Обмотка
|
Номинальный диаметр проволоки по меди, мм
|
Расчетное сечение, мм2
|
Диаметр провода с изоляцией, мм
|
Первичная
|
0.3
|
0.070
|
0.352
|
Вторичная
|
1.7
|
2.268
|
1.81
|
Уточним величины плотности тока в обмотках [1]:
2.5 Проверка размещения обмоток в окне магнитопровода
Прежде чем приступить к конструктивному расчету обмоток, введем следующие
обозначения (рис. 2.6) [2]:
- наружный и внутренний диаметры магнитопровода;
то же после изолирования магнитопровода;
то же после укладки первичной обмотки;
то же после укладки поверх первичной обмотки междуслоевой
изоляции;
то же после укладки вторичной обмотки;
то же после после укладки поверх вторичной обмотки наружной
изоляции.
Рисунок 2.6. Размеры, необходимые для расчета обмоток трансформатора
Изоляцию сердечника выполним одним слоем при помощи микаленты марки
ЛМС-1, рабочая температура которой до 130 °С и средняя электрическая прочность
20 кВ/мм, толщиной 0.1 мм с половинным перекрытием. [2, 4]
Определим наружный () и внутренний () диаметры магнитопровода после его
изолирования по следующим формулам [2]:
(2.13)
(2.14)
где толщина изоляции по наружной образующей кольцевого
сердечника, так как намотка микаленты осуществляется с половинным перекрытием;
толщина микаленты применяемой для изоляции магнитопровода
коэффициент перекрытия изоляционной ленты [1];
толщины изоляции по наружному и внутреннему диаметрам
сердечника. По расчетам получаем, что
Рассчитаем наружный () и внутренний () диаметры после укладки первичной
обмотки [2]:
(2.15)
(2.16)
где диаметр изолированного провода первичной обмотки, выбираем
из таблицы 2.2;
коэффициент укладки первичной обмотки;
, радиальная толщина первичной обмотки по наружному и
внутреннему диаметрам, по расчетам, ,
, числа слоев намотки по наружному и внутреннему диаметрам,
определяются по следующим формулам [2]:
(2.17)
(2.18)
Величины равны:
(2.19)
(2.20)
(2.21)
(2.22)
(2.23)
Межобмоточную изоляцию выполним из лакоткани ЛХМ-105 толщиной 0.15 мм с половинным перекрытием
ленты, характеристики выбранной изоляции приведены в таблице 2.3 [8].
Таблица 2.3 Характеристики
лакоткани ЛХМ-105.
Диаметры тороида после укладки междуслоевой изоляции равны [2]:
(2.24)
(2.25)
- толщины изоляции между первичной и вторичной обмотками по
наружному и внутреннему диаметрам.
Диаметры трансформатора после укладки вторичной обмотки равны:
(2.26)
(2.27)
где диаметр изолированного провода вторичной обмотки, выбираем из
таблицы 2.2;
коэффициент укладки вторичной обмотки;
, радиальная толщина вторичной обмотки по наружному и
внутреннему диаметрам по расчетам равна ,
Формулы для расчета и аналогичны формулам (2.17) и (2.18) при подстановке в них
вместо - .
Таким образом, получаем
Наружную изоляцию трансформатора выполним из лакоткани ЛХМ-105 толщиной
0.15 мм в три слоя с половинным перекрытием, тогда наружный и внутренний
диаметры магнитопровода после укладки наружной изоляции равны [2]:
(2.28)
где т.к. лакоткань наматываем в 3 слоя.
После намотки и изоляции трансформатора пропитаем его покровным лаком
МЛ-92. Лак МЛ-92 быстро сохнет в толще обмоток, влагостоек и дешев. [6]
Определим среднюю длину витка первичной обмотки [2]:
; (2.30)
где
высота магнитопровода, берем из таблицы 2.1.
Определим среднюю длину витка вторичной обмотки [2]:
2.6 Расчет тока и напряжения холостого хода
Вычислим индукцию в среднем стержне магнитопровода при холостом ходе
трансформатора [1]:
(2.32)
Вычислим напряжение холостого хода вторичной обмотки [1]:
(2.33)
2.7 Определение суммарных потерь в меди
Суммарные потери в меди катушки вычислим по формуле [1]:
(2.34)
где , омическое сопротивление обмоток, определяется по формуле
[1]:
; (2.35)
где удельное сопротивление медного обмоточного провода;
длина провода обмоток, определяемая как:
(2.36)
сечение провода по меди, выбираем из таблицы 2.3.
Длина провода первичной обмотки по формуле (2.36) равна:
Омическое сопротивление первичной обмотки по формуле (2.35) равно:
Длина провода вторичной обмотки по формуле (2.36) равна:
.
Омическое сопротивление вторичной обмотки по формуле (2.35) равно:
2.8 Определение суммарных потерь в стали
Суммарные потери в стали магнитопровода вычислим по формуле [1]:
. (2.37)
2.9 Определение температуры перегрева и КПД трансформатора
Вычислим суммарный вес меди провода по формуле [1]:
(2.38)
где плотность меди.
Подсчитаем вес изоляции [1]:
(2.39)
где ;
коэффициент изоляции для тороида.
Определим общий вес трансформатора [1]:
(2.40)
Вычислим теплоемкость трансформатора [1]:
(2.41)
где удельная теплоемкость изоляционных материалов трансформатора
для пропитанных катушек.
Определим тепловую постоянную времени трансформатора [1]:
(2.42)
где поверхность охлаждения трансформатора, рассчитаем по
формуле:
(2.43)
Где внешний диаметр трансформатора; (2.44)
коэффициент выпучивания, .
внутренний диаметр трансформатора; (2.45)
высота трансформатора. (2.46)
Найдем температуру перегрева трансформатора [1]:
(2.47)
Определим КПД трансформатора [1]:
(2.48)
3. Описание конструкции и метода
изготовления трансформатора
Рассмотрим поэтапно последовательность изготовления трансформатора.
Первоначально готовятся сборочные единицы.
Сердечник с обмотками поз. 1 состоит из кольцевого магнитопровода и двух
обмоток, расположенных по всей длине магнитопровода, полностью закрывая его.
Магнитопровод изготовлен из электротехнической стали 3411 методом
ленточной намотки. Изоляция обмоток от магнитопровода осуществляется одним слоем
микаленты ЛМС-1 ГОСТ 4268-75 толщиной 0.1 мм с половинным перекрытием.
Первичная обмотка, представляющая собой провод ПЭТ-155 диаметра 0.352 мм,
длиной м, с числом витков = 2543, укладывается по наружному
диаметру в 4 слоя, а по внутреннему диаметру в 8 слоев. Межобмоточная изоляция
выполняется из лакоткани ЛХМ-105 ГОСТ 2214-78 толщиной 0.15 мм с половинным
перекрытием ленты. Межобмоточная изоляция служит для обеспечения необходимой
электрической прочности между отдельными обмотками.
Вторичная обмотка с = 61 витка, выполненная из ПЭТ-155 длиной 6 м, диаметром
1.81 мм, укладывается по наружному диаметру в 0.5 слоя, а по внутреннему
диаметру в 1 слой.
Наружная изоляция трансформатора выполняется из лакоткани ЛХМ-105 ГОСТ
2214-78 толщиной 0.15 мм в три слоя с половинным перекрытием, которое
предохраняет обмотку от пробоя на корпус или соседние детали, а также от
внешних повреждений. [2]
Для защиты трансформатора от воздействия влаги и механических повреждений
пропитаем его покровным лаком МЛ-92 ГОСТ 15865-70.
Магнитопровод с намотанными обмотками стягивают стальными чашкой (поз.2)
и основанием (поз.3) при помощи винта (поз.6) ГОСТ 11644-75 и шайбы (поз.4) и
гайки (поз.7) ГОСТ 5916-70. Между трансформатором и стальной чашкой
накладывается изолирующая и защищающая от повреждений прокладка (поз.5),
аналогично и между трансформатором и стальным основанием.
В основании предусмотрены 4 отверстия диаметром 6 мм для крепления
конструкции к прибору. Выводы обмоток паять к лепесткам припоем ПОС-40 ГОСТ
21931-76. Выводы маркируются белой краской БМ ТУ29-02-859-78.
Заключение
В курсовой работе был спроектирован однофазный двухобмоточный
тороидальный силовой трансформатор со следующими характеристиками:
· напряжение первичной обмотки U1 = 220 В, частота f = 50 Гц;
· ток первичной обмотки I1 = 0.24 А;
· напряжение вторичной обмотки U2 = 5 В;
· ток вторичной обмотки I2 = 10 А.
· внутренний диаметр dв = 23 мм;
· наружный диаметр Dн
= 80 мм;
· высота H = 41 мм.
Общий вес трансформатора Gтр = 0.665 кг. Коэффициент полезного
действия равен η = 86 %. Температура перегрева трансформатора 39 0С,
минимальная температура которую может выдержать изоляция обмоток 155 0С,
изоляция магнитопровода 1300С, это свидетельствует о исправной
работе трансформатора при полученной температуре перегрева.
Проектирование включило в себя этапы расчета, необходимые для
изготовления конструкции трансформатора. В спроектированном трансформаторе
достигнуты хорошие технико-экономические показатели и технологичность
конструкции трансформатора, а именно: минимизирована масса и габариты.
Список литературы
. Д.И. Агейкин, М.А. Балашов и др. Руководство по
проектированию элементов и систем автоматики. - М.: Изд. Оборонгиз, 1959.
. И.И. Белопольский, Л.Г. Пикалова Расчет
трансформаторов и дросселей малой мощности. - М. - Л.: Изд. Госэнергоиздат,
1963. - 272 с.
. Материалы в приборостроении и автоматике. Справочник
/ Под ред. Ю.М. Пятина. - М.: Изд. Машиностроение, 1982. - 528 с.
. И.И. Алиев, С.Г. Калганова Электротехнические
материалы и изделия. - М.: Изд. Радиософт, 2005.
. М.Б. Фридлянд Электротехнические материалы для
ремонта электрических машин и трансформаторов. - М.: Изд. Энергия, 1971.-96 с.
. А.А. Мартынов Трансформатор для вторичных источников
питания. Учебное пособие. - СПб.: Изд. СПбГУАП, 2001. - 50 с.
. П.М. Тихомиров Расчет трансформаторов. - М.: Изд.
Энергия, 1976. - 544 с.
. Справочник по электротехническим материалам / Под
ред. Ю.В. Корицкого. - М.: Изд. Энергоатомиздат, 1986. -368 с.