Расчет трансформаторов малой мощности

Расчет ТММ заключается в выборе материала, конфигурации и размеров магнитопровода, в определении данных обмоток (числа витков, марки и диаметра провода) и изоляции, а также электрических и эксплуатационных параметров (тока холостого хода, напряжения короткого замыкания, КПД и превышения температуры обмоток над температурой окружающей среды).

Связь между электромагнитными нагрузками (магнитная индукция, плотность тока в обмотках) и геометрическими размерами магнитопровода устанавливается электромагнитной мощностью трансформатора . В случае двухобмоточного трансформатора, работающего на чисто активную нагрузку, пренебрегая током холостого хода, можно записать:

, (1)

где , – действующие значения ЭДС первичной и вторичной обмоток, В;

, – действующие значения токов первичной и вторичной обмоток, А;

– коэффициент формы кривой напряжения питающей сети (при синусоидальном напряжении );

f – частота тока питающей сети, Гц;

– коэффициент заполнения стержня магнитопровода ферромагнит-

ным материалом (для прессованных магнитопроводов );

– коэффициент заполнения окна магнитопровода обмоточным

материалом (медью или алюминием);

– площадь поперечного сечения магнитопровода, см²;

– площадь поперечного сечения окна магнитопровода, см²;

j – плотность тока в обмотках, А/мм²;

B – максимальное значение магнитной индукции, Тл.

В источниках электропитания устройств связи ТММ, как правило, работают на нелинейную нагрузку – выпрямители. Питание ТММ может осуществляться от сети переменного тока синусоидальной или прямо-угольной формы напряжения. Однофазный трансформатор может иметь несколько вторичных обмоток с выводом нулевой (средней) точки, так и без ее вывода. Первичная обмотка ТММ также может иметь вывод нулевой точки (рис. 3, б). В общем случае суммарная электромагнитная мощность вторичных обмоток не равна электромагнитной мощности первичной обмотки. Поэтому за расчетную мощность трансформатора принимают полусумму электромагнитных мощностей первичных и вторичных обмоток.

Предположим, что ТММ, выполненный по схеме на рис. 3, а или б, имеет вторичных обмоток без вывода нулевой точки, и вторичных обмоток с выводом нулевой точки. Общее число вторичных обмоток трансформатора . Обозначим напряжение и ток k -й вторичной обмотки без вывода нулевой точки через и (действующие значения), а напряжение и ток полуобмотки k -й вторичной обмотки с выводом нулевой точки через и . Тогда суммарная расчетная мощность вторичных обмоток трансформатора

, (2)

где – число вторичных обмоток без вывода нулевой точки;

– общее число вторичных обмоток.

Рис. 3. Электрические схемы трансформаторов:

а – с выводом средней точки во вторичной обмотке; б – с выводом средней точки в первичной обмотке; в – автотрансформатора

Расчетная мощность ТММ, выполненного по схеме на рис. 3, а:

, (3)

где η – КПД трансформатора.

Для трансформатора, выполненного по схеме на рис. 3, б:

. (4)

Поскольку расчет трехфазного трансформатора ведется на одну фазу, то расчетная мощность его может определяться также выражениями (2) и (3), если полагать, что , , , – действующие значения напряжений и токов одной фазы трехфазного трансформатора. Следует отметить, что (3) и (4) справедливы в случае, если в выходных цепях трансформатора отсутствуют однотактные, однополупериодные схемы выпрямления.

При работе однофазного (трехфазного) трансформатора на чисто активную нагрузку:

, (5)

где – суммарная активная мощность, Вт, выделяемая во вторичных цепях трансформатора (приходящаяся на одну фазу).

В случае однофазного автотрансформатора (рис. 3, в), работающего на чисто активную нагрузку:

, (6)

где – коэффициент трансформации автотрансформатора.

Расчетная мощность трехфазного автотрансформатора также определя-ется (6) при условии подстановки в него действующих значений напряжения и тока фазы.

Для двухобмоточного трансформатора, работающего на линейную нагрузку с заданным коэффициентом мощности :

. (7)

Для определения по одному из приведенных выражений необходимо задаться КПД трансформатора. Ориентировочное значение КПД в зависимости от выходной мощности трансформатора можно определить для различных частот с помощью рис. 4 и 5, или вычислить по формуле:

. (8)

Рис. 4. Зависимость КПД трансформатора от суммарной выходной мощности

Рис. 5. Зависимость КПД трансформатора от суммарной выходной мощности

В общем случае напряжение питающей сети изменяется от до , поэтому максимальное значение расчетной мощности может также изменяться. Например, при расчете трансформатора, входящего в состав источника питания, выполненного по структурной схеме трансформатор –выпрямитель – последовательный линейный транзисторный стабилизатор, максимальное значение , а следовательно , будет иметь место при максимальном значении напряжения и максимальном значении тока в обмотках трансформатора. Поэтому расчет трансформатора в этом случае следует производить для максимальных значений напряжений обмоток трансформатора. В случае стабилизирующего однотактного (с прямым диодом) или двухтактного конвертора максимальное действующее значение токов в обмотках будет при минимальном значении напряжения питания. Поэтому расчет трансформатора следует осуществлять для этого режима его работы. Расчетная мощность трансформатора, входящего в состав источника питания, выполненного по структурной схеме трансформатор – выпрямитель – импульсный стабилизатор, практически не зависит от значения . В этом случае расчет трансформатора можно осуществлять для номинальных значений напряжения обмоток трансформа-тора.

Исходными данными для расчета ТММ являются действующие значения напряжений , , , …, , , …; частота тока питающей сети f; электрическая схема трансформатора; максимальные действующие значения токов , , …, , , …; назначение трансформатора и условия его работы. Расчет ТММ начинается с определения и выбора магнито-провода.

Выбор магнитопровода. После определения расчетной мощности трансформатора следует выбрать конструкцию магнитопровода и его материал, исходя из нормализованных магнитопроводов, выпускаемых промышленностью. Ряд магнитопроводов представляет собой совокупность геометрически подобных магнитопроводов, обеспечивающих возможность разработки трансформаторов минимальной массы, объема или стоимости. Однако при выборе для проектируемого ТММ той или иной конструкции магнитопровода следует учитывать простоту конструкции трансформатора в целом и его технологичность.

При напряжениях, не превышающих 1 кВ, и частоте сети 50 Гц для ТММ (30 В∙А) следует отдать предпочтение броневым трансформаторам. Лишь незначительно уступая стержневым трансформаторам по объему и массе, броневые трансформаторы, имеющие одну катушку, значительно технологичнее в изготовлении и проще по конструкции. При мощностях от нескольких десятков до нескольких сотен вольт-ампер при частоте 50 Гц и до нескольких киловольт-ампер при частоте 400 Гц наиболее предпочтитель-ными являются стержневые трансформаторы.

Трансформаторы с тороидальными магнитопроводами целесообразно применять при мощности до 100…200 В∙А и частоте 400 Гц в случаях, когда необходимо обеспечить минимальный объем или минимальное рассеяние. На частотах выше 2 кГц в основном применяются ленточные тороидальные магнитопроводы или прессованные тороидальные и броневые магнито-проводы.

Рекомендации по применению магнитных материалов для различных частот даны в табл. 1. Ряды ленточных и прессованных магнитопроводов для трансформаторов минимальных массы и объема приведены в приложе-нии П1.

После определения материала магнитопровода и его конфигурации (броневой, стержневой, тороидальный) необходимо выбрать типоразмер магнитопровода, для чего следует рассчитать произведение:

. (9)

При работе трансформатора в схемах двухтактных регулируемых преобразователей или инверторов:

, (10)

где – относительная длительность импульса прямоугольного напряжения.

Выражение (10) справедливо и для трансформатора однотактного преобразователя с прямым диодом при условии, что . Для трансфор-матора однотактного преобразователя с обратным диодом .

Значения электромагнитных нагрузок (B, j) в (9) зависят не только от частоты, материалов, применяемых для трансформатора, расчетной мощности, напряжений обмоток, конструктивного выполнения, условий работы, но и от выбранного критерия расчета. Трансформаторы малой мощности могут рассчитываться, исходя из заданного превышения температуры обмоток над температурой окружающей среды , значения тока холостого хода, падения напряжения в обмотках или КПД. При отсутствии ограничений на допустимое падение напряжения, ток холостого хода или КПД расчет ведется на заданную температуру перегрева обмоток.

На рис. 6 – 9 представлены зависимости электромагнитных нагрузок от расчетной мощности трансформатора, исходя из превышения температуры обмоток при максимальной температуре окружающей среды .

На рис. 6 представлены зависимости магнитной индукции для ленточных стержневых и броневых трансформаторов.

Рис. 6. Зависимости при для стержневых и броневых магнитопроводов: 1 – сталь 3412; 2, 3 – сталь 3423

Зависимости индукции от для трансформаторов двухтактных преобразователей представлены на рис. 7 – 8 (под B следует понимать максимальное значение магнитной индукции). При работе трансформаторов в преобразователях с самовозбуждением максимальная индукция должна быть равна индукции насыщения материала (для материалов 34НКМП и 50НП =1,45 Тл, а для сплава 79НМ =0,75 Тл).

Рис. 7. Зависимости при для кольцевых трансформаторов (магнитопровод из 34НКМП):

1 – толщина ленты 0,05 мм; 2 – толщина ленты 0,02 мм.

Рис. 8. Зависимости при для кольцевого трансформатора, материал сердечника 2000НМ1 (2000НМ3)

В трансформаторах однотактных преобразователей под B следует понимать . Значение должно быть меньше индукции насыщения. Например, для ферритов 2000НМ значение B обычно выбирают в пределах 0,05 … 0,07 Тл.

Значение плотности тока в обмотках ориентировочно определяют из зависимостей на рис. 9.

Рис. 9. Зависимости при

Коэффициент заполнения медью окна магнитопровода , зависящий от диаметра провода обмоток (мощности трансформатора), изоляции и напряжения обмоток, частоты питающей сети, может быть определен с помощью рис. 10.

Рис. 10. Зависимости : 1 – при f =50 Гц и U <100 В; 2 – при

f =50 Гц и U <300 В; 3 – при f =400 Гц и U <300 В; 4 – при f =1000 Гц и U <300 В; 5 – при f =5…10 кГц и U <300 В; 6 – при f >20 кГц и U <300 В

Значения коэффициента заполнения сталью (сплавом) сечения ленточных магнитопроводов в зависимости от толщины ленты даны в табл. 3.

Таблица 3

Зависимость коэффициента от толщины ленты

Толщина ленты, мм	0,5	0,35	0,15	0,1…0,08	0,05	0,02
	0,96	0,93	0,9	0,85	0,75…0,8	0,65…0,7

В случае прессованных магнитопроводов коэффициент =1.

Определив из (9) значение произведения , из приложения П1 выбирают типоразмер магнитопровода, имеющий ближайшее, большее к расчетному значению . Выбрав типоразмер магнитопровода, следует выписать из таблиц все его справочные данные (геометрические размеры, среднюю длину магнитной силовой линии, массу, активную площадь сечения магнитопровода и ).

Электрический расчет трансформатора. Число витков первичной и вторичной обмоток трансформатора:

;

; (11)

.

Рис. 11. Зависимости для трансформаторов: 1 – ленточных стержневых (Ст3412), , f =50 Гц; 2 – ленточных стержневых (Ст3423), , f =400 Гц; 3 – ленточных кольцевых (сплав 34НКМП), , f =1 кГц; 4 – кольцевых (феррит), f =50 кГц

Относительное изменение напряжения на выходе трансформатора (при изменении тока нагрузки от 0 до номинального значения) зависит от мощности, конструкции трансформатора, значений напряжения его обмоток, частоты и электромагнитных нагрузок. На рис. 11 приведены зависимости от расчетной мощности для различных конструкций низковольтных (до 1000 В) трансформаторов и различных материалов магнитопровода при разных частотах питающей сети.

Минимальное изменение напряжения имеет место в тороидальных трансформаторах (при прочих равных условиях). Это изменение напряжения примерно на 25…30% меньше, чем в трансформаторах стержневого типа.

Максимальное изменение напряжения имеет место в трансформаторах броневого типа. Оно на 20…30% больше, чем в трансформаторах стержне-вого типа.

Пользуясь кривыми 3 и 4 (рис. 11), можно приближенно определить изменение напряжения для тороидальных трансформаторов, работающих на частотах, отличных от указанных. Для требуемой мощности по кривым 3 для ленточных и 4 для прессованных магнитопроводов определяют , а по рис. 6 – 9 и табл. 3 находят значение .

Затем, пользуясь теми же рис. 6 – 9 и табл. 3, определяют параметр для трансформатора, работающего на частоте . Изменение напряжения:

. (12)

В случае расчета для трансформаторов с прессованными магнито-проводами в (12) следует принять = =1.

Потери в магнитопроводе трансформатора могут быть определены, исходя из массы магнитопровода и удельных потерь:

, (13)

где – удельные потери в 1 кг материала магнитопровода при нормиро-ванных значениях магнитной индукции и частоты , .

Удельные потери зависят также от марки материала магнитопровода, толщины ленты и закона изменения магнитной индукции. На рис. 12 – 14 приведены зависимости удельных потерь от магнитной индукции при синусоидальном законе ее изменения.

Рис. 12. Зависимости : 1 – сталь 3413, , f =50 Гц;

2 – сталь 3412, , f =50 Гц; 3 – сталь 3412, , f =50 Гц

Рис. 13. Зависимости : 1 – сталь 3423, , f = 400 Гц;

2 – сталь 3423, , f = 400 Гц; 3 – сплав 34НКМ, ,

f = 1000 Гц; 4 – сплав 34НКМП, , f = 2,4 кГц

Рис. 14. Зависимости : 1 – 2000НМ3, f = 20 кГц;

2 – 2000НМ3, f = 50 кГц; 3 – 2000НМ3, f = 75 кГц; 4 – 2000НМ3, f = 100 кГц;

5 – 34НКМП, , f = 5 кГц; 6 – 34НКМП, , f = 10 кГц;

7 – 34НКМП, , f = 20 кГц

Значения удельных потерь для материалов и сплавов, не нашедших отражения на рис. 12 – 14, можно приближенно рассчитать по формуле , где – удельные потери, определяемые из рис. 12 – 14 для нормированной частоты ; α – показатель степени, зависящий от марки материала (табл. 4).

Таблица 4

Значения коэффициента α

Материал		34НКМП	2000НМ3
Α	1,8	1,4	1,1

При прямоугольной зависимости напряжения магнитная индукция изменяется по несинусоидальному закону.

Для регулируемых двухтактных преобразователей магнитная индукция в общем случае изменяется по трапецеидальному закону (при закон изменения близок к прямоугольному, при – к треугольному). Следова-тельно, при неизменном максимальном значении индукции (это соответ-ствует неизменному среднему значению напряжения на обмотках трансфор-матора) с уменьшением γ амплитуда первой гармоники разложения в ряд Фурье убывает, а амплитуда третьей гармоники изменяется незначительно.

В случае нерегулируемых преобразователей (с самовозбуждением) определение удельных потерь по данным, приведенным в литературе для синусоидального закона изменения индукции (при условии равенства максимальных значений индукции для этих двух случаев), приводит к ошибке, не превышающей 20%.

Поэтому удельные потери в магнитопроводе трансформатора преобразователя можно с достаточной степенью точности определять по зависимостям на рис. 12 – 14 (для трансформаторов двухтактных и одно-тактных преобразователей).

Действующее значение активной составляющей тока холостого хода можно записать в виде:

, (14)

где – действующее значение напряжения первичной обмотки трансфор-матора, В.

Действующее значение реактивной составляющей тока холостого хода ленточных разрезных трансформаторов при синусоидальной форме напря-жения определяется по формуле:

, (15)

где H – эффективное значение напряженности магнитного поля, соответст-

вующее максимальной магнитной индукции, ;

– средняя длина магнитной силовой линии, см;

– число немагнитных зазоров (для броневого и стержневого трансфор-

маторов , для тороидального );

– длина немагнитного зазора, принятая для ленточных трансформато-

ров 0,002 см;

– число витков первичной обмотки.

Напряженность магнитного поля в зависимости от амплитудного значения магнитной индукции B для материалов 3412, 3423, 34НКМП и 2000НМ3 можно определить из табл. 5 и рис. 15, 16.

Таблица 5

Напряженность магнитного поля при фиксированных значениях B

f, кГц	B, Тл	Марка материала
34НКМП	34НКМП	34НКМП	2000НМ3
	0,5 0,65				– – –
2,4	0,5 0,65				– – –
	0,5 0,65				– – –
	0,2 0,3 0,5 0,65	– – – – –	– –	– –	– – –
	0,2 0,3 0,5 0,65	– – – – –	– – – – –	– –	– – –

Примечание. Δ – толщина ленты.

Рис. 15. Зависимости для

Рис. 16. Зависимости для феррита 2000НМ3

Действующее значение реактивной составляющей тока холостого хода тороидальных трансформаторов двухтактных регулируемых преобразовате-лей можно определить по формуле:

. (16)

В случае однотактного преобразователя с прямым включением диода:

. (17)

Максимальное значение напряженности поля для феррита 2000НМ3 может быть определено с помощью рис. 16 при индукции, равной .

В однотактных преобразователях с обратным диодом трансформатор работает «в режиме двухобмоточного дросселя» и понятие «ток холостого хода» теряет смысл.

Действующее значение тока холостого хода:

. (18)

Действующее значение тока первичной обмотки трансформатора, имеющего в общем случае p вторичных обмоток, из которых с выводом нулевой точки (рис. 3, а, б):

. (19)

В (19) принимает значение 2, если первичная обмотка имеет вывод нулевой точки (рис. 3, б), в противном случае (рис. 3, а).

Для однотактного преобразователя с обратным включением диода:

. (20)

где – максимальное среднее значение тока нагрузки преобразователя.

Действующее значение тока первичной обмотки трансформатора, работающего на чисто активную нагрузку:

. (21)

где – суммарная мощность, выделяемая в нагрузке трансформатора.

Поперечные сечения проводов первичной и вторичных обмоток:

(22)

Рекомендуемые значения плотности тока j, обеспечивающие темпера-туру перегрева обмоток до 50 °С, приведены на рис. 9. Окончательно плотности тока в обмотках могут быть определены после окончания конструктивного и теплового расчетов трансформатора.

Задавшись плотностью тока в обмотках и вычислив поперечное сечение проводов обмоток , , , по табл. П2.1 выберем ближайшее стандартное сечение проводов , , и их марку.

Наибольшее применение находят медные провода круглого или прямоугольного сечения с эмалевой изоляцией, имеющие малую толщину изоляции и высокую электрическую прочность. Выбор марки провода осуществляется прежде всего исходя из допустимой рабочей температуры провода (), амплитудного значения рабочего напряжения обмоток и силы тока в обмотках.

При напряжениях обмоток до 500 В и токах до нескольких ампер рекомендуется применять провода марки ПЭВ-1 (), ПЭТВ (130 °С), ПСД (155 °С) и ПСДК (180 °С). При больших токах (более 5 А) следует применять провода прямоугольного сечения (например, марок ПЭВП, ПБД при или ПСД, ПСДК при 155 °С). При более высоких рабочих напряжениях рекомендуется применять провода марок ПЭВ-2 и ПЭВТЛ-2. Провода марки ПЭЛШО (при d < 0,2 мм) следует приме-нять при изготовлении тороидальных трансформаторов малой мощности лишь в тех случаях, когда применение других марок невозможно.

Выбрав провода для всех обмоток трансформатора из приложения П2, следует выписать следующие данные: поперечное сечение , , , мм²; диаметр провода с изоляцией , , , мм; без изоляции , , , мм; массу 1 м провода , , .

По выбранному сечению провода уточняют плотность тока в обмотках:

; ; . Далее уточняется средняя плотность тока в обмотках:

.

Конструктивный расчет броневых и стержневых трансформаторов заключается в определении геометрических размеров каждой из обмоток трансформатора и в проверке возможности размещения обмоток на магнитопроводе.

Геометрические размеры и электрические параметры каждой из обмоток определяются не только числом витков, диаметром проводников и рабочим напряжением обмотки, но и местом расположения ее в окне магнитопровода. Поэтому конструктивный расчет трансформатора должен начинаться с согласования плана размещения обмоток в окне магнито-провода с указанием числа витков и диаметра провода с изоляцией для каждой из обмоток.

Обмотки броневых и стержневых трансформаторов выполняются в виде катушек каркасной или бескаркасной намотки. В обоих случаях используется, как правило, рядовая многослойная намотка обмоток по всей высоте окна магнитопровода. Каркас отличается от гильзы наличием боковых щек, имеющих обычно толщину, равную толщине гильзы: . Толщина гильзы (каркаса) обычно составляет 1…3 мм. Зазор между гильзой и магнитопроводом должен быть в пределах 0,5…1 мм.

Размещение обмоток на магнитопроводе броневого типа при каркасной намотке показано на рис. 17.

Рис. 17. Размещение обмоток на магнитопроводе броневого типа

Ближе к стержню магнитопровода обычно располагают первичную обмотку (сетевую, коллекторную), а затем вторичную (вторичные). Перед намоткой первичной обмотки поверх гильзы укладывается один (при рабочем напряжении до 250 В) или несколько слоев кабельной или пропиточной бумаги. Толщина одного слоя составляет 0,12 или 0,11 мм. При бескаркасной намотке для предотвращения «западания» витков из после-дующих рядов (слоев) в предыдущие после намотки каждого ряда любой из обмоток укладывается межслоевая изоляция. При диаметре провода до 0,2 мм и рабочем напряжении между слоями до 60 В межслоевая изоляция выполняется одним слоем конденсаторной бумаги КОН-2 толщиной 0,022 мм. При диаметре провода до 0,8 мм и рабочем напряжении между слоями до 80 В – одним слоем телефонной, КТН или намоточной ЭН бумаги толщиной 0,05 мм. При диаметре провода свыше 0,8 мм и рабочем напряжении между слоями до 100 В – одним слоем кабельной К-12 (толщиной 0,12 мм) или пропиточной ЭИП (0,11 мм) бумаги. С увеличением рабочего напряжения между слоями увеличивают число слоев межслоевой изоляции. В случае каркасной намотки проводом до 0,5 мм межслоевая изоляция может укладываться через несколько слоев так, чтобы напряжение между изолируемыми слоями не превышало 150 В.

Высота одного слоя первичной обмотки броневого или стержневого трансформатора составляет:

, (23)

где h – высота окна магнитопровода, мм.

При каркасной намотке высота слоя любой из вторичных обмоток равна высоте слоя первичной обмотки, если рабочее напряжение вторичной обмотки меньше 1000 В. При наличии высоковольтной вторичной обмотки высота ее слоя должна быть уменьшена с учетом необходимости введения концевой изоляции.

Для бескаркасной намотки высота слоя каждой последующей вторич-ной обмотки должна быть уменьшена для исключения возможного сброса витков на 0,5…1 мм по отношению к высоте слоя предыдущей обмотки:

, (24)

где i – номер вторичной обмотки в порядке ее намотки вслед за первичной.

Число витков в одном слое каждой обмотки:

,

, (25)

где , – диаметр провода с изоляцией первичной, i -й вторичной

обмотки, мм;

, – коэффициенты укладки, учитывающие неплотность намотки

обмоток.

Значения коэффициента укладки в зависимости от диаметра провода приведены в табл. 6.

Таблица 6

Значения для броневых и стержневых трансформаторов

d, мм	0,2	0,2…0,5	0,5…0,8	0,8…1
	0,9	0,93	0,95	0,9	0,85

В случае каркасной намотки и число витков в одном слое обмотки не зависит от места ее расположения в окне магнитопровода. Поэтому в (25) вместо можно подставлять непосредственно ранее определенные и .

Число витков в одном слое для каждой обмотки следует округлить до ближайшего меньшего целого числа, если обмотка, имеющая вывод нулевой точки, наматывается в два провода:

.

Число слоев каждой из обмоток:

;

, (26)

где – число катушек на магнитопроводе (в случае броневого

трансформатора , стержневого );

, – числа витков обмоток, определяемые из (11).

В (26) для обмоток без вывода нулевой точки, наматываемых в один провод, или для обмоток с выводом нулевой точки, наматываемых в два провода, и принимают значения, равные 1, в противном случае – равны 2. Число слоев каждой обмотки следует округлять до ближайшего большего целого числа.

После укладки каждой обмотки на каркасе (гильзе) помещается межобмоточная (наружная) изоляция, выполненная из кабельной или пропиточной бумаги, намотанной в несколько слоев. При рабочем напряжении обмоток до 500 В изоляция выполняется в два слоя, так что толщина изоляции составляет . При более высоких напряжениях между обмотками число слоев изоляции определяют из расчета в среднем два слоя на 500 В.

Радиальный размер первичной и вторичных обмоток катушки:

, . (27)

Коэффициент 1,2 в (27) учитывает неплотность намотки обмоток и межслоевой изоляции в радиальном направлении.

Радиальный размер всех обмоток катушки с учетом межслоевой, межобмоточной и наружной изоляций:

. (28)

Свободный промежуток в окне магнитопровода между катушкой и ярмом броневого трансформатора:

. (29)

и между катушками стержневого трансформатора:

, (30)

где c – ширина окна магнитопровода.

Свободный промежуток должен быть не менее 1…1,5 мм. Если , то следует выбрать магнитопровод с большей площадью окна или увеличить электромагнитные нагрузки (магнитную индукцию, плотность тока). Если , то также требуется произвести новый вариант расчета.

Конструктивный расчет тороидальных трансформаторов. Обмотки тороидального (кольцевого) трансформатора наматываются непосредственно на изолированный магнитопровод. Изоляция кольцевого магнитопровода может выполняться наложением на его торцевые части картонных (0,2 мм) или полиэтилентерефталатных (0,235 мм) колец с отбортовкой и последующей изоляцией стеклолентой в один слой (0,15 мм) с половинным перекрытием по внешнему диаметру кольца или с помощью специальной изолирующей гильзы и кольца. Изоляция прессованных магнитопроводов может осуществляться непосредственной намоткой на магнитопровод стеклоткани (0,11 мм). В зависимости от способа изоляции магнитопровода толщина гильзы может лежать в пределах 0,3…3 мм.

Ближе к магнитопроводу располагается первичная (коллекторная) обмотка. Все обмотки укладываются в целое число слоев равномерно по периметру магнитопровода. Обмотки с нулевым выводом выполняются двумя проводами. Межобмоточная изоляция осуществляется обычно микалентной бумагой (0,02 мм), причем общая толщина изоляции в зависимости от рабочего напряжения обмоток берется такой же, как в броневых и стержневых трансформаторах (). Межслоевая изоляция в тороидальных трансформаторах чаще всего не применяется или выполняется в один слой стеклолакотканью при диаметре проводов свыше 0,5 мм.

Рис. 18. Сечение обмоток кольцевого трансформатора

На рис. 18 показано развернутое по внутреннему диаметру сечение обмоток тороидального трансформатора. Значения допустимых остаточных диаметров окна магнитопровода после намотки обмоток приводятся в табл. 7. Для колец меньших размеров, чем указано в табл. 7, .

Среднее значение высоты (длины) намоточного слоя первичной обмотки:

, (31)

где – остаточный диаметр, определяемый из табл. 7;

– толщина изоляции магнитопровода (по внутреннему диаметру кольца).

Таблица 7

Значения

Внутренний диаметр магнитопровода d, мм

Допустимый остаточный диаметр , мм

Среднее число витков в одном слое первичной обмотки находится из (25) при .

Число слоев первичной обмотки определяется по (26) с округлением до ближайшего большего целого числа.

Радиальный размер первичной обмотки вычисляется по (27).

Внутренний диаметр после намотки первичной обмотки:

. (32)

Средняя высота слоя i -й вторичной обмотки (i – номер вторичной обмотки в порядке ее намотки вслед за первичной):

. (33)

Радиальный размер i -й вторичной обмотки приближенно может быть определен следующим выражением:

, (34)

где – расчетная (габаритная) мощность i -й вторичной обмотки (для

вторичной обмотки с выводом нулевой точки , для

обмоток без вывода нулевой точки );

– суммарная расчетная мощность вторичных обмоток, определяемая

(2);

– радиальный размер первичной обмотки.

Затем, как это было показано для первичной обмотки, по (25) – (27) определяют число витков в одном слое i -й вторичной обмотки, число слоев и уточняют ее радиальный размер .

Остаточный диаметр после намотки обмоток:

(35)

должен быть не менее значения, принятого по табл. 7.

Дата добавления: 2015-07-20