РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРОВ МАЛОЙ МОЩНОСТИ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОКА ХОЛОСТОГО ХОДА

После того, как выбран магнитопровод трансформатора, нетрудно найти величины полных потерь в стали Рст , намагничиваю­щей мощности Qст, абсолютное и относительное значения тока холостого хода.

Относительное значение - это ток холостого хода 10 , выраженный в % от первичного номинального тока.

Полные потери в стали могут быть определены по формуле:

 Рст = DРст Gст (4)

где DРст - удельные потери, Вт/кГ;

Gст - вес магнитопровода, кГ.

Величина DРст зависит от выбранного значения магнитной индукции, марки стали, ее толщины и частоты сети. На рис. 3 и 4 приведены экспериментальные кривые зависимости удельных потерь в трансформаторных сталях от индукции для наиболее час­то применяемых марок (для частот 50 Гц и 400 Гц, соответственно).

Абсолютное и относительное значения активной составляющей тока холостого хода определяются по формулам:

 I0а = Рст/U1 [A]; I0а% = (I0а/I1н).100 = (Рст/S1н) .100 (5)

 где I1н = S1н/U1 = Рн/(U1ηнcosj1н) [A].

Полная намагничивающая мощность определяется по фор­муле:

 Qст =DQст. Gст [ВAР]. (6)

где DQст - полная удельная намагничивающая мощность, [ВAР/кГ].

Величина DQст определяется по кривым, приведенным на рис. 5 и 6 (для частот 50 и 400 Гц).

Полная намагничивающая мощность Qст зависит от выбранного значения магнитной индукции, марки стали, ее толщины, конст­рукции магнитопровода и его геометрических размеров, а также от частоты сети.

Абсолютное и относительное значения реактивной составляю­щей тока холостого хода находятся по формулам:

  I0р = Qст/U1 [A]; I0р% = (I0р/I1н).100 = (Qст/S1н) .100 (7)

Величина относительного тока холостого хода на основа­нии I0а% и I0р% равна: 

  (8)

Если величина относительного тока холостого хода при час­тоте сети 50 Гц лежит в пределах 30 - 50%, а при частоте сети 400 Гц в пределах 5 - 30%, то выбор магнитопровода на этой стадии расчета можно считать оконченным.

Если значение относительного тока холостого хода больше 50% (при f =50 Гц) или ЗО% (при f =400 Гц), то следует уменьшить индукцию в магнитопроводе. Если значение относитель­ного тока холостого хода меньше 30% (при f =50 Гц) или 5% (при f =400 Гц), то индукцию к магнитопроводе следует увели­чить.

Расчет следует повторять до тех пор, пока относительный ток холостого хода не будет лежать в указанных пределах.

PАСЧЕТ ОБМОТОК

Расчет обмоток трансформатора заключается в определении числа витков и диаметра провода каждой из них.

1. На основании формулы (1) имеем:

w1 = (E1104)/( 4,44 f Bm Fст.акт); w2 = (E2104)/( 4,44 f Bm Fст.акт);

w3 = (E3104)/( 4,44 f Bm Fст.акт) и.т.д. (9)

Все величины, входящие в правые части приведенных выражений известны, за исключением э.д.с.

Если обозначить величины падений напряжений в обмотках, вы­раженные в % от номинального, через DU1% , DU2% и.т.д., то э.д.с. обмоток могут быть найдены из выражений

 ;  ;  и.т.д. (10) 

Ориентировочные значения величия DU1% и DU2% для броневых трансформаторов на 50 и 400 Гц с наибольшим напряжением вто­ричной обмотки до 1000 В, работающих при температуре перегрева обмоток

Dtм = 50 °С приведены в таблице 8. При использовании стержневых магнитопроводов указанные в таблице 8 величины DU1% и DU2% должны быть уменьшены на 20 – 30%. При расчете многооб­моточных трансформаторов рекомендуется принимать DU2% для об­моток, расположенных непосредственно на первичной, на 10 – 20% меньше, а для наружных на 10 -20% больше указанных в таблице 8.

2. Рассчитав по формулам (9) числа витков обмоток (округляя полученные значения до ближайших больших), можно перейти к оп­ределению сечений и диаметров проводов обмоток по известным значениям токов I2, I3 и т.д., а также по известной плотности тока в обмотках (таблица 2). Следует иметь в виду, что в таблице 2 приведены средние значения плотности тока для всей катушки в целом. Поэтому, определяя плотность тока в первичной обмотке, расположенной непосредственно на магнитопроводе, следует уменьшать средние значения на 15 – 20%; соответственно следу­ет увеличивать плотности тока во вторичных обмотках на 10 – 15%.

Сечения проводов обмоток определяются по формуле

  , [мм2] (11)

Ток первичной обмотки, необходимый для определения сечения провода этой обмотки, находят по формуле

  (12)

где все величины известны. Токи вторичных обмоток известны по условию. Диаметр провода находят по формуле:

  , [мм] (13)

3. Следующим этапом является выбор марки провода. При из­готовлении обмоток трансформаторов малой мощности наиболее ши­роко применяются провода с эмалевой изоляцией, т.к. такой изо­ляционный слой дешев и имеет малую толщину. Недостатком прово­дов с эмалевой изоляцией (типа ПЭЛ) является низкая механичес­кая прочность изолирующего слоя. Однако в настоящее время выпу­скаются провода с высокопрочной эмалевой изоляцией с одинарным и двойным покрытием (ПЭВ- 1 и ПЭВ-2). Провода марок ПЭЛ и ПЭВ-1 рекомендуются при напряжениях обмоток до 500 В, при напряжениях свыше 500 В следует применять ПЭВ-2. Провода других марок используются в специальных трансформаторах.

Кроме круглой проволоки выпускается также и прямоугольный провод марки ПЭВП с такой же

изоляцией, что и ПЭВ. Применение проводов прямоугольной формы дает возможность получить более высокий коэффициент заполнения окна магнитопровода, однако, применение таких проводов экономически выгодно только при боль­ших сечениях, превышающих несколько квадратных миллиметров (свыше 5 мм2).

Номинальные данные обмоточных проводов приведены в таблице 9а. Выбрав параметры

проводов, ближайшие к найденным по форму­лам (11) и (13), следует выписать из таблицы 9а следующие данные: номинальный диаметр провода без изоляции dпр , мм; диаметр провода с изоляцией dиз , мм;

сечение провода без изоляции S пр , мм2; вес I м провода

 gм = γм S пр l пр , г

где l пр = 100 см; γм = 8,9 г/см3.

Двусторонняя толщина изоляции проводов (как круглых, так и прямоугольных) приведена в таблице 9б. Для определения dиз , необходимо к dпр прибавить именно ту цифру, которая указана в таблице двусторонней изоляции для круглого провода.

Для прямоугольного провода необходимо из таблицы 9в выпи­сать вместо диаметров меньшую и большую стороны сечения aпр и bпр без изоляции и с изоляцией aиз и bиз , прибавляя к aпр и bпр цифру, указанную в таблице двусторонней изоляции для прямоугольного провода.

В дальнейших расчетах необходимо использовать параметры проводов, полученные из таблиц 9а и 9в, а не определенные по формулам (11) и (13).

В расчетной записке следует дать эскиз сечений обмоток.

Рассчитать параметрический стабилизатор напряжения