e₀=(0,08ч0,045)•P_{сети расч.}

P_{сети расч.}=P_сети•=44,1•=34,2 (кВА)

e₀=(0,08ч0,045)•34,2=2,736ч1,539

Принимаю e₀=2,7 (В/виток)

2.2. Предварительное число витков вторичной обмотки:

W₂'===25

2.3. Предварительное число витков первичной обмотки:

W₁'=

U_1ф=U_c - при соединении первичной обмотки в треугольник

W₁'==141

2.4. Окончательное число витков первичной и вторичной обмоток:

Принимаем окончательное число витков вторичной обмотки W₂=28.

Тогда окончательное значение ЭДС на один виток:

e₀===2,44 (В/виток)

Окончательное число витков первичной обмотки:

W₁===155,6

Принимаем W₁=156.

2.5. Предварительная плотность тока в обмотках трансформатора:

J₁'=1,5 (А/мм²) - в первичной

J₂'=2,35 (А/мм²) - во вторичной

2.6. Предварительные сечения проводов обмотки:

q₁'===20 (мм²)

q₂'===49 (мм²)

2.7. Активное сечение стали магнитопровода:

Предварительное активное сечение:

S_a'=e₀•10⁴/4,44•f₀•В'

f₀ - частота питающей сети;

В' - предварительное значение магнитной индукции;

Для холоднокатаной анизотропной стали марки 3413 В'1,65 (Тл)

S_a'=2,44•10⁴/4,44•50•1,65=66,6 (см²)

2.8. Полное сечение магнитопровода:

Предварительное полное сечение:

S_ст'=S_a'/К_с

К_с - коэффициент заполнения стали, К_с=0,95

S_ст'=66,6/0,95=70,1 (см²)

2.9. Определение ширины пластины магнитопровода:

Учитывая мощность выпрямителя, выберем рекомендуемую ширину b_ст=82 (мм)

2.10. Предварительная толщина набора магнитопровода:

l_ст'=S_cт'•10²/b_ст=70,1•10²/82=85,5 (мм)

Окончательную толщину набора принимаем l_ст=86 (мм)

Окончательное сечение магнитопровода:

S_ст=l_ст•b_ст /100=86•82/100=70,5 (см²)

Окончательное активное сечение магнитопровода:

S_a=S_ст•К_с=70,5•0,95=67 (см²)

Окончательная магнитная индукция:

В=e₀•10⁴/4,44•f•S_a=2,44•10⁴/4,44•50•67=1,64 (Тл)

2.11. Суммарная площадь обмоток, которые необходимо разместить в окне:

Q=Q₁+Q₂

Q₁ - площадь первичной обмотки

Q₁=q₁'•W₁=20•156=3120 (мм²)

Q₂ - площадь двух вторичных обмоток

Q₂=2•q₂'•W₂=2•49•28=2744 (мм²)

Q=Q₁+Q₂=3120+2744=5864 (мм²)

2.13. Площадь окна магнитопровода:

S_ок=2•Q /К_зо

К_зо - коэффициент заполнения окна, К_зо=0,45

S_ок=2•5864/0,45=26062 (мм²)

3. Окончательный расчёт магнитной системы трансформатора:

3.1. Ширина окна:

b₀=(1,1ч1,5)•b_ст

b_cт - ширина стержня

b₀=(1,1ч1,5)•82=90,2ч123 (см)

Принимаю b₀=112 (мм).

3.2. Высота окна магнитопровода:

h₀=S_ок /b₀=26062/112=233 (мм)

3.3. Длина пластин (1^го,2^го и 3^го вида):

l₁=h₀+b_ст=233+82=315 (мм)

l₂=2b₀+b_ст=2•112+82=306 (мм)

l₃=b₀+b_ст=112+82=194 (мм)

Количество листов каждого типа:

n₁=l_ст•0,95•3/0,5=86•0,95•3/0,5=490 (шт),

n₂= l_ст•0,95•/0,5=163 (шт),

n₃= l_ст•0,95•2/0,5=327 (шт)

l_ст - толщина набора магнитопровода

0,95 - коэффициент заполнения стали (К_с)

3.4. Масса стали магнитопровода:

G_c=[(h₀+2b_ст)•(2b₀+3b_ст)-2h₀•b₀]•l_ст•0,95•г•10^-3

г-плотность электротехнической стали 3413, г=7,65 (г/см³)

G_c=[(23,3+2•8,2)•(2•11,2+3•8,2)-2•23,3•11,2]•8,6•0,95•7,65•10^-3=84 (кг)

3.5. Потери в стали магнитопровода:

P_c=К₀•G_c•p₀•К_ур

К₀ - коэффициент, учитывающий добавочные потери в стали за счёт изменения структуры листов при их механической обработке, К₀=1,2.

К_ур - коэффициент увеличения потерь для анизотропных сталей, являющейся функцией геометрических размеров магнитопровода.

В зависимости от величины 3h₀+4b₀ /b_ст=3•23,3+4•11,2/8,2=14 -получаем К_ур=1,15.

p₀ -удельные потери в 1 кг стали марки 3413 при индукции В=1,64 (Тл) равняются p₀=2,3 (Вт/кг)

P_c=1,2•84•2,3•1,15=267 (Вт)

3.6. Абсолютное значение тока холостого хода:

I_оа - активная составляющая тока холостого хода, обусловленная потерями холостого хода P_c

I_ор - реактивная составляющая тока холостого хода, необходимая для создания магнитного потока

I_оа=P_c /3U_c

P_c - потери в стали магнитопровода

U_c - номинальное напряжение питающей сети

I_оа=267/3•380=0,2 (А)

I_ор=[H_c•l_м+0,8•В•n_з•д_з•10⁴/v2•W₁•К_r]•К_ухх

H_c - напряжённость магнитного поля, соответствующая индукции В=1,64 (Тл). Для анизотропной стали 3413 H_c=8,2 (А/см);

l_м - средняя длина магнитной силовой линии (см);

В - магнитная индукция (Тл);

n_з - число немагнитных зазоров на пути магнитного потока ;

д_з - условная длина воздушного зазора в стыке равная 0,005 (см) в случае штампованных листов при сборке магнитопровода внахлёстку;

К_r - коэффициент высших гармонических. Ориентировочно для стали 3413 при индукции В=1,64 (Тл) К_r=1,1;

К_ухх - коэффициент увеличения тока холостого хода. Этот коэффициент является функцией геометрических размеров магнитопровода и магнитной индукции.

При соотношении (h₀+2b₀ )/b_ст +1=((23,3+2•11,2)/8,2)+1=6,57 - получаем К_ухх=2,5.

Поскольку трёхстержневой магнитопровод является несимметричным, т.е. имеет разные пути для магнитного потока крайних и средней фазы, то необходимо посчитать средние длины магнитной силовой линии отдельно для крайней и средней фазы.

Длина средней линии магнитного потока для крайней фазы:

l_{м к.ф.}=h₀+2b₀+b_ст+р• b_ст /2=23,3+2•11,2+8,2+3,14•8,2/2=66,8 (см)

Длина средней линии магнитного потока для средней фазы:

l_{м ср.ф.}=h₀+b_ст=23,3+8,2=31,5 (см)

Число немагнитных зазоров на пути потока для крайней фазы n_з=3, для средней фазы n_з=1.

Реактивная составляющая тока холостого хода для крайней фазы:

I_{ор к.ф.}=[(H_c• l_{м к.ф.}+,8•В•3•0,005•10⁴)/v2•W₁•К_r]•К_ухх

I_{ор к.ф.}=[(8,2•66,8+0,8•1,64•3•0,005•10⁴)/v2•156•1,1]•2,5=7,7 (А)

Реактивная составляющая тока холостого хода для средней фазы:

I_{ор ср.ф.}=[(H_c• l_{м ср.ф.}+0,8•В•1•0,005•10⁴)/v2•W₁•К_r]•К_ухх

I_{ор ср.ф.}=[(8,2•31,5+0,8•1,64•1•0,005•10⁴)v2•156•1,1]•2,5=3,3 (А)

Среднее значение реактивной составляющей тока холостого хода:

I_ор=(2•I_{ор к.ф.} + I_{ор ср.ф.} ) /3=(2•7,7+3,3)/3=6,2 (А)

Абсолютное значение тока холостого хода:

==6,2 (А)

Ток холостого хода в процентах от номинального первичного тока:

i=(I₀ /I_1ф)•100%=(6,2/38,7)•100%=16%

4. Окончательный расчёт обмоток трансформатора

4.1. Выбор обмоточных проводов:

По предварительно рассчитанным значениям сечений проводов выбираем ближайшие из стандартного ряда:

q₁=21,12(мм²)

q₂=69,14 (мм²)

Провод обмоточный алюминиевый нагревостойкий прямоугольного сечения:

Уточнённые значения плотности тока:

J₁=I_{1ф расч.} /q₁=29,98/21,12=1,4 (А/мм²)

J₂=I_{2ф расч.} /q₂=111,9/69,14=1,6 (А/мм²)

4.2. Высота цилиндрической обмотки:

h_обм=h₀ - 2•?_я

?_я - зазор между торцевой поверхностью обмотки и ярмом магнитопровода, равный 5 (мм);

h₀ - высота окна магнитопровод

h_обм=233-2•5=223 (мм)

4.3. Число витков в слое:

Первичной обмотки

W_c1=(h_обм /b_из.1) - 1=(223/10,4)-1=20,4- принимаем W_c1=20

Вторичной обмотки

W_c2=(h_обм /b_из.2) - 1=(223/14,48)-1=14,4- принимаем W_c2=14

4.4 Число слоёв:

Первичной обмотки

n_c1=W₁ /W_c1=156/2=7,8 - принимаем n_c1=8

Вторичной обмотки

n_c2=W₂ /W_c2=28/14=2

4.5. Радиальные размеры (толщина) первичной и вторичной обмоток, выполненных из изолированного провода:

д₁=n_c1•n_пар1•а_из1+(n_c1-1)•?_вит

д₂=n_c2•n_пар2•а_из2+(n_c2-1)•?_вит

n_пар1 , n_пар2 - число параллельных проводов первичной и вторичной обмоток;

а_из1 ,а_из2 - размер проводов по ширине с изоляцией;

n_c1 , n_c2 - число слоёв первичной и вторичной обмоток;

?_вит - межслоевая изоляция для изолированных проводов, ?_вит=0,15

д₁=8•1•2,6+(8-1)•0,15=22 (мм)

д₂=2•1•5,52+(2-1)•0,15=11 (мм)

4.6. Радиальный размер катушки трансформатора:

д=д₁+д₂+д₁₂+?_т

?_т - технологические зазоры, связанные с отступлением сторон катушки от парралельности, с неплотностью намотки, ?_т=4 (мм);

д₁₂ - расстояние между первичной и вторичной обмотками, д₁₂=0,16 (мм)

д=22+11+3•0,16+4=37 (мм)

4.7. Внутренний размер катушки по ширине:

А=b_ст +?_ш

?_ш - двухсторонний зазор по ширине между катушкой и стержнем, ?_ш=12 (мм)

А=82+12=94 (мм)

4.8. Внутренний размер катушки по длине:

Б=l_ст +?_дл

l_ст - длина пакета магнитопровода

?_дл - двухсторонний зазор по длине между катушкой и стержнем,

?_дл=30 (мм)

Б=86+30=116 (мм)

4.9. Средние длины витков:

Средняя длина витка первичной обмотки

l_ср1=2(А-2R)+2(Б-2R)+2•р•(R+д₁ /2)

R-радиус скругления проводов при переходе с одной стороны на другую при намотке, R=10 (мм)

l_ср1=2(94-2•10)+2(116-2•10)+2•3,14•(10+22/2)=471 (мм)

Средняя длина витка вторичной обмотки

l_ср2=2(А-2R)+2(Б-2R)+2•р•(R+д₁+д₁₂+д₂ /2)

l_ср2=2(94-2•10)+2(116-2•10)+2•3,14•(10+22+0,16+11/2)=576 (мм)

После определения всех размеров выполним эскиз катушки:

Рисунок 2. « Катушка трансформатора с первичной и вторичной обмотками из изолированного провода»

4.10. Расстояние между катушками соседних стержней:

?_кат =b_о-?_ш-2д

?_кат =112-12-2•37=25 (мм)

После уточнения всех размеров выполним эскиз трансформатора:

Рисунок 3. «Эскиз трансформатора»

1. Выбор типа тиристора и охладителя:

1.1. Среднее, действующее и максимальное значения тока тиристора в зависимости от номинального выпрямленного тока:

I_в.ср. =I_dн •0,166=500•0,166=83 (А)

I_в = I_dн •0,289=500•0,289=144,5 (А)

I_{в мах} = I_dн •0,5=500•0,5=250 (А)

1.2. Максимальное обратное напряжение на тиристоре:

U_{обр.мах} =U_dхх•2,09=80•2,09=167,2 (В)

Выбираем тиристор и охладитель:

Тиристор-Т161-160

Охладитель-О171-80

Основные параметры тиристора и охладителя:

· Пороговое напряжение U_пор=1,15 (В)

· Среднее динамическое сопротивление r_дин=1,4 (мОм)

· Максимально допустимая температура перехода T_п.м.=125°С

· Тепловое сопротивление переход-корпус R_т(п-к)=0,15 (°С/Вт)

· Тепловое сопротивление контакта корпус-охладитель R_т(к-о)=0,05 (°С/Вт)

· Тепловое сопротивление охладитель-среда R_т(о-с)=0,355 (°С/Вт)

1.3. Максимальный допустимый средний ток вентиля в установившемся режиме работы и заданных условиях охлаждения:

I_ос.ср. = [v (U²_пор+4•К²_ф•r_дин•10^-3•(T_п.м.-T_c) /R_т(п-с) ) -U_пор]/2•К²_ф•r_дин•10^-3

К_ф - коэффициент формы тока, К_ф=1,73

Т_с - температура охлаждающего воздуха, Т_с=40 ^°С

R_т(п-с) - тепловое сопротивление переход-среда

R_т(п-с)= R_т(п-к)+ R_т(к-о)+ R_т(о-с)=0,15+0,05+0,355=0,555 (°С/Вт)

I_ос.ср. = [v((1,15)²+4•(1,73)²•1,4•10^-3•(125-40)/0,555)-1,15]/2•(1,73)²•1,4•10^-3=

=97,9 (А)

1.4. Мощность, рассеиваемая на вентиле:

P_в=К•(U_пор•I_в.ср.+r_дин•10^-3•I²_в)

К - коэффициент, учитывающий наличие добавочных потерь в вентиле, К=1,05ч1,1

P_в=1,05•(1,15•83+1,4•10^-3•(144,5)²)=131 (Вт)

1.5. Температура нагрева перехода:

T_п=R_т(п-с) •P_в+T_c

T_c - температура охлаждающего воздуха, T_c=40 ?С

R_т(п-с) - тепловое сопротивление переход-среда

T_п=0,555•131+40=113 ?С

1.6. Класс тиристора:

U_повт. =0,8•U_{обр.мах}

U_повт.- повторяющееся напряжение, определяющее класс вентиля

U_повт. =0,8•167,2=133,8 (В)

Принимаю U_повт. =200 (В).

Учитывая возможные перенапряжения, окончательный класс тиристора принимаю равный 4.

Условное обозначение выбранного тиристора:

Т161-160-4-12УХЛ2

Расчёт КПД выпрямителя

Коэффициент полезного действия выпрямителя при номинальной нагрузке:

з=P_dн /P_dн +УP

P_dн - отдаваемая (выпрямленная) номинальная мощность

УP - суммарные активные потери в схеме выпрямления, которые можно разбить на следующие составные части:

1. Потери в вентилях:

УP_в=m_в• P_в

m_в - количество вентилей в схеме выпрямления

P_в - мощность, рассеиваемая на одном вентиле

УP_в=6•130,9=785,4 (Вт)

2. Потери в силовом выпрямительном трансформаторе:

P_тр=P_c+P₁+P₂

P_c - потери в стали магнитопровода

P₁ - потери в первичных обмотках

P₂ - потери во вторичных обмотках

P_тр=267+629+1253=2,2 (кВт)

3. Потери в сглаживающем дросселе:

P_др=(2ч3)%P_dн=0,6 (кВт)

4. Потери в уравнительном реакторе:

P_ур=(1ч2)%P_dн=0,375 (кВт)

5. Потери во вспомогательных устройствах (в системе управления, системе охлаждения):

P_всп=(0,5ч1,5)P_dн=0,25 (кВт)

6. Потери в соединительных шинах:

P_ш=450 (Вт)=0,45 (кВт)

Значение КПД:

з=P_dн /P_dн+P_в+P_тр+P_др +P_ур+P_всп+P_ш

з=25 /25+0,785+2,2+0,6+0,375+0,25+0,45=0,84.

Размещено на Allbest.ru