Особенности расчёта трансформатора малой мощности

Особенности расчёта трансформатора малой мощности

В результате расчёта должны быть определены: геометрические размеры сердечника, данные обмоток (число витков, марки и диаметры проводов), а также электрические и эксплуатационные параметры трансформатора. Важнейшим из этих параметров являются КПД трансформатора, ток холостого хода, падение напряжения и превышение температуры обмоток над температурой окружающей среды. Расчёт трансформаторов по указанным выше исходным данным представляет собой математически неопределённую задачу, допускающую большое количество различных решений. Последнее объясняется тем, что число параметров трансформатора, подлежащих определению, больше числа уравнений, связывающих указанные параметры с исходными величинами. В связи с этим в процессе расчёта трансформатора, приходится предварительно задаваться рядом значений электрических, электромагнитных и конструктивных величин, основываясь при этом главным образом на экспериментальных данных, полученных в результате испытания ряда трансформаторов, подобных рассчитываемому. Вопросы расчёта трансформаторов средней и большой мощности в настоящее время разработаны достаточно полно, и им посвящено большое количество специальной литературы. Однако методы расчёта мощных трансформаторов не всегда оказываются приемлемыми для расчёта силовых трансформаторов малой мощности. Причины этого заключаются в специфических особенностях проектирования и применения трансформаторов малой мощности. Действительно, одной из основных задач расчёта трансформаторов средней и большой мощности является выбор конфигурации магнитопровода. При расчёте же трансформаторов малой мощности используются нормализованные магнитопроводы заданной конфигурации.

Трансформаторы большой и средней мощности обычно работают параллельно. Поэтому исходной величиной для их расчёта является напряжение короткого замыкания, величина которого определяет распределение нагрузок между параллельно работающими трансформаторами. Трансформаторы малой мощности обычно используются для питания индивидуальных нагрузок, и поэтому получение определённой, заранее заданной величины напряжения короткого замыкания для них не является обязательным. Величина тока холостого хода влияет на коэффициент мощности трансформатора и потребление им реактивной мощности из сети переменного тока. Во избежание излишней загрузки электрических сетей реактивной мощностью величина тока холостого хода для мощных трансформаторов обычно не превышает нескольких процентов. Для трансформаторов малой мощности, применяемых большей частью в переносной радиоаппаратуре, решающее значение имеет получение минимально возможной массы и объёма трансформатора. Как уже отмечалось выше, при этом значительно возрастает ток холостого хода, достигая (при частоте сети 50 Гц) величины 30-50; с получающимся при этом увеличением реактивной мощности приходится мириться, хотя суммарная мощность, потребляемая всей массой маломощных трансформаторов в масштабах страны, достаточно велика.

 

Трансформаторы большой и средней мощности в подавляющем большинстве случаев выполняются с масляным охлаждением, в то время как трансформаторы малой мощности имеют, как правило, лишь воздушное охлаждение. Поэтому электрические и электромагнитные нагрузки, допускаемые в трансформаторах малой мощности значительно меньше, чем в трансформаторах большой и средней мощности. Некоторые параметры трансформаторов малой мощности количественно отличаются от параметров мощных трансформаторов. Так, например, относительная величина активного падения напряжения в обмотках трансформаторов значительно больше, а относительная величина реактивного падения напряжения - значительно меньше, чем в трансформаторах большой и средней мощности.

Следует также отметить, что трансформаторы большой и средней мощности работают лишь при частоте питающей сети, равной 50 Гц, в то время как; трансформаторы малой мощности часто проектируются для работы при более высоких частотах (400, 800, 1000 Гц и более). Перечисленные выше особенности трансформаторов малой мощности потребовали разработки для них специальных методов расчёта. Основной задачей при расчёте трансформаторов малой мощности является уменьшение их габаритных размеров и массы.

Одним из методов решения этой задачи является увеличение электромагнитных и электрических нагрузок - магнитной индукции в сердечнике и плотности тока в обмотках. Однако с увеличением магнитной индукции увеличиваются потери в сердечнике, а с увеличением плотности тока растут потери в обмотках.

Вызванное увеличением потерь возрастание температуры сердечника и обмоток допустимо лишь до некоторого предела, определяемое теплостойкостью и сроком службы материалов, применяемых для изоляции обмоточных проводов и всей обмотки в целом.

Поэтому предельно допустимой температуре нагрева трансформатора соответствуют вполне определённые значения магнитной индукции и плотности тока, которые не остаются одинаковыми для трансформаторов различной мощности. Известно, что с уменьшением геометрических размеров трансформатора поверхность охлаждения уменьшается медленнее, чем его объём и пропорциональное объёму количество выделяемого в нём тепла. Поэтому для сохранения температуры обмотки неизменной при уменьшении мощности трансформатора увеличивают расчётные значения магнитной индукции и плотности тока. Однако это увеличение возможно лишь до вполне определённых значений. Как известно, при увеличении индукции возрастает значение тока холостого тока, а в случае увеличения плотности тока - падение напряжения в обмотках. С уменьшением мощности трансформатора относительное значение тока холостого хода возрастает, так как длина пути магнитного потока в сердечнике уменьшается в меньшей степени, чем мощность трансформатора; относительное значение падения напряжения увеличивается как вследствие средней длины витка обмотки с уменьшением мощности трансформатора, так и из-за увеличения плотности тока в обмотках.

Увеличение тока холостого хода и падения напряжения ограничивается допустимой величиной реактивной мощности, потребляемой трансформатором из сети, и допустимыми изменениями напряжения на зажимах вторичной обмотки трансформатора при изменении тока нагрузки.

Особенности работы трансформатора малой мощности

Врезультате расчёта должны быть определены геометрические размеры сердечника, данные обмоток (число витков, марки и диаметры проводов), а также электрические и эксплуатационные параметры трансформатора. Важнейшим из этих параметров является КПД трансформатора, ток холостого хода, падение напряжения и превышение температуры обмоток над температурой окружающей среды. Трансформаторы малой мощности обычно используют для питания индивидуальных нагрузок, и поэтому получение определённой, заранее заданной величины напряжения короткого замыкания для них не является обязательным.

Основные расчётные условия силового однофазного трансформатора

Расчёт силового однофазного трансформатора малой и средней мощности выполняется в три основные этапа:

1. расчёт основных электрических и конструктивных параметров работы;

2. выбор элементов конструкции по расчётным параметрам;

3. оформление сборочного чертежа трансформатора.

Исходными величинами для расчётов силового однофазного трансформатора малой и средней мощности являются:

1. напряжение первичной обмотки трансформатора U₁, [В].

2. напряжение вторичных обмоток трансформатора U₂, U₃, [В].

3. ток вторичных обмоток трансформатора I₂, I₃, [А].

4. частота питающей сети f_c, [Гц].

 

Расчёт основных электрических и конструктивных параметров работы однофазного силового трансформатора

Трансформатора

Величина ЭДС Е_n, В создаваемой магнитным полем в обмотках трансформатор определяется по формуле

Е_n=U_n (1-∆ U_n*10^-2). (14)

Е_n=10*(1-11*10^-2)=9

где ∆ U_n - падение напряжения на первичных и вторичных обмотках
трансформатора (∆ U₁, ∆ U₂), %;

U_n-напряжение соответствующих обмоток (U₁, U₂, U₃)

 

 

4.3 Определение площади поперечного сечения провода обмотки
трансформатора

Площадь поперечного сечения провода обмотки трансформатора Sпр, мм² определяется по формуле:

Sпр=I_n /σ max (15)

Sпр=1/1, 65=0, 6 мм²

где I_n-ток соответствующей обмотки трансформатора (I_1, I₂, I₃ ), А;
σ max - плотность тока в обмотках. А/мм².

 

Междуслоевая изоляция

0, 5-1, 2-пропиточная бумага марки ЭИП-63Б (0, 11мм) или кабельная бумага К-12 (0, 12мм).

Междуобмоточная изоляция

Толщина междуобмоточной изоляции h_M0, мм определяется в зависимости от величины испытательного напряжения U_исп, В

1. При напряжении испытательном до 1000 В применяют 2 слоя бумаги К-12;

Наружная изоляция

Наружную изоляцию h_H, мм, выполняют из тех же материалов, что и междуслоевую h_MC, мм, с добавлением батистовой ленты (0, 16 мм). Количество слоев наружной изоляции выбирается в соответствии с рабочим напряжением последней обмотки:

Up< 500 В - 2 слоя бумаги ЭИП-63Б, К-12 с добавлением батистовой ленты
(1 слой);

Определение зазора

Определение зазора межу катушкой и сердечником для броневых
трансформаторов осуществляется по формуле:

S= c - L, (24)

S=12-11=1 мм

где с - ширина окна магнитопровода, мм;

L-полный радиальный размер, мм.

Величина зазора S, мм должна находиться в пределах: 0, 5 < S < 1.
При соответствии данного параметра S мм катушка нормально укладывается в окна сердечника. Если полученный зазор меньше указанного, то следует увеличить индукцию в сердечнике В_мах Тл, либо выбрать провод обмотку меньших диаметров (увеличить плотность тока). При значительных увеличениях зазора необходимо выбрать магнитопровод другой геометрии.

 

 

Особенности расчёта трансформатора малой мощности

В результате расчёта должны быть определены: геометрические размеры сердечника, данные обмоток (число витков, марки и диаметры проводов), а также электрические и эксплуатационные параметры трансформатора. Важнейшим из этих параметров являются КПД трансформатора, ток холостого хода, падение напряжения и превышение температуры обмоток над температурой окружающей среды. Расчёт трансформаторов по указанным выше исходным данным представляет собой математически неопределённую задачу, допускающую большое количество различных решений. Последнее объясняется тем, что число параметров трансформатора, подлежащих определению, больше числа уравнений, связывающих указанные параметры с исходными величинами. В связи с этим в процессе расчёта трансформатора, приходится предварительно задаваться рядом значений электрических, электромагнитных и конструктивных величин, основываясь при этом главным образом на экспериментальных данных, полученных в результате испытания ряда трансформаторов, подобных рассчитываемому. Вопросы расчёта трансформаторов средней и большой мощности в настоящее время разработаны достаточно полно, и им посвящено большое количество специальной литературы. Однако методы расчёта мощных трансформаторов не всегда оказываются приемлемыми для расчёта силовых трансформаторов малой мощности. Причины этого заключаются в специфических особенностях проектирования и применения трансформаторов малой мощности. Действительно, одной из основных задач расчёта трансформаторов средней и большой мощности является выбор конфигурации магнитопровода. При расчёте же трансформаторов малой мощности используются нормализованные магнитопроводы заданной конфигурации.

Трансформаторы большой и средней мощности обычно работают параллельно. Поэтому исходной величиной для их расчёта является напряжение короткого замыкания, величина которого определяет распределение нагрузок между параллельно работающими трансформаторами. Трансформаторы малой мощности обычно используются для питания индивидуальных нагрузок, и поэтому получение определённой, заранее заданной величины напряжения короткого замыкания для них не является обязательным. Величина тока холостого хода влияет на коэффициент мощности трансформатора и потребление им реактивной мощности из сети переменного тока. Во избежание излишней загрузки электрических сетей реактивной мощностью величина тока холостого хода для мощных трансформаторов обычно не превышает нескольких процентов. Для трансформаторов малой мощности, применяемых большей частью в переносной радиоаппаратуре, решающее значение имеет получение минимально возможной массы и объёма трансформатора. Как уже отмечалось выше, при этом значительно возрастает ток холостого хода, достигая (при частоте сети 50 Гц) величины 30-50; с получающимся при этом увеличением реактивной мощности приходится мириться, хотя суммарная мощность, потребляемая всей массой маломощных трансформаторов в масштабах страны, достаточно велика.

 

Трансформаторы большой и средней мощности в подавляющем большинстве случаев выполняются с масляным охлаждением, в то время как трансформаторы малой мощности имеют, как правило, лишь воздушное охлаждение. Поэтому электрические и электромагнитные нагрузки, допускаемые в трансформаторах малой мощности значительно меньше, чем в трансформаторах большой и средней мощности. Некоторые параметры трансформаторов малой мощности количественно отличаются от параметров мощных трансформаторов. Так, например, относительная величина активного падения напряжения в обмотках трансформаторов значительно больше, а относительная величина реактивного падения напряжения - значительно меньше, чем в трансформаторах большой и средней мощности.

Следует также отметить, что трансформаторы большой и средней мощности работают лишь при частоте питающей сети, равной 50 Гц, в то время как; трансформаторы малой мощности часто проектируются для работы при более высоких частотах (400, 800, 1000 Гц и более). Перечисленные выше особенности трансформаторов малой мощности потребовали разработки для них специальных методов расчёта. Основной задачей при расчёте трансформаторов малой мощности является уменьшение их габаритных размеров и массы.

Одним из методов решения этой задачи является увеличение электромагнитных и электрических нагрузок - магнитной индукции в сердечнике и плотности тока в обмотках. Однако с увеличением магнитной индукции увеличиваются потери в сердечнике, а с увеличением плотности тока растут потери в обмотках.

Вызванное увеличением потерь возрастание температуры сердечника и обмоток допустимо лишь до некоторого предела, определяемое теплостойкостью и сроком службы материалов, применяемых для изоляции обмоточных проводов и всей обмотки в целом.

Поэтому предельно допустимой температуре нагрева трансформатора соответствуют вполне определённые значения магнитной индукции и плотности тока, которые не остаются одинаковыми для трансформаторов различной мощности. Известно, что с уменьшением геометрических размеров трансформатора поверхность охлаждения уменьшается медленнее, чем его объём и пропорциональное объёму количество выделяемого в нём тепла. Поэтому для сохранения температуры обмотки неизменной при уменьшении мощности трансформатора увеличивают расчётные значения магнитной индукции и плотности тока. Однако это увеличение возможно лишь до вполне определённых значений. Как известно, при увеличении индукции возрастает значение тока холостого тока, а в случае увеличения плотности тока - падение напряжения в обмотках. С уменьшением мощности трансформатора относительное значение тока холостого хода возрастает, так как длина пути магнитного потока в сердечнике уменьшается в меньшей степени, чем мощность трансформатора; относительное значение падения напряжения увеличивается как вследствие средней длины витка обмотки с уменьшением мощности трансформатора, так и из-за увеличения плотности тока в обмотках.

Увеличение тока холостого хода и падения напряжения ограничивается допустимой величиной реактивной мощности, потребляемой трансформатором из сети, и допустимыми изменениями напряжения на зажимах вторичной обмотки трансформатора при изменении тока нагрузки.

Особенности работы трансформатора малой мощности

Врезультате расчёта должны быть определены геометрические размеры сердечника, данные обмоток (число витков, марки и диаметры проводов), а также электрические и эксплуатационные параметры трансформатора. Важнейшим из этих параметров является КПД трансформатора, ток холостого хода, падение напряжения и превышение температуры обмоток над температурой окружающей среды. Трансформаторы малой мощности обычно используют для питания индивидуальных нагрузок, и поэтому получение определённой, заранее заданной величины напряжения короткого замыкания для них не является обязательным.

12Следующая ⇒

Поделиться: