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

ности охлаждения трансформатора, соответствующего рис. 14-26, иногда бывает необходимо уменьшить плотность тока После установления предварительных значений поперечного сечения сердечника, размеров обмотки, числа витков и т. д. приходится незначительно видоизменять величины, найденные из рисунков, чтобы облегчить окончание расчета. Например, может оказаться желательным увеличить или уменьшить поперечное сечение сердечника в зависимости от того, сколько витков первичной обмотки может быть размещено по длине окна соответствующей пластины. Это уточнение делается обычно для получения желательного значения магнитной индукции.

При проектировании силовых трансформаторов на частоты, большие 60 гц, сначала производят расчет трансформатора на частоту 60 гц. При работе на более высоких частотах трансформатор будет иметь такие же потери в меди и меньшие потери в сердечнике. Потери в сердечнике уменьшаются в соответствии с уменьшением максимальной магнитной индукции, которая при неизменном входном напряжении обратно пропорциональна частоте. Поэтому при более высоких частотах объем сердечника можно уменьшать до тех пор, пока удельные потери в нем не станут несколько большими удельных потерь при частоте бОг.ч. Если пакет сердечника в процессе уменьшения площади его поперечного сечения становится слишком тонким, необходимо повторить расчет для пластин меньшего размера. При этом потребуется снова увеличить поперечное сечение сердечника, однако меньшие пластины имеют меньшее окно и соответственно в окне размещается меньшее число витков, чем в первом случае. Суммарные потери и площадь поверхности трансформатора нужно сравнить с данными рис. 14-26 и определить, нужно ли изменять величину суммарных потерь в меди и сердечнике для получения превышения температуры 40° С. В высокочастотных силовых трансформаторах часто используют очень тонкие пластины или сплошные ферритовые сердечники, чтобы уменьшить потери в сердечнике.

Интересно отметить, что в большинстве трансформаторов на частоту 60 гц и ниже максимальная рабочая магнитная индукция ограничивается опасностью насыщения сердечника и связанным с этим значительным увеличением тока холостого хода, а не чрезмерными потерями в сердечнике. При высоких частотах это не является ограничением, так как потери в сердечнике становятся весьма большими при магнитной индукции, далекой от насыщения На этом основании в малых высокочастотных силовых трансформаторах можно принимать потери в сердечнике равными потерям в меди.

Если спроектированные трансформаторы работают при более высокой или более низкой температуре, чем ожидалось, то можно использовать другие виды материалов для сердечника или нестандартную геометрию пластины и т. д. Проектировщик должен тогда привести данные рис. 14-24 и 14-26 в соответствие с характеристиками, полученными на частных типах трансформаторов.

-- и/г--

и-г-А

Пример 14-1

Рассчитать трансформатор накала, который будет работать от сети 120 в, 60 гц при напряжении на вторичной обмотке 6,3 в и токе 6,5 а. Допустимое превышение температуры составляет 40° С. Предусмотреть электростатический экран между первичной и вторичной обмотками. Использовать пластину из стали № 29, показанную на рис. 14-27, и принять, что кривая потерь в сердечнике соответствует данным рис. 14-21. Считать, что кривая намагничивания материала сердечника такова, что для получения приемлемого значения тока холостого хода магнитная индукция должна быть ниже 80 000 мке/кв. дюйм (12 400 гс).

Трансформаторы, нагруженные активной нагрузкой, будут иметь коэффициент мощности меньше единицы из-за влияния индуктивности первичной обмотки на источник. В этом примере предполагается, что коэффициент мощности (cos <р) равен 0,9.

Решение

1. Определяем действующие значения первичного и вторичного токов и средние значения расчетной мощности вторичной и первичной обмоток.

S2«=P2 = 6,3 • 6,4 = 41 ва.

Примечание. Точнее расчетная мощность вторичной обмотки равна произведению наведенной вторичной э.д.с. прн полной нагрузке на величину тока нагрузки.

Согласно рис. 14-20 к. п. д. ч\ составляет около 85%. Отсюда

Рис. 14-27. Размеры пластины сердечника, рассматриваемого в примере 14-1. Размеры даны в дюймах. Вес сердечника (в фунтах) рассчитывается по формуле: 1,55 х (толщина набора сердечника) х (коэффициент заполнения).

Р2 • 100 41 - 100

т] COS ср

85 • 0,9 53,6

= 53,6 ва;

120 41 +53,6

0,447 а; = 47,3 ва.

"т 2 2

2. Определяем сечения qx и q2 проводов первичной и вторичной обмоток.

Согласно рис. КЭ, отношение площади поперечного сечения витка в круговых милах к действующему значению тока в миллиамперах при превышении температуры 40° С должно составлять примерно 0,5.

Таким образом,

круговые милы

:0,5;

действующее значение тока, ма <?2 = 0,5 • 6 500 = 3 250 круговых мил.

Следовательно, можно использовать эмалированный провод № 15 (по табл. 14-3).



<?! = 0,5 - 447 = 224 круговых мил, поэтому можно использовать эмалированный провод №. 27, так как 224 ближе к 202, чем к 254 (по табл. 14-3).

3. Определяем предварительно толщину пакета Ь2. Согласно рис. 14-24, эффективная площадь сечения сердечника S должна быть равна примерно0,9 кв. дюйма. Принимая коэффициент заполнения сердечника йзап = 0,88, получаем, что площадь его сечения Sc составляет примерно 1,0 кв. дюйм. Отсюда

Ьг - j± = -j- = 1 дюйм,

где 6, - ширина средней части пластинки.

Примечание. Если толщина пакета ока жется больше 2 дюймов или меньше 0,5 дюйма, нужно взять пластину с другими размерами.

4. Определяем магнитную индукцию в сердечнике. Для выбранной пластины ток намагничивания становится очень большим при магнитных индукциях в сердечнике примерно 80 000 мкс/кв. дюйм (12 400 гс). На основании этого с необходимым запасом надежности принимаем, что максимальная магнитная индукция составляет 76 000 мкс/кв. дюйм (11 800 гс). Рекомендуемые удельные потери в сердечнике при превышении температуры 40° С находим по кривой на рис. 14-25. Согласно рис. 14-25 допустимые потери в сердечнике должны составлять примерно 1,5 вт/фунт, однако потери в сердечнике для данной пластины при максимальной индукции 76 000 мкс/кв. дюйм и частоте 60 гц составляют только 0,8 вт/фунт, как это следует из рис. 14-21. Таким образом, удельные потери в сердечнике в рабочем режиме определяются с учетом ограничения, связанного с чрезмерным увеличением тока намагничивания, а не с опасностью чрезмерного нагрева сердечника нз-за больших потерь.

5. Определяем предварительно число витков первичной обмотки, требующееся для получения в сердечнике индукции 76 000 мкс/кв. дюйм

Из уравнения (14-5)

Ui • 108

Ямакс - -4445 .

Ui 108

120 • 108

4,44/Sj5MaKC 4,44-60-0,90-76 000"

:659;

: 659 g~ 34,6.

Поэтому число витков вторичной обмотки равно 34 или 35 (предварительно).

6. Устанавливаем возможность размещения найденного числа витков первичной и вторичной обмоток в окне пластины в соответствии с данными обмоток, приведенными на рис. 14-23 и в табл. 14-3 и 14-4.

Первичная обмотка

Длина катушки............. 17/,в дюйма

Расстояние до края........... 5/32

Длина обмотки............. П/8 »

Число витков в слое.......... 66

» слоев............... 10

Диаметр провода............ 0,0152 дюйма

Толщина изоляции провода....... 0,0022 »

Общая толщина меди первичной обмотки ................ 0,152 »

Общая толщина изоляции первичной

обмотки................ 0,020 »

Общая толщина первичной обмотки 0,172 дюйма

Вторичная обмотка

Длина катушки............. I/ie дюйма

Расстояние до края........... 316 »

Длина обмотки............. IVie *

Число витков в слое.......... 17

» слоев 1.............. 2

Диаметр провода............ 0,059 дюйма

Толщина изоляции провода....... 0,010 »

Общая толщина меди вторичной обмотки 0,118 »

> » изоляции вторичной

обмотки........ 0,010 »

» > вторичной обмотки . . 0,128 дюйма

Заполнение окна

Каркас................. 0,01Ъ дюйма

Общая толщина первичной обмотки

(считая на 648 витков)........ 0,172 »

Изоляция сверху первичной обмотки . . 0,020 » Электростатический экран (медная

фольга 0,002 дюйма)......... 0,002 »

Изоляция сверху экрана........ 0,020 »

Общая толщина вторичной обмотки . . 0,128 »

Внешняя изоляция........... 0,020 »

Общая толщина катушки........ 0,437 дюйма

Ширина окна (см. рис. 14-27)...... 0,500 »

Заполнение окна (см. рис. 14-23). ... 87 /о

Примечание. Если общая толщина получится слишком большой, следует увеличить толщину пакета с тем, чтобы уменьшить число витков для сохранения прежней магнитной индукции. Если же окно окажется недостаточно заполненным, то толщина пакета может быть уменьшена с соответствующим увеличением числа витков.

7. Определяем сопротивления первичной и вторичной обмоток при числах витков, предварительно найденных в п. 6.

Из формулы (14-14)

Ri = 648 [1 1 тс . 0,161] = 13,9 ом ;

6 0001

34 Ш£ [1 + 1 + «-0,353] = 0,056 ом. о 0U0

8. Определяем уточненные числа витков первичной и вторичной обмоток, основываясь рассчитанном значении сопротивления.

Максимальное число витков вторичной обмотки, размещающейся в двух слоях, равно 34. Поэтому пусть оно и будет числом витков вторичной обмотки.

Ег = /2#2 6,5 . 0,056 + 6,3 = 6,66 в;

Е~ (исходя из сопротивления первичной обмотки 13,9 ом)= c/j -/2Л3 =120-0,447-13,9 = = 113,8 в;

Ni (исходя из Ех - 113,8 в) = Ыг - =

„. 113,8

34 -F-F7T = 580 витков. 6,66

1 Так как 34 витка укладываются в два слоя, а 35 витков требуют трех слоев, используем только 34 витка и введем необходимое уточнение в предварительно найденное число витков первичной обмотки:

= 34

-~~ъ «* 648 витков. (Прим. автора.)



Примечание. Так как число витков первичной обмотки полечено исходя из сопротивления, соответствующего 648 виткам, предварительно найденным, необходимо снова определить первичную з.д.с. и уточнить число витков первичной обмотки на основании значения сопротивления, соответствующего 580

виткам, т. е. 13,9 = 12,4 ом. Повторяя расчет, 648

устанавливаем, что число витков первичной обмотки равно 583, а ее сопротивление 12,5 ом.

9. Определяем уточненное значение толщины пакета, принимая, что число витков первичной обмотки равно найденному в п. 8 и магнитная индукция равна 76 ООО мкс/кв. дюйм (11 800 гс).

Так как максимально допустимая магнитная индукция установлена на основании предельного тока намагничивания, то требуемая площадь поперечного сечения сердечника должна быть рассчитана для режима холостого хода. При этом э.д.с, наведенная в первичной обмотке (и ток намагничивания), наибольшая и почти точно равна приложенному напряжению.

Из формулы (14-5) следует, что

Ui 108 120 • 108

- 4,44/Л,Вмакс ~" 4,44-60-583-76 000 -

= 1,02 кв. дюйма;

S 1,02 ,

1,16 кв. дюйма;

1,16 дюйма.

Примечание. Увеличение толщины пакета вызовет увеличение сопротивления обмоток. Если это увеличение заметно, то в дальнейшем уточняется число витков первичной обмотки, найденное в п. 8.

10. Определяем потери в сердечнике (см. указание о весе сердечника на рис. 14-27)

ДРС = Gcp0 = (1,55 • 1,16 • 0,88) • 0,8 = = 1, 26 вт.

11. Определяем потери в обмотке:

ДРИ = + /1/?2 = 0,4473 • 12,5 + 6,52 X X 6,056 = 487 вт.

12. Определяем к.п.д. трансформатора:

Р2 • 100 11 - Ps + bPc+APM -

= =870/

41 + 1,26 + 4,87 /о-

13. Определяем вторичное напряжение при холостом ходе:

Ux 120


NJNS 583/36

14. Оцениваем превышение температуры трансформатора. Поверхность охлаждения трансформатора составляет 30,5 кв. дюйма. Потери равны 6,13 вт. Согласно рис. 14-26 превышение температуры равно примерно 36°С.

Пример 14-2

Рассчитать однофазный силовой трансформатор на 117 в, 60 гц для двухполупериодного выпрямителя с фильтром, имеющим индуктивный вход. Выходное выпрямленное напряжение

и ток в фильтре должны быть равны соответственно 300 в и 200 ма. Общее последовательно включенное сопротивление каждого вентиля и дросселя фильтра принять равным 350 ом. Расчет проводить для превышения температуры, равного 40° С, и формы пластины, показанной на рис. 14-28. При-

нять, что потери в сердечнике соответствуют даннымщри -веденным на рис. 14-21. Кроме того, исходя из ограничения тока намагничивания трансформатора, магнитная индукпия должна -быть меньше 80 000 мкс/кв.дюйм.

Решение

1. Определяем действующие значения токов первичной и вторичной обмоток и среднее значение расчетных

11/16

11/16

13/8

-21/16-

Рис. 14-28. Размеры пластины к примеру 14-2. Вес сердечника (в фунтах) равен 4,17 X (толщина набора сердечника) X (коэффициент заполнения).

мощностей первичной и

вторичной обмоток (рис. 14-29):

It = 0,707/„ = 0,707 • 200 = 141 ма; (7а= 1.1Ш,= 1,П[У0ВЬ1Х + Дс/др+Дс/вент]

= 1.1Ц300 + (0,200 • 350)] = 411

вент1

411 200 • 100

«а 790 ма.

Здесь принято, что к.п.д. равен 89% для выходной мощности 370 • 0,2 = 74 вт.

Примечание. Точнее расчетная мощность вторичной обмотки равна произведению наведенной вторичной э.д.с. на действующее значение вторичного тока.

т 1

Рис. 14-29. Форма токов б обмотках однофазных силовых трансформаторов, предназначенных для работы в двухполупериодном выпрямителе, с фильтром, имеющим дроссельный вход. Ul - входное напряжение; И - максимальное значение выходного выпрямленного тока; U2 - напряжение на зажимах одной половины вторичной обмотки. Ток вторичной обмотки имеет прямоугольную форму (максимальное значение равно Н, среднее значение рав но Н/2, действующее значение равно 0,707И). Ток первичной обмотки имеет прямоугольную форму

Я .100

1макс

л/2 с/,

Среднее значение расчетных мощностей первичной и вторичной обмоток примерно равно 104 ва. 3

2. Определяем сечение провода первичной и вторичной обмоток. Согласно рис. 14-19 от-

* См. табл. 15-1.



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



0.0151