Расчет силового трансформатора малой мощности

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

«Сасовское имени Героя Советского Союза Тарана Г.А. летное училище гражданской авиации» филиал Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Ульяновское высшее авиационное училище гражданской авиации (институт)»

(СЛУ ГА филиал ФГБОУ ВПО УВАУ ГА (И))

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине «Электротехника и электронная техника»

На тему: «Расчет силового трансформатора малой мощности»

Выполнил: курсант 1 курса

Специальности 161005

Сасово, 2014 г

Оглавление

Введение

1.Расчет силового трансформатора

1.1Схема электропитающего устройства и исходные данные

1.2Расчет первичной обмотки трансформатора

1.3Учет дополнительных требований, предъявляемых к трансформатору

1.4Расчет мощностей первичной и вторичной обмоток

1.5Расчет габаритной мощности трансформатора и выбор его параметров

1.6Расчет геометрических размеров магнитопровода трансформатора

1.7Выбор магнитопровода и его размеров

1.8Расчет числа витков обмоток трансформатора

1.9Расчет и выбор диаметров проводов обмоток трансформатора

1.10Выбор изоляции между слоями обмоток и между обмотками

1.11Выбор материала и расчет размеров каркаса катушки

2.Проверочный расчет размещения обмоток в окне выбранного магнитопровода

Заключение

Список использованных источников

Введение

трансформатор катушка обмотка магнитопровод

Трансформатор - устройство, предназначенное для изменения величины переменного напряжения, - является практически обязательным структурным элементом источника вторичного электропитания. При наличии первичного источника, вырабатывающего переменное напряжение, трансформатор достаточно часто включается в источник вторичного электропитания в качестве входного элемента. В этом случае трансформатор называется силовым, и его функциональное назначение заключается в преобразовании входной системы переменного напряжения (однофазной или трехфазной) в одну или несколько других систем переменных напряжений, используемых для питания соответствующих потребителей постоянного и переменного тока. В системах питания электронной аппаратуры применяют силовые трансформаторы малой мощности ( не более 4 кВ-А для однофазных и 5 кВ-А для трехфазных систем переменного тока). Они в большинстве случаев работают при низких напряжениях на обмотках (до 1кВ), синусоидальной или близкой к синусоидальной форме преобразуемого напряжения и частоте, равной 50 Гц (частота промышленной сети).

В данной работе рассчитывается силовой трансформатор малой мощности. В задании на расчет указывается напряжение питающей сети, подаваемое на первичную обмотку трансформатора, напряжение на вторичных обмотках, частота питающей сети, характеры нагрузок вторичных обмоток, дополнительные требования по весу и стоимости.

В результате расчета силового трансформатора должны быть выбраны и рассчитаны: ток первичной обмотки, мощности первичных и вторичных обмоток, тип магнитопровода, его материал и размеры, марки и диаметр проводов обмотки, количество витков каждой обмотки, материал и толщина межслойной изоляции и изоляции между обмотками, размеры сборного каркаса катушки трансформатора.

1.Расчет силового трансформатора

1.1Схема электропитающего устройства и исходные данные

Табица 1.1. Исходные данные

№ варНапряже-ние питающей сети, ВНапряжение на нагрузке обмоток, ВТок нагрузки обмоток, АЧастота питающей сети, ГцХарактер нагрузокДополните-льные требованияОбмоткаОбмоткаобмотка2-23-32-23-32-23-317115660,60,4400активнаямостовой выпрямитель с фильтром, начинающимся с индуктивно-стиМинимальная стоимость

По данным, приведенным в таблице 1.1, составляем схему питающего устройства (рис. 1), указываем токи и напряжения в нагрузках, токи и напряжения на обмотках.

1.2Расчет первичной обмотки трансформатора

Для расчета тока первичной обмотки необходимо учитывать характер нагрузок вторичных обмоток и вид схемы выпрямителя.

Суммарный ток первичной обмотки, без учета тока холостого хода, определяется по формуле:

(2.1)

Соотношение между током первичной обмотки и током вторичной обмотки выражается через коэффициент трансформации, либо отношением напряжений:

, . (2.2)

Для активной нагрузки (2-2):

. (2.3)

Для мостового выпрямителя с фильтром, начинающимся с индуктивности, токи вторичной и первичной обмоток, напряжение вторичной обмотки определяются по формулам:

. (2.3)

Теперь по формуле (2.1) определяем суммарный ток первичной обмотки: .

1.3Учет дополнительных требований, предъявляемых к трансформатору

На основе учета дополнительных требований, предъявляемых к трансформатору, по стоимости, габаритам, весу осуществляют выбор типа трансформатора, типа магнитопровода, марку и толщину электротехнической стали, а также тип обмоточного провода для намотки обмоток трансформатора.

Для малых мощностей (до 100 ВА) при напряжениях обмоток менее 1000В предпочтение отдают броневым трансформаторам, как более простым по конструкции и более дешевым в изготовлении.

Для трансформаторов минимальной стоимости в основном применяют листовую сталь марок Э41 и Э11 с толщиной листа или ленты 0,35 - 0,5 мм.

Для трансформаторов повышенной частоты питающей сети (400 Гц) может рекомендоваться листовая сталь марок Э340, Э350 с толщиной листа или ленты 0,05 - 0,1 мм. Эти марки стали мы и выберем в качестве расчетных.

Намотку обмоток в маломощных трансформаторах, в основном, применяют провод с эмалевой изоляцией типа ПЭЛ или типа ПЭВ, как наиболее дешевый и занимающий мало места. Провода с шелковой изоляцией типа ПЭЛШО для обмоток с низкими напряжениями не применяют, так как они занимают много места. Провода данного типа применяют для намотки обмоток высокого напряжения.

1.4Расчет мощностей первичной и вторичной обмоток

Полная мощность, подводимая к первичной обмотке трансформатора без учета потерь в ней, определяется по формуле:

. (4.1)

Полная мощность, отдаваемая трансформатором в нагрузку, без учета потерь в нем, определяется как сумма полных мощностей всех вторичных обмоток:

. (4.2)

1.5Расчет габаритной мощности трансформатора и выбор его параметров

На данном этапе расчета для определения габаритной мощности можно воспользоваться следующим выражением:

. (5.1)

Используя полученное значение габаритной мощности и учитывая дополнительные требования к изделию, по данным таблицы 2.2 [1] производим выбор параметров трансформатора с учетом частоты питающей сети, указанной в таблице 1.1. Основные параметры трансформатора следующие:

. (5.2)

1.6Расчет геометрических размеров магнитопровода трансформатора

Геометрические размеры магнитопровода трансформатора определяются по формуле:

, (6.1)

где - полное сечение стержня, несущего обмотки, ;

- площадь окна магнитопровода, приходящаяся на обмотки одного стержня, ;

- максимальная индукция в магнитопроводе, Тл;

- плотность тока в магнитопроводе, ;

- КПД трансформатора;

- коэффициент заполнения сечения магнитопровода сталью;

- коэффициент заполнения окна магнитопровода медью обмоток;

- частота питающей сети, Гц;

- число стержней трансформатора, несущих обмотки (броневой S=1).

.

1.7Выбор магнитопровода и его размеров

После расчета геометрических размеров магнитопровода производят выбор магнитопровода трансформатора и его размеров.

Полное сечение стержня , несущего обмотки, определяют по формуле:

, (7.1)

где а - ширина стержня, несущего обмотки, мм;

с - толщина набора пластин, мм.

Площадь окна магнитопровода , приходящаяся на обмотки одного стержня, определяют по формуле:

, (7.2)

где b - ширина окна магнитопровода, мм;

h - высота окна магнитопровода, мм.

На рис. 2 представлен вид броневого магнитопровода трансформатора из штампованных пластин.

Рис. 2. Пластинчатый броневой магнитопровод

При расчете магнитопровода необходимо брать в учет следующее условие:

. (7.3)

По таблице 2.3 [1] подбираем размеры нормализованных броневых магнитопроводов из штампованных пластин с учетом условия (7.3):

1.8Расчет числа витков обмоток трансформатора

Основное соотношение, связывающее число витков с напряжением и другими параметрами трансформатора, имеет вид:

. (8.1)

ЭДС первичной обмотки приблизительно вычисляется по формуле:

. (8.2)

ЭДС вторичных обмоток приблизительно вычисляется по формуле:

. (8.3)

По формуле (8.1) с учетом (8.2) и (8.3) вычисляем количество витков первичной и вторичных обмоток:

,

,

.

1.9Расчет и выбор диаметров проводов обмоток трансформатора

Диаметры обмоточных проводов, которые будут использоваться в намотке обмоток трансформаторов, могут определяться из следующего выражения:

, (9.1)

Рассчитаем диаметры проводов для каждой обмотки:

;

;

.

Полученные значения диаметров проводов необходимо округлить до стандартных значений из таблицы 2.7 [1] до ближайшего большего значения. Также из этой таблицы выбираются значения диаметров обмоточных проводов в зависимости от марки провода.

Выбор марки провода должен соответствовать требованиям к его изоляции. В маломощных трансформаторах, с напряжением в обмотках до 300 В обычно применяют эмалированные провода ПЭЛ.

Выбранные значения приведены в таблице 9.1.

Таблица 9.1. Основные данные обмотки проводов

Диаметр провода без изоляции, ммДопустимая нагрузка при плотности 2 А/мм2, АДиаметр провода с изоляцией ПЭЛ, мм0,110,0190,130,080,01010,0950,080,01010,095

1.10Выбор изоляции между слоями обмоток и между обмотками

При расчете и изготовлении маломощных трансформаторов с напряжениями обмоток до 300 В толщина изоляции между обмотками выбирается в пределах 0,3 - 0,5 мм.

Из таблицы 2.8 [1] выбираем материал изоляции. Толщине 0,3 - 0,5 соответствует «Картон электроизоляционный Г».

Для предотвращения пробоя между обмотками помещают изолирующие прокладки из более толстой бумаги или лакоткани. Особенно тщательно следует изолировать обмотки, имеющие высокий потенциал относительно сердечника трансформатора или других обмоток.

Для предохранения обмоток от механических повреждений и внешнего воздействия готовую катушку трансформатора следуем обвернуть двумя-тремя слоями лакоткани.

1.11Выбор материала и расчет размеров каркаса катушки

Каркасы, на которые наматывают обмотки трансформатора, прессуют из пластмасс, склеивают из электротехнического картона или собирают из отдельных деталей, изготовленных из гетинакса, прессшпана, текстолита или плотного электротехнического картона.

Рис. 3. Каркас катушки трансформатора в сборе

Толщину материала выбираем исходя из напряжения трансформатора и прочностных требований к трансформатору. Для маломощных трансформаторов толщину изоляционного материала для каркаса катушки берем пределах 1 - 3 мм.

На боковых частях каркаса делают отверстия для вывода и закрепления концов обмоток трансформатора.

Типовая конструкция катушки трансформатора представлена на рис. 3.

2. Проверочный расчет размещения обмоток в окне выбранногомагнитопровода

Перед изготовлением трансформатора по рассчитанным данным необходимо провести проверку возможности размещения обмоток в окне выбранного магнитопровода.

Проверочный расчет заключается в определении площади, занимаемой обмотками с изоляцией, и сравнению полученного результата с площадью окна магнитопровода.

Для начала определим число витков в каждом слое обмотки по формуле:

, (2.1)

где - высота окна магнитопровода;

- толщина материала каркаса катушки магнитопровода, мм;

- коэффициент неплотности обмоток.

Коэффициент плотности обмоток выбирают в зависимости от диаметра обмоточного провода:

· для проводов диаметра до 0,1 мм ;

·Для проводов диаметра свыше 0,1 мм .

Из (2.1) получим:

;

.

Определяем число слоев каждой обмотки по формуле:

. (2.2)

.

Определяем толщину каждой обмотки:

, (2.3)

где - толщина материала изоляции между слоями обмотки, мм.

Из (2.3):

,

.

Определяем толщину всех обмоток с учетом изоляции между обмотками:

.

Проверяем условие:

(2.4)

В нашем случае: .

Так как условие (2.4) выполняется, то выбор магнитопровода, изоляции между слоями обмоток и самими обмотками, толщина каркаса катушки произведен правильно и обмотки трансформатора со всеми изоляциями разместятся в окне магнитопровода.

Заключение

В данной работе был проведен расчет силового трансформатора малой мощности. В результате работы были подобраны и определены:

·ток первичной обмотки;

·мощности первичных и вторичных обмоток;

· тип магнитопровода, его материал и размеры;

·марки и диаметр проводов обмотки;

·количество витков каждой обмотки;

·материал и толщина межслойной изоляции и изоляции между обмотками;

· размеры сборного каркаса катушки трансформатора.

Был проведен проверочный расчет размещения обмоток в окне выбранного магнитопровода. Выбор магнитопровода, изоляции между слоями обмоток и самими обмотками, толщина каркаса катушки произведен правильно и обмотки трансформатора со всеми изоляциями разместятся в окне магнитопровода.

Список использованных источников

1.Цветков В.В., Чепелев М.Ю. Методические указания по выполнению курсовой работы по дисциплине «Электропитание устройств и систем телекоммуникаций»: Воронеж, 2010 г. - 33 с.

.Арсеньев Г.В., Литовко И.В. Электропреобразовательные устройства: Форум, 2008 г. - 496 с.

.Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры: Справочник/ Г.С. Найвельт, К.Б. Мазель и др. - М.: Радио и связь, 1986 г. 576 с.

.Лотерейчук Е.А. Теоретические основы электротехники: Учебник. - М.: ФОРУМ: ИНФА-М, 2006 г. - 316 с.

5.