Главная - Литература

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 [130] 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233

Примером служит однофазный трансформатор, вторичная обмотка которого имеет отвод от средней точки, работающий в двухполупериод-ном выпрямителе с фильтром, содержащим на входе дроссель (см. табл. 15-1). Если принять, что мощность, передаваемая в нагрузку, равна 1 ва, то в идеализированном трансформаторе мощности первичной и вторичной обмоток равны соответственно 1,11 и 1,57 ва. Среднее из этих значений равно 1,34. Объем трансформатора определяется по выходной мощности, умноженной иа этот коэффициент.


О 100 200 300 400 500

i Средняя мощность первичной и вторичной обттон,йа

Рис 14 19. Кривые зависимости обратной величины плотности тока в обмотках и объема трансформатора ь кожухе от средней мощности первичной и вторичной обмогок для трансформаторов на 60 гц при превышении температуры 40° С.

14-2 ж. Коэффициент полезного действия трансформатора. Трансформатор имеет максимальный к. п. д., когда потери в меди равны потерям в сердечнике. Для заданного максимального превышения температуры потери мощности на единицу объема в малых трансформаторах могут быть допущены более высокими, чем в больших. Это наводит на мысль о возможности работы сердечников малых трансформаторов при более высоких магнитных индукциях, чем в больших трансформаторах, и уменьшении посредством этого размеров сердечника. Для промышленной частоты это невозможно, так как при очень высокой магнитной индукции сердечник насыщается, что вызывает увеличение тока холостого хода. Слитком большой ток холостого хода будет увеличивать потери в меди первичной обмотки и сильно искажать форму кривой вторичного напряжения. Поэтому для частот 100 гц и ниже малые силовые трансформаторы обычно проектируются так, что максимальные потери на единицу веса сердечника лимитируются величиной магнитной индукции, при которой материал сердечника начинает быстро насыщаться. Так как в практике проектирования обычно задается превышение температуры, то при типовом расчете силового трансформатора для работы при низкой частоте магнитная индукция в сердечнике принимается несколько меньше индукции насыщения, а размеры провода выбираются такими, чтобы суммарные потери в сердечнике и обмотках обеспечивали заданное превышение температуры. При таком расчете потери в меди получаются значительно большими потерь в сердечнике, что является обычным соотношением для трансформаторов мощностью 100 ва или менее, работающих при частоте менее 100 гц и имеющих превышение температуры 40° С.

Кривая зависимости к. п. д. от выходной мощности для трансформатора, работающего на активную нагрузку, показана на рис. 14-20 и является типичной для малых трансформаторов, рассчитанных на рабочую частоту 60 гц и превышение температуры 40° С.

о юо гоо зоо 4оо soo

выходная мощность транарорматора,бт

Рис. 14-20. Кривая зависимости к. п. д. трансформаторов от средней выходной мощности, типичная для серийно выпускаемых трансформаторов на 60 гц. работающих на активную нагрузку при превышении температуры 40° С, положение кривой зависит от способа охлаждения.

14-2 з. Максимальная рабочая температура. Электроизоляционные материалы делятся на пять различных классов по нагрево-стойкости. Классификация AIEE приведена в табл. 14-2 *.

При высоких рабочих температурах органические изоляционные материалы пересыхают и обугливаются, что в свою очередь приводит к тому, что материалы становятся хрупкими и теряют свою механическую прочность. В результате этого изоляционные материалы при перегрузках в электрической цепи или непрерывной вибрации часто пробиваются. V. М. Monstinger1 показал, что степень ухудшения механической прочности приблизительно удваивается при увеличении температуры на 8° С.

Класс изоляции не определяет полностью допустимое превышение температуры трансформатора над окружающей температурой. Трансформаторы с изоляцией класса А (максимум 105 °С), работающие при окружающей температуре 31° С, имеют превышение температуры 105-31 =74° С. Трансформатор с изоляцией класса В (максимум 125 С), работающий при окружающей температуре 70° С, будет иметь превышение температуры 125-70 = 50° С. Таким образом, требуемый класс изоляции трансформатора определяется суммой максимальной окружающей температуры и заданного превышения температуры. МЭК переименовала класс 0 в класс Y и ввела классы Е и F с максимальными температурами соответственно 120 и 155° С.

В противоположность классификации изоляционных материалов по нагревостойкости военные нормы разделяют трансформаторы по

* В СССР классификация изоляционных материалов несколько отличается от приведенной и соответствует ГОСТ 8865-58. (Прим. ред.)

1 V. М. Monstinger, Loading transformer by temperature, Trans. AIEE, v. 49, p. 776 - 790, April 1930. (Прим. автора.)



Таблица 14-2

Классификация изоляционных материалов

Максимальная

Класс

Допустимая температура

Виды материалов

90° С

Класс О содержит: хлопок, шелк, бумагу и подобные им органические материалы, не пропитанные и не погруженные в жидкие

105° С

диэлектрики

Класс А включает в себя:

1) хлопок, шелк, бумагу и подобные им органические материалы, пропитанные или погруженные в жидкие диэлектрики;

2) литые или слоистые материалы с целлюлозным наполнителем, фенольные смолы и другие смолы с подобными свойствами;

3) пленки и листы ацетатной целлюлозы или других производных целлюлозы с подобными свойствами

130° С

Класс В содержит слюду, асбест, стеклянное волокно и другие подобные им неорганические материалы совместно с органическими связующими материалами. Для механического скрепле-

180° С

ния могут применяться малые количества материалов класса А

Класс Н содержит те же материалы, что класс В, с тем исключением, что в качестве связующих веществ применяются крем-

нийорганические лаки или компаунды

Более 180° С

В класс С входят только слюда, фарфор, стекло кварц и подобные им неорганические материалы

максимальной температуре и ожидаемому сроку службы. Эта классификация приведена ниже

Класс

R S Т

X Y Z

Максимальная температура (окружающая -(- превышение температуры трансформатора)

105° С 130° С 170° С > 170°С

Ожидаемый срок службы =210 000 ч 3= 2 500 ч <. 500 /

Например, трансформатор классов S и Y будет иметь срок службы 2 500 ч или более при температуре трансформатора 130° С. Этот метод классификации позволяет изготовителю трансформаторов не интересоваться максимальной допустимой для изоляционного материала температурой, указанной в табл. 14-2, Tajc как он должен лишь обеспечить требуемые характеристики трансформатора. Для рассмотренного выше примера максимальная допустимая окружающая температура равна 130° С минус превышение температуры в трансформаторе.

Превышение температуры в трансформаторе можно определить по изменению сопротивления обмоток. Увеличение сопротивления на 4% примерно соответствует увеличению температуры на 10° С.

14-2 и. Материалы для сердечников. Материалы для сердечников трансформаторов обычно относят к магнитно-мягким, потому что они обладают малой величиной остаточной индукции. Для получения минимального тока холостого хода магнитная проницаемость материала сердечника должна быть высокой при рабочем значении магнитной индукции. Заводы-изготовители материалов для сердечников дают кривые зависимости гарантируемых потерь

мощности на единицу веса материала сердечника от частоты и максимального значения магнитной индукции. Семейство подобных кривых показано на рис 14-21. В дополнение к этому


0 20 40 БО 80 100 Максимальная магнитная индукиия,

нмке/кб дюйм

Рис. 14-21. Семейство кривых зависимости потерь от магнитной индукции для сердечников из обычной трансформаторной стали.

заводы-изготовители сердечников представляют кривые зависимости магнитной проницаемости на частном цикле (хд от максимальной переменной магнитной индукции £макс и напряженности постоянного магнитного поля На. Семей-



ство кривых проницаемости на частном цикле показано на рис. 14-22.

Из большого числа существующих сортов материалов для сердечников можно подобрать несколько материалов, которые могут удовлетворить поставленным требованиям. бкон-

и u3

ю ю2 w w

Максимальная нерешенная магнитная индукция, ге

Рис. 14-22. Семейство кривых зависимости магнитной проницаемости на частном цикле от магнитной индукции (для обычной трансформаторной стали).

чательный выбор материала производится исходя из требования получения минимального объема или веса трансформатора, облегчения сборки и монтажа или необходимости получения заданных электрических характеристик, которые могут быть получены только при использовании определенного сорта материала сердечника. Сердечники силовых трансформаторов обычно делаются из отожженных пластин трансформаторной стали с содержанием 1-4% кремния. Этот материал обладает относительно высокой магнитной проницаемостью и сравнительно небольшими потерями при больших магнитных индукциях и позволяет изготавливать дешевые изделия. Материалы для сердечников трансформаторов звуковой частоты должны иметь высокую магнитную проницаемость при малых магнитных индукциях. Такими материалами являются, например, му-мегалл и пермаллой. Му-металл имеет в своем составе никель, желрзо, медь и марганец, а пермаллой - никель, железо, молибден и марганец

Изготавливаемые для трансформаторов пластины различаются по форме и толщине. В малых трансформаторах, выпускаемых в продажу, часто применяется сталь марки № 26 толщиной 0,019 дюйма (0,483 мм). В тех случаях, когда требуется уменьшить потери от вихревых токов, применяются пластины тоньше 0,001 дюйма (-- 0,025 мм). Пакет из очень тонких пластин обычно стягивается с помощью скобы, как показано на рис. 14-11. Другие способы сборки трансформатора относительно медленны.

Сплошные ферритовые сердечники (см. п. 14-2 а) часто применяются в диапазоне частот от нескольких килогерц до нескольких сотен килогерц. Сплошные сердечники изготовляются как прессованием, так и по технологии получения металлокерамики. После обжига сердечники становятся очень твердыми. В случае надобности они могут быть разрезаны алмазной пилой и поверхности их отполированы. Эти сердечники имеют высокое удельное электрическое сопротивление и, следовательно, малые потери на вихревые токи, хотя они и не разделены на пластины.

14-2 к. Сведения об обмотках. Характеристики медных проводов приведены в табл. 14-3. Данные для расчета обмоток, представленные в табл. 14-4 и 14-5, содержат рекомендуемые числа витков на 1 дюйм длины, характеристики междуслойной изоляции и минимальные расстояния обмотки до края. Обычно все провода тоньше № 16 наматываются на автоматических станках, а обмотки из провода № 16 и больше - вручную. Сначала, как правило, мотают обмотки, выполняемые на автоматических станках, а затем обмотки, наматываемые вручную.

В малых силовых трансформаторах величина, обратная плотности тока, в круговых милах на 1 а обычно составляет примерно 200-1 500. Эта величина может быть найдена по кривой на рпс. 14-19. В очень малых трансформаторах допускается значительно большая плотность тока, чем в больших трансформаторах. Это объясняется тем, что на каждую единицу объема в малых трансформаторах приходится большая, чем в больших трансформаторах, площадь, с которой отводится тепло благодаря излучению, теплопроводности и конвекции. Таким образом, в малых трансформаторах количество тепла, рассеиваемого с единицы объема, при данном превышении температуры больше, чем в больших.

с- 0

\ Ширина

окна

о as i,o 1,5 гр

Ширина окна, дюймы

Рис. 14-23. Кривая зависимости максимально допустимого коэффициента заполнения окна сердечника от его ширины.

При проектировании трансформатора толщина провода,- изоляция и форма обмотки должны быть тщательно определены с таким расчетом, чтобы обмотка хорошо разместилась в окне магнитопровода. На рис. 14-23 показана зависимость максимально допустимого коэффициента заполнения окна медью от ширины окна.

При выполнении катушек следует уточнить длину, толшину и внутренние размеры каркаса, на который наматывается катушка. Длина катушки обычно выбирается на 1/16-1/32 (~0,16-0,08 см) дюйма меньше длины окна, а внутренний размер каркаса - примерно на

дюйма (0,08 см) больше ширины среднего стержня пластин магнитопровода для облегчения сборки. Если сердечник сплошной, то внутренние размеры каркаса делаются примерно на дюйма (0,08 см) больше в обоих направлениях. Толщина каркаса изменяется в пределах примерно от 0,025 дюйма (0,064 см) для малых трансформаторов до 0,090 дюйма (0,23 см) для трансформаторов мощностью около 500 ва. Для облегчения намотки толщина пакета составляет обычно не менее половины и не более двойной ширины среднего стержня.



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 [130] 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233



0.0023