Компоновка вентельного преоброзователя и элементов системы управления

    6. Расчет преобразовательного трансформатора

 

    Расчету преобразовательного трансформатора предшествует установление исходных данных через соответствующие коэффициенты и известные величины номинального выпрямленного напряжения U_dн, номинального выпрямленного тока I_dн и номинального напряжения питающей сети U_1ф.

    Напряжение вторичной обмотки трансформатора определяется по выпрямленному напряжению холостого хода при номинальном напряжении питающей сети:

    

    Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора находим по среднему значению выпрямленного тока в номинальном режиме:

    

    Мощность, определяющая размеры и массу  силового трансформатора, носит название типовой мощности преобразовательного трансформатора:

    

    Величину  тока первичной обмотки вычисляем  через типовую мощность трансформатора и напряжение, приложенное к первичной  обмотке U_1ф:

    

    где m = 3 – фазность первичной обмотки. 
 
 
 
 
 

6.1 Предварительное определение основных размеров и числа витков обмоток. 

    Исходя  из фазности питающей сети схемы выпрямления, выбираем трехстержневую конструкцию  трансформатора.

    Мощность, приходящаяся на один стержень:

    

    Предварительно  значение Э.Д.С. одного витка:

    

    где К₀ – конструктивный коэффициент равный 0,42;

     - отношение  массы стали к массе меди;

    В_с – индукция в стержне,

    j_м – плотность тока в обмотках,

    Предварительные числа витков первичной и вторичной  обмоток:

     ;                   .

    Уточняем  коэффициент трансформации и  число вольт на виток:

                    

    Определяем  сечение стержня сердечника и  диаметр окружности, описанный вокруг стержня сердечника:

    

    

    где К_с – коэффициент заполнения сечения отверстия сталью,

    К_кр – коэффициент заполнения площади круга сердечника, зависящий от S_ст и числа ступеней.

    По  величине D₀ выбираем изоляционный диаметр с внутренним диметром Dцвн > D₀ ,Dцвн= D₀+0,1=7,1 см.

    Для таких величин испытательного напряжения изоляционные расстояния должны находится  в следующих пределах:

    а₀₁ – расстояние от внутренней поверхности обмотки до наиболее выступающих частей стержня, а₀₁»1 см,

    l₀₁ – расстояние от катушки W₁ до ярма магнитопровода, l₀₁=1,5 см

    а₁₂ – расстояние от наружной поверхности обмотки W₁ до внутренней поверхности обмоток W₂ , а₁₂»1 см;

    а₂₂ – расстояние между катушками разных фаз трансформатора а₂₂»1 см

    l₀₂ – расстояние от катушки W₂ до ярма, l₀₂»1,5 см

    В изоляционных промежутках размещают  изоляцию и изоляционные конструктивные элементы, размеры которых не могут  быть больше соответствующих изоляционных промежутков, т.е.:

    δ₀₁ < a₀₁;  δ₀₂ < a₀₂;  δ₁₂ < a₁₂;  δ₂₂ < a₂₂ .

    Выступы изоляционных материалов также не должна превышать изоляционных промежутков:

    l_Ц1 < l₀₁;  l_Ц2 < l₀₂.

    Предварительные геометрические размеры обмоток  равны:

    а) радиальная толщина первичной обмотки:

    

    где К₁ = 1,1;   К₂ = 0,7.

    б) радиальная толщина вторичной обмотки:

    

    в) средние диаметры обмоток:

    

    

    

    Средняя длина витка обмоток:

    

    Высота  катушек:

    

    где

    

    К_р – коэффициент приведения идеального поля к действительному;

    U_кр% - относительное значение реактивной составляющей напряжения короткого замыкания - 3 %

    Длина стержня магнитопровода:

    

 

6.2 Конструктивный расчет обмоток. Определение потерь и напряжения короткого замыкания 

    Сечение витка первичной обмотки для цилиндрического провода круглого сечения:

    

.

    Так как q’₁ <10 мм² выбираем провод прямоугольного сечения марки ПСДК сечением q_М1 = 6,14 мм² и размерами h_М1 = 4,7 мм, b_М1 = 1,35 мм, h_М1ИЗ = 5,04 мм, b_М1ИЗ = 1,62 мм.

    Находим действительную плотность тока в  обмотке:

    

    Предварительное число витков в слое обмотки:

    

    Вычисляем предварительные размеры витка  обмотки:

    а) высота витка:

    

,

    б) ширина витка:

    

.

    Уточняем  сечение провода и плотность  тока:

    q₁ =m_n ∙h_М1·b_М1 = 1·4,7·1,35 = 6,35 мм²,

    

.

    Определяем  действительные размеры обмоток:

    а) высота катушки:

    

    б) радиальная толщина обмотки:

    

    в) средний диаметр обмотки:

    

    г) средняя длина витка обмотки:

    

    Масса меди обмотки:

    

.

    Потери  в первичной обмотке:

    

.

    Определение предварительного сечения провода  вторичной обмотки:

    

.

    Задаем  предварительное число слоев n_сл2 = 3 и находим число витков в слое:

    

    Вычисляем предварительные размеры витка  обмотки:

    а) высота витка:

    

,

    б) ширина витка:

    

.

    Выбираем  медный прямоугольный провод марки  ПСДК с размерами

    q_М2 = 12 мм², h_М2 = 5,1 мм, b_М2 = 2,83 мм, h_М2ИЗ = 5,5 мм, b_М2ИЗ = 3,16 мм. Намотку выполняем четырьмя параллельными проводами (m_n=2).

    Уточняем  сечение провода и плотность  тока:

    q₂ =m_n ∙h_М2·b_М2 = 2·5,1·2,83 = 28,87 мм²,

    

.

    Определяем  действительные размеры обмоток:

    а) высота обмотки:

    

    Исходя  из того, что на одном стержне  располагаются 2 катушки, высота каждой из них:

    

;

    Изоляция  между ними:

    

    б) радиальная толщина обмотки:

    

    в) средний диаметр обмотки:

    

    г) средняя длина витка обмотки:

    

    Масса меди обмоток:

    

    Полная  масса меди:

    

.

    Потери  в меди вторичной обмотки:

    

    Потери  короткого замыкания:

    

    где К_М = 1,05 – коэффициент добавочных потерь.

    Напряжение  короткого замыкания:

    а) активная составляющая:

    

    б) реактивная составляющая:

    

,

    где:

    

    

        Полное значение напряжения короткого замыкания:

    

    Активное  и реактивное сопротивление короткого  замыкания:

    

    

 

6.3 Конструктивный расчет магнитной системы. Определение потерь и тока холостого хода 

    С учетом того, что число ступеней стержня определяется мощностью на стержень, можно сказать, что для нашего случая  число ступеней равно 3 шт. Размеры ступеней стержня, обеспечивающие максимальное заполнение площади круга площадью ступенчатой фигуры определяются по формуле: