Расчет тока трансформатора по низкой стороне: 1. ПАРАМЕТРЫ СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА, НЕОБХОДИМЫЕ ДЛЯ ВЫБОРА ЕГО ЗАЩИТЫ

Содержание

Онлайн расчет трансформатора за 6 простых шагов

Ремонт современных электрических приборов и изготовление самодельных конструкций часто связаны с блоками питания, пускозарядными и другими устройствами, использующими трансформаторное преобразование энергии. Их состояние надо уметь анализировать и оценивать.

Считаю, что вам поможет выполнить расчет трансформатора онлайн калькулятор, работающий по подготовленному алгоритму, или старый проверенный дедовский метод с формулами, требующий вдумчивого отношения. Испытайте оба способа, используйте лучший.

Содержание статьи

Сразу заостряю ваше внимание на том вопросе, что приводимые методики не способны точно учесть магнитные свойства сердечника, который может быть выполнен из разных сортов электротехнических стали.

Поэтому реальные электрические характеристики собранного трансформатора могут отличаться на сколько-то вольт или число ампер от полученного расчетного значения. На практике это обычно не критично, но, всегда может быть откорректировано изменением числа количества в одной из обмоток.

Поперечное сечение магнитопровода передает первичную энергию магнитным потоком во вторичную обмотку. Обладая определенным магнитным сопротивлением, оно ограничивает процесс трансформации.

От формы, материала и сечения сердечника зависит мощность, которую можно преобразовывать и нормально передавать во вторичную цепь.

Как пользоваться онлайн калькулятором для расчета трансформатора пошагово

Подготовка исходных данных за 6 простых шагов

Шаг №1. Указание формы сердечника и его поперечного сечения

Лучшим распределением магнитного потока обладают сердечники, набранные из Ш-образных пластин. Кольцевая форма из П-образных составляющих деталей обладает большим сопротивлением.

Для проведения расчета надо указать форму сердечника по виду пластины (кликом по точке) и его измеренные линейные размеры:

  1. Ширину пластины под катушкой с обмоткой.
  2. Толщину набранного пакета.

Вставьте эти данные в соответствующие ячейки таблицы.

Шаг №2. Выбор напряжений

Трансформатор создается как повышающей, понижающей (что в принципе обратимо) или разделительной конструкцией. В любом случае вам необходимо указать, какие напряжения вам нужны на его первичной и вторичной обмотке в вольтах.

Заполните указанные ячейки.

Шаг №3. Частота сигнала переменного тока

По умолчанию выставлена стандартная величина бытовой сети 50 герц. При необходимости ее нужно изменить на требуемую по другому расчету. Но, для высокочастотных трансформаторов, используемых в импульсных блоках питания, эта методика не предназначена.

Их создают из других материалов сердечника и рассчитывают иными способами.

Шаг №4. Коэффициент полезного действия

У обычных моделей сухих трансформаторов КПД зависит от приложенной электрической мощности и вычисляется усредненным значением.

Но, вы можете откорректировать его значение вручную.

Шаг №5. Магнитная индуктивность

Параметр определяет зависимость магнитного потока от геометрических размеров и формы проводника, по которому протекает ток.

По умолчанию для расчета трансформаторов принят усредненный параметр в 1,3 тесла. Его можно корректировать.

Шаг №6. Плотность тока

Термин используется для выбора провода обмотки по условиям эксплуатации. Среднее значение для меди принято 3,5 ампера на квадратный миллиметр поперечного сечения.

Для работы трансформатора в условиях повышенного нагрева его следует уменьшить. При принудительном охлаждении или пониженных нагрузках допустимо увеличить. Однако 3,5 А/мм кв вполне подходит для бытовых устройств.

Выполнение онлайн расчета трансформатора

После заполнения ячеек с исходными данными нажимаете на кнопку «Рассчитать». Программа автоматически обрабатывает введенные данные и показывает результаты расчета таблицей.

Как рассчитать силовой трансформатор по формулам за 5 этапов

Привожу упрощенную методику, которой пользуюсь уже несколько десятков лет для создания и проверки самодельных трансформаторных устройств из железа неизвестной марки по мощности нагрузки.

По ней мне практически всегда получалось намотать схему с первой попытки. Очень редко приходилось добавлять или уменьшать некоторое количество витков.

Этап №1. Как мощность сухого трансформатора влияет на форму и поперечное сечение магнитопровода

В основу расчета положено среднее соотношение коэффициента полезного действия ŋ, как отношение электрической мощности S2, преобразованной во вторичной обмотке к приложенной полной S1 в первичной.

ŋ = S1 / S2

Потери мощности во вторичной обмотке оценивают по статистической таблице.

Мощность трансформатора, ватты Коэффициент полезного действия ŋ
15÷50 0,50÷0,80
50÷150 0,80÷0,90
150÷300 0,90÷0,93
300÷1000 0,93÷0,95
>1000 0.95÷0,98

Электрическая мощность устройства определяется произведением номинального тока, протекающего по первичной обмотке в амперах, на напряжение бытовой проводки в вольтах.

Она преобразуется в магнитную энергию, протекающую по сердечнику, полноценно распределяясь в нем в зависимости от формы распределения потоков:

  1. для кольцевой фигуры из П-образных пластин площадь поперечного сечения под катушкой магнитопровода рассчитывается как Qc=√S1;
  2. у сердечника из Ш-образных пластин Qc=0,7√S1.

Сердечники трансформаторов

Таким образом, первый этап расчета позволяет: зная необходимую величину первичной или вторичной мощности подобрать магнитопровод по форме и поперечному сечению сердечника;или по габаритам имеющегося магнитопровода оценить электрические мощности, которые сможет пропускать проектируемый трансформатор.

Этап №2. Особенности вычисления коэффициента трансформации и токов внутри обмоток

Силовой трансформатор создается для преобразования электрической энергии одной величины напряжения в другое, например, U1=220 вольт на входе и U2=24 V — на выходе.

Коэффициент трансформации в приведенном примере записывается как выражение 220/24 или дробь с первичной величиной напряжения в числителе, а вторичной — знаменателе. Он же позволяет определить соотношение числа витков между обмотками.

n = W1 / W2

Коэффициент трансформации трансформатора

На первом этапе мы уже определили электрические мощности каждой обмотки. По ним и величине напряжения необходимо рассчитать силу электрического тока I=S/U внутри любой катушки.

Этап №3. Как вычислить диаметры медного провода для каждой обмотки

При определении поперечного сечения проводника катушки используется эмпирическое выражение, учитывающее, что плотность тока лежит в пределах 1,8÷3 ампера на квадратный миллиметр.

Расчет диаметра провода

Величину тока в амперах для каждой обмотки мы определили на предыдущем шаге.

Теперь просто извлекаем из нее квадратный корень и умножаем на коэффициент 0,8. Полученное число записываем в миллиметрах. Это расчетный диаметр провода для катушки.

Он подобран с учетом выделения допустимого тепла из-за протекающего по нему тока. Если место в окне сердечника позволяет, то диаметр можно немного увеличить. Тогда эти обмотки будут лучше приспособлены к тепловым нагрузкам.

Когда даже при плотной намотке все витки провода не вмещаются в окне магнитопровода, то его поперечное сечение допустимо чуть уменьшить. Но, такой трансформатор следует использовать для кратковременной работы и последующего охлаждения.

При выборе диаметра провода добиваются оптимального соотношения между его нагревом при эксплуатации и габаритами свободного пространства внутри сердечника, позволяющими разместить все обмотки.

Этап №4. Определение числа витков обмоток по характеристикам электротехнической стали: важные моменты

Вычисление основано на использовании магнитных свойств железа сердечника. Промышленные трансформаторы собираются из разных сортов электротехнической стали, подбираемые под конкретные условия работы. Они рассчитываются по сложным, индивидуальным алгоритмам.

Домашнему мастеру достаются магнитопроводы неизвестной марки, определить электротехнические характеристики которой ему практически не реально. Поэтому формулы учитывают усредненные параметры, которые не сложно откорректировать при наладке.

Для расчета вводится эмпирический коэффициент ω’. Он учитывает величину напряжения в вольтах, которое наводится в одном витке катушки и связан с поперечным сечением магнитопровода Qc (см кв).

ω’=45/Qc (виток/вольт)

Расчет числа витков трансформатора

В первичной обмотке число витков вычислим, как W1= ω’∙U1, а во вторичной — W2= ω’∙U2.

Этап №5. Учет свободного места внутри окна магнитопровода

На этом шаге требуется прикинуть: войдут ли все обмотки в свободное пространство окна сердечника с учетом габаритов катушки.

Для этого допускаем, что провод имеет сечение не круглое, а квадрата со стороной одного диаметра. Тогда при совершенно идеальной плотной укладке он займет площадь, равную произведению единичного сечения на количество витков.

Увеличиваем эту площадь процентов на 30, ибо так идеально намотать витки не получится. Это будет место внутри полостей катушки, а она еще займет определенное пространство.

Далее сравниваем полученные площади для катушек каждой обмотки с окном магнитопровода и делаем выводы.

Второй способ оценки — мотать витки «на удачу». Им можно пользоваться, если новая конструкция перематывается проводом со старых рабочих катушек на том же сердечнике.

4 практических совета по наладке и сборке трансформатора: личный опыт

Сборка магнитопровода

Степень сжатия пластин влияет на шумы, издаваемые железом сердечника при вибрациях от протекающего по нему магнитного потока.

Одновременно не плотное прилегание железа с воздушными зазорами увеличивает магнитное сопротивление, вызывает дополнительные потери энергии.

Если для стягивания пластин используются металлические шпильки, то их надо изолировать от железа сердечника бумажными вставками и картонными шайбами.

Иначе по этому креплению возникнет искусственно созданный короткозамкнутый виток. В нем станет наводиться дополнительная ЭДС, значительно снижающая коэффициент полезного действия.

Состояние изоляции крепежных болтов относительно железа сердечника проверяют мегаомметром с напряжением от 1000 вольт. Показание должно быть не менее 0,5 Мом.

Расчет провода по плотности тока

Оптимальные размеры трансформатора играют важную роль для устройств, работающих при экстремальных нагрузках.

Для питающей обмотки, подключенной к бытовой проводке лучше выбирать плотность тока из расчета 2 А/мм кв, а для остальных — 2,5.

Способы намотки витков

Быстрая навивка на станке «внавал» занимает повышенный объем и нормально работает при относительно небольших диаметрах провода.

Качественную укладку обеспечивает намотка плотными витками один возле другого с расположением их рядами и прокладкой ровными слоями изоляции из конденсаторной бумаги, лакоткани, других материалов.

Хорошо подходят для создания диэлектрического слоя целлофановые (не из полиэтилена) ленты. Можно резать их от упаковок сигарет. Отлично справляется с задачами слоя изоляции кулинарная пленка для запекания мясных продуктов и выпечек.

Она же придает красивый вид внешнему покрытию катушки, одновременно обеспечивая ее защиту от механических повреждений.

Обмотки сварочных и пускозарядных устройств, работающие в экстремальных условиях с высокими нагрузками, желательно дополнительно пропитывать между рядами слоями силикатного клея (жидкое стекло).

Ему требуется дать время, чтобы засох. После этого наматывают очередной слой, что значительно удлиняет сроки сборки. Зато созданный по такой технологии трансформатор хорошо выдерживает высокие температурные нагрузки без создания межвитковых замыканий.

Как вариант такой защиты работает пропитка рядов провода разогретым воском, но, жидкое стекло обладает лучшей изоляцией.

Когда длины провода не хватает для всей обмотки, то его соединяют. Подключение следует делать не внутри катушки, а снаружи. Это позволит регулировать выходное напряжение и силу тока.

Замер тока на холостом ходу трансформатора

Мощные сварочные аппараты требуют точного подбора объема пластин и количества витков под рабочее напряжение, что взаимосвязано.

Выполнить качественную наладку позволяет замер тока холостого хода при оптимальной величине напряжения на входной обмотке питания.

Его значение должно укладываться в предел 100÷150 миллиампер из расчета на каждые 100 ватт приложенной мощности для трансформаторных изделий длительного включения. Когда используется режим кратковременной работы с частыми остановками, то его можно увеличить до 400÷500 мА.

Выполняя расчет трансформатора онлайн калькулятором или проверку его вычислений дедовскими формулами, вам придется собирать всю конструкцию в железе и проводах. При первых сборках своими руками можно наделать много досадных ошибок.

Чтобы их избежать рекомендую посмотреть видеоролик владельца Юность Ru. Он очень подробно и понятно объясняет технологию сборки и расчета. Под видео расположено много полезных комментариев, с которыми тоже следует ознакомиться.

Если заметите в ролике некоторые моменты, которые немного отличаются от моих рекомендаций, то можете задавать вопросы в комментариях. Обязательно обсудим.

Силовые трансформаторы, простой расчет — Радиомастер инфо

Заставка vВ статье на конкретном примере приводится простой метод расчета силового трансформатора для блока питания или зарядного устройства.

 

 

  1. Перед тем, как использовать силовой трансформатор необходимо определиться с его мощностью.

Например, нужно рассчитать силовой трансформатор для зарядного устройства, которым будем заряжать автомобильные аккумуляторы емкостью до 60 А/час.

Как известно, ток заряда равен 0,1 от емкости аккумулятора, в нашем случае это 6 Ампер.

Напряжение для заряда аккумулятора должно быть не менее 15 В, плюс падение напряжения на диодах и  токоограничивающем резисторе, примем его около 5 В.

Итого, напряжение вторичной обмотки должно быть около 20 В, при токе до 6 А. Мощность при этом, будет равна Р = 6 А х 20 В = 120 Вт.

Схема 3нv

К.п.д. силового трансформатора при мощности до 60 Вт составляет 0,75. При мощности до 150 Вт 0,8 и при больших мощностях 0,85.

В нашем случае принимаем к.п.д. равным 0,8.

При мощности вторичной обмотки 120 Вт, с учетом к.п.д. мощность первичной обмотки равна:

120 Вт : 0,8 = 150 Вт.

  1. По этой мощности определяем площадь поперечного сечения сердечника, на котором будут расположены обмотки.

S (см2) = (1,0 ÷1,2) √Р

Коэффициент перед корнем квадратным из мощности зависит от качества электротехнической стали сердечника.

Принимаем его равным среднему значению 1,1 и получаем площадь сердечника равной 13,5 см2.

Сердечник 1v

  1. Теперь нужно определить дополнительную величину – количество витков на вольт. Обозначим ее N.

N = (50 ÷70)/S (см2)

Коэффициент от 50 до 70 зависит от качества стали. Возьмем среднее значение 60. Получаем количество витков на вольт равным:

N = 60/13,5 = 4,44

Округлим это значение до 4,5 витка на вольт.

Первичная обмотка будет работать от 220 В. Ее количество витков равно 220 х 4,5 = 990 витков.

Вторичная обмотка должна выдавать 20 В. Ее количество витков равно 20 х 4,5 = 90 витков.

  1. Осталось определить диаметр провода обмоток.

Для этого нужно знать ток каждой обмотки. Для вторичной обмотки ток нам известен, его величина 6 А.

Ток первичной обмотки определим, как мощность, деленную на напряжение. (Сдвиг фаз для упрощения расчета учитывать не будем).

I1 = 150 Вт / 220 В = 0,7 А

Диаметр провода определяем по формуле:

D(мм) = (0,7÷0,8)√I(А)

Коэффициент перед корнем квадратным влияет на плотность тока в проводе. Чем больше его значение, тем меньше будет греться провод при работе. Примем среднее значение.

Для меди плотность тока до 3,2 А/мм кв, для алюминиевых проводов до 2А/мм кв.

Диаметр провода первичной обмотки:

D1 = 0,75 √0,7 = 0,63 мм

Диаметр провода вторичной обмотки:

D2 = 0,75 √6 = 1,84 мм

Для намотки выбираем ближайший больший диаметр. Если нет толстого провода для вторичной обмотки, можно намотать ее в два провода. При этом суммарная площадь сечения проводов должна быть не меньше площади сечения для рассчитанного диаметра провода. Как известно, площадь сечения равна πr² , где π это 3,14, а r — радиус провода.

Вот и весь расчет.

Если вторичных обмоток несколько, сумма их мощностей не должна превышать величину, равную мощности первичной обмотки, умноженной на к.п.д. Количество витков на вольт одинаково для всех обмоток конкретного трансформатора. Если известно количество витков на вольт, можно намотать обмотку на любое напряжение, главное, чтобы она влезла в окно магнитопровода. Диаметр провода каждой обмотки определяется исходя из величины тока этой обмотки.

Овладев этой простой методикой, вы сможете не только изготовить нужный вам силовой трансформатор, но и подобрать уже готовый.

Материал статьи продублирован на видео:

Расчет основных электрических величин и главной изоляции обмоток трансформатора

Расчет трансформатора начинается с определения основных электрических величин: мощности на одну фазу и стержень; номинальных токов на стороне ВН и НН; фазных токов и напряжений.

¨ Мощность одной фазы трансформатора, кВ*А,

=  ,
где S – мощность трансформатора; m – число фаз.

¨ Мощность на одном стержне, кВ*А,

S` =  ,
где C– число активных (несущих обмотки) стержней.

Обычно для 3-фазных трансформаторов число фаз равно числу стержней.

¨ Номинальный (линейный) ток, А,

на стороне НН I1 = ;
на стороне ВН I2 = ,
где S – мощность трансформатора, кВ*А; U1и U2 – соответствующие значения напряжений обмоток, кВ.

Для однофазного трансформатора номинальный ток, А, определяется по формуле
I = .
При определении токов мощность подставляется в киловатт-амперах (кВ*А), а напряжение в киловольтах (кВ).

¨ Фазные токи, А, трехфазных трансформаторов

при соединении в звезду или зигзаг:
Iф = Iл;

при соединении обмотки в треугольник
Iф = ,
где IЛ – номинальный линейный ток трансформатора.

Схема соединения и группа обмоток обычно задается.


¨ Фазные напряжения, В, трансформатора

при соединении обмотки в звезду или зигзаг:
=,
при соединении обмотки в треугольник:

Uф = Uл,
где Uл – номинальное линейное напряжение соответствующих обмоток.

¨ Испытательное напряжение трансформатора

Необходимо для определения основных изоляционных промежутков, между обмотками и другими токоведущими деталями.

Это напряжение, при котором проводится испытание трансформатора, а именно электрическая прочность изоляции.
Испытательное напряжение для каждой обмотки трансформатора определяется по табл. 1 или 2 в зависимости от класса напряжения соответствующей обмотки.

Таблица 1

Испытательные напряжения промышленной частоты (50 Гц) для масляных силовых трансформаторов (ГОСТ 1516.1-76)
          

Класс

напряжения, кВ

3

6

10

15

20

35

110

150

220

330

500

Наибольшее
рабочее

напряжение, кВ

3,6

7,2

12,0

17,5

24

40,5

126

172

252

363

525

Испытательное
напряжение Uисп, кВ

18

25

35

45

55

85

200

230

325

460

630

Примечание. Обмотки масляных и сухих трансформаторов с рабочим напряжением до 1 кВ имеет Uисп = 5 кВ.

Таблица  2

Испытательные напряжения промышленной частоты (50 Гц) для сухих силовых трансформаторов (ГОСТ 1516.1-76)

Класс напряжения, кВ

До 1,0

3

6

10

15

Испытательное напряжение, кВ

3

10

16

24

37

Таким образом, испытательные напряжения обмоток являются критерием определения всех изоляционных промежутков в силовом трансформаторе.

Ниже приводятся основные таблицы, по которым определяются изоляционные промежутки главной изоляции, геометрические размеры охлаждающих каналов (табл. 3, 4). В табл. 5 – нормальная витковая изоляция проводов различных марок.

Таблица 3

Главная изоляция. Минимальные изолированные

расстояния обмоток НН с учетом конструктивных требований
(для масляных трансформаторов)
   

Мощность трансформатора S, кВ*А

Uисп для
НН, кВ

НН от ярма

L01, кВ

НН от стержня, мм

d01

aц1

a01

Lц1

25–250

400–630*
1000–2500

630–1600
2500–6300

630 и выше
630 и выше

Все мощности

5

5*
5

18; 25 и 35
18; 25 и 35

45
55

85

15

 

Принимается равным найденному по испытательному напряжению обмотки ВН

Картон 2×0,5

То же

4
4

4
5

5
6


6

6
8

10
13

19

4

5
15

15
17,5

20
23

30


18

25
25

30
45

70

* Для винтовой обмотки с испытательным напряжением Uисп = 5кВ размеры взять из следующей строки для мощностей 1000–2500 кВ*А.

Таблица  4

Главная изоляция. Минимальные изолированные расстояния

обмоток ВН (НН) с учетом конструктивных требований

Мощность трансформатора S, кВ*А

Uисп для ВН (НН), кВ

ВН от ярма, мм

Между ВН (СН) и НН, мм

Выступ цилиндра Lц2, мм

Между ВН (СН) и НН, мм

L02

a12

d12

a22

d22

25–100
160–630

1000–6300
630 и выше

630 и выше
160–630

1000–6300
10000 и выше

18; 25 и 35

18; 25 и 35
18; 25 и 35

45
55

85 (прим. 1)
85 (прим. 1)

85

20
30

50
50

50
75

75
80





2

2
2

2
3

9
9

20
20

20
27

27
30

2,5
3

4
4

5
5

5
6

10
15

20
20

30
50

50
50

8
10

18
18

20
20

30
30





2

3
3

3
3

Примечания: 1. Для цилиндрических обмоток минимальное изоляционное расстояние a12 = 27 мм, электростатический экран с изоляцией – 3 мм. 2. При наличии прессующих колец расстояние от верхнего ярма  L”o  принимать увеличенным против данных табл. 4. для трансформаторов 1000–6300 кВ*А на 45 мм; для двухобмоточных трансформаторов 10000–63000 кВ*А на 60 мм и для трехобмоточных трансформаторов этих мощностей на 100 мм. Расстояние от нижнего ярма L’o  и в этих случаях принимать по табл. 4.


Таблица  5
Выбор нормальной витковой изоляции

Испытательное напряжение обмотки, кВ

Марка
провода

Толщина изоляции на две стороны, мм

Название

5–24

ПСД, АПСД,               ПСДК и АПСДК

Круглый провод 0,29–0,38

(0,30 и 0,40), прямоугольный
провод 0,27–0,48 (0,30 и 0,50)

Для сухих пожаробезопасных трансформаторов

5–85

ПЭЛБО, ПБ                          и АПБ

 

Круглый провод 0,17–0,21 (0,27–0,31) 0,30 (0,40)

Для масляных и сухих  трансформаторов

ПБ и АПБ

Прямоугольный провод 0,45(0,50)

200

ПБ и АПБ

 

1,20(1,35)

Для масляных   трансформаторов

325

ПБ

 

1,35(1,50)

Для обычных обмоток

325

ПБУ

 

2,00(2,20)

Для переплетенных обмоток

Примечание. В скобках указаны расчетные размеры с учетом допусков.

Межвитковая изоляция цилиндрических многослойных обмоток и многослойных катушечных обмотках приведены соответственно в табл. 6. и 7.

 

Таблица 6
Нормальная междуслойная изоляция

в многослойных цилиндрических обмотках

Суммарное рабочее напряжение двух слоев обмотки, В

Число слоев кабельной бумаги на толщину листов, мм

Выступ междуслойной изоляции на торцах обмотки (на одну сторону), мм

До 1000
От 1001 до 2000

От 2001 до 3000
От 3001 до 3500

От 3501 до 4000
От 4001 до 4500

От 4501 до 5000
От 5001 до 5500

2 × 0,12
3 × 0,12

4 × 0,12
5 × 0,12

6 × 0,12
7 × 0,12

8 × 0,12
9 × 0,12

10
16

16
16

22
22

22
22

 
Примечание. Данные таблицы приведены для трансформаторов мощностью до 630 кВ*А включительно.

При мощности от 1000 кВ*А  и выше междуслойную изоляцию следует принимать по таблице, но не менее 4×0,12 мм, выступ изоляции – не менее 20 мм.
Таблица 7
Нормальная междуслойная изоляция

в многослойных цилиндрических катушках обмотки

Рабочее напряжение двух слоев обмотки, В

Толщина
изоляции, мм

Материал изоляции

До 150
От 151 до 200

От 201 до 300

2×0,05
1×0,2

2×0,2 или 1×0,5

Телефонная бумага

Кабельная бумага или электроизоляционный картон

Геометрические размеры каналов в обмотках для различных отводов от регулировочных витков  приведены в табл. 8.

Таблица  8
Минимальные размеры канала  hкр в месте расположения

регулировочных  витков обмотки ВН

Класс напряжения ВН, кВ

Схема
регулирования

Изоляция в месте разрыва

Размер
канала, мм

Способ изоляции

По
рис. 1

6

10

 

35

 

110

а
б

а
б

а
б

в и г
а

а
а

г

Масляный канал

То же

» »
» »

Угловые и простые шайбы
То же

Масляный канал

То же

Угловые и простые шайбы
То же

Масляный канал с барьером из шайб

а

а
а

а
б

в
а

а
б

в
г

8
12

10
18

6
18

12
25

20
25

30
(в том числе шайба 5 мм)

Примечания: 1. В многослойной цилиндрической обмотке с регулированием в

последнем слое разрыв не выполняется. 2. Минимальный выступ шайбы за габарит обмотки а = 6 мм.  Ширина обмотки шайбы b = 6–8 мм. 4. Толщина угловой шайбы 0,5–1 мм.

 

Конструкция изоляции в листе разрыва обмотки ВН показана на рис. 1.

Главная изоляция обмоток сухих силовых трансформаторов должна выбираться в соответствии с табл. 9. и 10.

 

Рис. 1. Конструкция изоляции в месте разрыва обмотки ВН

Таблица 9

 Изоляция обмоток ВН сухих трансформаторов, мм

Uисп для ВН, кВ

ВН от ярма L01

Между ВН и НН

Между ВН и ВН

a01

d12

Lц2

a22

d22

3
10

16
24

15
20

45
80

10
15

22
40

Картон 2×0,5 мм

10
10

25
45


2

3
3

2,5
4

5

10
25

40

Примечание. Размер каналов a01 и a12 является минимальными с точки зрения изоляции обмоток. Эти размеры должны быть также проверены по условиям отвода тепла по табл. 13.

Таблица 10

Изоляция обмоток НН сухих трансформаторов, мм

Uисп для НН, кВ

НН от ярма L01

НН от стержня

 

a01

d01

Lц1

3
10

16
24

15
30

55
90

10
14

27
40

Картон 2×0,5

2,5
5

6

15
30

40

Примечания. 1. См. примечание к табл. 9. 2. Для винтовой обмотки при Uисп для НН 3 Кв ставить цилиндр d01 = 2,5–5 мм и принимать a01 не менее 20 мм.

Для иллюстрации основных изоляционных промежутков представлены рис. 2, 3, и 4.

Рис. 2. Главная изоляция обмотки ВН для испытательных напряжений от 5 до 85 кВ. Штриховыми линиями показаны возможные пути разряда, определяющие размеры lц

Причем главная изоляция для трансформаторов с обмоткой ВН на 110 кВ (испытательное напряжение 200 кВ) выбирается по рис. 3.

Главная изоляция сухих трансформаторов поясняется рис. 4.
Для определения минимальных допустимых изоляционных промежутков между отводами от обмоток к проходящим изоляторам соответственно от заземленных частей трансформаторов и обмотками представлены в табл. 11 и 12.

Для пояснения величин, приведенных в табл. 11, 12, представлен рис. 5.
Для цилиндрических обмоток из круглого или прямоугольного провода очень часто требуется выбирать продольные (осевые) охлаждающие каналы. Размеры таких каналов выбираются согласно табл. 13. и 14 соответственно для масляных и сухих  трансформаторов.

 


Рис. 3. Главная изоляция обмотки класса напряжения 110 кВ с вводом на верхнем конце обмотки (испытательное напряжение 200 кВ)


Рис. 4. Главная изоляция обмоток сухих трансформаторов

Таблица 11

Минимальные допустимые изоляционные расстояния
от отводов до заземленных частей

Испытательное напряжение отвода, кВ

Толщина изоляции
на одну сторону, мм

Диаметр стержня, мм

Расстояние от гладкой стенки бака или собственной обмотки, мм

Расстояние от заземленной части острой формы, мм

s

s

До 25

0
0

2

<6
>6

15
12

10

10
10

10

25
22

20

15
12

10

5
5

5

20
17

15

35

0
0

2

<6
>6

23
18

10

10
10

10

33
28

20

20
17

12

5
5

5

25
22

17

45

0
0

2

<6
>6

32
27

15

10
10

10

42
37

25

28
25

18

5
5

5

33
30

23

55

0
0

2

<6
>6

40
35

22

10
10

10

50
45

32

33
32

25

5
5

5

38
37

30

85

2
4

6




40
30

25

10
10

10

50
40

32

45
37

35

5
5

5

50
42

40

100

5

40

10

50

45

10

55

200

20
20

12
12

75
75

20
20

95
95

160
105

10
10

170*
115**

*  Заземленная часть не изолирована.

** Заземленная часть изолирована щитом из электроизоляцонного картона толщиной 3 мм.
Таблица 12

Минимальные допустимые изоляционные расстояния
от отводов до обмотки

 

Испытательное
напряжение, кВ

Толщина  изо-ляции на одну сторону, мм

Изоляционное расстояние отвода sи, мм

Суммарный
допуск sк, мм

Минимальное расчетное расстояние s, мм

до вход-
ных

катушек

до основных катушек

до входных катушек

до основных катушек

обмотки

отвода

До 25

35

55

85

200

 

200

До 25

До 35

До 35

До 35

До 100

 

200

Нет
2

Нет
2

Нет
2

Нет
2

3
6

8
20













205
150

125
80

15
10

23
10

40
20

80
40

230
170

140
90

10
10

10
10

10
10

10
10

20
20

20
15













225
170

145
95

25
20

33
20

50
30

90
50

250
190

160
105

Рис. 5. Отвод между обмоткой и стенкой бака

 

Таблица 13

Минимальная ширина охлаждающих каналов в обмотках, см.
Масляные трансформаторы

Вертикальные каналы

Горизонтальные
каналы

Длина
канала, см

Обмотка-обмотка

Обмотка-цилиндр

Обмотка-стержень

Длина канала, см

Обмотка-обмотка

До 30

0,4–0,5

0,4

0,4–0,5

до 4,0

0,4

30–50

0,5–0,6

0,5

0,5–0,6

4–6,0

0,5

50–100

0,6–0,8

0,5–0,6

0,6–0,8

6–7,0

0,6

100–150

0,8–1,0

0,6–0,8

0,8–1,0

7–8,0

0,7

Таблица 14

 

Сухие трансформаторы, вертикальные каналы. Выбор ширины

канала по допустимому превышению температуры и плотности
теплового потока на поверхности обмотки q, Вт/м2

Класс
изоляции

Допустимое превышение температуры, С°

Плотность теплового потока, Вт/м2,
при ширине канала

0,7 см

1,0 см

1,5 см

А

60

160

300

380

Е-В

75–80

230

450

550

F

100

300

600

720

H

125

380

800

950

Горизонтальные охлаждающие каналы для сухих трансформаторов в зависимости от класса изоляции и плотности теплового потока принимаются по табл. 15.

Горизонтальные охлаждающие каналы в масляных трансформаторах  в пределах от 4 до 15 мм.


Таблица 15

Сухие трансформаторы, горизонтальные каналы. Выбор ширины

канала по допустимому превышению температуры и плотности
теплового потока на поверхности обмотки q, Вт/м2

Класс
изоляции

Допустимое
превышение температуры, С°

Плотность теплового потока, Вт/м2,
при ширине канала

0,8 см

1,2 см

1,6 см

А

60

280

380

450

Е–В

75–80

320

420

540

F

100

420

540

720

H

125

580

720

1000

Простейший расчет силового трансформатора

Простейший расчет силового трансформатора позволяет
найти сечение сердечника, число витков в обмотках и диаметр
провода. Переменное напряжение в сети бывает 220 В, реже 127 В и
совсем редко 110 В. Для транзисторных схем нужно постоянное напряжение 10 — 15 В, в
некоторых случаях, например для мощных выходных каскадов усилителей НЧ — 25÷50 В. Для питания анодных и экранных цепей электронных
ламп чаще всего используют постоянное напряжение 150 — 300 В, для
питания накальных цепей ламп переменное
напряжение 6,3 В. Все напряжения, необходимые для какого-либо
устройства, получают от одного трансформатора, который называют
силовым.

Силовой трансформатор выполняется на разборном
стальном сердечнике из изолированных друг от друга тонких
Ш-образных, реже П-образных пластин, а так же вытыми ленточными
сердечниками типа ШЛ и ПЛ (Рис. 1).

расчёт трансформатора

Его размеры, а точнее, площадь сечения средней части
сердечника выбираются с учетом общей мощности, которую
трансформатор должен передать из сети всем своим потребителям.

расчёт трансформатора

Упрощенный расчет устанавливает такую зависимость:
сечение сердечника S в см², возведенное в квадрат, дает общую
мощность трансформатора в Вт.

расчёт трансформатора

Например, трансформатор с сердечником, имеющим
стороны 3 см и 2 см (пластины типа Ш-20, толщина набора 30 мм), то
есть с площадью сечения сердечника 6 см², может потреблять от сети
и «перерабатывать» мощность 36 Вт. Это упрощенный расчет дает
вполне приемлемые результаты. И наоборот, если для питания электрического устройства нужна
мощность 36 Вт, то извлекая квадратный корень из 36, узнаем, что
сечение сердечника должно быть 6 см².

Например, должен быть собран из пластин Ш-20 при
толщине набора 30 мм, или из пластин Ш-30 при толщине набора 20 мм,
или из пластин Ш-24 при толщине набора 25 мм и так далее.

Сечение сердечника нужно согласовать с мощностью для
того, чтобы сталь сердечника не попадала в область магнитного
насыщения. А отсюда вывод: сечение всегда можно брать с избытком,
скажем, вместо 6 см² взять сердечник сечением 8 см² или 10 см².
Хуже от этого не будет. А вот взять сердечник с сечением меньше
расчетного уже нельзя т. к. сердечник попадет в область насыщения,
а индуктивность его обмоток уменьшится, упадет их индуктивное
сопротивление, увеличатся токи, трансформатор перегреется и выйдет
из строя.

В силовом трансформаторе несколько обмоток.
Во-первых, сетевая, включаемая в сеть с напряжением 220 В, она же
первичная.

Кроме сетевых обмоток, в сетевом трансформаторе может
быть несколько вторичных, каждая на свое напряжение. В
трансформаторе для питания ламповых схем обычно две обмотки — накальная на 6,3 В и
повышающая для анодного выпрямителя. В трансформаторе для питания транзисторных схем чаще всего одна обмотка, которая питает
один выпрямитель. Если на какой-либо каскад или узел схемы нужно подать пониженное напряжение, то
его получают от того же выпрямителя с помощью гасящего резистора
или делителя напряжения.

Число витков в обмотках определяется по важной
характеристике трансформатора, которая называется «число витков на
вольт», и зависит от сечения сердечника, его материала, от сорта
стали. Для распространенных типов стали можно найти «число витков
на вольт», разделив 50—70 на сечение сердечника в см:

расчёт трансформатора

Так, если взять сердечник с сечением 6 см², то для него
получится «число витков на вольт» примерно 10.

Число витков первичной обмотки трансформатора определяется по
формуле:

расчёт трансформатора

Это значит, что первичная обмотка на напряжение 220 В
будет иметь 2200 витков.

Число витков вторичной обмотки определяется формулой:

расчёт трансформатора

Если понадобится вторичная обмотка на 20 В, то в ней будет 240
витков.

Теперь выбираем намоточный провод. Для
трансформаторов используют медный провод с тонкой эмалевой
изоляцией (ПЭЛ или ПЭВ). Диаметр провода рассчитывается из
соображений малых потерь энергии в самом трансформаторе и хорошего
отвода тепла по формуле:

расчёт трансформатора

Если взять слишком тонкий провод, то он, во-первых,
будет обладать большим сопротивлением и выделять значительную
тепловую мощность.

Так, если принять ток первичной обмотки 0,15 А, то провод
нужно взять 0,29 мм.

Расчет понижающего трансформатора

Расчет понижающего трансформатораТипы магнитопроводов силовых трансформаторов.

Магнитопровод низкочастотного трансформатора состоит из стальных пластин. Использование пластин вместо монолитного сердечника уменьшает вихревые токи, что повышает КПД и снижает нагрев.

расчет трансформатора

Простой расчет понижающего трансформатора.

Магнитопроводы вида 1, 2 или 3 получают методом штамповки.
Магнитопроводы вида 4, 5 или 6 получают путём навивки стальной ленты на шаблон, причём магнитопроводы типа 4 и 5 затем разрезаются пополам.

Магнитопроводы бывают:

1, 4 – броневые,
2, 5 – стержневые,
6, 7 – кольцевые.

Чтобы определить сечение магнитопровода, нужно перемножить размеры «А» и «В». Для расчётов в этой статье используется размер сечения в сантиметрах.

расчет трансформатора

Трансформаторы с витыми стержневым поз.1 и броневым поз.2 магнитопроводами.

расчет трансформатора

Трансформаторы с штампованными броневым поз.1 и стержневым поз.2 магнитопроводами.

расчет трансформатора

Трансформаторы с витыми кольцевыми магнитопроводами.

Как определить габаритную мощность трансформатора.

Габаритную мощность трансформатора можно приблизительно определить по сечению магнитопровода. Правда, ошибка может составлять до 50%, и это связано с рядом факторов. Габаритная мощность напрямую зависит от конструктивных особенностей магнитопровода, качества и толщины используемой стали, размера окна, величины индукции, сечения провода обмоток и даже качества изоляции между отдельными пластинами.

Чем дешевле трансформатор, тем ниже его относительная габаритная мощность.
Конечно, можно путём экспериментов и расчетов определить максимальную мощность трансформатора с высокой точностью, но смысла большого в этом нет, так как при изготовлении трансформатора, всё это уже учтено и отражено в количестве витков первичной обмотки.
Так что, при определении мощности, можно ориентироваться по площади сечения набора пластин проходящего через каркас или каркасы, если их две штуки.

P = B * S² / 1,69

Где:
P – мощность в Ваттах,
B – индукция в Тесла,
S – сечение в см²,
1,69 – постоянный коэффициент.

расчет трансформатора

Пример:

Сначала определяем сечение, для чего перемножаем размеры А и Б.

S = 2,5 * 2,5 = 6,25 см²

Затем подставляем размер сечения в формулу и получаем мощность. Индукцию я выбрал 1,5Tc, так как у меня броневой витой магнитопровод.

P = 1,5 * 6,25² / 1,69 = 35 Ватт

Если требуется определить необходимую площадь сечения манитопровода исходя из известной мощности, то можно воспользоваться следующей формулой:

S = ²√ (P * 1,69 / B)

Пример:

Нужно вычислить сечение броневого штампованного магнитопровода для изготовления трансформатора мощностью 50 Ватт.

S = ²√ (50 * 1,69 / 1,3) = 8см²

О величине индукции можно справиться в таблице. Не стоит использовать максимальные значения индукции, так как они могут сильно отличаться для магнитопроводов различного качества.

Максимальные ориентировочные значения индукции.

расчет трансформатора

КАК РАССЧИТАТЬ ПОНИЖАЮЩИЙ ТРАНСФОРМАТОР.

В домашнем хозяйстве бывает необходимо оборудовать освещение в сырых помещениях: подвале или погребе и т.д. Эти помещения имеют повышенную степень опасности поражения электрическим током.

В этих случаях следует пользоваться электрооборудованием, рассчитанным на пониженное напряжение питания, не более 42 вольт.
Можно пользоваться электрическим фонарем с батарейным питанием или воспользоваться понижающим трансформатором с 220 вольт на 36 вольт.

В качестве примера давайте рассчитаем и изготовим однофазный силовой трансформатор 220/36 вольт.
Для освещения таких помещений подойдет электрическая лампочка на 36 Вольт и мощностью 25 — 60 Ватт. Такие лампочки с цоколем под стандартный патрон продаются в магазинах электро-товаров.

Если вы найдете лампочку другой мощности, например на 40 ватт, нет ничего страшного — подойдет и она. Просто наш трансформатор будет выполнен с запасом по мощности.

СДЕЛАЕМ УПРОЩЕННЫЙ РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА 220/36 ВОЛЬТ.

Мощность во вторичной цепи: Р2 = U2 • I2 = 60 ватт

Где:
Р2 – мощность на выходе трансформатора, нами задана 60 ватт;
U2 — напряжение на выходе трансформатора, нами задано 36 вольт;
I2 — ток во вторичной цепи, в нагрузке.

КПД трансформатора мощностью до 100 ватт обычно равно не более η = 0,8.
КПД определяет, какая часть мощности потребляемой от сети идет в нагрузку. Оставшаяся часть идет на нагрев проводов и сердечника. Эта мощность безвозвратно теряется.

Определим мощность потребляемую трансформатором от сети с учетом потерь:

Р1 = Р2 / η = 60 / 0,8 = 75 ватт.

Мощность передается из первичной обмотки во вторичную через магнитный поток в магнитопроводе. Поэтому от значения Р1, мощности потребляемой от сети 220 вольт, зависит площадь поперечного сечения магнитопровода S.

расчет трансформатора

Магнитопровод – это сердечник Ш – образной или О – образной формы, набранный из листов трансформаторной стали. На сердечнике будет располагаться каркас с первичной и вторичной обмотками.

Площадь поперечного сечения магнитопровода рассчитывается по формуле:

S = 1,2 • √P1

Где:
S — площадь в квадратных сантиметрах,
P1 — мощность первичной сети в ваттах.

S = 1,2 • √75 = 1,2 • 8,66 = 10,4 см².

По значению S определяется число витков w на один вольт по формуле:

w = 50 / S

В нашем случае площадь сечения сердечника равна S = 10,4 см.кв.

w = 50 / 10,4 = 4,8 витка на 1 вольт.

Рассчитаем число витков в первичной и вторичной обмотках.

Число витков в первичной обмотке на 220 вольт:

W1 = U1 • w = 220 • 4.8 = 1056 витка.

Число витков во вторичной обмотке на 36 вольт:

W2 = U2 • w = 36 • 4,8 = 172.8 витков, округляем до 173 витка.

В режиме нагрузки может быть заметная потеря части напряжения на активном сопротивлении провода вторичной обмотки. Поэтому для них рекомендуется число витков брать на 5-10 % больше рассчитанного. Возьмем W2 = 180 витков.

Величина тока в первичной обмотке трансформатора:

I1 = P1 / U1 = 75 / 220 = 0,34 ампера.

Ток во вторичной обмотке трансформатора:

I2 = P2 / U2 = 60 / 36 = 1,67 ампера.

Диаметры проводов первичной и вторичной обмоток определяются по значениям токов в них исходя из допустимой плотности тока, количества ампер на 1 квадратный миллиметр площади проводника. Для трансформаторов плотность тока, для медного провода, принимается 2 А/мм² .

При такой плотности тока диаметр провода без изоляции в миллиметрах определяется по формуле:

d = 0,8 √I

Для первичной обмотки диаметр провода будет:

d1 = 0,8 √I 1 = 0,8 √0,34 = 0,8 * 0,58 = 0,46 мм. Возьмем 0,5 мм.

Диаметр провода для вторичной обмотки:

d2 = 0,8 √I 2 = 0,8 √1,67 = 0,8 * 1,3 = 1,04 мм. Возьмем 1,1 мм.

ЕСЛИ НЕТ ПРОВОДА НУЖНОГО ДИАМЕТРА, то можно взять несколько, соединенных параллельно, более тонких проводов. Их суммарная площадь сечения должна быть не менее той, которая соответствует рассчитанному одному проводу.

Площадь поперечного сечения провода определяется по формуле:

s = 0,8 • d²

где: d — диаметр провода.

Например: мы не смогли найти провод для вторичной обмотки диаметром 1,1 мм.

Площадь поперечного сечения провода диаметром 1,1 мм равна:

s = 0,8 • d² = 0,8 • 1,1² = 0,8 • 1,21 = 0,97 мм²

Округлим до 1,0 мм².

Из таблицы выбираем диаметры двух проводов сумма площадей поперечного сечения которых равна 1.0 мм².

расчет трансформатора

Например, это два провода диаметром по 0,8 мм. и площадью по 0,5 мм².

Или два провода:

— первый диаметром 1,0 мм. и площадью сечения 0,79 мм²,
— второй диаметром 0,5 мм. и площадью сечения 0,196 мм².
что в сумме дает: 0,79 + 0,196 = 0,986 мм².

Намотка катушки ведется двумя проводами одновременно, строго выдерживается равное количество витков обоих проводов. Начала этих проводов соединяются между собой. Концы этих проводов также соединяются.
Получается как бы один провод с суммарным поперечным сечением двух проводов.

И конечно можно воспользоватся программой для расчета

Еще записи по теме

Подбор трансформатора тока — ГОСТ, ПУЭ, таблицы, формулы

Задача данной статьи дать начальные знания о том, как выбрать трансформатор тока для цепей учета или релейной защиты, а также родить вопросы, самостоятельное решение которых увеличит ваш инженерный навык.

В ходе подбора ТТ я буду ссылаться на два документа. ГОСТ-7746-2015 поможет в выборе стандартных значений токов, мощностей, напряжений, которые можно принимать для выбора ТТ. Данный ГОСТ действует на все электромеханические трансформаторы тока напряжением от 0,66кВ до 750кВ. Не распространяется стандарт на ТТ нулевой последовательности, лабораторные, суммирующие, блокирующие и насыщающие.

Кроме ГОСТа пригодится и ПУЭ, где обозначены требования к трансформаторам тока в цепях учета, даны рекомендации по выбору.

Выбор номинальных параметров трансформаторов тока

До определения номинальных параметров и их проверки на различные условия, необходимо выбрать тип ТТ, его схему и вариант исполнения. Общими, в любом случае, будут номинальные параметры. Разниться будут некоторые критерии выбора, о которых ниже.

1. Номинальное рабочее напряжение ТТ. Данная величина должна быть больше или равна номинальному напряжению электроустановки, где требуется установить трансформатор тока. Выбирается из стандартного ряда, кВ: 0,66, 3, 6, 10, 15, 20, 24, 27, 35, 110, 150, 220, 330, 750.

2. Далее, перед нами встает вопрос выбора первичного тока ТТ. Величина данного тока должна быть больше значения номинального тока электрооборудования, где монтируется ТТ, но с учетом перегрузочной способности.

Приведем пример из книги. Допустим у статора ТГ ток рабочий 5600А. Но мы не можем взять ТТ на 6000А, так как турбогенератор может работать с перегрузкой в 10%. Значит ток на генераторе будет 5600+560=6160. А это значение мы не замерим через ТТ на 6000А.

Выходит необходимо будет взять следующее значение из ряда токов по ГОСТу. Приведу этот ряд: 1, 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 75, 80, 100, 150, 200, 300, 400, 500, 600, 750, 800, 1000, 1200, 1500, 1600, 2000, 3000, 4000, 5000, 6000, 8000, 10000, 12000, 14000, 16000, 18000, 20000, 25000, 28000, 30000, 32000, 35000, 40000. После 6000 идет 8000. Однако, некоторое электрооборудование не допускает работу с перегрузкой. И для него величина тока будет равна номинальному току.

Но на этом выбор первичного тока не заканчивается, так как дальше идет проверка на термическую и электродинамическую стойкость при коротких замыканиях.

2.1 Проверка первичного тока на термическую стойкость производится по формуле:

Данная проверка показывает, что ТТ выдержит определенную величину тока КЗ (IТ) на протяжении определенного промежутка времени (tt), и при этом температура ТТ не превысит допустимых норм. Или говоря короче, тепловое воздействие тока короткого замыкания.

iуд — ударный ток короткого замыкания

kу — ударный коэффициент, равный отношению ударного тока КЗ iуд к амплитуде периодической составляющей. При к.з. в установках выше 1кВ ударный коэффициент равен 1,8; при к.з. в ЭУ до 1кВ и некоторых других случаях — 1,3.

2.2 Проверка первичного тока на электродинамическую стойкость:

В данной проверке мы исследуем процесс, когда от большого тока короткого замыкания происходит динамический удар, который может вывести из строя ТТ.

Для большей наглядности сведем данные для проверки первичного тока ТТ в небольшую табличку.

3. Третьим пунктом у нас будет проверка трансформатора тока по мощности вторичной нагрузки. Здесь важно, чтобы выполнялось условие Sном>=Sнагр. То есть номинальная вторичная мощность ТТ должна быть больше расчетной вторичной нагрузки.

Вторичная нагрузка представляет собой сумму сопротивлений включенных последовательно приборов, реле, проводов и контактов умноженную на квадрат тока вторичной обмотки ТТ (5, 2 или 1А, в зависимости от типа).

Величину данного сопротивления можно определить теоретически, или же, если установка действующая, замерить сопротивление методом вольтметра-амперметра, или имеющимся омметром.

Сопротивление приборов (амперметров, вольтметров), реле (РТ-40 или современных), счетчиков можно выцепить из паспортов, которые поставляются с новым оборудованием, или же в интернете на сайте завода. Если в паспорте указано не сопротивление, а мощность, то на помощь придет известный факт — полное сопротивление реле равно потребляемой мощности деленной на квадрат тока, при котором задана мощность.

Схемы включения ТТ и формулы определения сопротивления по вторичке при различных видах КЗ

Не всегда приборы подключены последовательно и это может вызвать трудности при определении величины вторичной нагрузки. Ниже на рисунке приведены варианты подключения нескольких трансформаторов тока и значение Zнагр при разных видах коротких замыканий (1ф, 2ф, 3ф — однофазное, двухфазное, трехфазное).

В таблице выше:

zр — сопротивление реле

rпер — переходное сопротивление контактов

rпр — сопротивление проводов определяется как длина отнесенная на произведение удельной проводимости и сечения провода. Удельная проводимость меди — 57, алюминия — 34,5.

Кроме вышеописанных существуют дополнительные требования для ТТ РЗА и цепей учета — проверка на соблюдение ПУЭ и ГОСТа.

Выбор ТТ для релейной защиты

Трансформаторы тока для цепей релейной защиты исполняются с классами точности 5Р и 10Р. Должно выполняться требование, что погрешность ТТ (токовая или полная) не должна превышать 10%. Для отдельных видов защит эти десять процентов должны обеспечиваться вплоть до максимальных токов короткого замыкания. В отдельных случаях погрешность может быть больше 10% и специальными мероприятиями необходимо обеспечить правильное срабатывание защит. Подробнее в ПУЭ вашего региона и справочниках. Эта тема имеет множество нюансов и уточнений. Требования ГОСТа приведены в таблице:

значения погрешностей ТТ для цепей РЗА по ГОСТ-7746-2015

Хоть это и не самые высокие классы точности для нормальных режимов, но они и не должны быть такими, потому что РЗА работает в аварийных ситуациях, и задача релейки определить эту аварию (снижение напряжения, увеличение или уменьшение тока, частоты) и предотвратить — а для этого необходимо уметь измерить значение вне рабочего диапазона.

Выбор трансформаторов тока для цепей учета

К цепям учета подключаются трансформаторы тока класса не выше 0,5(S). Это обеспечивает бОльшую точность измерений. Однако, при возмущениях и авариях осциллограммы с цепей счетчиков могут показывать некорректные графики токов, напряжений (честное слово). Но это не страшно, так как эти аварии длятся недолго. Опаснее, если не соблюсти класс точности в цепях коммерческого учета, тогда за год набежит такая финансовая погрешность, что “мама не горюй”.

ТТ для учета могут иметь завышенные коэффициенты трансформации, но есть уточнение: при максимальной загрузке присоединения, вторичный ток трансформатора тока должен быть не менее 40% от максимального тока счетчика, а при минимальной — не менее 5%. Это требование п.1.5.17 ПУЭ7 допускается при завышенном коэффициенте трансформации. И уже на этом этапе можно запутаться, посчитав это требование как обязательное при проверке.

По требованиям же ГОСТ значение вторичной нагрузки для классов точности до единицы включительно должно находиться в диапазоне 25-100% от номинального значения.

Диапазоны по первичному и вторичному токам для разных классов точности должны соответствовать данным таблицы ниже:

значения погрешностей ТТ для цепей учета и измерения по ГОСТ-7746-2015

Исходя из вышеописанного можно составить таблицу для выбора коэффициента ТТ по мощности. Однако, если с вторичкой требования почти везде 25-100, то по первичке проверка может быть от 1% первичного тока до пяти, плюс проверка погрешностей. Поэтому тут одной таблицей сыт не будешь.

Таблица предварительного выбора трансформатора тока по мощности и току

Пройдемся по столбцам: первый столбец это возможная полная мощность нагрузки в кВА (от 5 до 1000). Затем идут три столбца значений токов, соответствующих этим мощностям для трех классов напряжений — 0,4; 6,3; 10,5. И последние три столбца — это разброс возможных коэффициентов трансформаторов тока. Данные коэффициенты проверены по следующим условиям:

  • при 100%-ой нагрузке вторичный ток меньше 5А (ток счетчика) и больше 40% от 5А
  • при 25%-ой нагрузке вторичный ток больше 5% от 5А

Я рекомендую, если Вы расчетчик или студент, сделать свою табличку. А если Вы попали сюда случайно, то за Вас эти расчеты должны делать такие как мы — инженеры, электрики =)

К сведению тех, кто варится в теме. В последнее время заводы-изготовители предлагают следующую услугу: вы рассчитываете необходимые вам параметра тт, а они по этим параметрам создают модель и производят. Это выгодно, когда при выборе приходится варьировать коэффициент трансформации, длину проводов, что приводит и к удорожанию схемы и увеличению погрешностей. Некоторые изготовители даже пишут, что не сильно и дороже выходит, чем просто серийное производство, но выигрыш очевиден. Интересно, может кто сталкивался с подобным на практике.

Вот так выглядят основные моменты выбора трансформаторов тока. После выбора и монтажа, перед включением, наступает самый ответственный момент, а именно пусковые испытания и измерения.

Сохраните в закладки или поделитесь с друзьями

Самое популярное


как выбрать трансформатор тока

Расчет силового трансформатора: по мощности, нагрузке, формулы

Расчет и выбор силового трансформатора по мощности и количеству

Расчетный срок службы трансформатора обеспечивается при соблюдений условий:

Расчет и выбор силового трансформатора по мощности и количеству

При проектировании, строительстве, пуске и эксплуатации эти условия никогда не выполняются (что и определяет ценологическаятеория).

Определение номинальной мощности трансформатора

Для правильного выбора номинальной мощности трансформатора (автотрансформатора) необходимо располагать суточным графиком нагрузки, из которого известна как максимальная, так и среднесуточная активная нагрузки данной подстанции, а также продолжительность максимума нагрузки.

График позволяет судить, соответствуют ли эксплуатационные условия загрузки теоретическому сроку службы (обычно 20…25 лет), определяемому заводом изготовителем.

Для относительного срока службы изоляции и (или) для относительного износа изоляции пользуются выражением, определяющим экспоненциальные зависимости от температуры. Относительный износ L показывает, во сколько раз износ изоляции при данной температуре больше или меньше износа при номинальной температуре. Износ изоляции за время оценивают по числу отжитых часов или суток: Н=Li.

В общем случае, когда температура изоляции не остается постоянной во времени, износ изоляции определяется интегралом:

Расчет и выбор силового трансформатора по мощности и количеству

В частности, среднесуточный износ изоляции:

Расчет и выбор силового трансформатора по мощности и количеству

Влияние температуры изоляции определяет, сколько часов с данной температурой может работать изоляция при условии, что ееизнос будет равен нормированному износу за сутки:

Расчет и выбор силового трансформатора по мощности и количеству

При температуре меньше 80°С износ изоляции ничтожен и им можно пренебречь. Температура охлаждающей среды, как правило, не равна номинальной температуре и, кроме того, изменяется во времени. В связи с этим для упрощения расчетов используют эквивалентную температуру охлаждающей среды, под которой понимают такую неизменную за расчетный период температуру, при которой износ изоляции трансформатора будет таким же, как и при изменяющейся температуре охлаждающей среды в тот же период.

Допускается принимать эквивалентную температуру за несколько месяцев или год равной среднемесячным температурам или определять эквивалентные температуры по специальным графикам зависимости эквивалентных месячных температур от среднемесячных и среднегодовых, эквивалентных летних (апрель—август), осенне-зимних (сентябрь—март) и годовых температур от среднегодовых.

Если при выборе номинальной мощности трансформатора на однотрансформаторной подстанции исходить из условия

Расчет и выбор силового трансформатора по мощности и количеству

(где Рмах — максимальная активная нагрузка пятого года эксплуатации; Рр — проектная расчетная мощность подстанции), то при графике с кратковременным пиком нагрузки (0,5… 1,0 ч) трансформатор будет длительное время работать с недогрузкой. При этом неизбежно завышение номинальной мощности трансформатора и, следовательно, завышение установленной мощности подстанции.

В ряде случаев выгоднее выбирать номинальную мощность трансформатора близкой к максимальной нагрузке достаточной продолжительности с полным использованием его перегрузочной способности с учетом систематических перегрузок в нормальном режиме.

Режимы работы трансформатора

Наиболее экономичной работа трансформатора по ежегодным издержкам и потерям будет в случае, когда в часы максимума он работает с перегрузкой (эксплуатация же стремится работать в режимах, когда в часы максимума загрузки данного трансформатора он не превышает свою номинальную мощность). В реальных условиях значение допустимой нагрузки выбирается в соответствии с графиком нагрузки и коэффициентом начальной нагрузки и зависит также от температуры окружающей среды, при которой работает трансформатор.

Коэффициент нагрузки, или коэффициент заполнения суточного графика нагрузки, практически всегда меньше единицы:

Расчет и выбор силового трансформатора по мощности и количеству

В зависимости от характера суточного графика нагрузки (коэффициента начальной загрузки и длительности максимума), эквивалентной температуры окружающей среды, постоянной времени трансформатора и вида его охлаждения согласно ГОСТ допускаются систематические перегрузки трансформаторов.

Перегрузки силовых трансформаторов

Перегрузки определяются преобразованием заданного графика нагрузки в эквивалентный в тепловом отношении (рис. 3.5). Допустимая нагрузка трансформатора зависит от начальной нагрузки, максимума нагрузки и его продолжительности и характеризуется коэффициентом превышения нагрузки:

Расчет и выбор силового трансформатора по мощности и количеству

Расчет и выбор силового трансформатора по мощности и количеству

Допустимые систематические перегрузки трансформаторов определяются из графиков нагрузочной способности трансформаторов, задаваемых таблично или графически. Коэффициент перегрузки передается в зависимости от среднегодовой температуры воздуха /сп вида охлаждения и мощности трансформаторов, коэффициента начальной нагрузки кн н и продолжительности двухчасового эквивалентного максимума нагрузки tmах.

Для других значений tmax допустимый можно определить по кривым нагрузочной способности трансформатора.

Если максимум графика нагрузки в летнее время меньше номинальной мощности трансформатора, то в зимнее время допускается длительная 1%я перегрузка трансформатора на каждый процент недогрузки летом, но не более чем на 15 %. Суммарная систематическая перегрузка трансформатора не должна превышать 150 %. При отсутствии систематических перегрузок допускается длительная нагрузка трансформаторов током на 5 % выше номинального при условии, что напряжение каждой из обмоток не будет превышать номинальное.

На трансформаторах допускается повышение напряжения сверх номинального: длительно — на 5 % при нагрузке не выше номинальной и на 10% при нагрузке не выше 0,25 номинальной; кратковременно (до 6 ч в сутки) — на 10 % при нагрузке не выше номинальной.

 Дополнительные перегрузки одной ветви за счет длительной недогрузки другой допускаются в соответствии с указаниями заводом — изготовителя. Так, трехфазные трансформаторы с расщепленной обмоткой 110 кВ мощностью 20, 40 и 63 М ВА допускают следующие относительные нагрузки: при нагрузке одной ветви обмотки 1,2; 1,07; 1,05 и 1,03 нагрузки другой ветви должны составлять соответственно 0; 0,7; 0,8 и 0,9.

Расчет номинальной мощности трансформатора

Номинальная мощность, MB • А, трансформатора на подстанции с числом трансформаторов п > 1 в общем виде определяется из выражения

Расчет и выбор силового трансформатора по мощности и количеству

Для сетевых подстанций, где примерно до 25 % потребителей из числа малоответственных в аварийном режиме может быть отключено, обычно принимается равным 0,75…0,85. При отсутствии потребителей III категории К 1-2 = 1 Для производств (потребителей) 1й и особой группы известны проектные решения, ориентирующиеся на 50%ю загрузку трансформаторов.

Рекомендуется широкое применение складского и передвижного резерва трансформаторов, причем при аварийных режимах допускается перегрузка трансформаторов на 40 % на время максимума общей суточной продолжительностью не более 6 ч в течение не более 5 сут.

При этом коэффициент заполнения суточного графика нагрузки трансформаторов кн в условиях его перегрузки должен быть не более 0,75, а коэффициент начальной нагрузки кпн — не более 0,93.

Так как К1-2 < 1, а Кпер > 1 их отношение К = К 1-2 / К пер. всегда меньше единицы и характеризует собой ту резервную мощность, которая заложена в трансформаторе при выборе его номинальной мощности. Чем это отношение меньше, тем меньше будет закладываемый в трансформаторы резерв установленной мощности и тем более эффективным будет использование трансформаторной мощности с учетом перегрузки.

Завышение коэффициента к приводит к завышению суммарной установленной мощности трансформаторов на подстанции.

Уменьшение коэффициента возможно лишь до такого значения, которое с учетом перегрузочной способности трансформатора и возможности отключения неответственных потребителей позволит покрыть основную нагрузку одним оставшимся в работе трансформатором при аварийном выходе из строя второго трансформатора.

Таким образом, для двухтрансформаторной подстанции

Расчет и выбор силового трансформатора по мощности и количеству

В настоящее время существует практика выбора номинальной мощности трансформатора для двух трансформаторной подстанции с учетом значения к = 0,7, т.е.

Расчет и выбор силового трансформатора по мощности и количеству

Формально выражение (3.14) выглядит ошибочно: действительно, единица измерения активной мощности — Вт; полной (кажущейся) мощности — ВА. Есть различия и в физической интерпретации S и Р. Но следует подразумевать, что осуществляется компенсация реактивной мощности на шинах подстанции 5УР, ЗУР и что коэффициент мощности cos ф находится в диапазоне 0,92… 0,95.

Тогда ошибка, связанная с упрощением выражения (3.13) до (3.14), не превышает инженерную ошибку 10%, которая включает в себя и приблизительность значения 0,7, и ошибку в определении фиксированного Рмах

Таким образом, суммарная установленная мощность двухтрансформаторной подстанции

Расчет и выбор силового трансформатора по мощности и количеству

При этом значении к в аварийном режиме обеспечивается сохранение около 98 % Рмах без отключения неответственных потребителей. Однако, учитывая принципиально высокую надежность трансформаторов, можно считать вполне допустимым отключение в редких аварийных режимах какойто части неответственных потребителей.

При двух и более установленных на подстанции трансформаторах при аварии с одним из параллельно работающих трансформаторов оставшиеся в работе трансформаторы принимают на себя его нагрузку. Эти аварийные перегрузки не зависят от предшествовавшего режима работы трансформатора, являются кратковременными и используются для обеспечения прохождения максимума нагрузки.

Далее приведены значения кратковременных перегрузок масляных трансформаторов с системами охлаждения М, Д, ДЦ, Ц сверх номинального тока (независимо от длительности предшествующей нагрузки, температуры окружающей среды и места установки).

Аварийные перегрузки масляных трансформаторов со всеми видами охлаждения:

Расчет и выбор силового трансформатора по мощности и количеству

Для трехобмоточных трансформаторов и автотрансформаторов указанные перегрузки относятся к наиболее нагруженной обмотке.

Расчеты проектных параметров трансформатора

Мы собираемся изучить расчет конструкции небольшого трансформатора. Для быстрого просмотра и сводки расчетов см. Таблицы в конце этой статьи. (Таблица 1) (Таблица 2) Для лучшего понимания выполните следующие шаги для расчетов. Убедитесь, что вы знаете Основы Transfomer

Расчетные параметры

Для проектирования трансформатора нам потребуется:

  1. Номинальная мощность
  2. Уровни напряжения (первичный и вторичный)
  3. Токи с обеих сторон
  4. Диаметр / размер провода первичной и вторичной катушек
  5. Площадь сердечника железа
  6. Количество витков (первичная и вторичная)

Мы идем спроектировать понижающий трансформатор 50 ВА с 230 В на 12 В.Необходимые расчеты вместе с формулами подробно представлены ниже:

Поскольку мы собираемся спроектировать небольшой трансформатор (малой номинальной мощности), мы пренебрегаем потерями в сердечнике и меди, поскольку они не имеют значения в небольших трансформаторах и серьезно учитываются при проектировании силовых трансформаторов (трансформации с высокой номинальной мощностью)

Расчет трансформатора:

Основные вычисления:

Рассчитайте площадь ядра (центральной конечности) по следующей формуле:

Где,
$ A_i $ = Площадь сердечника
$ f $ = Рабочая частота
$ B_m $ = плотность магнитного потока
$ T_e $ = число оборотов на вольт

(для вывода этой формулы нажмите здесь)

Допущения:

Итак, мы знаем частоту энергосистемы.2 $

$$ T_e = 2,6 \; (витков \; на \; вольт) $$
Итак, витков на вольт составляет 2,6 витков на вольт.

Расчет первичной обмотки

Для расчета конструкции трансформатора мы сначала рассчитываем параметры для первичной стороны, затем вторичной стороны.

Расчет первичного тока

Первичное напряжение = Vp = 230 В
Первичный ток ($ I_1 $):

Пусть трансформатор, который мы собираемся спроектировать, имеет КПД 95% ($ \ eta $).
Итак,

Следовательно, Первичный ток = 0.23 усилителя

Количество витков

Число витков первичной стороны можно рассчитать как:
Общее число витков ($ N_1 $) = витков на вольт x напряжение первичной стороны
N1 = 2,6 x 230 = 600 витков

$$ N_1 = 2,6 \ раз 230 \ N_1 \ примерно 600 \; оборотов $$

Размер первичного проводника

Поскольку плотность тока определяется током на единицу площади, то есть плотность = I / A

$$ \ delta = \ frac {I} {A} $$
As, для меди плотность тока принята равной $ 2.2 $ (2,3 А на кв. Мм). Итак, для участка медного провода первичной стороны ( а1 )

Итак, из стандартной таблицы AWG мы можем узнать размер этой области. что составляет 27 AWG.
Из стандартной американской таблицы размеров проволоки мы можем выбрать проволоку той же толщины. Видно, что оказывается, что требуется провод первичной стороны калибра 27, который может проводить требуемый ток. (для таблицы AWG нажмите здесь)

Выбор провода также может быть выполнен путем расчета первичного тока и перекрестного соответствия стандартной таблице медных проводов в соответствии с их текущими характеристиками.

Расчет вторичной обмотки

Вторичное напряжение = $ V_s = 12 \; V $

Расчет вторичного тока

Размер вторичного провода для расчета конструкции трансформатора

a2 = (4,2 A / 2,3) = 1,83 мм2

Из стандартной медной проволоки, таблицы видно, что проволока этой толщины имеет калибр 15. Итак, для расчета конструкции трансформатора для вторичной обмотки нам понадобится провод 15 калибра.
Следовательно, вторичный провод = 15 AWG

Вторичное число витков

Число витков вторичной стороны можно рассчитать как:
Общее число витков ($ N_2 $) = количество витков на вольт x напряжение вторичной стороны

N2 = 2.3 $

Масса меди первичной стороны

Периметр шпульки = 1,75 x 4 = 7 дюймов = 0,1778 м
Периметр шпульки = $ (1,75 \ умножить на 4) \ = 7 \; дюйм \ приблизительно 0,1778 \; м $
Итак,
длина одного витка = 0,1778 м
и

Общая длина всех витков первичной обмотки = L1
L1 = (длина одного витка) x (общее количество витков первичной обмотки)
L1 = 0,1778 x 600 = 106 м (приблизительно)

Ас,
площадь первичного проводника = 0 $.2 $. Итак, общий объем вторичной обмотки:

Итак, нам понадобится ок. 100 грамм провода 15 калибра для вторичной обмотки.
Наконец, из приведенных выше расчетов мы можем суммировать в следующей таблице:

Таблица 1: Расчет для первичной стороны конструкции трансформатора

Таблица 2: Краткое описание конструкции вторичной обмотки трансформатора

На этом этапе вы выполнили расчет конструкции трансформатора и получили характеристики компонентов трансформатора.Теперь, чтобы сделать в твердой форме несколько простых шагов аппаратной реализации вычислений :

Вот еще одна статья по оптимизации сердечника трансформатора с использованием генетического алгоритма — эвристического метода оптимизации.

Для любых запросов и дальнейшей помощи, не стесняйтесь комментировать ниже и ставьте лайк на нашей странице facebook для получения новых обновлений. Изучите проекты для вашего проекта последнего года у опытных инженеров.

.Трансформатор

в режиме холостого хода — его векторная диаграмма

Когда трансформатор работает без нагрузки, вторичная обмотка разомкнута, что означает, что на вторичной стороне трансформатора нет нагрузки и, следовательно, ток во вторичной обмотке будет нулевым. В то время как первичная обмотка несет небольшой ток I 0 , называемый током холостого хода, который составляет от 2 до 10% от номинального тока .

Этот ток обеспечивает потери в стали (гистерезисные и потери на вихревые токи) в сердечнике и очень малую величину потерь в меди в первичной обмотке.Угол запаздывания зависит от потерь в трансформаторе. Коэффициент мощности очень низкий и варьируется от 0,1 до 0,15.

Transformer-on-no-load Ток холостого хода состоит из двух составляющих:

  • Реактивный или намагничивающий компонент I м
    (Он находится в квадратуре с приложенным напряжением V 1 . Он создает магнитный поток в сердечнике и не потребляет никакой энергии).
  • Активный или силовой компонент I w , также известный как рабочий компонент
    (Он находится в фазе с приложенным напряжением V 1 .Он компенсирует потери в стали и небольшие потери в первичной меди).

Для построения векторной диаграммы приведены следующие шаги:

  1. Функция намагничивающего компонента — создавать намагничивающий поток и, таким образом, он будет синфазным с потоком.
  2. Наведенная ЭДС в первичной и вторичной обмотках отстает от потока ϕ на 90 градусов.
  3. Потери в первичной медной цепи не учитываются, а потери вторичного тока равны нулю, так как
    I 2 = 0.
    Следовательно, ток I 0 отстает от вектора напряжения V 1 на угол ϕ 0 , который называется углом коэффициента мощности без нагрузки и показан на векторной диаграмме выше.
  4. Приложенное напряжение V 1 показано равным и противоположным наведенной ЭДС E 1 , потому что разница между ними без нагрузки незначительна.
  5. Активный компонент I w включен по фазе с приложенным напряжением V 1 .
  6. Сумма векторов тока намагничивания I m и рабочего тока I w дает ток холостого хода I 0 .phasor-diag-of-transformer-on-no-load Из приведенной выше векторной диаграммы сделаны следующие выводы TRANSFORMER-ON-NO-LOAD-EQ

Это все о трансформаторе без нагрузки.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *