Курсовая работа по ТОЭ

При мощностях от нескольких десятков до нескольких сотен вольт-ампер при частоте 50 Гц и до нескольких киловольт-ам­пер - при частоте 400 Гц наиболее перспективными являются стержневые двухкатушечные трансформаторы с ленточным магнитопроводом. Маломощные двухкатушечные трансформаторы стержневого типа имеют лучшее охлаждение и требуют меньшего расхода меди ввиду меньшей средней длины витка и возможной большей плотности тока в обмотках.

В практике изготовления магнитопроводов для маломощных трансформаторов в настоящее время наибольшее применение нашли электротехнические стали марок Э42 и Э310 толщиной листа 0,35 мм (при частоте 50 Гц), Э44 толщиной листа 0,2 мм (при частоте 400 Гц), а также сталь марки ХВП

(Э340 - Э360) c толщиной ленты 0,15 мм (при частоте 400 Гц и выше). Чем меньше толщина стального листа, тем меньше потери на вихревые токи, но вместе с тем дороже магнитопровод. Другие марки сталей применяются при изготовлении трансфор­маторов со специальными свойствами.

Первая цифра марки электротехнической “Э” стали указыва­ет средний процент содержания в ней кремния, вторая характеризует электромагнитные свойства стали; I - сталь с относительно большими потерями при частоте 50 Гц, 2 - сталь с пониженными потерями; 3 - с совсем малыми потерями; 4,5,6 - с "нормальными" потерями при повышенных частотах (400 Гц и более). Третья цифра марки стали “0” указывает на технологическую особенность ее производства - холоднокатанная текстурованная сталь. Наличие кремния в стали снижает потери на вихревые токи.

Стали ХВП (Э340 - Э360) и Э310 (т.н. холоднокатанные стали) обладают по сравнению с горячекатанными Э42 и Э44 пониженными удельными потерями, высокой индукцией насыщения и относительно высокой магнитной проницаемостью при больших индукциях, что особенно важно для трансформаторов малой мощности. Оказанные преимущества объясняются наличием в стали магнитной текстуры, т.е. преимущество магнитных свойств в опреде­ленном направлении, а именно вдоль направления проката. Из-за сравнительно большой стоимости применение холоднокатанных сталей полностью оправдывает себя лишь в тех случаях, когда конструк­ция магнитопровода обеспечивает совпадение направлений магнит­ного потока и магнитной текстуры вдоль всей длины магнитной ли­нии. Это обстоятельство и вызвало, в частности, применение ленточных магнитопроводов.

Ниже приводятся рекомендации по выбору величин, входящих в основную расчетную формулу (3) трансформатора. Конкретные величины следует выбирать по методу линейной интерполяции.

а). Величина индукции Bm определяет величину тока хо­лостого хода и потери в стали на гистерезис и вихревые токи. Практика расчета трансформаторов показала, что в зависимости от мощности трансформатора Pн, сорта стали и частоты сети f.

Bm = 1,3 Тл для Ргаб = 509 Вт и f = 400 Гц

б). Плотность тока δi определяет потери в обмотках, вы­зывающие совместно с потерями в стали общий перегрев трансфор­матора. Можно считать, что в трансформаторах малой мощности взаимная передача тепла между магнитопроводом и обмотками от­сутствует; так что температура перегрева обмоток определяется только потерями в последних. У правильно рассчитанных трансфор­маторов эта температура составляет: для обмоток из провода с эмалевой изоляцией (ПЭЛ, ПЭВ) – (70 - 85°С); для обмоток с хлоп­чатобумажной изоляцией (ПБД) – (50 - 60°С).

Такая температура перегрева достигается, если плотность тока выбрана по таблице 2 с учетом мощности трансформатора, конструкции магнитопровода и частоты сети. В таблице 2 приве­дены рекомендуемые значения плотности тока для медных провод­ников. В большинстве случаев применяют именно медные провода, поставляемые кабельной промышленностью с готовой изо­ляцией. Провода, как правило, круглые. При больших сечениях могут применяться и провода прямоугольного сечения.

 Таблица 2

Частота

тока сети,

Гц

Тип сердечника

 Мощность трансформатора, Pн , вт

 25 - 50

 50 -300

 300 - 10000

 Плотность тока, А/мм2

 50

Стержневой

 5 - 4

 4 - 2,5

 2,5 - 2

Броневой

 4 - 3,5

 3,5 -2,3

 2,3 - 1,8

 400

Стержневой

 -

 6 - 4

 4 - 2,8

Броневой

 -

 4 - 3,0

 3,0 - 2,5

 

Рн = U2 . I2 = 487.5 . 1,04 = 507 Вт;

di = 4 А/мм2;

в). Коэффициент заполнения окна медью kм и коэффициент заполнения сечения магнитопровода сталью kст предварительно выбираются в зависимости от мощности трансформатора и типа маг­нитопровода согласно данным таблиц 3 и 4, соответственно.

 Таблица 3

 Тип сердечника

 Мощность трансформатора, Pн , вт

 25 - 50

 50 -300

 300 - 10000

 Коэффициент заполнения окна Kм 

Стержневой

 0,2 - 0,23

 0,23 - 0,3

 0,3 - 0,35

Броневой

 0,23 - 0,26

 0,26 - 0,35

 0,35 - 0,4

kм = 0,3; 

Для стали Э340 при частоте 400 Гц и больше δc = 0,15 мм (толщина листа стали) 

Таблица 4

 Тип сердечника

 Толщина листа стали, мм

 0,08

 0,1

 0,15

 0,2

 0,35

 Коэффициент заполнения сердечника Kст 

Стержневой

ленточный

 0,87

 

 - 

 

 0,9 

 0,91

 0,93

Броневой

пластинчатый

 -

 

 0,75 

 0,84

 0,89

 0,94

kст = 0,9;

г). Значения к.п.д. ηн и cosj1н трансформатора можно предварительно выбрать из таблицы 5.

 Таблица 5

Частота

тока сети,

Гц

Мощность трансформатора, Pн , вт

 15 - 50

 50 - 150

 150 - 300

 300 - 1000

 свыше

 1000

 50

 К.п.д. h

0,5 - 0,8

0,8 -0,9

0,9 - 0,93

0,93 - 0,95

 -

 cosj

0,9 - 0,93

0,93 - 0,95

0,95 -0,93

0,93 - 0,94

 -

 400

 К.п.д. h

 0,84

0,84 -0,95

0,95 - 0,96

0,96 - 0,99

 0,99

 cosj

 0,84

0,84 -0,95

0,95 - 0,96

0,96 - 0,99

 0,99

h = 0,99;

cosj = 0,99;

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

= [507 . (1+0,99) . 102]/[4,44 . 400 . 1,3 . 0,99 . 0,99 . 4 . 0,3 . 0,9] = 41,284

Fo.Fст = 41,3 см4; 

Для того чтобы выполнялось условие размещения обмоток в окне трансформатора необходимо взять следующий ближайший типоразмер трансформатора. 

Таблица типовых стержневых ленточных магнитопроводов

Таблица 7

Типоразмер магнитопровода

Размеры, мм

Fст акт, см2

Вес Gст, г

Fст, см2

F0, см2

F0 Fст, см4

A

b

 c

h

lст, см

ПЛ10x12,5x20

10

12,5

12,5

20

9,6

1,1

81

1,25

2,50

3,1

25

10

12,5

12,5

25

10,6

1,1

89

1,25

3,1

3,9

 32

10

12,5

12,5

32

11,6

1,1

98

1,25

4

5,0

 40

10

12,5

12,5

40

13,6

1,1

114

1,25

5,00

6,3

 ПЛ12,5x16x25

12,5

16

16

25

12,0

1,7

163

2

4

8,0

 32

12,5

16

16

32

13,4

1,7

182

2

5,1

10,2

 40

12,5

16

16

40

15,0

1,7

203

2

6,4

12,8.

50

12,5

16

16

50

17,0

1,7

230

2

8,0

16,0

ПЛ12,5x25x30

12,5

25

20

30

13,8

2,76

292

3,1

6

18,7

 40

12,5

25

20

40

15,8

2,76

33,4

3,1

8

25

 50

12,5

25

20

50

17,8

2,76

376

3,1

10

31

 60

12,5

25

20

60

19,8

2,76

418

3,1

12

37,6

ПЛ16х32х40

16

32

25

40

18,0

4,54

620

5,1

10

51

 50

16

32

25

50

20,0

4,54

690

5,1

12,5

64

 65

16

32

25

65

23,0

4,54

795

5,1

16,3

83

 80

16

32

25

80

26,0

4,54

900

5,1

20

102

 ПЛ20х40х50

20

40

32

50

22,7

7,1

1230

8

16

128

60

20

40

32

60

24,7

7,1

1350

8

19,2

154

80

20

40

32

80

28,7

7,1

1550

8

25,6

205

100

20

40

32

100

32,7

7,1

1770

8

32

256

 ПЛ25х50х65

25

50

40

65

28,8

11,1

2440

12,5

26

325

80

25

50

40

80

31,8

11,1

2700

12,5

32

400

 100

25

50

40

100

35,8

11,1

3040

12,5

40

500

120

25

50

40

120

89,8

11,1

3380

12,5

48

600

 ПЛ32х64х80

32

64

50

80

36,0

18,2

5000

12,5

40

820

100

32

64

50

100

40,0

18,2

5600

20,5

50

1025

130

32

64

50

130

46,0

18,2

6480

12,5

65

1330

160

32

64

50

160

52,0

18,2

7250

12,5

80

1640

 ПЛ40x80x100

40

80

64

100

45,3

28,6

9900

32

64

2050

120

40

80

64

120

49,0

28,6

10700

32

77

2460

160

40

80

64

160

57,3

28,6

12500

32

102

3260

200

40

80

64

200

65,3

28,6

14300

32

128

4100

Типоразмер магнитопровода

Размеры, мм

Fст акт, см2

Вес Gст, г

Fст, см2

F0, см2

F0 Fст, см4

a

b

 c

h

lст, см

ПЛ16х32х40

16

32

25

40

18,0

4,54

620

5,1

10

51

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Ленточ­ные магнитопроводы изготовляются из ленты, предвари­тельно покрытой специальными изолирующими и склеивающими соста­вами, выдерживающими высокую температуру при отжиге собранного сердечника. Готовые магнитопроводы разрезаются на две части для установки катушек, стыки шлифуются.

Анализ переходных процессов во временной области. Классический метод расчета переходных процессов основан на составлении и последующем решении (интегрировании) дифференциальных уравнений, составленных по законам Кирхгофа и связывающих искомые токи и напряжения послекоммутационной цепи и заданные воздействующие функции источники электрической энергии
Электрические цепи переменного синусоидального тока