Расчет силового трансформатора

Определение данных для расчета силового трансформатора

Исходными данными для расчета силового трансформатора являются:

U_c – напряжение питающей сети, В;

m – число фаз питающей сети;

f_c – частота переменного напряжения питающей сети, Гц;

U₂ – напряжение вторичной обмотки трансформатора, В;

I₂ – ток вторичной обмотки, А;

I₁ – ток первичной обмотки, А;

ΔT_окр – диапазон рабочих температур, ± ˚С.

Часть этих данных известна из задания к расчету блока питания. Это напряжение питающей сети U_c, число фаз питающей сети m, частота переменного напряжения сети f_c, диапазон рабочих температур ΔT_окр.

Другая часть данных, таких как напряжение вторичной обмотки трансформатора U₂, ток вторичной обмотки I₂ и ток первичной обмотки I₁, рассчитывается в соответствующих пунктах в зависимости от характера нагрузки выпрямительной схемы (см. пункты 3.8 и 3.9).

Кроме того, необходимо принимать во внимание выбранную форму магнитопровода трансформатора и его тип (см. пункты 3.8, 3.9 и табл. 3.8.3).

Рассмотрим порядок расчета силового питающего трансформатора.

Вычисляется мощность S₂ вторичной цепи. Для однофазных трансформаторов S₂ рассчитывается по формуле (ВА):

S₂=U₂I₂, (3.15.1)

где U₂, I₂ – см. пункт 3.14.

Для трехфазных трансформаторов S₂ рассчитывается по формуле (ВА):

S₂=3U₂I₂. (3.15.2)

В формуле 3.15.2 величины U₂, I₂ являются соответственно фазным напряжением и фазным током.

Вычисляется мощность S₁ первичной цепи по формуле, справедливой, как для однофазных, так и для трехфазных трансформаторов (ВА):

S₁= , (3.15.3)

где η – коэффициент полезного действия (КПД) трансформатора, выбираемый в зависимости от мощности вторичной цепи S₂ по таблице 3.15.1.

Таблица 3.15.1 – Рекомендуемые значения плотности тока и КПД трансформаторов

Мощность S2, ВА										>1000
КПД	0,82	0,85	0,87	0,89	0,91	0,93	0,95	0,96	0,96	0,98
Плотн. тока J, А/мм^2	4,8	3,9	3,2	2,8	2,5		1,6	1,3	1,2	1,2

Определяется поперечное сечение Q_c стержня магнитопровода трансформатора. Для трансформаторов со стержневым магнитопроводом Q_c находится по формуле (мм²):

Q_c=k ∙10², (3.15.4)

где f_c – частота переменного напряжения, Гц (см. пункт 3.1);

k – постоянная, зависящая от способа охлаждения (см. ниже).

Для трансформаторов с броневым магнитопроводом Q_c вычисляется по формуле (мм²):

Q_c=k ∙10². (3.15.5)

Для трехфазных трансформаторов Q_c вычисляется по формуле (мм²):

Q_c=k ∙10². (3.15.6)

По способу охлаждения различают трансформаторы с воздушным (сухие трансформаторы) и масляным охлаждением. Для трансформаторов с воздушным охлаждением коэффициент k принимается равным 6÷8. Для трансформаторов с масляным охлаждением k равен 4÷6. В электронных приборах и устройствах в основном применяются трансформаторы с воздушным охлаждением.

Рассчитывается уточненное значение поперечного сечения стержня магнитопровода с учетом изоляции между листами электротехнической стали (мм²):

Q_c.ут=1,1∙Q_c. (3.15.7)

Рисунок 3.8 – Магнитопроводы трансформаторов и их характерные размеры

Поперечное сечение стержня магнитопровода может иметь квадратную, прямоугольную или многоступенчатую форму, вписанную в окружность. Стержни прямоугольного и квадратного сечения обычно применяют для трансформаторов мощностью до 700 ВА.

Таблица 3.15.2 – Номинальные значения ширины а стержня

Ширина стержня магнитопровода а, мм

Определяются геометрические параметры магнитопровода трансформатора (рис. 3.8). Рассчитывается предварительная ширина a_пр стержня магнитопровода трансформатора по формуле (мм):

a_пр= . (3.15.8)

Вычисленное значение a_пр округляется до ближайшего большего или меньшего значения из таблицы 3.15.2, и, таким образом, получается окончательная ширина а стержня. Если a_пр больше максимального значения в табл. 3.15.2, то в таком случае выбирается из таблицы в качестве значения а максимальное значение.

Толщина b пакета пластин магнитопровода определяется по формуле (мм):

b= . (3.15.9)

Значение b округляется до целых.

Высота стержня H магнитопровода определяется по формуле (мм)

H=3,5∙a. (3.15.10)

Ширина окна сердечника c рассчитывается по формуле (мм)

c= . (3.15.11)

Определяется сечение ярма Q_я трансформатора с учетом изоляции между листами электротехнической стали. Для трансформаторов со стержневым магнитопроводом для нахождения Q_я используется формула (мм²)

Q_я=1,15∙Q_c. (3.15.12)

Для трансформаторов с броневым магнитопроводом для нахождения Q_я используется формула (мм²)

Q_я=0,575∙Q_c. (3.15.13)

Диаметр проводов первичной и вторичной обмоток определяют в зависимости от величины тока в них и допустимой плотности тока. Для расчета диаметра провода первичной обмотки используется формула (мм)

d₁=1,13∙ , (3.15.14)

где I₁ – ток первичной обмотки, А (см. пункт 3.14);

J – плотность тока в обмотке, А/мм² (выбирается в зависимости от величины мощности вторичной цепи S₂ по таблице 3.15.1).

Диаметр провода вторичной обмотки рассчитывается по формуле (мм)

d₂=1,13∙ , (3.15.15)

где I₂ – ток первичной обмотки, А (см. пункт 3.14).

Для расчета количества витков первичной обмотки однофазных и трехфазных трансформаторов используется следующая формула:

w₁= , (3.15.16)

где U_c – напряжение питающей сети, В (см. пункт 3.1);

f_c – частота переменного напряжения питающей сети, Гц (см. пункт 3.1);

B – магнитная индукция в сердечнике трансформатора, Тл; определяется по таблице 3.8.2 пункта 3.8;

Q_с.ут – поперечное сечение стержня магнитопровода с учетом изоляции между листами электротехнической стали, мм² (см. формулу 3.15.7).

Расчет количества витков вторичной обмотки производится по формуле:

w₂=w₁∙ , (3.15.17)

где U₂ – напряжение вторичной обмотки трансформатора, В (см. пункт 3.14).

Таким образом, итогом расчета силового трансформатора являются вычисленные размеры магнитопровода, количества витков первичной и вторичной обмоток, диаметры проводов обмоток, потребляемая мощность.

Дата добавления: 2017-01-13