1 Для проводов марки пэл. Пэв, пэт.

Таблица 12.1б. Рекомендуемые значения k_c

Марка стали	Толщина листа или ленты, мм	kc для магнитопровода
		Из пластин	ленточного
1511, 1512, 1513 3411, 3412, 3413 1521, 1561, 1562 3421, 3422, 3423 3421, 3422, 3423	50 Гц 0,5 0,35 400 Гц 0,2 0,1 0,05	0,93 0,89 0,82 —	0,97 0,95 0,93 0,88 0,75

где cos φ₁ — коэффициент мощности трансформатора, при активной нагрузке вторичных обмоток cos φ₂=1; cos φ₃ = 1; cos φ₁ = 0,9. При реактивном характере нагрузки cos ф! рассчитывается в соответствии с [15].

3. Определение исходной расчетной величины — произ­ведения sc s0, см4, для выбора типоразмера магнитопровода производится по выражению

S_cS₀ = P_rl0²/l,ll(l +1/η)fBJk₀k_C. (12.5)

По полученному значению S_cS₀ из таблицы типоразме­ров магнитопроводов (приложение 1) выбирается магнитопровод трансформатора; при этом необходимо учесть сле­дующие рекомендации.

Для малых мощностей (до 100—200 ВA) при напря­жениях менее 1 кВ следует отдать предпочтение броневым магнитопроводам (трансформаторам) как ленточным, так и из пластин, поскольку они просты по конструкции и на­иболее технологичны.

При мощностях, составляющих несколько сотен вольт-ампер, и на частоте 50 Гц, а также при мощностях до не­скольких киловольт-ампер и па частоте 400 Гц наиболее перспективными являются стрежневые трансформаторы с двумя катушками на ленточных магнитопроводах.

Трансформаторы с тороидальными ленточными магнитопроводами целесообразно применять при мощностях до 100—200 В-А и частоте 400 Гц в тех случаях, когда необ­ходимо минимальное рассеяние или минимальный объем. Имея некоторые преимущества по массо-габаритным по­казателям перед броневыми и стержневыми трансформа­торами, тороидальные — менее технологичны [18]. Кроме того, при машинной намотке ограниченный радиус шпули станка вызывает сокращение применяемых типоразмеров тороидальных магнитопроводов, что, в свою очередь, при­водит к ухудшению массогабаритных показателей торои­дальных трансформаторов [7].

С учетом этих положений и рассчитанного S_cS₀ (см. п. 3) по приложению 1 выбирается тип магнитопровода и одновременно определяются следующие данные этого магнитопровода: S₀ — активное сечение стержня, см²; а — ши­рина стержня, мм; b — толщина магнитопровода, мм; С — ширина окна, мм; h — высота окна, мм (рис. 12.1).

4. Определение числа витков обмоток производится по выражениям

W₁ = U₁ (1 - Δ U_1%/100) 10⁴/4,44fBS_C; (12.6)

W₂ = U₂ (1 - Δ U_2%/100) 10⁴/4,44fBS_C;, (12.7)

где Δ U_1% и Δ U_2%—относительные падения напряжения в обмотках, определяемые по табл. 12.2.

Рис. 12.1. Типовые магнитопроводы:

а —броневые из штампованных пластин; б — броневые ленточные; s — торо­идальные ленточные

Таблица 12.2

Частота, Гц	ΔU%	Габаритная мощность Рг, ВА
		15—50	50-150	150-300	300-1000	(1-2,5)кГц
50	Δ U1% Δ U2%	15—5 20—10	5—4 10-8	4—3 8-6	3—1 6—2	— ---
400	Δ U1% Δ U2%	8—4 10—5	4—1,5 5-2	1,5-1 2—1,2	1—0,5 1,2—0,5	0,5 0,5

Примечание. Число витков вторичных обмоток, W₃ W₄, ..., W_N определяется по (12.7) с соответствующими на­пряжениями этих обмоток: U₃, U₄ U*, ..., U_N и относительными падениями напряжения в них: Δ U_1% ,Δ U_2% ,…, ΔU_N%

Если число витков получилось дробным, принимается ближайшее большее целое число.

5. Определение сечения провода обмоток, мм , производится по формуле

q _пр = I/J.q (12.8)

где J — плотность тока в обмотках (табл. 12.1).

По полученному значению q _пр в приложении 2 выбира­ются ближайшее (большее) стандартное сечение и соот­ветствующий ему диаметр каждой из обмоток.

6. Определение возможности размещения обмоток в окне выбранного магнитопровода производится после расчета необходимой ширины окна. С этой целью определя­ется толщина каждой обмотки трансформатора, для чего:

а) определяется число витков первичной обмотки в одном слое:

W₁₁ =(h—2ε₁)/d₁, (12.9)

где h — высота окна магнитопровода (из п. 4), мм; ε₁ — расстояние обмотки до ярма, обычно ε₁= 2-5 мм; d₁ —ди­аметр провода обмотки (из п. 6), мм.

Полученное по (12.9) число W₁₁ округляется до ближай­шего меньшего целого значения. В случае применения в броневом трансформаторе листов с одним зазором число витков в одном слое следует вычислять по формуле

W₁₁ =0,9(h—2ε₁)/d₁ (12.10)

б) определяется число слоем? обмотки

m₁= W₁/ W₁₁

Полученное значение т₁ округляется до ближайшего большего числа;

в) определяется толщина обмотки

δ₁= m₁(d₁+γ₁) (12.12)

где γ₁ — толщина изоляционной прокладки, которая при­меняется, если напряжение между слоями превышает 50В (γ₁= 0,05-0,08 мм). Аналогичным образом onpеделяются W₁₂ , m₂ и δ₂ для вторичной обмотки W₂ и для осталь­ных вторичных обмоток трансформатора. Наконец, после определения толщины каждой из обмоток δ₁], δ₂, ..., δ_N можно рассчитать необходимую ширину окна, мм, кото­рая для броневого магнитопровода выражается следующим образом:

С_необх = k(ε₂+ δ₁+ δ_1,2+ δ₂+ δ_2,3+…+ ε₃)+ ε₄ (12.13)

где k — коэффициент разбухания обмоток за счет неплот­ного прилегания слоев, k= 1,2-1,3; ε₂— толщина изоляции между обмотками и стержнем, она выполняется из элект­рокартона или гетинакса, ε₂=1,0-2,0 мм; δ_1,2, δ_2,3,.....— толщина изоляции между обмотками; она выполняется обычно из лакоткани и составляет 0,5 — 1,0 мм; ε₃— тол­щина наружной изоляции катушки; ε₃= 0,5- 1,0 мм; ε₄— расстояние от катушки до второго стрежня, ε₄=1--4 мм.

Полученное значение С_необх сравнивается с С — шири­ной окна выбранного магнитопровода, причем С должно быть не меньше С_необх, т.е.

С>С_необх. (12.14)

Для иллюстрации данной методики далее приводится пример расчета.

Пример 12.1. Рассчитать силовой трансформатор по следующим ис­ходным данным: напряжение сети U₁ = 220 В; частота сети f = 50 Гц; параметры вторичных обмоток U₂=6 В, I₂=5 A, U₃=15 В, I₃ = 3 А.

1 Мощность трансформатора, в соответствии с (12,1)

Р_г = 6-5 + 15-3 = 75 ВА.

По табл. 12.1 выбираем сталь 1513, магнитопровод из пластин тол­щиной 0,5 мм, у которого k_с=0,93, а также находим параметры, соот­ветствующие P_г =75 В-А, а именно: B=1,38 Тл; I=2,8 А/мм²; k₀ = 0,3; η = 0,94.

2. Ток I₁ в соответствии с (12.4) и с учетом, что cos φ₁ = 0,9,

I₁ = 75/220 * 0,91*0,9 = 0,4А

3. Исходная расчетная величина S_c S₀ в соответствии с (12.5) S_c S₀=75*10²/l,ll (1+1/0, 94)*50*1, 38*0, 93* 0 ,3*2, 8= 61 см⁴.

По приложению 1 согласно полученному S_CS₀ выбираем броневой магнитопровод из пластин ШЛ20Х40, у которого S_CS₀=80>61 см¹, со следующими параметрами: a = 20 мм, с=20 мм, h=50 мм, b=40 мм, Sс=6,95см².

4. Число витков в обмотках трансформаторов согласно (12.6) и(12.7)

W₁ = 220(1 - 0, 045)*10⁴/4, 44*50*1, 6*6, 95 = 851 виток;

W₂ = 6(1 + 0, 09)* 10⁴/4, 44*50* 1 ,6*6,95 = 26 витков;

W₃= 15(1 + 0, 09)* 10⁴/ 4,44*50* 1,6*6, 95 = 66 витков.

5. Сечение проводов обмоток в соответствии с (12.8)

q_пр1= 0,4/2,8 = 0,143 мм²; q_пр2 = 5/2,8 = 1,79 мм²;

q_пр3 = 3/2,8=1,07 мм².

По найденным сечениям проводов из приложения 2 (для провода марки ПЭВ-1) находим соответствующие диаметры проводов обмоток с изоляцией. Таким образом, d₁ = 0,49 мм; d₂=1,68 мм; d₃=l,26 мм.

6. Определяется возможность размещения обмоток в окне выбран­ного магнитопровода, для чего производятся расчеты согласно (12.9) -(12.12).

Обмотка W₁

число витков в одном слое обмотки

W₁₁ = (50 -2*2)/0,49 = 93;

число слоев обмотки

m₁=851 /93 = 9,2. Примем т₁ = 10;

толщина всей обмотки δ₁ с учетом, что γ₁= 0,

δ₁= 10*0,49 = 4,9 мм.

Обмотка W₂:

число витков в одном слое обмотки

W₁₂ = (50 — 2*2)/1,68 =27,4;

число слоев обмотки

т₂ = 26/27= 0,96. Примем m₂ = 1;

толщина всей обмотки δ₂ с учетом, что γ₂=0,

δ₂ = 1*1,68= 1,68 мм.

Обмотки W₃:

число витков в одном слое обмотки

W₁₃ = (50—2*2)/1,26 = 36,5;

число слоев обмотки

m₃, = 66/36,5 = 1,8. Примем m = 2;

толщина всей обмотки δ₃с учетом, что γ₃=0,

δ₃= 2*1,26= 2,52 мм.

Необходимая ширина окна определяется в соответствии с (12.13) и с учетом, что k=1,25; ε₂=1,5; δ₁₂= δ₂₃ =0,75; ε₃=0,75; ε₄=3.

С_необх = 1.25 (1,5 + 4,9+0,75 + 1,68 + 0,75 + 2,52 + 0,75) + 3= 19 мм.

Таким образом С_необх не превышает ширину окна выбранного магнитопровода, которая равна 20 мм (см. выше), следовательно, обмотки трансформатора разместятся в окне данного магнитопровода.

Приложение 1. Типовые магнитопроводы

А. Броневые магнитопроводы из штампованных пластин (рис. 12.1, а)

Тип	Обозначение	Размеры, мч						Площадь сече- ния стержня SC см^2	Средняя длина магнитной силовой линии lc см	С С <-»n*t Sc S0 см^2
		a	c	h	H	L	b
ш	Ш9Х9 Ш9Х12	9	9	22,5	31,5	36	9 12	0,74 0,98	7,72	1,62 2,16
	Ш12Х10 Ш12Х12 Ш12Х16 Ш12Х20 Ш12Х25 Ш12Х32	12	12	30	42	48	10 12 16 20 25 32	1,09 0,31 1,75 2,18 2,73 3,49	10	4,30 5,20 6,80 8,60 10,80 13,70
	Ш16ХЮ Ш16Х12 Ш16Х16 Ш16Х20 Ш16Х25 Ш16Х32 Ш16Х40	16	16	40	56	64	10 12 16 20 25 32 40	1,31 1,75 2,33 2,91 3,64 4,66 5,82	13,7	10,2 12,1 16,6 20,5 25,6 32,6 41
	Ш20Х12 Ш20Х16 Ш20Х20 Ш20Х25 Ш20Х32 Ш20Х40 Ш20Х50	20	20	50	70	.40	12 16 20 25 32 40 50	2,18 2,91 3,64 4,55 5,82 7,23 9,10	17,14	24 32 40 50 64 80 100

Б. Броневые ленточные магнитопроводы (рис. 12.1,6)

Тип	Обозначение	Размеры, мм						Площадь сеае- ния стержня Sc, см^2	Средняя длина магннтчой силовой линии lc см	SCS0. с*
		a	c	h	H	L	b
шл	ШЛ5Х5 ШЛ5Х6.5 ШЛ5Х8 ШЛ5Х10	5	5	12	17	20	5 6,5 8 10	0,20* 0,270 0,332 0,413	4,2	0,15 0,195 0,24 0,3
	ШЛ6Х6.5 ШЛ6Х8 ШЛ6Х10 ШЛ6Х12.5	6	6	15	21	24	6,5 Ч 10 12,5	0,32 0,40 0,50 0,62	5,1	0,140 0,173 0,216 0,270
	ШЛ8Х8 ШЛ8ХЮ ШЛ8Х12.5 ШЛ8Х16	8	':>	20	28	32	8 10 12,5 16	0,53 0,67 0,83 1,06	6,8	0,41 0,51 0,64 0,82
	ШЛ10Х 10 ШЛ10X12,5 ШЛ10Х 16 ШЛ10Х20	10	10	25	35	40	10 12,5 16 20	0,84 1,06 1,35 1,69	8,5	2,5 3,12 4,0 5,0
	ШЛ12Х 12,5 ШЛ12Х 16 ШЛ12Х 20 ШЛ12Х 25	12	12	30	42	48	12,5 16 20 25	1,28 1,64 2,05 2,56	10,2	5,4 6,9 8,7 10,8
	ШЛ60Х 16 ШЛ16Х 20 ШЛ16Х 25 ШЛ16Х 32	16	16	40	56	64	16 20 25 32	2,20 2,75 3,44 4,4	13,6	16,6 20,5 25,6 32,6
	ШЛ20Х 20 ШЛ20Х 25 ШЛ20Х 32 ШЛ20Х 40	20	20	50	70	80	20 25 32 40	3,47 4,34 5,56 6,95	17,1	40,0 50,0 64,0 80,0
	ШЛ25Х25 ШЛ25Х 32 ШЛ25Х 40 ШЛ25Х 50	25	25	62,5	87,5	100	25 32 40 50	5,44 6,95 8,69 10,90	21,3	116.5 148,0 184,0 233,0

В. Тороидальные ленточные магнитопроводы типа ОЛ (см. рис. 12.1 в)

Обозначение	Размеры, мм			Средняя длина магнитной силовой линии lс , см	Толщина намотки a=(D-d)/2 mm	Sc, см^2