Реферат: Электротехнические материалы, применяемые в силовых трансформаторах

План.

стр.

1.

Введение ··············································································2

2.

Пример расчетасилового трансформатора ·················· 3

3.

Видыэлектротехнических материалов:

3.1 Проводники иизоляторы ·············································· 9

а) сердечники································································· 11

б) обмоточные провода··············································· 21

в) трансформаторные масла·······································31

г) трансформаторная бумага······································· 41

4.

Заключение(история трансформатора) ······················· 44

5.

Литература·········································································· 51

Введение.

Электричество плотно вошло в нашужизнь и мы просто не представляем себя без него. Но задумывались ли мыкогда-нибудь о том, какое количество полезных ископаемых тратится на то, чтобыдонести его до нас и подать именно в той форме, в которой мы привыкли егонаблюдать (220 В, 50 Гц).

Для того, чтобы это произошло,

“электричество” должно пройти через множество силовыхтрансформаторов, о которых и пойдет речь в моем реферате.

Пример расчета силового трансформатора.

Назначение

Силовойтрансформатор предназначен для преобразования одного переменного напряжения,например напряжения сети, в другое переменное напряжение той же частоты.

Переменныйток получают непосредственно с вторичных обмоток силового трансформатора.Постоянный ток получают от выполненного по одной из схем выпрямителя, на которыйподается переменное напряжение с вторичной обмотки силового трансформатора.

Кроме того,силовой трансформатор отделяет цепи устройства от сети переменного тока, чтопозволяет заземлять его шасси непосредственно. В случае использованиябестрансформаторного выпрямителя или применения силового автотрансформатора, укоторого вторичная обмотка является частью первичной или наоборот, шассиаппарата оказывается соединенным с одним из проводов сети, поэтому такиеспособы питания стараются не применять, хотя они позволяют снизить вес истоимость аппаратуры.

Устройствотрансформатора

Трансформаторсостоит из сердечника, набранного из пластин трансформаторной стали толщиной0,35 — 0,5 мм встык без зазора, и каркаса с обмотками.

Сердечникибывают броневые из Ш-образных пластин (обмотки располагаются на среднем стержне- керне) и стержневые из П-образных пластин (обмотки располагаются или наодном, или на двух стержнях поровну). В последнее время стали применятьсясердечники, изготовленные из плоской ленты — ленточные или витые сердечники.

Обозначениесердечника состоит из буквы Ш или П, показывающей форму пластин, и двух чисел,обозначающих ширину керна а и толщину набора св мм, например, Ш20Х40. Если ширина крайних стержней пластины больше половиныширины среднего стержня, в начале обозначения ставят букву У. Если сердечниквитой, после буквы П или Ш стоит буква Л — ленточный. Неразрезные витыесердечники, имеющие форму кольца, обозначают буквами ОЛ и тремя числами,показывающими наружный диаметр, внутренний диаметр и высоту кольца.

Отдельныепластины или слои ленты сердечников для уменьшения потерь на вихревые токиизолируются друг от друга слоем окалины, лака, клея или тонкой бумаги. Втрансформаторах малой мощности это делать не обязательно.

Расчеттрансформатора

Размерысердечника силового трансформатора определяются в зависимости от габаритной(кажущейся) мощности трансформатора. Обмотки рассчитываются на соответствующиенапряжения и токи, вычисленные при расчете выпрямителя.

Принятыеобозначения

a – ширина стержня, на котором расположены обмотки, см.

b – ширина окна пластины, см.

c – толщина набора пластин, см.

h – высота окна, см.

Qc – площадь поперечного сечениясердечника, (а · с)см2

Qo – площадь окна (b · h), см2

Pг – габаритная мощность трансформатора

Ui – напряжение или ЭДС обмотки (i =1, 2, 3, …), В

Ii– ток обмотки, мА

Wi– число витков обмотки

Di– диаметр провода обмотки, мм

σ– плотность тока в обмотках А/мм2

η– коэффициент полезного действия трансформатора

Габаритнаямощность трансформатора Pгявляется суммой мощностей Pгi,вычисленных для каждой вторичной обмотки.

Мощность Pгi для одной о6мотки определяется по формуле

если вся обмотка работает в течениекаждой половины периода (например, обмотка, питающая выпрямитель, собранный помостовой схеме или двухполупериодной схеме удвоения напряжения, а также обмотканакала ламп переменным током), или по формуле:

если обмотка или часть ее работаетв течение лишь одной половины каждого периода (например, обмотка, от которойпитается выпрямитель, собранный по однополупериодной схеме илидвухполупериодной схеме со средней точкой).

Посуммарной габаритной мощности выбирают сердечник, для которого выполняетсясоотношение

Отношение размеров c/a должнонаходиться в пределах 1 — 2.

Значения КПД трансформатора и плотности тока
в обмотках в зависимости от мощности

Мощность
трансформатора

КПД

Плотность
тока

10 — 20

20 — 40

3.5

40 — 75

75 — 100

2.5

Еслиобмотки выполняются проводом в бумажной или шелковой изоляции, полученноезначение QcQoнеобходимо увеличить на 30%.

После выбора сердечника приступаютк расчету обмоток трансформатора.

Количество витков первичной обмоткиопределяют по формуле

вторичных обмоток по формуле:

Диаметрпровода определяется по заданной плотности тока, значения которой зависят отмощности трансформатора, по формуле

Взаключение проверяют, уложатся ли все обмотки в окна выбранного сердечника.Площадь, занимаемая каждой обмоткой с прокладками в окне сердечника,приближенно определяется по формуле

где β коэффициент заполненияокна сердечника медью провода, равный 0.3 — 0.35 для проводов ПЭЛ, ПЭТ и ПЭВ,0.18 — 0.25 для проводов ПВО, ПЭБО и ПЭШО.

Конструктивноеисполнение

Чтобыобеспечить возможность включения трансформатора в сеть с напряжением как 127 в,так и 220 в, первичная обмотка выполняется на 220 в с отводом на 127 в, приэтом переключение на нужное напряжение можно осуществлять или переключателем,или предохранителем, переставляемым из одной пары зажимов в другую. При другомспособе переключения первичная обмотка выполняется в виде двух отдельныхобмоток, имеющих секции на 110 и 17 в. При напряжении сети 127 в обе обмоткивключаются параллельно, при 220 в секции на 110 в включаются последовательно,при 110 в — параллельно. Переключение производят при помощи ламповой панельки ифишки, изготовленной из цоколя лампы.

Обычнопервой наматывается на каркас первичная обмотка. Затем вторичные в порядкеуменьшения диаметра провода. Иногда с целью уменьшения помех, проникающих изсети, между первичной (сетевой) и вторичными обмотками укладывают экран,представляющий собой незамкнутый виток фольги или один слой тонкого провода.Вывод экрана соединяют с шасси, второй вывод обмотки-экрана не используется.

Готовуюкатушку с обмотками силового трансформатора полезно пропитать расплавленнымпарафином, воском, стеарином. Для уменьшения создаваемых силовымтрансформатором наводок на цепи устройства катушку трансформатора поверхсердечника закрывают широкой полосой листовой меди. образующей короткозамкнутыйвиток вокруг трансформатора (не вокруг обмотки).

Проводники и изоляторы

Вметаллах электрический ток представляет собой упорядоченное движение свободныхэлектронов. Материалы, в которых много свободных электронов, легко пропускаютих направленный поток и называются проводниками. Материалы, в которых мало илисовсем нет свободных электронов, называются изоляторами. Примерами хорошихпроводников являются такие металлы, как медь, алюминий, золото и серебро.Различные пластмассы и керамические материалы представляют собой хорошиеизоляторы.

Свойстваметаллических проводников

Металл

Удельное сопротивление
Ом · м

Температурный коэффициент сопротивления
(при 20oC)

Теплопроводность
(при 20oC)

Температура плавления
oC

Алюминий

2,7·10-8

4·10-3

0,48

660

Латунь

7,2·10-8

2·10-3

0,26

920

Константан

4,9·10-7

1·10-5

0,054

1210

Медь

1,6·10-8

4,3·10-3

0,918

1083

Золото

2,3·10-8

3,4·10-3

0,705

1063

Железо

9,1·10-8

6·10-3

0,18

1535

Свинец

2·10-7

4,2·10-3

0,083

327

Нихром

1·10-6

1,7·10-4

0,035

1350

Никель

1·10-7

4,7·10-3

0,142

1452

Серебро

1,5·10-8

4·10-3

1,006

960,5

Олово

1,3·10-7

4,2·10-3

0,155

231,9

Вольфрам

5,4·10-8

4,5·10-3

0,476

3370

Свойстваизоляторов

Изолятор

Удельное сопротивление
Ом · м

Диэлектрическая постоянная
(100 Гц — 100 МГц)

Напряжение пробоя
кВ/мм

Максимальная рабочая температура
oC

Бакелит

1010

4,4-5,4

11,8

100

Стекло

1012

4,8

13,2

600

Полиэстер (пленка)

1013

2,8-3,7

27,6

105

Полиэтилен

1014

2,2

Полипропилен

1014

23,6

100

Тефлон (фторопласт)

>2·1016

2,1

110

200

Сердечники.

Сердечникисиловых трансформаторов изготавливаются из электротехнической стали.

Электротехническаянелегированная сталь с нормированными свойствами в постоянных поляхиспользуется для изготовления магнитопроводов всех видов и самых сложных форм:детали реле, сердечники, полюсные наконечники электромагнитов, элементымагнитоэлектрических, индукционных и электромагнитных приборов, экраны,телефонные мембраны, магнитопроводы двигателей переменного и постоянного токамалой и средней мощности и так далее.

Химическийсостав электротехнической нелегированной стали различных марок приведен в табл.2.Магнитные свойства электротехнической нелегированной стали после отжига бездоступа воздуха при температуре не выше 950 градусов Цельсия и далее послемедленного охлаждения на воздухе (не более 10 часов) до 600 градусов Цельсиядолжны соответствовать нормам, приведенным в табл.3.

Электротехническиекремнистые стали — наиболее широко распространенный магнитомягкий материал,сочетающий высокие магнитные свойства с низкой стоимостью и удовлетворительнойтехнологичностью. Эти стали широко применяются для изготовления двигателей игенераторов всех типов, дросселей и трансформаторов, электромеханизмов иприборов, работающих как на постоянном, так и на переменном токе различнойчастоты. Разнообразные технические требования, предъявляемые кэлектротехническим сталям, удовлетворяются путем изменения их химическогосостава, толщины листов или ленты и применения специальных технологическихпроцессов изготовления и термическойобработки.

Свойстваэлектротехнической магнитной горячекатаной стали марок 1571 и 1572 ссодержанием кремния около 4% должны соответствовать нормам, приведенным в табл.4. В этой таблице представлены такжесвойства холоднокатаной тонколистовой стали марок 3471 и 3472 с содержанием кремнияоколо 3%. Свойства электротехнической магнитной горячекатаной тонколистовойстали марок 1561 и 1562 с содержанием кремния до 4% должны соответствоватьнормам, приведенным в табл. 5. Нормированные магнитные свойства сталей причастоте перемагничивания 50 Гц представлены в табл. 6. и табл. 7.

Для сталейвсех типов нормируется коэффициент старения (процент увеличения удельных потерьв образце после старения по сравнению с исходными удельными потерями).Коэффициент старения должен быть не более 3 — 8% после нагрева в течение 120часов при 120 — 150 °C в зависимости от типа стали. Магнитные свойства сталей снормированием свойств при частоте перемагничивания 400 Гц представлены в табл.8. Магнитные свойства сталей с нормированием свойств при частоте перемагничивания3000 Гц приведены в табл. 9.

Представленныев табл. 6., табл. 7. и табл. 8. магнитные параметры измеряются либо вдольнаправления прокатки (для анизотропных сталей), либо вдоль и поперекнаправления прокатки (для изотропных и горячекатаных сталей).

Магнитныесвойства электротехнической стали на переменном токе зависят при одинаковойструктуре и текстуре от толщины стального листа и частоты перемагничивания.Наилучшие магнитные свойства при частоте 50 Гц имеет стальной лист толщиной0.25 — 0.30 мм. Выбор толщины листа определяется оптимальным соотношениемтребуемых магнитных свойств материала, коэффициента заполнения и трудоемкостиизготовления магнитопровода. По мере автоматизации процессов изготовлениямагнитопроводов, улучшения плоскости листа и уменьшения толщины электроизоляцииоптимальная толщина стали снижается и следует применять сталь толщиной 0.30 мми 0.27 мм.

При частоте400 Гц наилучшие магнитные свойства имеет стальной лист толщиной 0.12 мм, сучетом коэффициента заполнения оптимальная толщина для этой частоты — 0.15 мм;увеличение частоты до 3000 Гц уменьшает оптимальную толщину стального листа до0.05 мм.

Существенноевлияние на свойства электротехнических сталей оказывают примеси ( кремний,углерод, сера и фосфор).

Таблица 2

ХИМИЧЕСКИЙСОСТАВ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ НЕЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ

_____________________________________________________________________________

Материал Углерод Марганец Кремний Сера Фосфор Медь ГОСТ или ТУ

_____________________________________________________________________________

Сталь:

электро-

техническая

нелегированная

тонколистовая 0.040 0.300 0.300 - - - ГОСТ 3836-83

сортовая 0.035 0.300 0.300 0.030 0.020 0.300 ГОСТ 11036-75

_____________________________________________________________________________

Таблица 3

МАГНИТНЫЕСВОЙСТВА ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ НЕЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ

_____________________________________________________________________________

Коэрцитивная сила, Относительная Магнитная индукция, Тл,

Марка А/м, максимальная магнитная не менее при напряженности

не более проницаемость, магнитного поля,

не менее А/м, равной

500 1000 2500

_____________________________________________________________________________

Сортовая сталь (ГОСТ11036 — 75)

10895 95 - 1.32 1.45 1.54

20895 95 - 1.36 1.45 1.54

11895 95 - 1.32 1.45 1.54

21895 95 - 1.32 1.45 1.54

10880 80 - 1.36 1.47 1.57

20880 80 - 1.36 1.47 1.57

11880 80 - 1.36 1.47 1.57

21880 80 - 1.36 1.47 1.57

10864 64 - 1.40 1.50 1.60

20864 64 - 1.40 1.50 1.60

11864 64 - 1.40 1.50 1.60

21864 64 - 1.40 1.50 1.60

Тонколистовая сталь (ГОСТ3836 — 83)

10895 95 3000 - - -

20895 95 3000 - - -

11895 95 3000 - - -

21895 95 3000 - - -

10880 80 4000 - - -

20880 80 4000 - - -

11880 80 4000 - - -

21880 80 4000 - - -

10864 64 4500 1.38 1.50 1.62

20864 64 4500 1.38 1.50 1.62

11864 64 4500 1.38 1.50 1.62

21864 64 4500 1.38 1.50 1.62

10848 48 4800 - - -

20848 48 4800 - - -

11848 48 4800 - - -

21848 48 4800 - - -

10832 32 5000 - - -

20832 32 5000 - - -

11832 32 5000 - - -

21832 32 5000 - - -

_____________________________________________________________________________

Таблица 4

МАГНИТНАЯИНДУКЦИЯ СТАЛИ В СРЕДНИХ ПОЛЯХ

____________________________________________________________________________

Толщина Магнитная индукция, Тл, не менее, при напряженности

Марка листа, магнитногополя, А/м, равной

мм 5 10 20 50 70 100 200 500

____________________________________________________________________________

1571 0.35 - 0.035 0.14 0.48 0.61 0.77 0.92 1.21

0.20 - 0.030 0.10 0.38 0.58 0.66 0.90 1.18

1572 0.35 - 0.045 0.17 0.57 0.71 0.87 1.02 1.25

0.20 - 0.040 0.14 0.48 0.62 0.74 0.92 1.20

3471 0.50 0.14 - - - - - - -

0.35 0.17 - - - - 1.61 - -

3472 0.50 0.16 - - - - 1.61 - -

0.35 0.19 - - - - 1.61 - -

____________________________________________________________________________

Таблица 5

МАГНИТНАЯИНДУКЦИЯ СТАЛИ В СЛАБЫХ ПОЛЯХ

____________________________________________________________________________

Толщина Магнитная индукция, мкТл, не менее, при напряженности

Марка листа, магнитногополя, А/м, равной

мм 0,2 0,4 0,8

____________________________________________________________________________

1561 0.35 100 220 650

0.20 100 220 650

1562 0.35 120 280 760

0.20 120 300 750

____________________________________________________________________________

Таблица 6

УДЕЛЬНЫЕПОТЕРИ СТАЛИ В СИЛЬНЫХ ПОЛЯХ ПРИ ЧАСТОТЕ 50 Гц

___________________________________________________________________________

Толщина Удельные потери, Вт/к, не более,

Марка листа или при индукции, Тл, равной

ленты, мм 1.0 1.5 1.7

___________________________________________________________________________

Горячекатанаясталь

(ГОСТ21427.3-75)

1211 1.00 5.80 13.4 -

0.50 3.30 7.7 -

1311 0.50 2.50 6.1 -

1411 0.50 2.00 4.4 -

0.35 1.60 3.6 -

1511 0.50 1.55 3.5 -

0.35 1.35 3.0 -

Холоднокатаная

изотропнаясталь

(ГОСТ21427.2-83)

2011 0.65 3.80 9.0 -

0.50 3.50 8.0 -

2111 0.65 4.30 10.0 -

0.50 3.50 8.0 -

2211 0.65 3.00 7.0 -

0.50 2.60 5.8 -

2311 0.65 2.50 5.8 -

0.50 1.90 4.4 -

2411 0.50 1.60 3.6 -

0.35 1.30 3.0 -

Холоднокатаная

анизотропная

(ГОСТ21427.1-83)

3311 0.80 4.00 - -

3411 0.50 - 2.45 -

0.35 - 1.75 -

3404 0.35 - - 1.60

0.30 - - 1.50

___________________________________________________________________________

Таблица 7

МАГНИТНАЯИНДУКЦИЯ СТАЛИ В СИЛЬНЫХ ПОЛЯХ ПРИ ЧАСТОТЕ 50 Гц

_____________________________________________________________________________

Толщина Магнитная индукция, Тл, не менее, при

Марка листа или напряженности магнитного поля, А/м, равной

ленты, мм 100 1000 2500 5000 10000 30000

_____________________________________________________________________________

Горячекатанаясталь

(ГОСТ21427.3-75)

1211 1.00 - - 1,53 1.63 1.76 2.00

1311 0.50 - - 1.48 1.59 1.73 1.95

1411 0.50 - - 1.46 1.57 1.71 1.92

0.35 - - 1.46 1.57 1.71 1.92

1511 0.50 - 1.30 1.46 1.57 1.70 1.90

Холоднокатаная

изотропнаясталь

(ГОСТ21427.2-83)

2011 0.65 - - 1.60 1.70 1.80 2.02

0.50 - - 1.45 1.70 1.80 2.02

2111 0.65 - - 1.45 1.58 1.66 2.00

0.50 - - 1.46 1.58 1.68 2.00

2211 0.65 - 1.40 1.56 1.65 1.73 1.96

0.50 - 1.40 1.56 1.65 1.76 2.00

2311 0.65 - 1.36 1.52 1.62 1.72 1.96

0.50 - 1.38 1.54 1.64 1.74 1.96

2411 0.50 - 1.40 1.49 1.66 1.73 1.96

0.35 - 1.30 1.49 1.60 1.70 1.95

Холоднокатаная

анизотропная

(ГОСТ21427.1-83)

3311 0.80 - - 1.75 1.60 1.70 1.95

3411 0.50 - - 1.75 1.60 1.70 1.95

0.35 - - 1.75 1.60 1.70 1.95

0.20 - 1.45 1.70 1.60 1.70 1.95

_____________________________________________________________________________

Таблица 8

УДЕЛЬНЫЕПОТЕРИ ПРИ ЧАСТОТЕ 400 Гц И МАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ СТАЛИ В СИЛЬНЫХ ПОЛЯХ

_____________________________________________________________________________

Толщина Удельные потери, Коэрцитив- Магнитная индукция, Тл,

листа Вт/кг, не более ная не менее, при напряженности

Марка или ленты, при индукции, Тл, сила, магнитного поля,А/м,

мм равной А/м, равной

0.75 1.0 1.5 не более 40 200 500 2500

_____________________________________________________________________________

1521 0.35 10.75 19.50 - - - - 1.21 1.44

0.22 8.00 14.00 - - - - 1.20 1.42

0.20 7.20 12.50 - - - - 1.20 1.42

0.10 6.00 10.50 - - - - 1.19 1.40

2421 0.28 10.70 19.50 - - - - - 1.47

0.18 7.20 12.50 - - - -

еще рефераты

Еще работы по технике

Реферат по технике

Гальванические элементы. Аккумуляторы

29 Августа 2013

Реферат по технике

Трибология. Основные задачи дисциплины

29 Августа 2013

Реферат по технике

Безлюдное производство

29 Августа 2013

Реферат по технике

Инженерный труд России. Повышение квалификации инженера

29 Августа 2013