Расчет транформаторов малой мощности

(Методика)

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:

Напряжение питания U1 = 220 B

Частота питающего напряжения f = 400 Гц

Напряжения вторичных обмоток U2 = 487.5 B

Токи вторичных обмоток I2 = 1.05 A

ВВЕДЕНИЕ

Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, преобразующий переменный ток одного напряжения в переменный ток той же частоты, но другого напряжения.

Трансформаторы малой мощности (ТММ) предназначены, в основном, для питания аппаратуры релейных схем, выпрямительных устройств, анодных цепей и цепей накала различных электронных приборов. Указанная нагрузка носит преобладающий активный характер, что учтено в данной методике / I /.

Трансформаторы малой мощности классифицируются по различным признакам: по мощности (малые, средние и боль­шие), по системе тока (однофазные и трехфазные), по рабочей частоте (нормальной частоты - 50 Гц, повышенной частоты – 100 - 10.000 Гц, ультразвуковой частоты - свыше 100 000 Гц, импульсные), по напряжению (низковольтные - до 1000 - 1500 В и высоковольтные - свыше 1000 - 1500 В), по типу конструкции (броневые, стержневые, тороидальные), по режиму работы (продолжительного, кратковременного, повторно-кратковременного ре­жимов работы и разового действия), по областям применения (об­щего и специального назначения, как например, трансформаторы авиационной аппаратуры, судовой аппаратуры и т.п.).

Катушка у броневого трансформатора располагается на среднем стержне. У стержневого трансформатора катушки обычно находятся на обоих стержнях, причем каждая катушка содержит половинное число вит­ков соответствующей обмотки трансформатора. Витки обмоток нама­тываются слоями на гильзу или каркас. Первой располагается пер­вичная обмотка, на ней – вторичные обмотки, при одной вторичной обмотке трансформатор называется двухобмоточным, при двух - трехобмоточным и т.д.

Данная методика предназначена для расчета однофазных двухобмоточных или многообмоточных трансформаторов общего назначе­ния стержневой и броневой конструкций мощностью до 8ОО ВА (50) Гц, и 2500 ВА (400 Гц), при напряжении вторичной обмотки до 1000 В. Режим работы - продолжительный.

В результате расчета должны быть определены:

1. форма и геометрические размеры сердечника;

2. данные обмоток (числа витков, марки и диаметры проводов);

3. электрические и эксплуатационные параметры трансформато­ра (к.п.д., ток холостого хода, температура перегрева обмоток).

ПОРЯДОК РАСЧЕТА

форма и геометрические размеры магнитопровода

Конструктивные данные трансформатора определяются из следующих известных из теории зависимостей для действующих значе­ний первичного напряжения U1 и первичного тока I1:

E1 = 4,44 f w1 Фm ; I1 = δ1 Sпр1

где δ1 - плотность тока в первичной обмотке, А/мм2 ;

Sпр1 - сечение меди провода первичной обмотки, мм2.

Подставив в эти формулы выражения

 

Фm = Bm kст Fст и Sпр1 = Fо kм /[ w1(1 +ηн)]

 и используя рационализованную систему единиц СИ, получим:

U1 » E1 = 4,44 f w1 kст Fст 10-4, В (1)

I1 = (δ1 Fо kм102) /[ w1(1 +ηн)] (2)

 Между величинами U1 и E1 (напряжением питания э.д.с. первичной обмотки) в выражении (1) подставлен знак приближен­ного равенства потому, что в трансформаторах нормального испол­нения U1 лишь незначительно превышает E1, т.к. падения напряжений в первичной обмотке малы по сравнению с E1.

В выражениях (1) и (2):

f - частота напряжения U1, Гц ;

w1 - число витков первичной обмотки;

Bm - амплитудное значение магнитной индукции в магнитопроводе трансформатора, Тл;

Fст - площадь поперечного сечения магнитопровода, см2;

kст - коэффициент стали, учитывающий наличие изоляции пластин и неплотность сборки пакета магнитопровода.

kст = Fст акт / Fст - отношение площади поперечного сечения всех листов стер­жня магнитопровода без изоляции к произведению ширины стержня на толщину пакета магнитопровода;

Fст акт - активное сечение стали магнитопровода, см2;.

I1 - первичный ток;

Fо - площадь окна магнитопровода, см2;

kм - коэффициент заполнения окна магнитопровода медью (отно­шение суммарной площади поперечного сечения всех прово­дов обмоток трансформатора, пронизывающих его окно, к площади окна);

ηн - к.п.д. трансформатора в номинальном режиме;

[1/ (1 + ηн )] - коэффициент, учитывающий площадь меди окна, приходящуюся на первичную обмотку (примерно равен двум);

Принимая, что U1 I1 = Pн /( ηн cosj1н), где Pн - активная мощность, отдаваемая трансформатором пот­ребителю и решая совместно (I) и (2), имеем:

Fо Fст = [Pн(1 + ηн ) 102] / [4,44 f Bm ηн cosj1н δ1 kм kст] (3)

где Pн = , Вт, причем:

i - номер вторичной обмотки;

n - число вторичных обмоток;

cosj i - принимаем равным единице(активная нагрузка);

cosj1н - коэффициент мощности трансформатора.

Поскольку в формуле (3) неизвестны величины Bm, δ1, ηн, cosj1н, kм и kст, ими приходится предварительно задаваться, основываясь, главным образом, на экспериментальных данных, по­лученных в результате испытания ряда трансформаторов, подобных рассчитываемому.

Сопоставление достоинств и недостатков трансформаторов раз­личных типов (с различными конфигурациями магнитопроводов) с точки зрения получения минимального веса, объема, стоимости, а также простоты конструкции и технологичности изготовления позволяет сделать следующие выводы.

Для малых мощностей (от единиц до нескольких десятков ватт, при напряжениях, не превышающих 1000 В и частоте сети от 50 до 400 Гц следует рекомендовать броневые трансформаторы при ис­пользовании как пластинчатых, так и ленточных магнитопроводов. Наиболее широко применяются пока пластинчатые магнитопроводы. Броневые трансформаторы, имеющие одну катушку, значительно тех­нологичнее стержневых в изготовлении и проще по конструкции, но уступают при малых мощностях стержневым трансформаторам по удельной мощности на единицу веса и объема.