4.4. Определение кпд трансформатора.

Коэффициент полезного действия трансформатора в номинальном режиме:

4.5. Тепловой расчёт трансформатора в установившемся режиме.

Температура нагрева обмоток трансформатора:

,

где a=20·10^–4, DΘ_c=10°C – перепад температуры от внутренних слоев обмоток к наружным

DΘ=40°C – температура окружающей трансформатор среды,

S_об и S_серд – открытая поверхность обмоток и сердечника трансформатора,

которые соответственно равны:

где K=0,85 – коэффициент, учитывающий открытую поверхность катушек.

_{Окончательно получим:}

Максимально допустимая температура изоляции обмоточных проводов

составляет 155 (класс нагревостойкости F), что превышает температуру обмоток в установившемся режиме (133 ), следовательно, марка провода (ПСД) выбрана правильно.

5. Расчет сглаживающего фильтра.

1. Суммарное значение коэффициента пульсаций, определяемое из выражения:

2. Находим коэффициент сглаживания:

;

где b_н=2 – величина коэффициента пульсаций в номинальном режиме.

Будем использовать Г-образный LС фильтр.

3. Вычисляем значение произведения LC:

Задавшись значением С=5000 мкФ, определяем предварительное значение индуктивности фильтра:

4. Устанавливаем частоту собственных колебаний LC-контура:

При правильно выбранных значениях LC должно выполняться условие:

Это условие выполняется, следовательно, значения L и C выбраны, верно.

На первом этапе выбираем конструкцию стержневого сглаживающего дросселя с двумя катушками и сердечником из стальной ленты марки 3421 (ГОСТ 21427.1–75), толщиной 0,35 мм. Принимаем коэффициент заполнения сердечника К_с=0,93; амплитуду эквивалентной синусоидальной индукции В_mэст=0,75 Тл, В_о=0,7 Тл. А также коэффициенты: ν=0,01 – учитывающий падение магнитного потока в стали сердечника; x=0,08 – потокосцепление обмотки с шунтирующим потоком, К_L = 1.

Амплитуда эквивалентной синусоиды тока:

Рассчитываем конструктивный коэффициент:

Находим отношение:

Принимаем длину зазора l=20 мм.

Геометрическое сечение стали: S'_ст=59 см².

Активное сечение стали:

Выбираем стальную ленту шириной, а=8 см. Тогда толщина сердечника:

b=S'_ст/a=64/8 = 8 см,

т.е. форма сечения является квадратной, для нее коэффициент заполнения круга:

Число витков:

Возьмем плотность тока равной j'=2,5 А/мм², тогда сечение провода:

Выбираем провод ПСД прямоугольного сечения по ГОСТ 7019–80: q_пр=25,7мм² со следующими параметрами: h_миз = 8,4мм, b_миз = 3,28мм. Класс нагревостойкости F (до 155 С⁰). При этом обмотку будем выполнять из 5 параллельных проводов.

Действительное сечение q = 5  25,7= 128,5мм².

Действительная плотность тока:

Выполняем обмотку в 2 слоев по 4 витков из 5 параллельных проводов в каждом слое.

Высота обмотки:

_{Ширина обмотки:}

,

где К_укл=1,1 – коэффициент укладки,

К_всп=1,2 – коэффициент выпучивания.

Площадь круга, ограниченного окружностью, описанной вокруг сердечника:

Его диаметр:

Принимая изоляционное расстояние ₀+₁=1см, получим внутренний диаметр обмотки:

Внешний диаметр обмотки:

Средний диаметр витка:

Длина провода обмотки:

Масса меди:

Потери в меди:

Принимаем высоту окна:

,

где l_о – величина изоляционного расстояния между катушкой и ярмом.

Расстояние между катушками: _к1,2=1 см.

Средняя длина магнитной линии:

Масса стали:

где j_с – плотность стали.

Потери в стали:

P_ст = k_cq∙ρ∙G_cт = 1,01∙0,97∙47=46 Вт.

Полные потери в дросселе:

P_Ф = Р_М + P_ст = 264,2+46 = 310,2 Вт.

Масса активных материалов:

G_акт = G_ст + G_м =47+20=67 кг.

Отношение массы стали к массе меди: