2.3 Электрический расчет трансформатора

Расчет трансформатора будет выполнен по методике, представленной в [1, с. 42].

Исходные данные для расчета приведены в таблице 2.3.

Таблица 2.3 – Исходные данные

Параметр		Обозначение	Величина
1	Напряжение питающей сети	U1	220 В
2	Частота тока питающей сети	f	50 Гц
3	Напряжение на вторичной обмотке	U2	15,54 В
4	Ток во вторичной обмотке	I2	8,88 А

Мощность вторичной обмотки трансформатора (Р₂):

Вт. (2.14)

По величине мощности вторичной обмотки Вт принимаем значение КПД трансформатора [1, с. 43, таблица 1-1].

Величина типовой мощности трансформатора ( ):

Вт. (2.15)

По величине типовой мощности трансформатора Вт принимаем значение магнитной индукции Тл, плотность тока А/мм², коэффициент заполнения обмотки мелью , коэффициент заполнения сечения магнитопровода сталью [1, с. 43, таблица 1-1].

Величина тока ( ), протекающего в первичной обмотке:

А. (2.16)

Величина произведения сечения сердечника на сечение окна магнитопровода ( ):

см⁴. (2.17)

По величине произведения сечения сердечника на сечение окна см⁴ выбираем пластинчатый магнитопровод Ш25×40 ( 156 см⁴), для которого активная площадь сечения среднего стержня см², масса магнитопровода кг, ширина среднего стержня мм, ширина окна мм и высота окна мм [с. 299].

По величине магнитной индукции Тл принимает значение удельных потерь в стали Вт/кг [таблица 1-2].

Величина полных потерь в стали ( ):

Вт. (2.18)

Величина активной составляющей тока холостого хода ( ):

А. (2.19)

По величине магнитной индукции Тл принимает значение удельной намагничивающей мощности ВА/кг [таблица 1-2].

Величина полной намагничивающей мощности сердечника ( ):

ВА. (2.20)

Величина реактивной составляющей тока холостого хода ( ):

А. (2.21)

Величина тока холостого хода ( ):

А. (2.22)

Относительное значение тока холостого хода ( ):

% . (2.23)

Если относительное значение тока холостого хода лежит в пределах 30...50%, то магнитопровод выбран верно. Рассчитанное по формуле (2.23) значение удовлетворяет условию.

По величине типовой мощности Вт принимаем значения относительных падений напряжения % и % [таблица 1-3].

Количество витков первичной ( ) и вторичной ( ) обмоток:

витка; (2.24)

витка. (2.25)

Величины площадей поперечного сечения проводов обмоток:

мм²; (2.26)

мм². (2.27)

Выбираем провода марки ПЭВ-1 [с. 307].

Стандартные значения сечений проводов ( ), диаметров неизолированных ( ) и изолированных ( ) проводов и вес одного метра изолированного провода ( ) приведены в таблице 2.4.

Таблица 2.4 – Параметры проводов

	, мм2	, мм	, мм	, г/м
Первичная обмотка	0,3739	0,69	0,74	3,32
Вторичная обмотка	4,676	2,44	2,54	41,6

Уточняем фактические плотности тока:

А/мм²; (2.28)

А/мм². (2.29)

Величина допустимой осевой длины обмотки ( ):

мм. (2.30)

Число витков в слое ( ) определяется по формуле

, (2.31)

где коэффициент укладки, принимаем равным 1,1.

витков;

витков.

Число слоев в каждой обмотке определяется по формуле

; (2.32)

слоев;

слоя.

В качестве междуслоевой изоляции, междуобмоточной изоляции и изоляции поверх катушки выбираем кабельную бумагу толщиной 0,12 мм [с. 46].

Радиальные размеры первичной обмотки ( ) и вторичной обмотки ( ):

мм; (2.33)

мм; (2.34)

где толщина междуслоевой изоляции, мм.

Радиальный размер катушки ( ):

мм, (2.35)

где мм – зазор между внутренней частью каркаса и сердечником;

мм – толщина каркаса;

радиальные размеры каждой обмотки, мм;

мм – толщина междуобмоточной изоляции;

мм – толщина верхнего слоя изоляции катушки.

Проверяем зазор между катушкой и сердечником.

Катушка нормально размещается в окне сердечника, если мм. Значение мм удовлетворяет этому условию.

Средняя длина витков каждой обмотки ( , ):

м; (2.36)

м. (2.37)

Масса меди каждой обмотки ( , ):

кг; (2.38)

кг. (2.39)

Величина потерь меди в каждой обмотке ( , ):

Вт; (2.40)

Вт. (2.41)

Величина суммарных потерь меди в катушке ( ):

Вт. (2.42)

Площадь поверхности охлаждения катушки ( ):

м². (2.43)

Величина удельной поверхностной нагрузки катушки ( ):

Вт/м². (2.44)

По марке магнитопровода Ш25×40 и величине удельной поверхностной нагрузки катушки Вт/м² принимаем значение средней температуры перегрева катушки С [с. 47, рисунок 1-32].

Принимаем значение температуры окружающей среды С.

Рабочая температура проводов обмотки ( ):

С (2.45)

Для выбранных проводов марки ПЭВ-1 рабочая температура С. Значение С удовлетворяет этому условию.

Сопротивление обмоток ( , ):

Ом; (2.46)

Ом; (2.47)

Фактическое падение напряжения в каждой обмотке трансформатора ( , ):

; (2.48)

(2.49)

Расхождение рассчитанных по формулам (2.35) и (2.36) величин фактического падения напряжения с ранее принятыми ( % и %) незначительно. Это свидетельствует о том, что выбранные для расчета параметры и характеристики удовлетворяют условию.

Конструкция рассчитанного трансформатора представлена на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 – Размещение катушки на магнитопроводе трансформатора