Расчёт маломощного трансформатора с воздушным охлаждением

Московский государственный университет путей сообщения

Воронежский филиал

КУРСОВАЯ РАБОТА

"Электрические машины и электропривод"

Тема: "Расчёт маломощного трансформатора с воздушным охлаждением"

Воронеж - 2011

ВВЕДЕНИЕ

Конструкция трансформатора: Основные элементы конструкций трансформаторов является магттопровод; и катушки с обмотками.

В зависимости от технологии изготовления магнитопровода трансформатора небольшой мощности делятся на пластинчатые и ленточные, и имеют три основных типа: стержневые, броневые и кольцевые.

Стержневые пластинчатые магнитопроводы обычно собираются из прямо угольных пластин одинаковой ширины П-образной формы.

Броневые пластинчатые магнитопроводы собираются из Ш-образных пластин и прямоугольных перекрышек.

Обмотки изготовляются из изолированных проводов; кроме того, предусматривается изоляция катушек от магнитопровода, междуслоевая изоляция, между обмоточная изоляция, внешняя изоляция катушек.

Также в конструкцию трансформатора входят детали для сборки отдельны: частей сердечника, крепления собранного трансформатора, клеммы для соединения концов обмоток.

Характеристика расчета трансформатора:

Основная задача при расчете является уменьшение габаритных размеров и массы при заданных ограничениях на рабочую температуру, падение напряжения и ток холостого хода. Увеличение магнитной индукции в сердечнике В и плотности тока j в обмотках обеспечивает уменьшение габаритов и массы трансформатора, hi возрастают потери в сердечнике, и ток холостого хода, и растут потери в обмотка и падение напряжения. Рост температуры сердечника и обмоток допустим до лишь до определенного предела

Задание на курсовую работу

.Рассчитать маломощный трансформатор с воздушным охлаждением согласно исходным значениям, представленными ниже.

.Выполнить чертёж рассчитанного трансформатора.

.Составить подробную расчётно-пояснительную записку.

Исходные данные выбираются согласно последним трём цифрам шифра студента. Согласно варианту "400" выбираем следующие исходные данные:

=300BA

=70BA

=390B

=20B

=0.8

=0.8

=220B

f=400Гц

Расчётное условие: минимум массы

Температура окружающей среды: T=30 °C

Расчётное ограничение:

Максимальная температура

Отношение массы стали к массе меди должно лежать в пределах 2-3.

Отношение потерь меди к потерям в стали при нормальной нагрузке желательно иметь в пределах 1.35-1.5.

Расчёты требуется округлять до трёх значащих цифр.

Выбор магнитопровода

. Определение расчётной мощности трансформатора.

Поскольку +, расчётная мощность определяется по формуле:

Значение КПД  равняется 0.96-0.97 согласно таблице №2.

. Конструкция магнитопровода

Поскольку значение расчётной мощности , то можно изготавливать стержневой трансформатор с двумя катушками и ленточными разъемными сердечниками, используя ленточный магнитопровод.

Стержневые трансформаторы имеют большую поверхность охлаждения по сравнению с броневыми и меньшую среднюю длину витка

. Выбор материала сердечника

Для каждой частоты существует своя оптимальна толщина материала. Поэтому толщина магнитопровода является постоянной величиной. Поскольку можно применять только ленточный магнитопровод, будем использовать ленточный магнитопровод холоднокатаной стали марки Э340 толщиной . При частоте 400 Гц

. Нахождение ориентировочного значения магнитной индукции, плотности тока, коэффициента заполнения окна, коэффициента заполнения магнитопровода. По найденной величине и заданной конструкции магнитопровода, согласно таблицам №3,4,5,6 выберем:

магнитную индукцию, возьмем максимальное значение В=1.3

плотность тока

Коэффициент заполнения окна

Коэффициент заполнения магнитопровода

Так как выбран материал сердечника Э340 соответственно уменьшим значение на 25%

Поскольку напряжения на зажимах обмотки не превышают 500В, можно использовать значения из таблиц№3,4,5,6 без корректировки.

.Определение произведения сечения сердечника на площадь окна

.Определение отношения сечения сердечника на площадь окна

(где )

Из табл.прил.П2[5] выбрали магнитопровод ПЛ 16Х32-50, поскольку его произведение  и пределы изменения  лежат требуемых пределах:

Пользуясь справочными данными из приложения 17/10/5 П2 находим:

Ширина стержня

Толщина пакета пластинчатого сердечника

Высота

Ширина окна

Средняя длина магнитной силовой линии

Площадь сечения магнитопровода

Произведение сечения сердечника на площадь окна

Масса магнитопровода

Площадь окна магнитопровода

Длина средней магнитной линии

Средняя длина витка всех обмоток

Открытая поверхность охлаждения сердечника

Открытая поверхность катушки

С помощью формул (3) и (4) уточним значения и

трансформатор магнитопровод ток напряжение

Определение числа витков обмоток

.Определение падения напряжения

Если падения напряжений на обмотках выразить в процентах от номинальных значений напряжений на соответствующих обмотках, то значения ЭДС примут вид

.Определение ЭДС на виток

Электродвижущая сила на виток определяется по формуле:

.Определение числа витков обмоток

Определение числа витков обмоток определяется по формуле:

Поскольку число витков обмотки низшего напряжения, определяемого по формуле(12) получилось дробным, необходимо округлить его до целого числа. Следовательно, . Так же необходимо произвести перерасчёт чисел витков и магнитной индукции согласно формулам:

Определение потерь в стали и намагничивающего тока

.Опроеделение потерь в стали

Для магнитопроводов из стали Э340, потери в стали определяются по формуле:

 - величина удельных потерь. Она находится по графику №3 на рис.4.

.Определение активной составляющей намагничивающего тока

Активная составляющая намагничивающего тока находится по формуле:

.Определение реактивной составляющей намагничивающего тока

Реактивная составляющая намагничивающего тока для стали Э340 определяется по формуле:

-число зазоров на пути силовой линии, равное 2.

-величина эквивалентного воздушного зазора в стыках сердечника трансформатора, равное 0.0015см.

. Определение тока первичной обмотки при номинальной нагрузке

Ток первичной нагрузки холостого хода находится согласно формуле:

,

A

- приведённые значения активной составляющей токов вторичных обмоток.

,

- приведённые значения реактивной составляющей токов вторичных обмоток

.Определение тока холостого хода

Ток холостого хода определяется по формуле:

.Определение относительного значения тока холостого хода

Относительное значение тока холостого хода находится по формуле:

.Оценка результатов выбора магнитной индукции

Поскольку  , выбор стержневого магнитопровода из стали Э340 верен.

.Определение коэффициента мощности

Коэффициент мощности определяется по формуле:

Электрический и конструктивный расчёт обмоток

.Выбор плотностей тока в обмотках

Поскольку известно среднее значение плотности тока, можно найти плотности тока всех обмоток. При соединении обмоток в порядке 2,1,3(где обмотка №2 является выходной обмоткой большего напряжения) следует принять:

.Определение ориентировочного значения сечения проводов

Ориентировочное значение сечения проводов определяется по формуле:

.Выбор стандартного сечения и диаметров проводов

Зная ориентировочные значения проводов, из приложения 17/10/5 П1(3) выбрали стандартные сечения и диаметры проводов марки ПЭВ-1.

Зная точные значения сечений и диаметров проводов, можно найти фактическую плотность тока в проводах по формуле:

.Определение амплитудного значения рабочих напряжений и испытательных напряжений

Амплитудное значение рабочих напряжений находится по формуле:

Значение испытательных напряжений обмоток определяется по графику№3, представленному ниже.

Из графика следует, что

.Изоляционные расстояния

.