформатор работает совместно с одним

    или несколькими выпрямителями – устройствами, преобразующими системы

    переменных напряжений в постоянные по полярности и пульсирующие по

    величине (выпрямленные) напряжения. Выпрямители могут быть регулируемыми и

    нерегулируемыми. Первые реализуются на базе управляемых полупроводниковых

    вентилей – тиристоров, вторые – на базе неуправляемых вентилей – диодов.

    Нерегулируемые выпрямители не обеспечивают стабилизацию выходных

    напряжений. При колебаниях напряжения источника электропитания, а также при

    изменении тока в любой из нагрузок, получающих питание от силового

    трансформатора, величина напряжения, снимаемого с нерегулируемого

    выпрямителя, изменяется.

    Вместе с тем, нерегулируемы выпрямители широко применяются в системах

    питания электронной аппаратуры в случаях, когда отсутствуют жесткие

    требования со стороны соответствующих потребителей постоянного тока, или,

    если такие требования есть, когда предусмотрено включение стабилизаторов

    постоянного напряжения в цепи питания потребителей.

    В данной курсовой работе представлен расчет однофазного

    низковольтного силового трансформатора малой мощности как структурного

    элемента источника вторичного электропитания, работающего в длительном

    режиме. Трансформатор имеет ряд обмоток. Первичная обмотка с числом витков

    w1 подключена к источнику электропитания, вырабатывающему переменное

    синусоидальное напряжение U1 и частотой 400 Гц. С двух групп вторичных

    обмоток с числами витков w2 и w3 снимаются переменные напряжения

    соответственно U2 и U3 той же частоты. Вторичная обмотка с числом витков w2

    через соответствующий нерегулируемый выпрямитель В и выпрямленное

    напряжение U0, снабжает электроэнергией нагрузку H3, имеющую чисто активный

    характер, требующую питание постоянным током. Однофазная вторичная обмотка

    с числом витков w3 подключена непосредственно к нагрузке H3, получающей

    питание переменным током, частота которого совпадает с частотой источника.

    На рис. схемы протекают следующие токи: i1 – переменный ток, потребляемый

    первичной обмоткой трансформатора; i2- переменный ток в фазе вторичной

    обмотки с числом витков w2; i0 – постоянный по направлению и пульсирующий

    по величине (выпрямленный) ток, питающий нагрузку H3; i3 – переменный ток,

    протекающий во вторичной обмотке с числом витков w3 и нагрузке H3.

    Возможное наличие реактивных элементов в цепи нагрузки H3 учитывается

    коэффициентом мощности cos?3, равным отношению активной составляющей

    мощности к полной мощности, потребляемой нагрузкой.

    Начальные данные:

    |Напряжение источника электропитания |U1 |24 B |

    |Частота напряжения источника электропитания |f |400 Гц |

    |Схема выпрямителя B в цепи питания |Однофазная |

    | |мостовая |

    |Напряжение на нагрузке H2 |U0 |12 В |

    |Ток в нагрузке H2 |I0 |4,16 A |

    |Характер нагрузок H2 |Активный |

    |Напряжение на нагрузке H3 |U3 |36 В |

    |Ток в нагрузке H3 |I3 |0,277 A |

    |Коэффициент мощности нагрузки H3 |cos?3 |0,35 |

    |Температура окружающей среды |t0 |30 0C |

    |Макс. Температура нагрева трансформатора |tTmax |120 0C |

    |Режим работы |длительный |

    [pic]

    1. РАСЧЕТ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РАСЧЕТ ТРАНСОРМАТОРА.

    01. По соотношению величин напряжений и токов в трансформаторе и

    выпрямителе рассчитаем среднее значение прямого тока через диод

    IDnр,cp и наибольшее мгновенное значение обратного напряжения на диоде

    UDo бр,u,n :

    IDnр,cp=0,5I0=2,08 A

    UDo бр,u,n =1,57U0=18,84 U

    02. Для выпрямителя B выбирается диод типа КД202А

    (Inр,cp max=3 A, Uo бр,u,n max=50 B)

    Для выпрямителя определяем среднее значение прямого напряжения на

    диоде UDnр,cp = 0,9 B

    03. Среднее значение прямых напряжений на выпрямителе B равно

    UBcp=2* UDnр,cp; UBcp==2*0,9=1,8 B

    04. Действующее значение номинального напряжения на фазе обмотки

    трансформатора, работающего на выпрямителе B:

    U2=1,11(U0+UBср); U2=1,11(12+1,8)=15,3 B

    и номинальный ток в нем:

    I2=1,11I0; I2=1,11*4,16=4,6 A

    05. Коэффициент трансформации, характеризующий взаимно-индуктивную связь

    между первичной обмоткой и фазой вторичной обмотки, на выпрямителе B:

    k1/2=U1/ U2; k1/2=24/15,3=1,57

    06. Действующее значение номинального тока в первичной обмотке,

    обусловленное передачей мощности от источника электропитания в цепи

    нагрузки вторичной обмотки, на выпрямителе B:

    I1/2=1,11I0/k1/2; I1/2=1,11*4,16/1,57=2,94 A

    07. Действующее значение номинального тока в первичной обмотке

    трансформатора:

    I1= I1/2+( U3* I3)/ U1; I1=2,94+(36*0,277)/24=3,35 A

    08. Расчетная мощность трансформатора

    ST=0,5(U1I1+m2U2I2+ U3I3);

    ST=0,5(24*3,35 +15,3 *4,6 +36*0,277)=80,4 B*A

    09. Выбирается броневой ленточный магнитопровод из стали марки 3422,

    ?C=0,1 mm

    10. Выбираем ориентировочные величины электромагнитных нагрузок:

    амплитуды магнитной индукции в магнитопроводе трансформатора Bm=1,34

    Тл и действующее значение плотности тока в обмотке j=4,4 A/mm2

    11. Определяем значение коэффициента заполнения магнитопровода сталью

    kc=0,88

    12. Выбирается ориентировочное значение коэффициента заполнения окна

    магнитопровода медью k0 =0,249

    13. Конструктивный параметр, представляющий собой произведение площади

    поперечного сечения магнитопровода SC и площади окна под обмотки S0

    SCS0=( ST100)/(2,22*f*Bm*j*kc*k0);

    SCS0=( 80,4 *100)/(2,22*400*1,36 *4,6*0,88*0,249)= 6,6 см4

    14. Выбираем типоразмер магнитопровода – ШЛ12х16 (SCS0=6,9см4); a=12 mm;

    b=16 mm; c=12 mm; h=30 mm; SC=1,92 см2; S0=3,6см2; lM=10,4 см; mc=135

    г;

    15. Выбираем ориентировочные значения падения напряжения на первичной

    обмотке, выраженного в процентах от номинального значения U1, ?

    U1%=3,5% и падений напряжения во вторичных обмотках, в % от

    соответствующих номинальных значении U2 и U3 равные друг другу ?

    U2,3%=4,4%

    16. Число витков [pic];

    [pic]=57

    17. Число витков на выпрямителе B:

    [pic];

    [pic]=36

    Число витков на вторичной обмотке подключенной непосредственно к

    нагрузке H3 :

    [pic]; [pic]=85

    18. Площади поперечных сечений обмоточных проводов без изоляции для всех

    обмоток трансформатора рассчитываются по формулам:

    q1пр= I1/j; q1пр=3,35/4,6=0,7283 мм2

    q2пр= I2/j; q2пр=4,6 /4,6= 1 мм2

    q3пр= I3/j; q3пр=0,277/4,6=0,0602 мм2

    19. Выбирается марка обмоточных проводов ПЭВТЛ-1 (tTmax до 1200)

    20. Габариты провода:

    d 1пр=0,96 мм; q1пр=0,7238 мм2 ;d1из= 1,02 мм;

    d 2пр=1,16 мм; q2пр=1,057 мм2 ;d2из= 1,24 мм;

    d 3пр=0,27 мм; q3пр=0,05726 мм2 ;d3из= 0,31 мм;

    21. Действующие значения плотности тока во всех обмотках трансформатора:

    j1=I1/ q1пр; j1=3,35/0,7238=4,63 A/мм2;

    j2=I2/ q1пр; j1=4,6 /1,057 =4,35 A/мм2;

    j3=I3/ q1пр; j1=0,277/0,05726 =4,84 A/мм2;

    22. Удельные потери мощности в магнитопроводе трансформатора

    PСуд= PСудH (Bm/ВmH )2; PСуд=15,4 Вт/кг

    23. Pc=PСуд *mc*10-3; Pc=15,4*135*10-3=2,08 Вт

    24. Потери мощности в обмотках

    PM=?(0,9* j12*[pic]* q1пр+1,1(j22*m2*[pic]*q2пр+ j32* [pic]*q3пр))* lM

    (1+?(tTmax-20))*10-2;

    PM=0,0175(0,9* 4,63 2*57* 0,7238+1,1(4,35 2*0,135*36*1,057+ 4,84 2*

    85*0,0602))* 10,4 (1+0,00411(120-20))*10-2=2,66 Вт

    25. Суммарные потери мощности в трансформаторе

    PT=PC+PM; PT=2,08+2,66=4,74 Вт

    26. КПД трансформатора

    [pic];

    [pic]=92,8%

    27. [pic]

    [pic]=81,4%

    2. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА.

    01. Превышение температуры трансформатора над темпер. окружающей среды:

    ?tT=PTRT, где RT тепловое сопротивление трансформатора.

    ?tT=4,74*9,40=44,56 град/Вт

    02. Установившаяся температура нагрева трансформатора:

    tT=t0+?tT; tT=30+44,56=74,56 0C

    Установившаяся температура нагрева трансформатора не превышает

    максимально допустимого значения tTmax=1200C

    3. КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА.

    01. Выбирается бескаркасная намотка обмоток трансформатора (на гильзу.)

    [pic]

    02. Ширина внутреннего прямоугольного отверстия изолирующей гильзы:

    ?r =?+2?p, где ?p величина радиального зазора между гильзой и несущим

    катушку стержнем магнитопровода.

    ?r =12+2*1=14 мм

    03. Толщина гильзы в радиальном направлении выбирается ?r=1 мм

    05. Габаритная высота гильзы Hr=h-2?0, где ?0=0,5 мм величина осевого

    зазора между щечкой каркаса или торцевой поверхностью гильзы и ярмом

    магнитопровода.

    Hr=30-1=29 мм

    06. Составляется план размещения обмоток в окне магнитопровода.

    [pic]

    07. В качестве электроизоляционного материала применяем пропиточную

    бумагу ИЭП-63Б, ?мо=0,11 мм

    08. Чисто слоев изоляционного материала:

    nKвн = U1/(mk*175), для броневого трансформатора число стержней

    магнитопровода mk=1

    nKвн = 24/(1*175)=1

    09. Толщина внутренней изоляции катушки

    ?Kвн = nKвн*?mo;

    ?Kвн = 1*0,11=0,11 мм

    10. Высота слоя первичной обмотки

    h1=Hr-2?h1, где ?h1=1,5 – толщина концевой изоляции первичной

    обмотки.

    h1=29-2*1,5=26 мм

    11. Число витков в одном слое первичной обмотки

    w1сл=ky*h1/d1из, где ky=0,9 – усредненное значение коэффициента

    укладки

    w1сл=0,9*26/1,02=22

    12. Число слоев первичной обмотки в катушке

    n1сл= w1/(mk*w1сл);

    n1сл=57/(1*22)=3

    13. Определяем максимальное действующие значение между соседними слоями

    первичной обмоткой:

    U1mc=2*U1*w1сл/w1;

    U1mc=2*24*22/57=18,5 B

    14. В качестве материала для выполнения межслоевой изоляции в первичной

    обмотке выбирается кабельная бумага марки К-120; ?1мс=0,12 мм;

    U1мс max=71 B

    15. Число слоев межслоевой изоляции между соседними слоями первичной

    обмотки:

    n1мс =U1мс/ U1мс max;

    n1мс =18,5 / 71=1

    16. Толщина межслоевой изоляции между соседними слоями первичной обмотки:

    ?1мс= n1мс*?1мс;

    ?1мс=1*0,12 =0,12 мм

    17. Толщина первичной обмотки в катушке с учетом межслоевой изоляции:

    a1=kp[n1сл* d1из+( n1сл-1) ?1мс], где kp=1,15 – усредненное значение

    разбухания;

    a1=1,15 [3* 1,02+( 3-1) *0,12]= 3,79 мм

    18. Напряжение, определяющее толщину межобмоточной изоляции между данной

    обмоткой и предыдущей:

    U2мо=max(U1/mk;m21*U21/mk)=24 В;

    19. Число слоев межобмоточной изоляции, поверх которой наматывается

    данная обмотка:

    n2мо=2, т.е. межобмоточная изоляция выполняется в два слоя

    20. Толщина межобмоточной изоляции, поверх которой наматывается данная

    обмотка:

    ?2мо=n2мо*? мо;

    ?2мо=2*0,11=0,22 мм

    21. Высота слоя обмотки, работающей на выпрямителе B:

    h2=h1-2?h2,3 , где ?h2,3=0,25 мм - приращение толщины концевой

    изоляции каждой из вторичной обмоток по отношению к концевой изоляции

    предыдущей обмотки:

    h2=26-2*0,25=25,5 мм

    22. Для вторичной обмотки, работающей на выпрямитель, число витков одом

    слое обмотки:

    w2сл=ky*h2/d2из;

    w2сл=0,9*25,5/1,24=18

    23. Число слоев вторичных обмоток, работающих на выпрямитель, в катушке:

    n2сл=m2*w2/(mk*w2сл);

    n2сл=1*36/(1*18)=2

    24. Максимальное действующее напряжение между соседними слоями:

    U2мс=m2*U2/mk ;

    U2мс=1*15,3/1=15,3 В

    25. Для вторичной обмотки, работающей на выпрямитель, выбираем

    электроизоляционный материал: кабельная бумага марки К-120;

    ?2мс=0,12 мм; U2мсmax=71B

    26. Для вторичной обмотки, работающей на выпрямитель, число слоев

    межслоевой изоляции между соседними слоями обмотки:

    n2мс=U2м/U2мсmax;

    n2мс =15,3/71=1

    27. Для вторичной обмотки, работающей на выпрямитель, толщина межслоевой

    изоляции соседними слоями обмотки:

    ?2мс=n2мс*?2мс;

    ?2мс=1*0,12=0,12 мм

    28. Толщина каждой из вторичной обмотки, работающей на выпрямитель, в

    катушке с учетом межслоевой изоляции:

    a2=kp(n2сл*d2из+( n2сл -1) ?2мс)

    a2=1,15(2*1,24 +(2-1) 0,12)= 2,99 мм

    29. Для вторичной обмотки, подключенной непосредственно к нагрузке H3,

    находится напряжение, определяющее толщину межобмоточной изоляции

    между данной обмоткой и предыдущей:

    U3мо1=max(m2z*U2z/mk;U3/mk);

    U3мо1=36 В

    30. Для вторичной обмотки, работающей непосредственно на нагрузку,

    определяем число слоев межобмоточной изоляции, поверх которой

    наматывается данная обмотка:

    n3мо=2

    31. Для вторичной обмотки, работающей на нагрузку, толщина межобмоточной

    изоляции, поверх которой наматывается данная обмотка:

    ?3мо=n3мол*?мо;

    ?3мо=2*0,11=0,22 мм

    32. Для каждой вторичной обмотки, работающей на нагрузку, определяется

    высота слоя обмотки:

    h3=h1-2(Z+?)?h2,3

    h3=26-2(1+1)0,25=25 мм

    33. Для каждой вторичной обмотки, работающей на нагрузку, число витков в

    одном слое обмотки:

    w3сл=ky*h3/d3из;

    w3сл=0,9*25/0,31=72

    34. Число слоев вторичной, работающей на нагрузку, в катушке

    n3сл= w3/(mk*w3сл);

    n3сл= 85/(1*72)=2

    35. Для каждой из вторичной обмотки, работающей на нагрузку, определяется

    максимальное действующее напряжение между соседними слоями:

    U3мс=U3/mk;

    U3мс=36/1=36 В

    36. Для вторичной обмотки, работающей на нагрузку, выбираем

    электроизоляционный материал: телефонная бумага КТ-50, его толщина

    ?3мс=0,05 мм; U3мсmax=57 B

    37. Для вторичной обмотки, работающей на выпрямитель, число слоев

    межслоевой изоляции между соседними слоями обмотки:

    n3мс=U3мс/U3мсmax;

    n3мс =36/57=1

    38. Для вторичной обмотки, работающей на нагрузку, толщина межобмоточной

    изоляции, поверх которой наматывается данная обмотка:

    ?3мс=n3мс*?3мс;

    ?3мс=1*0,05=0,05 мм

    39. Толщина каждой из вторичной обмотки, работающей на выпрямитель, в

    катушке с учетом межслоевой изоляции:

    a3=kp(n3сл*d3из+( n3сл -1) ?3мс)

    a3=1,15(2*0,31+(2-1) 0,05)= 0,77 мм

    40. Число слоев изоляционного материала наружной изоляции катушки:

    nKнар=2

    41. Толщина наружной изоляции катушки:

    ?Kар= nKнар*?мо;

    ?Kар= 2*0,11=0,22 мм

    42. Толщина катушки в радиальном направлении с учетом изоляции на гильзе,

    межобмоточной изоляций и наружной изоляции катушки:

    ak=?Kвн+a1+?2мо+a2+?3мо+a3+?Kнар

    ak=0,11+3,79+0,22+2,99+0,22+0,77+0,22=8,32 мм

    43. Ширина свободного промежутка в окне магнитопровода: зазор между

    наружной боковой поверхностью катушки и боковым стержнем

    магнитопровода:

    ?=c-( ?p+?r+ak);

    ?=12-(1+1+8,32)= 1,68 мм

    Вывод: обмотка трансформатора нормально укладываются в окне

    магнитопровода, следовательно расчет трансформатора можно считать

    завершенным.

    5. ЛИТЕРАТУРА:

    1. Курс лекций по электротехники Плотникова С.Б.

    2. Петропольская Н.В., Ковалев С.Н., Цыпкин В.Н., Однофазные силовые

    трансформаторы в системах электропитания электронной аппаратуры.

    МИРЭА, Москва 1996 г.

    3. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. М., Высшая школа,

    1978 г.


    Приглашения

    09.12.2013 - 16.12.2013

    Международный конкурс хореографического искусства в рамках Международного фестиваля искусств «РОЖДЕСТВЕНСКАЯ АНДОРРА»

    09.12.2013 - 16.12.2013

    Международный конкурс хорового искусства в АНДОРРЕ «РОЖДЕСТВЕНСКАЯ АНДОРРА»




    Copyright © 2012 г.
    При использовании материалов - ссылка на сайт обязательна.