Расчет конструкции обмоток.

Катушка с обмотками у броневого трансформатора одна и располагается на среднем стержне.

1. Определим число витков в слое w_с согласно зависи­мостям:

где h' = h –1 - высота каркаса (меньше на 1 мм высоты окна магнитопровода), мм;

δ'=4 - толщина щеток и стенок каркаса (обычно равна 1,5 - 4,3 мм в зависимости от диаметра провода);

k_у - коэффициент укладки, определяемый по таблице 13(учитывает неплотность намотки);

k_в - коэффициент, учитывающий выпучивание обмоток при намотке;

d_из - диаметр провода с изоляцией, мм;

b_из - размер большей стороны провода с изоляцией, мм.

Таблица 13

dиз, мм	0,070,12	0,130,19	0,2  0,3	0,31  0,8	0,86  1,0	свыше 1,0
kу	1,15	1,1	1,07	1,05	1,1	1,15
kв	1,05	1,08	1,1	1,12	1,15	1,15

.

2. Определим толщину каждой обмотки.

N округляется до ближайшего большего целого числа и определяет число рядов в слое.

Для проводов круглого сечения:

w_i - число витков каждой обмотки;

_из - толщина прокладок (изоляции) между слоями, мм;

В качестве прокладок между слоями выберем кабельную бумагу толщиной 0,12 мм, использующуюся при проводах диаметром более 0,5мм.

3. Определим полную толщину намотки.

Для стержневых однокатушечных магнитопроводов она находится из зависимости:

 = δ₁ + δ₂ + (δ' +1) + n^.Δ_мо = 6,4+5,96+(3,5+1)+3^.0,3 = 17,76 мм

где Δ_мо = 0,3 - толщина межобмоточной изоляции, мм;

n - число обмоток, в нашем случае n = 3.

Определим зазор между катушкой и магнитопроводом.

c - k_в = 25-1,15^.17,76 ~ 4,576 мм

Величина этого зазора, равная (c - k_в) для броневых трансформаторов, оказалась в пределах 0,5 - 5,0 мм, значит, катушки нормально укладываются в окно сердечника. Здесь k_в - коэффициент, учитывающий выпучивание обмоток при их намотке, c - ширина окна магнитопровода.

На этом конструктивный расчет трансфор­матора заканчивается.

Определение температуры перегрева обмоток.

Прежде всего, необходимо найти величину суммарной мощно­сти потерь в обмотках каждой катушки

(21)

где, кроме выше обозначенного:

r - сопротивление провода обмотки, Ом;

ρ_м - удельное сопротивление медного провода при рабочей температуре, Ом ^. см.

В формуле (21) δ в А/мм² , S_пр в см² , l_пр - общая длина провода обмотки в см.

Заменяя в (21) произведение S_пр l_пр его значением

G_м = γ_м S_пр l_пр

где G_м - вес провода обмотки, г;

γ_м - удельный вес меди (γ_м = 8,9 г/см³), получим:

Температура провода в нагретом состоянии достигает 100 - 110˚C. Подставляя значение ρ_м для этой температуры ρ_м = О,0214^.10^-4 Ом ^. см, получим:

P_м = 2,4δ^2.G_м, Вт (22)

δ - плотность тока в А/мм²

G_м - вес провода, кг.

Вес меди каждой обмотки можно найти из выражения:

G_м = l_{ср в}^.w^.g_м ^.10 ^-3, кг (23)

где l_{ср в} - средняя длина витка обмотки;

w - общее число витков обмотки.

g_м - вес 1 м провода, г.

Не внося существенной погрешности в расчеты, можно вместо вычисления средних длин витков для каждой обмотки (l_{ср в1}, l_{ср в2}, ....... и т.д.) принять для обмоток одинаковую сред­нюю длину l_{ср в}, вычисляя ее из зависимости

l_{ср в}  2(a + b +2) = 2(16+32+2^.17,76) = 167,04мм

G_м1 = l_{ср в}^.w₁^.g_м1 ^.10 ^-3 = 167,04^.65^.34^.10^-3 = 369,16 г

G_м2 = l_{ср в}^.w₂^.g_м2 ^.10 ^-3 = 167,04^.56^.42^.10^-3 = 392,88 г

P_м1 = 2,4δ₁^2.G_м1 = 2,4^.3^2.0,36916 = 7,97 Вт

P_м2 = 2,4δ₂^2.G_м2 = 2,4^.3,85^2.0,39288 = 13,98 Вт

Таким образом, зная плотность тока в каждой обмотке, ее число витков, вес одного погонного метра, можно определить суммарные потери в меди в катушке и во всем трансформаторе:

P_{м кат} = P_{м 1}+ 2P_{м 2} = 7,97+2·13,98 = 35,92 Вт

В трансформаторах малой мощности нагрев магнитопровода практически не влияет на температуру перегрева обмоток t_м по отношению к температуре окружающей сре­ды. Поэтому температуру перегрева можно определить по формуле:

где P_{м кат} - потери в меди одной катушки, Вт;

F_{м кат} - поверхность охлаждения данной катушки, см²;

_м - коэффициент теплопередачи, Вт/см²С.

В связи с тем, что часть торцевых поверхностей катушки и часть ее боковых поверхностей, закрытые магнитопроводом, в процессе пере­дачи тепла окружающей среды практически не участвуют, можно считать, что охлаждающая поверхность в формуле (66) включает в себя лишь от­крытые боковые поверхности данной катушки:

F_{м кат} = 2h (a + b +4) = 2^.80(16+32+4^.17,76) ^.10^-2 = 190,46 см²

Значение коэффициента теплопередачи _м зависит от ряда фак­торов: температуры перегрева, мощности и т.д. Можно считать его значение постоянным и равным _м = 1,2 ^.10^3 Вт/см²С.

Полученная в результате расчёта величина t_м близка к 85°С (для провода ПЭВ), то есть трансформатор рассчитан правильно, и при температуре окружающей среды t_окр = 35°С (по ГОСТу) рабочая температура катушки будет близка к:

t_кат = t_окр + t_м = 35°С + 157,82°С = 192,82°С