Главная -> Книги

(0) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) (15) (16) (17) (18) (19) (20) (21) (22) (23) (24) (25) (26) (27) (28) (29) (30) (31) (32) (33) (34) (35) (36) (37) (38) (39) (40) (41) (42) (43) (44) ( 45 ) (46) (47) (48) (49) (50) (51) (52) (53) (54) (55) (56) (57) (58) (59) (60) (61) (62) (63) (64) (65) (66) (67) (68) (45)

§ 4.6. РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРОВ ПИТАНИЯ

Согласно функциональному назначению трансформаторы питания (в дальнейшем трансформаторы) применяют в устройствах электрического питания РЭА.

Основными исходными данными для проектирования являются:

1) напряжение сети питания Ui, В;

2) частота сети питания /, Гц;

3) напряжения вторичных обмоток (Угь В;

4) токи вторичных обмоток /аь А;

5) характер нагрузки;

6) тип аппаратуры, для которой проектируется трансформатор;

7) климатические и механические воздействия, при которых трансформатор должен нормально функционировать;

8) показатели надежности;

9) годовой выпуск и др.

На основании анализа ТЗ и аналогичных конструкций принимают основное направление проектирования. При этом необходимо иметь в виду следующее. В соответствии с условиями эксплуатации РЭА конструкция трансформатора должна обеспечивать его надежную работу в течение заданного времени эксплуатации. Поэтому конструкция трансформатора должна удовлетворять следующим основным требованиям: механической и электрической прочности; нагрево- и влагостойкости. Наиболее опасны воздействия влаги, так как уменьшение сопротивления изоляции и рост диэлектрических потерь при увлажнении изоляционных материалов снижают электрическую прочность обмоток, что приводит к межвитковому замыканию или пробою изоляции, коррозии проводов, которая вызывает их обрыв при небольших диаметрах. Пониженное давление окружающей среды снижает электрическую прочность изоляционных материалов вследствие ионизации воздуха в ее порах и способствует возникновению коронных разрядов. Изменение температуры окружающей среды ухудшает условия работы изоляционных материалов. Кроме того, большое значение имеют технико-экономические показатели (размеры, масса и стоимость), которые зависят от функционального назначения (типа) РЭА. Наименьшая масса и наименьший объем необходимы для трансформаторов самолетной и другой специальной аппаратуры, а наименьшая стоимость - для трансформаторов РЭА широкого применения, так как даже при незначительном уменьшении себестоимости достигается большая экономия денежных средств. Как и при проектировании любого промышленного изделия, конструкция трансформатора должна быть технологичной.

При анализе конструкций существующих трансформаторов (см., например, [1, 13]) необходимо уточнить:

1) влияние мощности трансформатора на его конструктивное выполнение;

2) возможности использования броневых, стержневых и кольцевых магнитопроводов, их достоинства и недостатки;



3) способы конструктивного выполнения катушек трансформаторов (каркасные, бескаркасные);

4) виды применяемых каркасов для катушек (сборные, прессованные из пластмасс и др.);

5) способ выполнения обмоток, их изоляции и выводов, конструктивную особенность многослойной кольцевой обмотки;

6) размеш,ение катушек на магнитопроводе трансформатора;

7) детали, обеспечивающие стягивание магнитопровода и крепление трансформатора в блоке РЭА;

8) методы защиты обмоток трансформатора от внешних климатических воздействий (пропитка, обволакивание, размещение в металлических и пластмассовых контейнерах);

9) достоинства кольцевых и кабельных конструкций трансформаторов;

10) влияние функционального назначения РЭА и серийности выпуска на конструктивное выполнение трансформатора;

И) конструктивные решения, обеспечивающие снижение температуры нагрева трансформатора, повышение его электрической прочности и надежности, снижение массы, объема и стоимости;

12) материалы, используемые в конструкциях трансформаторов.

При выборе проектируемой конструкции трансформатора следует учесть, что:

1) коэффициент теплоотдачи обмоток стержневых трансформаторов примерно на 10% больше, чем обмоток трансформаторов броневого типа;

2) коэффициент заполнения окна обмоткой стержневого с одной катушкой и броневого типов примерно на 15% больше, чем стержневого трансформатора с двумя катушками;

3) наиболее рациональной конструкцией трансформатора при частоте 50 Гц является стержневая с двумя катушками, которая по сравнению с броневой обеспечивает выигрыш в массе (при одинаковой мощности) до 6%, а по сравнению со стержневой с одной катушкой до 13%. Кроме того, указанная конструкция обеспечивает выигрыш в мощности по сравнению с трансформатором броневого типа (при одинаковом объеме) до 25%;

4) при повышенной рабочей частоте применяют ленточные С-образные и кольцевые магнитопроводы. Оптимальными маг-нитопроводами для трансформаторов минимальной массы, работающих при повышенных частотах, являются: при мощности до 650 В• А - кольцевые типа ОЛ, а свыше 650 В-А - стержневые с двумя катушками. Для достижения минимального объема при мощностях до 500 В-А рекомендуется использовать тороидальные магнитопроводы, а более 500 В-А - стержневые с двумя катушками;

5) наиболее выгодными для достижения минимальной стоимости являются стержневые ленточные магнитопроводы с двумя катушками, обеспечивающие выигрыш в мощности по сравнению с броневыми (при одинаковых стоимости и рабочей частоте) до 30%.



Рассматривая существующие ряды магнитопроводов, рекомендуется применять следующие типы магнитопроводов [1, 13J:

а) типа ПЛ - для низковольтных трансформаторов наименьшей массы при частоте 400 Гц; мощности более 350 В-А и частоте 50 Гц; мощности большей, чем обеспечивает типоразмер магни-топровода ПЛМ;

б) типа ПЛВ - для высоковольтных трансформаторов с потенциалом более 20 кВ, работающих на частоте до 1000 Гц включительно;

в) типа ПЛМ - для низковольтных трансформаторов наименьших массы и стоимости при частоте 50 Гц;

г) типа ШЛ - для трансформаторов наименьшей массы при частоте 400 Гц;

д) типа ШЛМ - для трансформаторов наименьших массы и стоимости, с ограничением по падению напряжения, при частоте 50 Гц и мощности менее 100 В-А;

е) типа ШЛО - для низковольтных трансформаторов при частотах от 1000 до 5000 Гц и высоковольтных при частотах от 50 до 5000 Гц.

Выбрав тип магнитопровода, приступают к электрическому и конструктивному расчетам. Приведем описание программы, предназначенной для расчета на микро-ЭВМ кольцевого трансформатора. Перед выполнением расчета необходимо изучить [1, 13].

1. Вводят исходные данные.

2. Определяют суммарную мощность вторичных обмоток (га-

баритную мощность) трансформатора: 72= 2 rJJи, где п - число

вторичных обмоток. Данная формула справедлива при работе трансформатора на активную нагрузку, например, с однофазной мостовой схемой. При других режимах работы габаритная мощность Pj,=0,5(Pk+-P2), где Р„ - кажущаяся мощность, зависящая от схемы, в которую включен трансформатор, и тока намагничи-

вания /ц. При /„<0,5 2 гь {fU - токи вторичных обмоток, при-

i = 1

веденные к первичной обмотке) для двухполупериодной схемы

Рк=Р,/1,41, при /„>0,5 2 №=(1Д-1,2)Р..

i - 1

3. Выбирают материал магнитопровода, учитывая, что с повышением рабочей частоты большое значение имеют потери в стали. Поэтому для частот до 1000 Гц включительно рекомендуют стали марок Э340, Э360 с толщиной лент 5=0,15-7-0,08 мм; для частот до 30-50 кГц - пермалои марок 50Н, 34МКМП с толщиной лент 6=0,01-ьО,02 мм; для частот более 50 кГц - ферриты марки 2000 2000НМЗ и др.

4. На основании принятых ранее решений и полученного значения Pj. по табл. 4.4 ориентировочно выбирают максимальную индукцию в магнитопроводе В„ах, плотность токов в обмотках /, коэффициент заполнения окна магнитопровода, равный отно-



(0) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) (15) (16) (17) (18) (19) (20) (21) (22) (23) (24) (25) (26) (27) (28) (29) (30) (31) (32) (33) (34) (35) (36) (37) (38) (39) (40) (41) (42) (43) (44) ( 45 ) (46) (47) (48) (49) (50) (51) (52) (53) (54) (55) (56) (57) (58) (59) (60) (61) (62) (63) (64) (65) (66) (67) (68)