Расчет силового трансформатора

Проектирование силового трансформатора требует сложного многофакторного анализа влияния свойств выбираемых материалов и технических решений на электрические параметры трансформатора. C целью снижения трудоемкости вычислений для некоторых расчетов была использована программа Tr.exe.

Процесс проектирования силового трансформатора предусматривает выполнение следующих действий:

• выбор типа и вида магнитопровода, подбор материала для его изготовления;

• расчет размеров магнитопровода;

• выбор конструкции и числа катушек, определение порядка намотки обмоток;

• расчет диаметра проводов по обмоткам;

• расчет числа витков по обмоткам;

• выбор материала и расчет толщины изоляции;

• расчет индуктивности первичной обмотки;

• расчет массы трансформатора;

• расчет тока холостого хода;

• расчет коэффициента полезного действия;

• проверка размещаемости обмоток в окне магнитопровода;

• расчет габаритов трансформатора;

• расчет стоимости трансформатора.

Исходные данные:

U1 = 220 В,U2 = 18 В, U3 = 18 В,

f = 50 Гц,I2 = 0,25 A, I3 = 0,3 A.

Решение:

Суммарная мощность вторичных обмоток:

Исходя из полученного значения мощности (Pв< 100 Вт), рассчитываем предполагаемый КПД по формуле :

Мощность первичной обмотки:

Ток первичной обмотки:

Полная мощность трансформатора:

Далее подбираем материал магнитопровода, с учетом минимальных удельных потерь мощности при максимальном значении магнитной индукции.

Выбираем в качестве материала магнитопровода сталь Э320А, удельные потери которой при В = 1,7 Тл. составляют Руд = 1,6 Вт/кг.

Цифра "0" означает холоднокатаную текстурованную сталь с улучшенными магнитными свойствами вдоль направления проката. Если из холоднокатаной текстурованной стали изготовить ленточный магнитопровод с расположением ленты вдоль направления проката, то максимальное значение магнитной индукции можно увеличить на 10%.

Исходная площадь поперечного сечения магнитопровода:

В формуле (1) КВ = 1 - коэффициент веса, определяющий массу трансформатора. Выбирая при расчете KВ = 1, мы тем самым выбираем трансформатор с малой площадью сечения магнитопровода и большой площадью окна. При увеличении Kв возрастают площадь сечения магнитопровода, масса магнитопровода и масса трансформатора, но снижается стоимость трансформатора, так как сталь дешевле меди, а при увеличении площади сечения магнитопровода уменьшается число витков обмоток и, следовательно, расход меди. I0 = 3 A/мм2 - плотность тока, выбираем такой для уменьшения массы и габаритов трансформатора и относительно небольших потерь мощности в меди. Следует отметить, что увеличение плотности тока свыше 4 А/мм2 требует расчета теплового режима трансформатора.

Рассмотрим два вида трансформаторов - с броневым (Ш-образным) магнитопроводом и с тороидальным магнитопроводом.

В трансформаторах на Ш-образных магнитопроводах применяют одну катушку и располагают ее на центральном стержне. Такие трансформаторы просты в изготовлении и поэтому имеют относительно низкую стоимость.

Тороидальный магнитопровод типа ОЛ (рисунок 1) позволяет получить минимальные потери в стали, меньшие габариты и меньшие поля рассеивания. Однако, из-за трудности технологического процесса изготовления, трансформатор такого типа имеет бóльшую стоимость по сравнению с трансформаторами на магнитопроводах других типов. Применение ленточных магнитопроводов позволяет снизить потери в стали на 20-30% или увеличить максимальное значение магнитной индукции на 10-15% из-за разных магнитных свойств вдоль и поперек проката для холоднокатаных электротехнических сталей.

Другие материалы

Разработка схемы одноразрядного сумматора на логических элементах
Цифровая электроника в настоящее время все более и более вытесняет традиционную аналоговую. Ведущие фирмы, производящие самую разную электронную аппаратуру, все чаще заявляют о полном п ...

Синтез дискретных устройств
На современном этапе развития научно-технического прогресса повсеместно, во всех отраслях промышленности идет автоматизация производства. Автоматизация производственных п ...

Ррасчет спектра различных сигналов и их энергетических характеристик
В последнее десятилетие ХХ века произошла научно-техническая революция в области транспортной связи, в основе которой лежат два крупных достижения науки середины нашего столетия: общая теория связи и ...