Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України
Українська державна академія залізничного транспорту
Кафедра електротехніки та електричних машин
Розрахунок трансформатора малої потужності
Пояснювальна записка і розрахунки
до курсової роботи з дисципліни
«Електромеханіка та електричні машини»
Перевірив доц.
___________ А.А.Прилипко
Розробив студент
Групи 3-II-АТЗ
__________ …………
2013
Вступ
Трансформатори є невід’ємними елементами багатьох електричних пристроїв і застосовуються в різних галузях електроніки, зокрема в галузі енергозабезпечення. З їх допомогою здійснюється перетворення змінного струму. Цей статичний пристрій, перетворює змінний струм однієї напруги в перемінний струм іншої напруги, але такої ж частоти.
Частини трансформатора, які забезпечують процес перетворення енергії, — магнітопровід й обмотки — називають його активними частинами. А трансформатори великої потужності до того ж мають систему охолодження. Частина магнітопровода, на якій розміщені обмотки, називається стержнем, а частина, яка замикає магнітопровід— сердечником.
В залежності від особливостей конструкції та застосування трансформатори поділяють на силові, зварювальні, вимірювальні та спеціальні. За кількістю фаз трансформатори бувають однофазні та трьохфазні. А за типом магнітопровода трансформатори розподіляються на броньові, стержневі, кільцеві.
Сердечники бувають броньові із Ш-подібних пластин (обмотки розміщені на середньому стержні) і стержньові з П-подібних пластин (обмотки розміщені на одному або на двох стержнях порівну). Останнім часом застосовують сердечники, які виготовляють із плоскої стрічки — стрічкові.
Сьогодні промисловість випускає різноманітні трансформатори потужністю від кількох вольт-ампер до кількох сотень мегавольт-ампер, на напругу від часточок вольта до сотень кіловольт, на струми до декількох десятків кіло ампер, на частоти до сотень тисяч герц, а також ряд спеціальних трансформаторів (імпульсні, з регульованою напругою, зі стабілізованою).
Для розрахунку маємо слідуючі дані:
Таблиця1 — Таблиця вихідних даних
|
№ |
,ВА |
, В |
, В |
,% |
,% |
, Гц |
Розрахункові умови |
|
|
2 |
200 |
220 |
110 |
3 |
2 |
50 |
0,6 |
Мінімум маси |
1 Розрахунок стержневого трансформатора з повітряним охолодженням
Для початку потрібно підібрати конструктивні розміри магнітопровода та марку електротехнічної сталі. Основні номінальні характеристики електротехнічної сталі (питомі втрати і магнітна індукція) обраної мною марки 1212 видно з таблиці 2.
Таблиця 2 — Таблиця питомих втрат в електротехнічній сталі в залежності від товщини та їх значення магнітної індукції
|
Марка сталі |
Товщина, мм |
Питомі втрати, Вт/кг, не більш |
Магнітна індукція В, Тл, при |
|
1212 |
0,5 |
3,1 |
1,62 |
Підібрані середні значення наступні:
ККД:
;
коефіцієнт заповнення сталі :
;
коефіцієнт заповнення вікна :
;
товщина стінки каркаса:
;
щільність струму:
;
Повітряний зазор:
Δp=0,5 мм
коефіцієнт магнітної індукції:
.
=200*0,93=186 В*А
За допомогою формули SP =S1 =200 знаходжу Sст*Sок:
За результатом даного обчислення обираю стрічковий магнітопровід типу ПЛР 25х25, конструктивні розміри якого відображені в таблиці 3.
Таблиця 3— Конструктивні розміри стрічкового магнітопроводу типу
ПЛР 25х25
|
Типорозмір магнітопровода |
а, мм |
b, мм |
с, мм |
А,мм |
Н,мм |
h,мм |
Масса, г, не більш |
|
|
ПЛР 25х25 |
25 |
25 |
28 |
78 |
150 |
100 |
25 |
- |
Для того щоб знайти масу магнітопроводу скористаємося формулою:
де ρ=0,0082 г/см3-густина матеріалу,
V-об.єм,
V=2*Н*b*a+c*b(H-h)=2*15*2,5*2,5+2,8*2,5*(15-10)=222,5 см3
m=ρ*V=0,0082*222,5=1,825 кг
Sct*Soc=a*b*c*h=2,5*2,5*2,8*10=175cм4
Далі обчислюю струми в первинній обмотці:
I1=S1/U1=200/220=0,909 A
та вторинній обмотці:
I2=S2/U2=186/110=1,691 A
Активна потужність трансформатора становить:
За результатами слідуючих обчислень маю ЕРС в первинній і вторинній обмотках:
;
.
Далі обчислюємо ЕРС одного витка:
Sct=a*b=2,5*2,5=6,25 cм2
Е1vit=4,44*f*Bм*Sст*10-4*Кст=4,44*50*2,291*6,25*10-4*0,9=0,286 В
Кількість витків в первинній і вторинній обмотках становить:
W1=E1/E1vit =213,4/0,286=746
W2=E2/E1vit =112,2/0,286=393
Bираховую площу перерізу:
g1= I1/j*1,15=0,909/2,71*1,15=0,292 мм2;
g2= I2/j*0,85=1,691 /2,71*0,85=0,734 мм2
Мінімальний діаметр проводів первинної та вторинної обмоток становить:
Отримані значення діаметрів проводів підведу до їх номінальних значень та для кожної обмотки трансформатора визначаю відповідну марку провода, діаметр, масу 1 метра довжини:
Таблиця 4
|
Обмотка |
Номінальний діаметр проводу по міді, мм |
Маса одного метра мідного провода, г |
Марка провода |
Найбільший зовнішній діаметр проводу, мм |
|
1 |
dn1=0,62 |
2,68 |
ПСДК |
dp1=0,88 |
|
2 |
dn2=1,00 |
6,98 |
ПСДК |
dp2=1,29 |
Вираховую справжню щільність струму в первинній і вторинній обмотках. За результатами обрахунків маю:
j1=I1*4/π*dn12=0,909*4/ π*0,622=3,011 A
j2 =I2*4/π*dn22=1,691*4/ π*1,002=2,153 A
Кількість витків в одному шарі:
N1= (h*10-2*hk-2*Δp)/dp1=(10*10-2*2-2*0,5)/0,88=108
N2=( h*10-2*hk-2*Δp)/dp2=(10*10-2*2-2*0,5)/1,29=74
Кількість шарів:
K1= W1/ 2*N1 = 746/2*108=4
K2= W2/2* N2 = 393/2*74=3
Далі рахую товщину первинної
α1= dp1* K1+( K1-1)* bmc1+ 2*bmo=0,88*4+(4-1)*0,09+2*0,4=4,59 мм
і вторинної обмоток
α2= dp2* K2+( K2-1)* bmc2+ bvn=1,29*3+(3-1)*0,4+0,4=5,07 мм
де bmc1=0,09 мм- міжшарова ізоляція в первинній обмотці,
bmc2=0,4 мм- міжшарова ізоляція в вторинній обмотці,
bmo= bmc2=0,4 мм- між оболонкова ізоляція,
bvn= 0,24+0,16=0,4 мм- зовнішня ізоляція.
Отже зазор між обмотками становить :
Δ= c*10-2*( hk+Δp+α1+α2)=2,8*10-2*(2+0,5+4,59+5,07)=3,68 мм
Середня лінія витка первинної обмотки дорівнює:
Lcp1=(20*a+20*b+4*Δp+2*α1+4*hk)/1000=(20*2,5+20*2,5+4*0,5+2*4,59+4*2)/1000
=0,119 м
Середня лінія витка вторинної обмотки дорівнює:
Lcp2=(20*a+20*b+4*Δp+2*α2+4*α1+4*hk)/1000=(20*2,5+20*2,5+4*0,5+2*5,07+
+4*4,59+4*2)/1000=0,139 м
Наступним кроком рахуємо вагу міді трансформатора:
Gm1= Lcp1*W1*m1/1000=0,119*746*2,68/1000=0,238кг;
Gm2= Lcp2*W2*m2/1000=0,139*393*6,98/1000=0,38 кг;
та загальну вагу міді:
Gm= Gm1 + Gm2=0,238+0,38=0,618 кг
Підставляю отримані вище значення у формулу й обчислюю втрати потужності в обмотках:
;
А втрати потужності в сталі маю такими(Pyd=3,1 Вт, з таблички 2):
Gct=m
Pct=Pyd*Gct=3,1*1,825=5,656
Відомо,що при частоті 50 Гц відношення втрат у міді до втрат у сталі повинно бути в межах від 1.2 до 2.5. Отже:
Pm/ Pct=10,392/5,656=1,837
А при розрахунку мінімум маси відношення маси сталі до маси міді повинно лежати в межах від 2 до 3. Тому:
Gct/ Gm=1,825/0,618=2,951
ККД буде слідуючим:
η1=P2*100/(P2+Pm+Pct)=111,6*100/(111,6+10,392+5,656)=87,428
Наступний крок — визначення опору проводів:
де - питомий опір міді
В додатку А — однофазний стержневий трансформатор — зображені дві проекції трансформатора з поздовжнім і поперечним перерізом, яких вказані основні розміри сердечника обмоток, міжобмоточної ізоляції і каркаса котушок.
2 Розрахунок броньового трансформатора з повітряним охолодженням
Спочатку обираю конструктивні розміри магнітопровода і марку електротехнічної сталі — 1412. Основні номінальні характеристики відображені в таблиці 5.
Таблиця 5 — Основні номінальні характеристики даної електротехнічної сталі
|
Марка сталі |
Товщина, мм |
Питомі втрати, Вт/кг, не більш |
Магнітна індукція В, Тл, при |
|
1412 |
0,5 |
3,9 |
1,92 |
Підбираю такі середні значення.
Коефіцієнт корисної дії:
;
коефіцієнт заповнення сталі:
;
коефіцієнт заповнення вікна :
;
товщина стінки каркаса:
;
щільність струму:
;
коефіцієнт магнітної індукції:
За допомогою формули, зазначеної нижче знаходжу співвідношення Sст*Sок:
=200*0,93=186 В*А
SP =S1 =200
Виходячи з отриманого значення обираю броньовий магнітопровід стрічкового типу ШЛ 25х32.
Таблиця 6 — Конструктивні розміри броньового стрічкового трансформатора типу ШЛ 25х32
|
Тип магнітопровода |
а, мм |
b, мм |
с, мм |
h,мм |
Маса, г, не більше |
|
|
ШЛ 25х32 |
25 |
32 |
25 |
62,5 |
12,5 |
1170 |
Sct*Soc=a*b*c*h=2,5*3,2*2,5*6,25=125 cм4
Далі обчислюю струми в первинній обмотці:
I1=S1/U1=200/220=0,909A
та вторинній обмотці:
I2=S2/U2=186/110=1,691 A
Активна потужність трансформатора становить:
За результатами слідуючих обчислень маю ЕРС в первинній і вторинній обмотках:
;
.
За наведеною нижче формулою визначаю ЕДС одного витка:
Sct=a*b=2,5*3,2=8cм2
Е1vit=4,44*f*Bм*Sст*10-4*Кст=4,44*50*2,715*8*10-4*0,9=0,434 В
Кількість витків в обох обмотках слідуюча :
W1=E1/E1vit =213,4/0,434=492
W2=E2/E1vit =112,2/0,434=259
Наступний крок — обрахунок площі перерізу і діаметра проводів обмоток.
g1= I1/j*1,15=0,909/3,2*1,15=0,247 мм2;
g2= I2/j*0,85=1,691/3,2*0,85=0,622 мм2
Отримані значення діаметрів проводів підведу до їх номінальних значень та для кожної обмотки трансформатора визначаю відповідну марку провода, діаметр, масу 1 метра довжини:
Таблиця 7
|
Обмотка |
Номінальний діаметр проводу по міді, мм |
Маса одного метра мідного провода, г |
Марка провода |
Найбільший зовнішній діаметр проводу, мм |
|
1 |
dn1=0,57 |
2,27 |
ПСДК |
dp1=0,83 |
|
2 |
dn2=0,90 |
5,66 |
ПСДК |
dp2=1,17 |
Реальна щільність струму в обмотках:
j1=I1*4/π*dn12=0,909*4/ π*0,572=3,563 A
j2 =I2*4/π*dn22=1,691*4/ π*0,902=2,658 A
Визначаємо кількість витків в одному шарі:
N1= (h*10-2*hk-2*Δp)/dp1=(6,25*10-2*3-2*0,5)/0,83=67
N2=( h*10-2*hk-2*Δp)/dp2=(6,25*10-2*3-2*0,5)/1,17=48
Кількість шарів:
K1= W1/ N1 = 492/67=8
K2= W2/ N2 = 259/48=6
Далі рахую товщину первинної:
α1= dp1* K1+( K1-1)* bmc1+ 2*bmo=0,83*8+(8-1)*0,09+2*0,4=8,07 мм
і вторинної обмоток
α2= dp2* K2+( K2-1)* bmc2+ bvn=1,17*6+(6-1)*0,4+0,4=9,42 мм
де bmc1=0,09 мм- міжшарова ізоляція в первинній обмотці,
bmc2=0,4 мм- міжшарова ізоляція в вторинній обмотці,
bmo= bmc2=0,4 мм- між оболонкова ізоляція,
bvn= 0,24+0,16=0,4 мм- зовнішня ізоляція.
Отже, зазор між обмоткой та магнітопроводом становить :
Δ= c*10- ( hk+2*Δp+α1+α2)=2,5*10-(3+2*0,5+8,07+9,42)=3,51 мм
Середня лінія витка первинної обмотки дорівнює:
Lcp1=(20*a+20*b+4*Δp+2*α1+4*hk)/1000=(20*2,5+20*3,2+4*0,5+2*8,07+4*3)/1000
=0,144 м
Середня лінія витка вторинної обмотки дорівнює:
Lcp2=(20*a+20*b+4*Δp+2*α2+4*α1+4*hk)/1000=(20*2,5+20*3,2+4*0,5+2*9,42+
+4*8,07+4*3)/1000=0,179 м
Наступним кроком рахуємо вагу міді трансформатора:
Gm1= Lcp1*W1*m1/1000=0,144*492*2,27/1000=0,161 кг;
Gm2= Lcp2*W2*m2/1000=0,179*259*5,66/1000=0,263 кг;
та загальну вагу міді:
Gm= Gm1 + Gm2=0,161+0,263=0,424 кг
Підставляю отримані вище значення у формулу й обчислюю втрати потужності в обмотках:
;
А втрати потужності в сталі маю такими(Pyd=3,9):
Gct=m
Pct=Pyd*Gct=3,9*1,170=4,563 Вт
Відомо,що при частоті 50 Гц відношення втрат у міді до втрат у сталі повинно бути в межах від 1.2 до 2.5. Отже:
Pm/ Pct=10,33/4,563=2,264
А при розрахунку мінімум маси відношення маси сталі до маси міді повинно лежати в межах від 2 до 3. Тому:
Gct/ Gm=1,170/0,424=2,762
ККД буде слідуючим:
η1=P2*100/(P2+Pm+Pct)=111,6*100/(111,6+10,33+4,563)=88,226
Наступний крок — визначення опору проводів:
де - питомий опір міді
Результати розрахунку стержньового і броньового трансформатора заношу до таблиці 8.
Таблиця 8 — Результати розрахунку
|
№ |
Дані розрахунку |
Тип магнітопроводу |
|
|
Броньовий |
Стержневий стрічковий |
||
|
1 |
200 |
200 |
|
|
2 |
186 |
186 |
|
|
3 |
1,92 |
1,62 |
|
|
4 |
0,909 |
0,909 |
|
|
5 |
1,691 |
1,691 |
|
|
6 |
492 |
746 |
|
|
7 |
259 |
393 |
|
|
8 |
0,561 |
0,609 |
|
|
9 |
0,89 |
0,967 |
|
|
10 |
0,424 |
0,618 |
|
|
11 |
1,170 |
1,825 |
|
|
12 |
10,33 |
10,392 |
|
|
13 |
4,563 |
5,656 |
|
|
14 |
2,264 |
1,837 |
|
|
15 |
2,762 |
2,951 |
|
|
16 |
88,226 |
87,428 |
|
|
17 |
4,725 |
5,006 |
|
|
18 |
1,24 |
1,178 |
Висновок
Стержневий і броньовий — основні види трансформаторів, що експлуатуються на залізниці. Тому в цій курсовій роботі були здійснені розрахунки цих трансформаторів. Мета даної роботи — освоїти методику оптимального проектування однофазних трансформаторів, тобто вибирати основні електричні і конструктивні параметри трансформатора: марку сталі сердечника, тип магнітопровода, магнітну індукцію, конструкцію. За даними розрахунків були накреслені дві проекції трансформатора із поздовжнім й поперечним перерізами, на яких вказані основні розміри сердечника обмоток, між обмотувальної ізоляції і каркасу котушок.
Використана література
Зміст
Розробив
Літ.
Аркушів
Аркуушш
Дата
Підпис
№ Документа
Літ.
Зм.
Прилипко А.
18
2
Перевірив
Зм.
Арк.
№ докум.
Підп.
Дата
Арк.
3
Зм.
Арк.
№ докум.
Підп.
Дата
Арк.
4
м.
Арк.
№ докум.
Підп.
Дата
Арк.
6
Зм.
Арк.
№ докум.
Підп.
Дата
Арк.
7
5
Арк.
Дата
Підп.
№ докум.
Арк.
Зм.
Зм.
Арк.
№ докум.
Підп.
Дата
Арк.
8
Зм.
Арк.
№ докум.
Підп.
Дата
Арк.
9
Зм.
Арк.
№ докум.
Підп.
Дата
Арк.
10
14
Арк.
Дата
Підп.
№ докум.
Арк.
Зм.
Зм.
Арк.
№ докум.
Підп.
Дата
Арк.
12
6
Арк.
Дата
Підп.
№ докум.
Арк.
Зм.
13
Арк.
Дата
Підп.
№ докум.
Арк.
Зм.
Зм.
Арк.
№ докум.
Підп.
Дата
Арк.
15
Зм.
Арк.
№ докум.
Підп.
Дата
Арк.
16
Зм.
Арк.
№ докум.
Підп.
Дата
Арк.
17
11
Арк.
Дата
Підп.
№ докум.
Арк.
Зм.