Расчёт согласующего трансформатора
Использование трансформаторов в автономных инверторах позволяет согласовывать параметры преобразователя и нагрузки, обеспечивать гальваническую развязку вентильной части инвертора и нагрузки.
8.1 Исходные данные для расчёта: - действующее значение тока в первичной обмотке трансформатора I1=242.3 А (п.2.11 ); - действующее значение напряжения на первичной обмотке трансформатора U1=755 В (п.2.11); - коэффициент трансформации nТ=6 (п.2.12); - действующее значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора U2=U1/nт, U2=125.85 В; - коэффициент мощности нагрузки cos jн=0.1366 (п.2.1); - частота напряжения f=1500 Гц (исходные данные).
8.2 Определяем полную мощность трансформатора:
( 8.1 )
Получаем: S=182.96 кВт. 8.3 Выбираем по табл.1 и 2 из [6] магнитопровод, выполненный на основе электротехнической рулонной стали марки Э407 с толщиной листа 0.3 мм, обладающей следующими характеристиками: - удельные потери P1,7/50=1.26 Вт/кг; - магнитная индукция при напряженности 100 А/м, не менее В50=1.68 Тл. 8.4 Выбираем диаметр стержня магнитопровода, сечение стержня, сечение ярма и коэффициент использования площади круга, число ступеней в сечении стержня магнитопровода по табл. 3,4,5: - диаметр стержня Dc=0.18 м; - сечение стержня П1=0.02328 м2; - сечение ярма П2=0.02376 м2; - коэффициент использования площади круга Ки=0.914; - число ступеней n=7.
8.5 Определяем индукцию в магнитопроводе при заданной частоте f:
( 8.2 )
Получаем: Вп=0.2005 Тл. Расчёт геометрических размеров первичной обмотки трансформатора. Определяем число витков обмотки:
( 8.3 )
где: Кз=0.96 – коэффициент заполнения сечения магнитопровода сталью (табл.2 [6]); Fс – активное сечение стержня магнитопровода; Fc=Kз×П1=0.0223. Получаем: w1=25.3026, принимаем w1=25. Выбираем медный провод марки ПСД с классом нагревостойкости F, рекомендуемое значение плотности тока для такого провода, согласно табл.6 [6] составляет j=2.5 А/мм2. Определяем сечение провода первичной обмотки:
( 8.4 )
где j1=j – плотность тока в первичной обмотке; Получаем: S1=96.92 мм2. Выбираем по табл.7 [6] сортамента проводов провод сечением 35 мм2, имеющий размеры: - без изоляции: a=3.55 мм; b=10 мм; - с изоляцией : a`=4.05 мм; b`=10.5 мм. Так как рассчитанное сечение провода (п.8.5.3) превышает выбранное сечение, наматывать обмотку будем тремя параллельными проводами выбранного сечения.
8.6 Выбираем цилиндрический многослойный тип обмотки, наматываемой плашмя, для которой рассчитываем её осевой и радиальный размеры. Осевой размер:
( 8.5 )
где: ni=3 – число параллельных проводников в осевом направлении; wсл=13 – число витков в одном слое обмотке (задаёмся); bиз=b`=10.5 мм – осевой размер изолированного проводника. Получаем: hоб=449.82 мм. Радиальный размер обмотки:
( 8.6 )
где: nсл=2 – число слоёв обмотки; аиз=а`=4.05 мм – радиальный размер изолированного проводника; dсл=1 мм – толщина межслоевой изоляции. Получаем: аоб=9.3025 мм.
8.7 Геометрические размеры вторичной обмотки трансформатора. Находим число витков вторичной обмотки:
( 8.7 ) Получаем: w2=4.1667, принимаем w2=4. Для вторичной обмотки выбираем медный провод марки ПСД с классом нагревостойкости F, рекомендуемое значение плотности тока для такого провода, согласно табл.6 [6] составляет j2=2.5 А/мм2. Определяем сечение провода вторичной обмотки:
( 8.8 )
Получаем: S2=581.53 мм2. Выбираем по табл.7 [6] сортамента проводов провод сечением 49.5 мм2, имеющий размеры: - без изоляции: a=4.5 мм; b=11.2 мм; - с изоляцией : a`=5 мм; b`=11.7 мм. Так как рассчитанное сечение провода превышает выбранное сечение, наматывать обмотку будем двенадцатью параллельными проводами выбранного сечения. Выбираем цилиндрический тип обмотки. Осевой размер:
( 8.9 )
где: ni=12 – число параллельных проводников в осевом направлении; wсл=2 – число витков в одном слое обмотке (задаёмся); bиз=b`=11.7 мм – осевой размер изолированного проводника. Получаем: hоб=429.624 мм. Радиальный размер обмотки: ( 8.10 ) где: nсл=2 – число слоёв обмотки; аиз=а`=5 мм – радиальный размер изолированного проводника; dсл=1 мм – толщина межслоевой изоляции. Получаем: аоб=11.25 мм.
8.8 Рассчитываем размеры пакетов сечения стержня магнитопровода на половину сечения стержня. Размеры пакетов стержня для числа ступеней 6 и 7 рассчитаны по табл.6 , составленной на основе табл.8 [6] и таблицам, приведённым в [9] (в ней: fi – ширина пластины, Сi – толщина пластины, d - высота сегмента). Форма поперечного сечения повторяет по размерам пакеты сечения стержня. Для улучшения прессовки ярма ярмовыми балками, более равномерного распределения давления по ширине пакетов и уменьшения веера пластин на углах пакетов в ярме объединяются два последних пакета, т.о. ярмо имеет на одну ступень меньше, чем стержень. Таблица 6 Размеры пакетов в поперечном сечении стержня.
8.9 Минимальное расстояние между осями соседних стержней:
( 8.11 )
где: Dc – диаметр стержня магнитопровода; ас1=0.01 м, ас2=0.01 м – соответственно, расстояние от стержня до обмоток w1 и w2 (табл.9 из [6]); аоб1=9.3 мм, аоб2=11.3 мм – соответственно, радиальные размеры обмоток w1 и w2; а12=0.01 м – расстояние между обмотками w1 и w2 (табл.9 из [6]). Получили: lс=0.2306 м. 8.10 Рассчитываем высоту стержня:
( 8.12 )
где: h`я1=15 мм, h``я1=15 мм – расстояние от обмотки w1 до нижнего и верхнего ярма, соответственно (табл.9 [6]); h`я2=15 мм, h``я2=15 мм - расстояние от обмотки w2 до нижнего и верхнего ярма, соответственно (табл.9 [6]); hоб1=449.8 мм, hоб2=429.6 мм – соответственно, осевые размеры обмоток w1 и w2. Получаем: hс1=479.8 мм, hс2=459.6 мм. Принимаем высоту стержня hс=hс1=479.8 мм.
8.11 Масса трансформатора. Масса стержней:
(8.13)
где: n=2 – количество стержней; Fc=0.0223 м2 – активное сечение стержня; gст=7800 кг/ м3 – удельный вес стали. Получаем: Gс=167.29 кг. Масса ярм:
(8.14)
где: lя=lc-Dc=0.0506 м – расстояние между соседними стержнями; Fя=Кз×П2=0.0228 м – активное сечение ярма. Получаем: Gя=17.988 кг. Масса углов магнитопровода:
(8.15) где hя=Ся=0.1746 м (здесь Cя – сумма толщины всех пакетов, входящих в поперечное сечение ярма – см. табл.6). Получили: Gy=60.8728 кг. Масса магнитопровода:
(8.16)
Получаем: GM=246.146 кг. Масса обмотки. Внутренний диаметр обмотки w1:
( 8.17 )
Получаем: D`1=0.2 м. Внешний диаметр обмотки w1:
( 8.18 )
Получаем: D``1=0.2186 м. Масса металла обмотки:
( 8.19 )
где: gм=8360 кг/ м3 – удельный вес меди; S`1 – сечение провода первичной обмотки без изоляции. Получаем: G1=14.43 кг. Масса провода обмотки w1: ( 8.20 )
где: Ку=0.04 – коэффициент увеличения массы провода за счёт изоляции (табл.10 из [6]). Получаем: Gоб1=15 кг. Масса обмотки w2. Внутренний диаметр обмотки w2:
( 8.21 )
Получаем: D`2=0.2 м. Внешний диаметр обмотки w2:
( 8.22 )
Получаем: D``2=0.2225 м. Масса металла обмотки:
( 8.23 )
где: gм=8360 кг/ м3 – удельный вес меди; S`2 – сечение провода первичной обмотки без изоляции. Получаем: G2=13.18 кг. Масса провода обмотки w2:
( 8.24 ) где: Ку=0.03 – коэффициент увеличения массы провода за счёт изоляции (табл.10 из [6]). Получаем: Gоб2=13.578 кг. 8.12 Рассчитываем массу трансформатора:
( 8.25 )
Получаем: G=274.73 кг.
8.13 Расчёт основных потерь в обмотках: Основные потери в обмотке w1:
( 8.26 )
где: Кt=1.97(1+0.004(t-20))=2.719 – коэффициент; j1=I1/S`1=2.3 А/мм2. Получили: Р`1=208.9 Вт. Основные потери во вторичной обмотке:
(8.27)
где: j2=I2/S`2=2.33 А/мм2. Получили: Р`2=195 Вт. 8.14 Определение добавочных потерь в обмотках от вихревых токов основной частоты. Добавочные потери в первичной обмотке: ( 8.28 )
где: Кд=7680 – коэффициент добавочных потерь (табл.11 из [6]); апр1=а=3.5 мм – перпендикулярный полю рассеяния линейный размер проводника; Вэ1 – эквивалентная магнитная индукция поля рассеяния, определяемая из выражения:
( 8.29 )
здесь Вm1 – амплитуда осевой составляющей магнитной индукции рассеяния, найденная по выражению:
( 8.30 )
Получили: Вm1=0.024 Тл; Вэ1=0.0124 Тл; Рв1=481.49 Вт. Добавочные потери во вторичной обмотке:
( 8.31 )
Используя выражения (8.29) и (8.30) для вторичной обмотки нашли: Вм2=0.023 Тл; Вэ2=0.0119 Тл; Pв2=649.7 Вт. 8.15 Находим потери холостого хода в магнитопроводе трансформатора.
( 8.32 ) где: Кх=1.47 – коэффициент, учитывающий суммарные добавочные потери в магнитопроводе трансформатора. Получаем: Р0=455.9 Вт.
8.16 Общие потери в трансформаторе.
( 8.33 )
Получили: Р=1991.34 Вт.
8.17 Коэффициент полезного действия (КПД) трансформатора:
( 8.34 )
Получили: h=0.9891. Найденная величина КПД весьма близка к единице, что говорит о малых потерях в трансформаторе. Заключение
В настоящем курсовом проекте проводился расчёт схемы автономного резонансного инвертора с обратными диодами, предназначенного для установки индукционного нагрева. Были рассчитаны различные режимы работы инвертора в зависимости от степени нагрева индукционной установки. Рассмотрение особенностей расчёта трансформаторов с естественным воздушным охлаждением, применяемых в автономных инверторах, работающих на повышенных частотах, для согласования режима работы нагрузки и преобразователя, позволило сделать вывод, что такие параметры, как число фаз, мощность, вид системы охлаждения существенно влияют на подходы к расчёту трансформатора. Результатом проведённых расчётов явился выбор следующих электронных компонентов инвертора: силовые тиристоры типа ТБ171-160, устанавливаемые на стандартные охладители; обратные диоды ВЧ2-100-8; демпфирующие цепочки в цепи каждого тиристора; определены параметры коммутирующего конденсатора типа К75-46. Специально для данной схемы инвертора был рассчитан дроссель без сердечника с индуктивностью 99,1 мкГн, а также согласующий трансформатор с коэффициентом трансформации равным 6, мощностью 183 кВт, с коэффициентом полезного действия 0,9891 и совокупной массой, без учёта крепёжных элементов, порядка 275 кг. Список литературы
1. Забродин Ю.С. Промышленная электроника. - М.: Высшая школа, 1982. - 496 с. 2. Калантаров П.Л., Цейтлин Л.А. Расчёт индуктивностей: Справочная книга. - 3-е изд., перераб. И доп. Л.: Энергоатомиздат, 1986 г., 488 с.; ил. 3. Комплектные тиристорные электроприводы: Справочник/ И.Х. Евзеров, А.С. Горобец, Б.С. Мошкович и др.; под ред. канд. техн. наук В.М. Перельмутера. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 319 с., ил. 4. Мощные полупроводниковые приборы. Тиристоры: Справочник/ В.Я. Замятин, Б.В. Кондратьев, В.М. Петухов, - М.: Радио и связь, 1987 г. - 576 с., ил. 5. Расчёт автономных резонансных инверторов для индукционного нагрева: Метод. Указания к курсовому проектированию по дисциплине «Автономные преобразователи»/ Сост. В.А. Медведев, - г. Тольятти: ТолПИ, 1992 г. 6. Расчёт согласующего трансформатора автономного преобразователя: Метод. Указания к курсовому проектированию/ Сост. В.А. Медведев, - г. Тольятти: ТолПИ, 1995 г. 7. Фишлер Я.Л., Урманов Р.Н., Пестряева Л.М. Трансформаторное оборудование для преобразовательных установок, - М.: Энергоатомиздат, 1989 г., 320 с. 8. Чебовский О.Г., Моисеев Л.Г., Сахаров Ю.В., Силовые полупроводниковые приборы: Справочник., - М.: Энергоатомиздат, 1975 г., 512 с. 9. Тихомиров П.М. Расчёт трансформатора. М.: Энергоатомиздат, 1986, 528 с. 10. Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутационные устройства РЭА: Справ./ Н.Н. Акимов, Е.П. Ващуков, В.А. Прохоренко, Ю.П. Ходоренок – Мн.: Беларусь, 1994. – 591 с.:ил.
Cхема подключения демпфирующей цепочки к тиристору
Рис. 11
Популярное: Модели организации как закрытой, открытой, частично открытой системы: Закрытая система имеет жесткие фиксированные границы, ее действия относительно независимы... Как выбрать специалиста по управлению гостиницей: Понятно, что управление гостиницей невозможно без специальных знаний. Соответственно, важна квалификация... Как построить свою речь (словесное оформление):
При подготовке публичного выступления перед оратором возникает вопрос, как лучше словесно оформить свою... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (422)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |