Расчет маломощного трансформатора с воздушным охлаждением
Работа добавлена на сайт samzan.net:
|
Российская ОТКРЫТАЯ АКАДЕМИЯ ТРАНСПОРТА. |
|
Курсовая работа. |
|
«Расчет маломощного трансформатора с воздушным охлаждением» |
|
по дисциплине: «Электрические машины и электроприводы» |
Выполнил: Почечуй А.Ю.
Шифр 1210-п/АТС – 7077
Проверил: Сальников И.А.
Москва 2012г.
Задание на курсовую работу
- Рассчитать маломощный трансформатор с воздушным охлаждением.
Числовые значения величин и расчетное условие:
U1=127В;
U2=315B;
U3=20B;
S2=300BA;
S3=100BA;
cos ϕ2=0,8;
sin ϕ2=
cos ϕ3 =0,8;
sin ϕ3 =
f=400Гц;
ϴокр=50;
Расчетное условие – минум массы,т.е. отношение массы стали к массе меди должно лежать в пределах от 2до 3. Отношение потерь в меди к потерям в стали желательно иметь от 0,35 до 1,5.
Расчетное ограничение - рабочая температура трансформатора должна лежать в пределах 95ϴ105
- Выполнить чертеж расчитанного трансформатора. Графическая часть работы должна содержать три проекции, в том числе фасад и вид сверху с разрезами наполовину, на которых должно быть указаны габаритные и установочные размеры трансформатора, вынести размеры обмоток, межобмочной изоляции и каркаса катушки.
Расчет трансформатора
Выбор магнитопровода
- Определение расчетной мощности трансформатора
При (S2 + S3)100BA,
Sp(S2 + S3)
Sp(300+100)=400BA
- Выбор конструкции магнитопровода по величине расчетной мощности, частоте и максимальному напряжению
Для силовых трансформаторов мощностью выше 100 ВА наиболее выгодными являются стержневые трансформаторы с двумя катушками и ленточными разъемными сердечниками, поскольку они имеют большую поверхность охлаждения по сравнению с броневыми и меньшую среднюю длину витка.
- Выбор материала сердечника
Для уменьшения потери на вихревые токи снижают толщину стали, но её уменьшение при данной частоте целесообразно только до определенных пределов, после чего рост потерь на гистерезис сводится на нет уменьшение потерь на выхревые токи. Поэтому для каждой частоты существыет своя оптимальная толщина металла.
Холодноканатнные текстурованные стали марок Э300, если направление магнитного потока в сердечнике совпадает с направлением текстуры(проката),
имеют меньшие удельные значения намагничивающей мощности и потерь в стали. Они допускают большее значение магнитной индукции. Эти свойства наиболее полно реализуются в ленточной конструкции сердечника. Если же направления магнитного потока в сердечнике не совпадает с направлением текстуры, магнитные свойства резко ухудшаются.
Рекомендуется применить для ленточных конструкций холоднокатанную сталь Э340 толщиной D =0,15мм для частоты 400Гц.
- Определение ориентировочных значений максимальной индукции Bмакс плотности тока jср коэффициента заполнения окна kок и коэффициента заполнения магнитопровода kсm.
При напряжении на зажимах обмотки >500В:
- уменьшается индукция Вmax на 10%;
- уменьшается jср на 10%;
Для частоты 400Гц и стали Э340 индукция Вmax понижается на 25%
Вmax = 0,88Тл;
jср = 1,8А/мм2 ;
k ok = 0,27 – коэффициент заполнения окна;
kст = 0,9 – коэффициент заполнения магнитопровода.
- Определение произведения сечения сердечника на площадь окна
()=, см4 ,
Где Sp - расчетная мощность трансформатора, В·А;
f – частота, Гц;
Bвыбр - индукция, Т;
jср - плотность тока, А/мм2;
kok – коэффициент заполнения окна медью;
k cm – коэффициент заполнения магнитопровода.
()==117 см4
- Определяем отношение
KQp= =2,22α,
С1== 0,717,
Где α – отношение массы стали к массе меди, при минимуме стоимости 4- 6;
м, cm – удельные плотности меди и стали;
вср - средняя длина витка всех обмоток;
ст – длина средней магнитной линии;
ак показывает опыт, значение С1 для однотипных сердечников мало зависит от размеров и может быть принято равным для стержневых двухкатушечных трансформаторов с прямоугольными катушками: С1=0,6.
Приняв значение С1 и подставив значения крайнее значение α, найдем пределы изменения KQp.
KQpmin = 2,22··0,62·2= 0,48;
KQpmax=2,22··0,62·3 =0,72;
KQp= KQpmin÷ KQpmax.
- Типоразмер трансформатора
Т.к. стандартный ленточный сердечник подобрать не удается, то проектирование ведется из расчета на нестандартный сердечник. Для этого
а) задавшись
kQp= (kQpmin+ kQpmax),
kQp==0,6;
находим площадь поперечного сечения сердечника и окна:
Qcmp=,
Qcmp== 8,37;
Qokp= Qcmp/ kQp,
Qokp= 8,37/0,6= 14;
б) приняв оптимальное отношение =2 и =3, определяем размеры магнитопровода:
b=; a=; h=; c=.
b==4,1; a==2; h==6,5; c==2,2.
Размеры магнитопровода округляем до целых чисел миллиметров так что – бы ширина ленты – размер b был стандартным. Т.о. получаем: b=41мм; a=20мм; h=65мм; c=22мм.
Далее определяем:
Qcm выбр=ab, ; Qcm выбр=20·41=820мм
Qok выбр=ch, ; Qok выбр=20·65=1300мм
kQ выбр=, kQ выбр== 0,63
kQp min≤kQвыбр≤kQp max ;
0,48≤0,63≤0,72.
KQp лежит в требуемых пределах.
U1=U2=U3=0,5.
Определение числа витков обмоток
8.Определение падения напряжения
Если падения напряжений на обмотках выразить в процентах от номинальных значений напряжений на соответствующих обмотках, то значения ЭДС примут вид
126B
=313B
=19B
Для определения порядка расположения обмоток определяем их токи:
===3,1A;
===0,95A
===5A.
При одинаковой средней плотности тока диаметр провода будет пропорционален току. Таким образом, порядок расположения обмоток будет – 2,1,3.
9.Определение ЭДС на виток
Электродвижущая сила на виток определяется по формуле:
10.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:
≈106;
;
Тл.
Определение потерь в стали и намагничивающего тока
11.Опроеделение потерь в стали
Для магнитопроводов из стали Э340, потери в стали определяются по формуле:
– удельные потери, Вт/кг;
Gcm- масса стали,кг.
Величина удельных потерь в сердечнике зависит от значения магнитной индукции Bc , марки стали, толщина листа, частоты сети и типа сердечника.
Для нестандартных трансформаторов масса стали определяется по формуле:
Gcm= cmVcm= cm lcm Qcm выбр kcm,
Где cm =7,8·10-3 кг/см3;
lcm- определяется по формуле:
lcm=2(h+c)+·a
lcm=2(6,3+2,1)+3,14·2=23,08см;
Gcm=7,8·10-3·23,08·8,2·0,9=1,3кг.
Pуд=12 Вт/кг.
12.Определение активной составляющей намагничивающего тока
Активная составляющая намагничивающего тока находится по формуле:
13.Определение реактивной составляющей намагничивающего тока
Реактивная составляющая намагничивающего тока для стали Э340 определяется по формуле:
–напряжённость поля в стали, определяемая для индукции Bc,
=2,2А/см;
–число зазоров на пути силовой линии, равное 2.
–величина эквивалентного воздушного зазора в стыках сердечника трансформатора, равное 0.0015см.
14. Определение тока первичной обмотки при номинальной нагрузке
Ток первичной нагрузки холостого хода находится согласно формуле:
,
=·=·=0,6A
=·=·=0,4A
A
,
15.Определение тока холостого хода
Ток холостого хода определяется по формуле:
16.Определение относительного значения тока холостого хода
Относительное значение тока холостого хода находится по формуле:
17.Определение коэффициента мощности
Коэффициент мощности определяется по формуле:
sin 1==0,71
Электрический и конструктивный расчёт обмоток
18.Выбор плотностей тока в обмотках
Поскольку известно среднее значение плотности тока, можно найти плотности тока всех обмоток. При соединении обмоток в порядке 2,1,3следует принять:
19.Определение ориентировочного значения сечения проводов
Ориентировочное значение сечения проводов определяется по формуле:
А
А
20.Выбор стандартного сечения и диаметров проводов
Зная ориентировочные значения проводов 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:
21.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
22.Изоляционные расстояния
Для обеспечения надежной работы обмоток необходимо выбирать изоляционные расстояния так, чтобы во время работы в нормальных условиях и при испытании повышенным напряжением катушка трансформатора не повреждалась. Под изоляционными расстояниями понимаются:
- расстояния от крайнего витка обмотки до сердечника (hиз 1; hиз 2; hиз 3.);
- расстояние от первого слоя первичной обмотки до сердечника через сплошную изоляцию гильзы (hиз ос);
- расстояние между соседними солями двух обмоток через сплошную межобмоточную изоляцию (hиз мо);
- толщина внешней (наружной) изоляции поверх последней обмотки (hиз н);
Расстояние от крайнего витка первой обмотки до сердечника hиз1=2мм;
Расстояние от крайнего витка второй обмотки до сердечника hиз2=2мм;
Расстояние от крайнего витка третьей обмотки до сердечника hиз3=2мм;
23.Определение осевой длины каждой обмотки
Осевая длина каждой обмотки определяется по формуле:
где =62-1=61мм – длина гильзы;
является толщиной щёчки каркаса. Её значение было определено ранее.
-осевая длина 1,2,3-й обмотки.
24.Определение толщины гильзы
Для обеспечения лучшей укладки и усиления изоляции, поверх гильзы наматываем один слой кабельной бумаги К-12( толщина–0.12мм), так как рабочее напряжение 179В. Таким образом, расстояние от первого слоя обмотки до сердечника будет .
25.Определение толщины межслоевой изоляции
Толщина межслоевой изоляции зависит от диаметра и величины испытательного напряжения обмотки.
В обмотках из провода диаметром 0,5мм межслоевую изоляцию прокладывают между всеми слоями. На обмотках 1,2 и 3 для межслоевой изоляции применим один слоя кабельной бумаги К-12 ( толщиной 0,12) мм так как:
- в первой обмотке dпр1=1,74мм, U1исп=850В
- во второй обмотке dпр2=0,44мм, U2исп=1700В
-в третьей обмотке dпр3=2,63мм, U3исп=500В
26.Определение толщины межобмоточной изоляции
Толщина межобмоточной изоляции зависит от величины испытательного напряжения обмотки с наибольшим напряжением U2исп=1700В. Поэтому для изоляции первой и второй обмотки используются 4 слоя бумаги К–12(толщина 12мм), а для изоляции второй и третьей обмотки используются 2 слоя бумаги К–12(толщина 12мм).
27.Определение количества слоёв наружной изоляции
Так как рабочее напряжение 3 обмотки 20В, наружную изоляцию выполним из 2-х слоев кабельной бумаги К-12 и одного слоя батистовой ленты толщиной 0,16мм.
28.Определение числа витков в одном слое каждой обмотки
Число витков в одном слое каждой обмотки находится по формуле:
– коэффициент укладки провода в осевом направлении,
29.Определение числа слоёв
Число слоёв определяется по формуле
≈2
30.Определение радиального размера каждой обмотки
Радиальный размер первой обмотки определяется по формуле:
мм
Радиальный размер второй обмотки определяется по формуле:
мм
Радиальный размер третьей обмотки определяется по формуле:
мм
.
31.Определение полного радиального размера катушки
Полный радиальный размер катушки определяется по формуле:
– зазор между сердечником и каркасом.
– коэффициент неплотности межобмоточной изоляции
– коэффициент выпучивания.
– коэффициент неплотности наружной изоляции
мм
32.Определение зазора между катушкой и сердечником
. катушка укладывается в окне магнитопровода.
33.Определение средней длины витка обмоток
Средняя длина витка первой обмотки определяется по формуле.
и – наружные размеры каркаса, которые определяются по формуле:
Средняя длина витка второй обмотки определяется по формуле:
Значения наружных размеров каркаса и были определены в (34) и (35)
Средняя длина витка третьей обмотки определяется по формуле:
Значения наружных размеров каркаса и были определены
34.Определение массы меди каждой обмотки
Масса меди первой обмотки определяется по формуле:
Масса меди второй обмотки определяется по формуле:
Масса меди третьей обмотки определяется по формуле:
Общая масса проводов катушки определяется по формуле:
Зная общую массу проводов катушки, можно проверить значение отношения массы стали к массе меди.
.
35.Определение потерь в каждой обмотки
Потери в первой обмотки определяются от формуле:
Потери во второй обмотке определяются по формуле:
Потери в третей обмотке определяются по формуле:
Потери в катушках определяются по формуле:
Зная значение потерь в катушках, можно проверить значение
– расчетное условие выполнено.
Определение температуры нагрева трансформатора
36.Тепловой расчет трансформатора
Для определения максимального превышения температуры катушки и максимального значения среднеобъемной температуры обмотки можно использовать тепловые схемы изображенные на рисунке.
На данном рисунке приняты следующие обозначения:
тепловой поток, мощность которого равна электрическим потерям в обмотке (потерям в меди);
тепловой поток, мощность которого равна магнитным потерям в стали сердечника;
тепловые потоки в ветвях схемы замещения;
xтепловое сопротивление катушки для потока, идущего от максимально нагретой области до гильзы, величина которого зависит от проходящего через него потока;
тепловое сопротивление гильзы;
тепловые сопротивления граничных слоев: поверхность катушки – среда и поверхность сердечника – среда соответственно.
37. Определение тепловых сопротивлений элементов схемы замещения
Тепловое сопротивление катушки
обьём катушки;
эквивалентная теплопроводность пропитанной катушки
Тепловое сопротивление границы катушка-среда:
коэффициент теплоотдачи с поверхности катушки ;
открытая поверхность охлаждения катушки, непосредственно участвующей в теплообмене с окружающей средой;
Тепловое сопротивление границы сердечник-среда:
с торца сердечника ;
с боковой поверхности сердечника;
открытая торцевая поверхность сердечника;
открытая поверхность;
тепловые сопротивления торцевой и боковой поверхности сердечника;
Тепловое сопротивление каркаса:
толщина каркаса;
теплопроводность каркаса;
поверхность каркаса;
38.Определяем величину теплового потока между катушкой и сердечником
39.Определяем тепловое сопротивление катушки от максимально нагретой области до гильзы
X
40.Определяем максимальное превышение температуры катушки и среднее превышение температуры обмотки.
Так как тепловой поток направлен от сердечника (x<0) к катушке и максимально нагретая область находиться на гильзе (каркасе), поэтому необходимо определить тепловой поток катушка-сердечник по формуле :
Так как найденное значение получилось меньше нуля, значит доля теплового потока возникающая в сердечнике , которая будет излучаться в окружающую среду через катушку , может быть определена по формуле:
Максимальное превышение температуры катушки в данном случае определяется по формуле:
Найдем среднее превышение температуры по формуле:
41.Оценка результатов расчета перегрева
Во избежание грубых ошибок при расчете максимальной температуры необходимо найти приближенное значение максимальной температуры перегрева по формуле:
сумарные потери меди в обмотках;
суммарные потери в стали сердечника;
перепад температуры от внутренних слоев обмоток к наружным, который для пропитанных лаком катушек принимаем равным
удельный коэффициент теплоотдачи ;
открытая поверхность обмоток трансформатора;
открытая поверхность сердечника трансформатора;
Так как максимальная температура перегрева отличается от приближенного , следовательно при выполнении теплового расчета трансформатора не допущено грубых ошибок.
45.Максимальная температура обмотки
темепература окружающей среды;
Поскольку максимальная температура при расчете с заданным ограничением по превышению температуры укладывается в заданные пределы.
Определение КПД трансформатора и выбор проводов для выводов обмоток
43.Определение КПД трансформатора
КПД трансформатора определяется по формуле:
2. тема криминалистики
3. тематична цілеспрямована перевірка роботи вчителя адміністрацією школи.html
4. Могущество Духовного Интеллекта Лесли и Тери Биас моей мамочке Джин Бьюзен а также Лоррен Джилл Ваде Норт
5. Основи самостійного вивчення курсу загальної психології
6. Пояснительная записка Курс Педагогика является ведущим в системе профессиональнопедагогической подго
7. Формы государственного управления
8. а ihtiklibru ihtik@ufcom
9. Лабораторная работа ’6
10. Налоговое право как составная часть финансового права
11. МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ 8
12. Острозька академія повне найменування вищого навчального закладу Кафедра фінансів обліку і аудиту
13. Оценка состояния популяции диких гусей Верхнего Приамурья
14. Контрольная работа по дисциплине
15. Шпаргалка- Экономика предприятий отрасли
16. Курсовая работа- Изучение насекомых-вредителей ягодных культур Астраханской области
17. Ответ- 2
18. Особенности преодоления социально-экономических противоречий в Англии и Франции
19. на тему урока с фиксацией этапов в виде понятий схем рисунков и т
20. Тема 4. Финансовобюджетная и денежнокредитная политика 6 часов 1