Реферат: Электротехнические материалы, применяемые в силовых трансформаторах
<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">План.
<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">
<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">стр.
<span Arial",«sans-serif»;mso-fareast-font-family: Arial">1.<span Times New Roman"">
<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Введение ··············································································2<span Arial",«sans-serif»;mso-fareast-font-family: Arial">2.<span Times New Roman"">
<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Пример расчетасилового трансформатора ·················· 3<span Arial",«sans-serif»;mso-fareast-font-family: Arial">3.<span Times New Roman"">
<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Видыэлектротехнических материалов:<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»"> 3.1 Проводники иизоляторы ·············································· 9
<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">а) сердечники································································· 11
<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">б) обмоточные провода··············································· 21
<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">в) трансформаторные масла·······································31
<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">г) трансформаторная бумага······································· 41
<span Arial",«sans-serif»;mso-fareast-font-family: Arial">4.<span Times New Roman"">
<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Заключение(история трансформатора) ······················· 44<span Arial",«sans-serif»;mso-fareast-font-family: Arial">5.<span Times New Roman"">
<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Литература·········································································· 51<span Arial",«sans-serif»; mso-fareast-font-family:«Times New Roman»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language:AR-SA; layout-grid-mode:line"><span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">Введение.
<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> 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).
<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> Для того, чтобы это произошло,
<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:EN-US">“электричество” должно пройти через множество силовыхтрансформаторов, о которых и пойдет речь в моем реферате.<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
<span Arial",«sans-serif»; mso-fareast-font-family:«Times New Roman»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language:AR-SA; layout-grid-mode:line"><span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">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.
<img src="/cache/referats/4773/image002.gif" v:shapes="_x0000_i1025">
Мощность Pгi для одной о6мотки определяется по формуле
<img src="/cache/referats/4773/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1026">
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:
<img src="/cache/referats/4773/image006.gif" v:shapes="_x0000_i1027">
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
60
4
20 — 40
65
3.5
40 — 75
70
3
75 — 100
75
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
<img src="/cache/referats/4773/image008.gif" v:shapes="_x0000_i1028">
вторичных обмоток по формуле:
<img src="/cache/referats/4773/image010.gif" v:shapes="_x0000_i1029">
Диаметрпровода определяется по заданной плотности тока, значения которой зависят отмощности трансформатора, по формуле
<img src="/cache/referats/4773/image012.gif" v:shapes="_x0000_i1030">
Взаключение проверяют, уложатся ли все обмотки в окна выбранного сердечника.Площадь, занимаемая каждой обмоткой с прокладками в окне сердечника,приближенно определяется по формуле
<img src="/cache/referats/4773/image014.gif" v:shapes="_x0000_i1031">
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).
<span Arial",«sans-serif»;mso-fareast-font-family:«Times New Roman»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: RU;mso-bidi-language:AR-SA;layout-grid-mode:line">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
23
60
Полипропилен
1014
2
23,6
100
Тефлон (фторопласт)
>2·1016
2,1
110
200
<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
<span Arial",«sans-serif»;mso-fareast-font-family: «Times New Roman»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language: RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language:AR-SA;layout-grid-mode:line"><span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">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 - - - -