Судовая электроника и силовая преобразовательная техника

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исходные данные для расчета устройства источников вторичного электропитания:

1. Первичный источник - переменное напряжение (однофазное) U_с = 220 В, промышленной частоты f_с = 50 Гц.

2. Выпрямительное устройство (нестабилизированное):

а) величина выпрямительного напряжения U₀₂ = 26,5 В;

б) номинальный ток нагрузки I₀₂ = 3,40А;

в) допустимый коэффициент пульсаций на выходе выпрямительного устройства k_2п = 7,4%.

3. Выпрямительное устройство (стабилизированное):

а) величина выпрямленного напряжения U_03(ст.) = 6,8 В;

б) номинальный ток нагрузки I₀₃ = 0,44 А;

в) допустимые пределы изменения выходного напряжения U_03(ст.) = 1%;

г) допустимый коэффициент пульсаций на выходе стабилизатора напряжения k_3П = 7,4%.

4. Нестабилизированное переменное напряжение:

а) величина переменного напряжения U₄ = 103 В с частотой f_с = 50 Гц;

б) номинальный ток нагрузки I₄ = 0,83 А.

1. Расчет нестабилизированного выпрямительного устройства

В качестве статического электромагнитного преобразователя будет использован Ш-образный трансформатор, расчёт которого будет приведен ниже.

На предварительном этапе необходимо определиться со схемой выпрямителя, выбором типа вентилей и сглаживающего фильтра.

При использовании в качестве первичного источника питания однофазной цепи переменного тока f= 50 Гц наиболее предпочтительной является мостовая схема выпрямителя. Данная схема имеет ряд преимуществ перед двухполупериодной схемой с нулевым выводом трансформатора:

- размеры и вес трансформатора меньше вследствие лучшего использования обмоток (Р тип трансформатора на 20% меньше), где Р_тип - типовая мощность трансформатора;

- не требует специального вывода от средней точки вторичной обмотки;

- напряжение на зажимах вторичной обмотки вдвое меньше;

- обратное напряжение (U_обр), приходящееся на один вентиль, вдвое меньше.

В качестве сглаживающего фильтра используется П-образный LC-фильтр, т.к. типовая мощность выпрямителя значительно больше 10 Вт.

На основании вышеизложенного составляем электрическую схему выпрямительного устройства.



Рис.2.1. Принципиальная сема однофазного мостового выпрямительного устройства

судовая электроника выпрямитель трансформатор

По данным таблицы 1.8 (приложения) определяем параметры вентилей для однофазной мостовой схемы выпрямителя с индуктивной реакцией нагрузки:

- требуемая величина среднего тока вентиля

I_02(вент) = 0,5•I₀₂ = 0,5•3,4 = 1,7 (А).

- действующее значение тока вентиля

I_2(вент.) = 0,707•D•I₀₂ = 0,707•1,0•3,4 = 2,4038 (А), (предварительно принимая D = 1,0).

- допустимое обратное напряжение на вентиле

U_{обр.(вент.)} = 1,57•U₀₂ = 1,57•26,5= 41,605 (В)

- число вентилей в схеме - 4.

- коэффициент пульсаций на выходе мостовой схемы k^/_2п = 0,67•Н = 0,74•100 = 74% (предварительно принимая коэффициент Н = 100).

По полученным данным выбираем в качестве вентилей кремниевые диоды типа Д242.

Паспортные данные диодов типа Д242

Амплитудное значение тока - 5,0 А.

Прямое падение напряжения на вентиле - 1,0 В.

Допустимое значение обратного напряжения на вентиле - U_{обр.(вент.)} = 100,0 В.

2. Предварительный расчет по определению действующих значений тока и напряжения вторичной обмотки(W₂) силового трансформатора

По таблице 1.8 (приложения А) для выбранной схемы выпрямления:

– действующее значение напряжения вторичной обмотки:

U₂ = 1,11•B•U₀₂;

– действующее значение тока вторичной обмотки:

I₂=D•I₀₂;

– типовая мощность трансформатора по вторичной обмотке:

P₂ = 1,11•B•D•P₀₂;

где коэффициенты B и D определяются из графиков: рис.1.1, 1.2 (приложения Б) и представляют зависимости :

и ;

;



- приближенные значения активные сопротивления обмотки и индуктивности рассеяния (L_рас) трансформатора, работающего с реактивной реакции определяющегося по формулам:

;

,

где k_{r (инд.)} и k_{L (инд.)} - коэффициенты пропорциональности, зависящие от схемы выпрямления.

Для однофазной мостовой схемы с индуктивной реакцией нагрузки согласно таблицы 1.6 (приложения Б):

k_r(инд) = 5,1•10³; k_L(инд) = 6,4•10²,

где U₀₂, I₀₂ - выпрямленное значение напряжения и величина тока нагрузки; S - число стержней силового трансформатора (для броневого пластинчатого магнитопровода S = 1); f_c - частота питающей сети (f_c= 50 Гц); B - магнитная индукция.

Для силовых трансформаторов с типовой мощностью (150-300)Вт с броневым пластинчатым магнитопроводом согласно таблицы 1.1 (приложения) принимаем:

B=1,35 Тл.

Подставляя численные значения определяем r_тр(инд) и L_{рас(инд)}:

(Ом);

(Гн).

Так как трансформатор имеет дополнительные обмотки, то его активное сопротивление определяется:



где Р_{тип(общ.)} ? 210 Вт; Р_2тип = 1,11•В•D•Р₀₂ = 1,11•1,1•1,0•26,5•3,4 ? 110,0 (Вт), предварительно принимая В = 1,1; D = 1,0.

(Ом);

- определяем величину внутреннего активного сопротивления выпрямителя:

r_ф = r_тр(общ)+2r_{пр(вент)},

где r_{пр(вент)} - активное сопротивление диода Д242, включенного в прямом направлении

(Ом), где:

(Ом);

- определяем величины tgц и

;

.



По полученным значениям tgц = 0,14 и и графикам рис. 1.1, 1.2, 1.3 (приложения Б) находим коэффициенты В, D и H:

B = 1,20; D = 0,987, H = 100,2;

-определяем параметры схемы выпрямления и вторичной обмотки силового трансформатора:

действующее значение напряжения вторичной обмотки:

U₂ = 1,11•B•U₀₂ = 1,11•1,20•26,5 = 35,3 (В).

действующее значение тока силового трансформатора:

I₂ = D•I₀₂ = 0,987•3,4 = 3,3558 (A).

типовая мощность силового трансформатора:

P_2тип = 1,11•B•D•Р₀₂ = 1,11•1,20•0,987•26,5 •3,4 = 118,4 (Вт).

Коэффициенты пульсации на выходе схемы выпрямления:

k_п = 0,74•Н = 0,74•100,0 = 74 (%).

3. Расчет сглаживающего фильтра для нестабилизированного выпрямителя

При мощностях выпрямительного устройства более 10,0 Вт более предпочтительными являются LC-фильтры и поэтому используем Г-образный фильтр.

Исходными данными для расчета LC-фильтра являются:

1) - коэффициент пульсации на входе фильтра k_п^/= 74% (на выходе однофазной мостовой схемы выпрямления);

2) - коэффициент пульсаций на выходе сглаживающего фильтра k_п^//=7,4%;

3) - схема выпрямления однофазная мостовая;

4) - частота тока сети f_сети = 50,0 Гц;

5) - выпрямленное напряжение U₀₂ = 26,5 B

6) - выпрямленный ток (ток нагрузки) I₀₂ = 3,4 А

Необходимо определить электрические параметры фильтра:

- величину индуктивности дросселя (L_др);

7) - ёмкость С₁;

- определяем произведение (L_др•С₁) для однофазной мостовой схемы выпрямления из выражения:

,

где - коэффициент фильтрации; р = 2 - коэффициент, зависящий от схемы выпрямления (для однофазной мостовой схемы выпрямления); = 2р f_сети - угловая частота; и если L_др выразить в генри иСв микрофарадах, то для частоты сети f_сети = 50 Гц:

(Гн•мкФ).

Индуктивная реакция фильтра обеспечивается при некотором (критическом) значении индуктивности дросселя фильтра, т.е. выбранное значение индуктивности дросселя должно быть больше или равным L_др.(кр)

Считая L_др. = 0,1 Гн определяем необходимое значение ёмкости фильтра:

мкФ.

Рабочее напряжение на конденсаторе должно быть:

(В),

где U₂ - действующее значение напряжения на вторичной обмотке.

Согласно полученных требований выбираем конденсатор типа К-330 - на напряжение 100,0 В.

4. Расчет элементов выпрямительного устройства для стабилизированного источника питания

Исходные данные для расчета элементов выпрямительного устройства для стабилизированного источника питания:

- первичный источник - переменное напряжение (одно - фазное) U₁ = 220,0 В, промышленной частоты f_с = 50,0 Гц;

- напряжение выходное номинальное U_03(ст) = 6,8 В;

- номинальный ток нагрузки I_03(ном) = 0,44 Ом.;

- допустимые пределы изменения выходного напряжения ДU_03(ст) = ±1%;

- допустимый коэффициент пульсации на выходе стабилизатора k_п(вых) = 0,2%

Нестабилизированное переменное напряжение:

а) величина переменного напряжения U₄ = 97 В с частотой f_с = 50 Гц;

б) номинальный ток нагрузки I₄ = 0,83А.

5. Расчет выпрямителя и сглаживающего фильтра для питания электронного стабилизатора напряжения по постоянному току

В качестве выпрямителя используется однофазная мостовая схема выпрямления, а так как мощность выпрямительного устройства не более 10 Вт, то выбираем Г-образный RC-фильтр (с ёмкостной реакцией нагрузки).

Питание первичной цепи - напряжение 220,0 вольт, промышленной частоты f_с=50,0 Гц.

В качестве статического электромагнитного аппарата используется трансформатор.

Стабилизатор напряжения по постоянному току - электронный стабилизатор.

Рис.3 Структурная схема стабилизатора напряжения по постоянному току.

Определяем вентили постоянного напряжения и тока на входе электронного стабилизатора напряжения:

U_03(ном) = (U_03ст + U_{э-к мин})/(1 - 0,1) = (6,8 + 3,0) / 0,9 = 10,13 (В);

где U_{э-к мин} - минимальное значение напряжения перехода эмиттер-коллектор регулирующего транзистора.

I₀₃ = I_03(ном) + I_упр= 0,44 + 0,15 = 0,59 (А);

где I_упр= (0,1 0,15) А - величина тока коллектора регулирующего транзистора электронного стабилизатора;

- величина пульсаций на входе стабилизатора напряжения не должна превышать величины пульсаций:

k'_{пульс(вх)} = k_{пульс(вых)} •k_(ст) = 0,2%•20 = 4%

где: k_(ст) = ДU₀₃%/ДU_03(ст)%;

ДU₀₃(%) = ((U_{03 макс} - U_{03 мин}) / U_{03 ном})100%;

ДU₀₃(%) = (U_03(ном) •1,1 - U_03(ном) •0,9) /U_03(ном) )100%=

= ((10,13•1,1 - 10,13•0,9) / 10,13) •100% = 20 %; k_ст = 20 / 1 ? 20.

Допустимый коэффициент пульсаций на входе электронного стабилизатора напряжения не должен превышать 7,4 %.

6. Определение параметров вентилей однофазной мостовой схемы и выбор типа полупроводниковых диодов

По таблице 1.8 (приложения А) для однофазной мостовой схемы выпрямления с емкостной реакцией нагрузки определяем:

- требуемая величина среднего значения тока вентиля I_{03(вент)ср} = 0,5•I₀₃ = 0,5•0,44 = 0,22 (А);

- амплитудное значение тока вентиля

I_{03(вент)макс} = 0,5•F•I₀₃ = 0,5•6,5•0,44 = 1,43 (А),

где F - коэффициент, зависящий от параметров силового трансформатора

7. Расчет действующих значений тока, напряжения вторичной обмотки силового трансформатора

Расчет действующих значений тока и напряжения сводится к определению коэффициентов В, В и F.

По данным таблицы 1.8 приложения определяем зависимости отдельных параметров силового трансформатора по вторичной обмотке (для однофазной мостовой схемы выпрямления с ёмкостной реакцией нагрузки):

- действующее значение напряжения вторичной обмотки

U₃ = B•U₀₃;

- действующее значение тока вторичной обмотки

I₃ = 0,707•D•I₀₃;

- типовая мощность силового трансформатора

Р_3тип. = 0,707•В•Р₀₃.

Коэффициенты В, D, F определяются из графиков зависимости:

В = f(A, ) рис. 1.12 (приложения).

D= f(A, ) рис. 1.13 (приложения).

F = f(A, ) рис. 1.14 (приложения).

где; ;

r_ф = r_{тр.(общ.)} + 2•r_{пр.(вентиль)} - общее сопротивление потерь (активное сопротивление потерь трансформатора и потери на одном плече мостовой схемы

р = 2; (Ом);

- определяем общее сопротивление потерь трансформатора:

,

Р_3тип. = 0,707•D•В•Р₀₃ = 0,707•1,2•U₀₃•I₀₃ = 0,707•2•10,13•0,59 = 8,45 (Вт).

Предварительно принимая В = 1; D = 2; F = 6,5.

Р_{тип.(общ.)} = Р_2тип. + Р_3тип. + Р_4тип. = 118,4 + 8,45 + 116,8 = 243,65 (Вт).

Определяем сопротивление потерь трансформатора:

,

где k_r = 3,5•10³ (таблица 1.5 приложения) - для однофазной мостовой с ёмкостной реакцией нагрузки; В = 1,35 Тл - величина магнитной индукции (таблица 1.1 приложения); S = 1 - число стержней в трансформаторе; f_сети = 50,0 Гц.

(Ом).

При наличии дополнительных обмоток (W₂, W₄) активные потери по данной обмотке уменьшаются, вследствие уменьшения потерь «перемагничивания».

- величина внутреннего активного сопротивления состоит из прямого сопротивления вентилей и активного сопротивления обмоток трансформатора.

где - прямое сопротивление диода типа Д226Д.

- определяем величину коэффициента А:

,

где = 3,14, р = 2 (для однофазной мостовой схемы выпрямления);

(Ом)

- номинальное значение сопротивления нагрузки.

- определяем величину угла (угол сдвига фаз):

,

где r_ф = 1,91 Ом - общее сопротивление потерь по данной схеме выпрямления; X_L(рас.) = 2•f L_(рас.) - индуктивное сопротивление рассеяния трансформатора.

- величина индуктивности рассеяния определяется:

,

где f_сети = 50 Гц; В = 1,35 Тл - магнитная индукция; S = 1 - число стержней трансформатора; k_L = 5•10² (таблица 1.5 приложения) - для однофазной мостовой схемы выпрямления с `ёмкостной реакцией якоря.

- определяем величину индуктивного сопротивления рассеяния:

X_L(рас.) = 2•f L_(рас.) = 2•3,14•50•0,693•10^-3 = 0,2176 (Ом).

- определяем величину угла сдвига фаз:

, = 5,22= 5,2.



Согласно графиков, представленных на рис. 1.12, 1.13, 1.14 и 1.15 для А = 0,22 и = 5,2 имеем В = 0,9, D = 2,16, F = 6, Н = 350

Уточняем параметры трансформатора с учетом полученных коэффициентов:

- действующее значение напряжения вторичной обмотки U₃ = B•U₀₃ = 0,9•10,13 = 9,117 (В);

- действующее значение тока вторичной обмотки I₃ = 0,707•D•I₀₃ = 0,707•2,16•0,59 = 0,9010 = 0,90 (А);

- типовая мощность трансформатора Р_3тип. =

= 0,707•D•BU₀₃•I₀₃ = 0,707•2,16•0,9•10,13•0,59 = 8,2 (Вт).

8. Расчет силового трансформатора

Данные для расчета трансформатора питания получили в результате расчета выпрямителей постоянного напряжения (нестабилизированного и стабилизированного) и исходных данных по нестабилизированному переменному напряжению.

Рис. 4.1.Схема силового трансформатора

Исходные данные для расчета.

1. Первичный источник питания: переменное напряжение

(однофазное) U₁ = 220,0 В, промышленной частоты - 50,0 Гц.

2. Действующее значение напряжения на вторичной обмотке (W₂) U₂ = 35,3В

3. Номинальный ток нагрузки I_2(ном) = 3,35 А.

4. Типовая мощность трансформатора Р_2тип = 118,4 Вт

5. Действующее значение напряжения на вторичной обмотке (W₃): U₃ = 9,2 В.

6. Номинальный ток нагрузки I_3(н) =0,90 А.

7. Типовая мощность трансформатора Р_3тип = U₃•I=9,2•0,9 = 8,28 Вт.

8. Действующее значение напряжения на вторичной обмотке

(W₄) - U₄ = 97 В.

9. Номинальный ток нагрузки I_4(ном) =0,83 А.

10.Типовая мощность трансформатора Р_4тип = U₄•I_4(ном) =97•0,83 = 80,51 Вт

9. Определение и выбор типа магнитопровода трансформатора

- определяем общую типовую мощность силового трансформатора.

Р_{тип(общ)} = Р_1тип = Р_2тип + Р_3тип + Р_4тип = 118,4 + 8,28 + 80,51= 207,19 Вт.

- действующее значение тока первичной обмотки трансформатора

U₁•I₁ = Р_ти ; откуда: А

По заданной типовой мощности трансформатора, конфигурации магнитопровода и марки стали пластин выписываем исходные данные для определения S_стS_окниз таблицы 1.1 приложения А :

- конфигурация магнитопровода - броневая, (пластинчатая).

- марка стали пластин - Э-42, толщина пластин - 3,5 (мм).

- Р_{тип(общ)} трансформатора = 207,19 Вт.

- В = 1,35 Тл - магнитная индукция;

- д = 1,7 амп/мм² - плотность тока;

- k_м = 0,348 - коэффициент заполнения обмотки медью;

- k_ст = 0,91 - коэффициент заполнения сечения магнитопровода сталью.

- з = 0,9 - коэффициент полезного действия.

- определяем величину произведения сечения сердечника на сечение окна магнитопровода:

S_стS_окна = 243,3 см⁴.

По полученному значению S_стS_окна и пользуясь данными таблицы 1.9 приложения А выбираем нужный тип магнитопровода, выписываем его геометрические размеры и отдельные параметры:

- типоразмер магнитопровода Ш3232 (броневой, пластинчатый).

- геометрические размеры (см.рис.1.11 приложения Б):

а = 32,0 (мм); в = 32 (мм); с = 32,0 (мм); h = 80,0 (мм);

С = 128,0 (мм); H = 112,0 (мм); S_стS_окна = 261,0 (см⁴);

- S_ст = 9,32 см²(активная площадь сечения среднего сечения стержня);

- G_ст = 2,02 кг - вес магнитопровода;

- Y_ст(акт) = 255,5см³ (активный объём магнитопровода);

n= 83 - число пластин типа Э - 32 магнитопровода.

10. Обоснование правильности выбора типа магнитопровода трансформатора

- определяем полные потери в стали (активные) в режиме холостого хода.

Р_(ст) = р_ст•G_ст = 3,8 Вт/кг•2,02 кг = 7,68 Вт,

где р_ст - удельные потери в стали, определяются по данным таблицы 1.2 приложения (для В = 1,35 Тл р_ст = 3,8 вт/кг).

- активная составляющая тока холостого хода первичной обмотки

(А).

- величина намагничивающей мощности трансформатора в режиме холостого хода:

Q_ст = q_ст•G_ст = 40 Вт/кг•2,02 кг = 80,8 Вт,

где q_ст - удельная намагничиваемая мощность трансформатора (см. таблицу 1.2 приложения, для В = 1,35 Тл), G_ст - вес магнитопровода.

- величина реактивной составляющей тока холостого хода первичной обмотки определяется:

(А),

где U₁ - напряжение на первичной обмотке трансформатора.

- величина полного тока холостого хода:

(А).

- относительное значение тока холостого хода:

,

где I_1(н) - действующее значение тока первичной обмотки при номинальной нагрузке.

Если величина I_{1(х.х)полн}(%) при частоте сети f_с = 50,0 Гц лежит в пределах 30ч50, а при f_сети = 400 Гц - в пределах 5ч15, то выбор магнитопровода на этой стадии расчёта можно считать оконченным.

Если же I_{1(х.х)полн}(%) превышает указанные выше верхние пределы, то следует уменьшить индукцию в сердечнике; при I_{1(х.х)полн}(%), меньше нижних пределов, индукцию следует увеличить.

11. Расчет по определению намоточных данных трансформатора

Определение числа витков обмоток трансформатора производится по формулам:

;

где U₁ - действующее значение напряжения на первичной обмотке; U_n - действующее значение напряжения соответствующей вторичной обмотке; f_сети =50,0 Гц; В = 1,35 Тл; S_ст = 9,32 см²; ДU₁% = 3,8; ДU_{n (вторичн.)} = 7,0 % (по данным таблицы 1.3 приложения А, для Р_{тип(общ)} = 207,19 Вт; f_сети = 50,0 Гц.

Число витков первичной обмотки:

(витков).

Число витков для вторичной обмотки:

(витка).

Число витков третьей обмотки:

(витков).

Число витков четвертой обмотки:

(витков).

12. Расчет и выбор типа намоточных проводов обмоток трансформатора

- определяем необходимую площадь сечения проводов по формуле:

(мм²),



где I - действующее значение тока соответствующей области; д = 1,7 (А/мм²) - плотность тока, определяется по таблице 1.1 приложения А (для Р_{тип.общ.} = 207,19; д = 1,7 А/мм²).

- по полученным данным выбираем стандартные сечения и диаметры проводов (таблица 1.10 приложения А), после чего уточняем фактические плотности тока в обмотках по формуле: полученные данные заносим в таблицу 4.1.

Обмотка	Sпр., мм2	ПЭВ-1
W	I, А		Sстали,мм2	d/dиз	qпр., г/м	дфакт
W1	0,94	0,5529	0,5809	0,86/0,92	5,160	1,61
W2	3,35	1,9705	2,061	1,62/1,70	18,3	1,62
W3	0,9	0,5294	0,5809	0,86/0,92	5,160	1,55
W4	0,83	0,4588	0,5411	0,83/0,89	4,81	1,53

13. Расчет числа витков в одном слое, число слоев обмоток трансформатора, высота намотки обмоток

По первичной обмотке трансформатора (число витков W₁= 818; намоточный провод ПЭВ-1, d_из = 0,96(мм) - диаметр провода с изоляцией):

h_доп = h - 5,0 = 80 - 5 = 75 (мм),

где: h - высота окна магнитопровода (h_доп - является общей для всех обмоток);

= N₁K_уd_(из) + (N₁-1)Д_(из1)= 12,838 мм



где: N₁ - число слоев обмотки; K_у - коэффициент укладки; Д_(из)= 0,12 мм - межслоевая изоляция (кабельная бумага толщиной Д_(из)= 0,12 мм).

- определяем высоту намотки обмотки трансформатора- W_{2 :}

Число витков W₂ =135; намоточный провод ПЭВ-1,

d_(из) = 1,70 мм - диаметр провода с изоляцией; в качестве межслоевой изоляции используем телефонную бумагу Д_(из)= 0,05 мм;

= N₂K_уd_(из) + (N₂-1)Д_(из2)= 5,965 мм

где: = 38 (витка);

- высота намотки третьей обмоткиW₃:

Число витков W₃ = 35; намоточный провод ПЭВ-1,

d_(из)пр= 0,89 мм - диаметр провода с изоляцией; в качестве межслоевой изоляции используем телефонную бумагу Д_(из)= 0,05 мм;

= N₃K_уd_(из) + (N₃-1)Д_(из3) = 1,2 мм

где:

- высота намотки четвертой обмоткиW₄

Число витков W₄ = 372; намоточный провод ПЭВ-1,

d_{(из)пров}= 0,89 мм. - диаметр провода с изоляцией; в качестве межслоевой изоляции используем телефонную бумагу Д_(из)= 0,05 мм;

= N₄K_уd_(из) + (N₄-1)Д_(из4)= 5,5 мм

где:

Д_(из4)- телефонная бумага;

- полная высота намотки обмоток трансформатора:

б=Д_(з)+Д_(к)+б ₁+б ₁₂+ б ₂+ б ₂₃+ б ₃+б ₃₄+ б ₄+ б ₄₀= 28,463мм

где: Д_(з) = 28,463 мм - зазор между внутренней частью каркаса (гильзы) и сердечником; Д_(к) = 1,5 мм - толщина каркаса

б=0,5

- определяем величину зазора между катушкой и сердечником:

L_заз= с - б =3,537 мм

Катушка нормально размещается в окне сердечника, если с- б >(2 - 4)мм.

Если полученный зазор меньше чем 2 мм, то следует либо увеличить индукцию, либо подобрать провода меньших диаметров.

14. Определение веса меди обмоток трансформатора

Вес меди в каждой обмотке определяется:

G_м = l_{ср(витка)}Wg_пр 10^-3 кг

где: G_м - вес меди обмотки; W - число витков обмотки;

g_пр- вес 1м намоточного провода (г/м).

l_{ср(витка)} -средняя длина витка обмотки;

- средняя длина витка первой обмотки:

=(36 + 36 +3,14) = *92,1560,1843 (м);



где: мм, мм, 1ч4 мм - толщина каркаса (гильзы)

.

- средняя длина витка второй обмотки:

= + )] =(336+36+3,14(12,838+0,24+5,965/2)= 122,43 0,245 м

где: = 0,24 мм - толщина межслоевой изоляции;

= 5,965 мм - высота намотки второй обмотки.

- средняя длина витка третьей обмотки :

= +

+[] =[72 + 3,14(12,838 +

+0,24 + 5,965 +0,24 + 1,2/2)] = (72 + 3,1419,883) =

= 134,430,268 (м)

где: =12,838 мм; = = 0,24 мм; =5,965 мм ; = 1,2 мм

- средняя длина витка четвертой обмотки:

= +

+[] =

= [72 + 3,14(12,838 +0,24 +5,965 + 0,24 +1,2 +0,24 + )] =

=(72 + 3,1423,473) = (72 +73,705) = 0,307 (м)

- вес меди первой обмотки:

G_м1 =W₁ g_пр1 10^-3 кг = 0,18438185,160* = 0,7779 (кг)

- вес меди второй обмотки:

G_м2 = W₂ g_пр2 10^-3 = 0,24513518,3* =0,605 (кг)

- вес меди третьей обмотки:

G_м3 = W₃ g_пр3 10^-3 = 0,268354,81* = 0,045 (кг)

- вес меди четвертой обмотки:

G_{м 4} =W₄g_пр4 10^-3 = 0,3073724,81* = 0,549 (кг)

15. Определение потерь в «меди» обмоток трансформатора

Потери в «меди» в каждой обмотке определяем по формуле:

Р_м= сд²_(факт)G_м

где: с =2,7 - температурный коэффициент, при температуре 105С = 2,7.

_(факт.) - фактическая плотность тока обмотки; G_м (кг) - вес меди обмотки.

Р_м1 = •²_(факт.1) •G_м1 = 2,7•1,61²•0,7779 = 5,44 (Вт),

Р_м2 = •²_(факт.2) •G_м2 = 2,7•1,62²•0,605 = 4,29Вт),

Р_м3 = •²_(факт.3) •G_м3 = 2,7•1,55²•0,549 = 0,29 (Вт),

Р_м4 = •²_(факт.4) •G_м4 = 2,7•1,53²•0,36 = 2,27 (Вт).

Общие потери мощности в «меди» обмоток трансформатора:

Р_м(общ.) = Р_м1 + Р_м2 + Р_м3 + Р_м4 = 5,44 + 4,29 + 0,29 + 2,27 = 12,29 (Вт).

16. Расчет сопротивлений обмоток трансформатора

Производится согласно формуле:

(Ом),

где - средняя длина витка (м), W - число витков в обмотке, S_{пр.(станд.)} - площадь сечения выбранного намоточного провода (мм²).

- (Ом),

- (Ом),

- (Ом),

- (Ом).



17. Расчет фактического падения напряжения в каждой обмотке

Фактическое падение напряжения на обмотках определяется по формуле:

,

где U(%) - относительное падение напряжения на обмотке, I- действующее значение (номинальное) тока обмотки, U - действующее значение напряжения на обмотке.

,

,

,

.

Полученные значения U(%) близки к предварительно принятым.

18. Расчет теплового режима трансформатора из стали типа Ш3232

Величина температуры перегрева трансформатора определяется по графику рис. 1.8 приложения Б.

= f (q_м, типоразмер магнитопровода),

где - температура перегрева (С); q_м - удельная поверхностная нагрузка катушки (Вт/м²) и определяется по формуле:

,

где Р_м(общ.) = 12,29 Вт;

S_{охл.меди} = h_доп.•l_{нар.(катушки)} = 75•308,662 = 23149,65 мм²;

h_Д = h - 5,0 = 75,0 мм;

l_{нар.(катушки)} = 2•r_{кат.(нар.)} = 49,15•6,28 = 308,662 мм;

r_{кат.(нар.)} = r_карк. + =72/3,14 + 26,223 = 49,15 мм;

где r_карк. = (а_к + b_к)/

= ₁ + ₁₂ + ₂ + ₂₃ + ₃ + ₃₄ + ₄ = 12,838 + 0,24 + 5,965 + 0,24 + 1,2 + 0,24 + 5,5 = 26,223 (мм);

(Вт/м²).

Для магнитопровода Ш3232 при q_м = 530,9; = 38С.

Допустимая температура охлаждающей среды:

tС_(окр.) = 105С - = 105 - 38 = 67С.

Размещено на Allbest.ru

...