POLITECHNIKA LUBELSKA

Wydział Elektrotechniki i Informatyki

PROJEKT TRANSFORMATORA DO ZASILANIA OZONATORA

Wykonawcy:

Lublin 2015 r.

1.

Założenia projektu:

•

Moc znamionowa: S

n

= 18 kVA,

•

Napięcie po stronie pierwotnej: U

1

= 230 V,

•

Napięcie po stronie wtórnej: U

2

= 1,2 kV,

•

Częstotliwość pracy: f = 50 Hz,

•

Prąd zwarcia po stronie wtórnej: I

2z

= 4A,

•

Praca pod obciążeniem łuku elektrycznego.

2.

Obliczenia obwodu magnetycznego transformatora

a.

Moc transformatora

Przekładnia napięciowa transformatora

=

=

1200

230 = 5,2

Prąd strony pierwotnej transformatora

=

=

18000

230 ≈ 80

Prąd strony wtórnej transformatora

=

=

18000

1200 = 15

Moc pozorna transformatora

=

∙ = 230 ∙ 80 ≈ 18000

b.

Dobór rdzenia

Na podstawie obliczonej mocy opracowano projekt rdzenia. Założono, że rdzeń zostanie
wykonany z blach transformatorowej gatunku M110-23S o grubości 0,23 mm.

Dane rdzenia:

•

Wysokość kolumny: h = 1150 mm,

•

Szerokość okna: b = 140 mm,

•

Przekrój kolumny: axg – 83 x 83 mm,

•

Pole przekroju kolumny: A

k

= 0,0068 mm

2

,

•

Moc rdzenia: S

n

= 18 000 VA,

•

Indukcja magnetyczna maksymalna: B

m

= 1,6 T,

•

Indukcja magnetyczna obliczeniowa: B

t

= 1,6 T,

•

Stratność przy 1T: P = 0,869 W/kg,

•

Masa rdzenia – 11 kg.

Rysunki prezentujące zaprojektowany rdzeń zawarto w załączniku nr 1.

3.

Obliczenia obwodu elektrycznego transformatora

a.

Ustalanie liczby zwojów

Napięcie zwojowe wyliczone na podstawie znajomości indukcji i pola przekroju kolumny

= 4,44 ∙

∙ ∙

= 4,44 ∙ 1,6 ∙ 50 ∙ 0,0068 = 2,426 V

Liczba zwojów uzwojenia pierwotnego

= ′ =

230

2,426 = 94,80

Na uzwojenie pierwotne przyjmuje się z

1

równe 95 zwojów

Przekładania napięciowa transformatora

=

=

1200

230 = 5,2

Liczba zwojów strony wtórnej

= ∙ = 5,2 ∙ 94,80 = 494,6

Na uzwojenie wtórne przyjmuje się z

2

równe 495 zwojów

Napięcie strony wtórnej po korekcie

= ∙

= 5,2 ∙ 230 = 1200

Napięcie zwojowe dla ustalonej liczby zwojów strony pierwotnej

=

=

230

95 = 2,421

Indukcja w rdzeniu

=

′

4,44 ∙ ∙

=

2,421

4,44 ∙ 50 ∙ 0,0068 = 1,6

b.

Prądy uzwojeń

Prąd stron pierwotnej

=

=

18000

230 = 78,261

Przyjmuje się prąd I

1

równy 80 A

Prąd strony wtórnej

=

=

18000

1200 = 15

Przyjmuje się prąd I

2

równy 15 A

c.

Obliczenie średnicy drutu nawojowego

Gęstość prądu J przyjęta do obliczeń wynosi 2,5 A/mm

2

Ś

rednica drutu nawojowe go uzwojenia pierwotnego

" = 2#$% = 2#

80

2,5 ∙ % = 6,38&&

Przyjmuje się średnicę drutu uzwojenia pierwotnego d

1

równą 7 mm

2

Ś

rednica drutu nawojowego uzwojenia wtórnego

" = 2#$% = 2#

15

2,5 ∙ % = 2,77&&

Przyjmuje się średnicę drutu uzwojenia wtórnego d

2

równą 3 mm

2

d.

Sposób wykonania uzwojeń

Uzwojenie pierwotne wykonane profilem prostokątnym miedzianym.

= % '

"

2 ( = % '

7

2( = 32,0&&

Przyjmuje się profil o wymiarach a

z

x b

z

: 12 mm x 2,5 mm

Uzwojenie wtórne wykonane drutem miedzianym emaliowanym o przekroju okrągłym
Ø 3 mm.

4.

Obliczenie wymiarów uzwojeń i podział na warstwy

W transformatorze przewiduje się dwie cewki uzwojenia pierwotnego. Jedna z cewek
uzwojenia pierwotnego nawinięta jest współśrodkowo z uzwojeniem wtórnym. Druga cewka
uzwojenia pierwotnego umieszczona jest na drugiej kolumnie transformatora?????????????.

a.

Wymiary uzwojenia pierwotnego

Na karkas zajmuje się 10 mm wysokości rdzenia.

Wysokość użytkowa kolumny L

K1

po odjęciu przestrzeni na karkas

)

*

= ℎ − 10 = 1150 − 10 = 1140&&

Liczba zwojów uzwojenia pierwotnego przypadająca na jedną warstwę

-

=

)

*

.

/

=

1140

12 = 95

Liczba warstw profilu miedzianego

0 =

-

=

95

95 = 1

Przyjmuje się n

1

= 1 warstwa

Grubość uzwojenia pierwotnego
"

/

= 0 ∙ 1

/

= 1 ∙ 2,5 = 2,5 ≈ 3 mm

b.

Wymiary uzwojenia wtórnego

Na karkas zajmuje się 10 mm wysokości rdzenia.
Na izolację krawędziową przyjmuje się 20 mm wysokości karkasu.

Wysokość użytkowa kolumny L

K2

po odjęciu przestrzeni na karkas i izolację krawędziową

)

*

= ℎ − 10 − 20 = 1150 − 10 − 20 = 1120&&

Liczba zwojów uzwojenia wtórnego przypadająca na jedną warstwę

-

=

)

*

" =

1120

3 = 405

Liczba warstw uzwojenia wtórnego

0 =

-

=

495

405 = 1,22

Przyjmuje się n

2

= 2 warstwy

Grubość uzwojenia wtórnego
"

/

= 0 ∙ " = 2 ∙ 3 = 6 mm

c.

Wymiary uzwojenia współśrodkowego

Całkowita szerokość uzwojenia pierwotnego i wtórnego nawiniętych współśrodkowo
"

2

= "

/

+ "

/

= 3 + 6 = 2,5&&????????

d.

Objętość miedzi uzwojeń oraz ich masa

Przyjmuje się, że warstwy najbliższe kolumnie rdzenia układają się wokół przekroju kolumny
po kwadracie. Ostatnia warstwa uzwojenia (najbardziej oddalona od kolumny) układa się po
okręgu.

Grubość ścianki karkasu k = 5mm.

Przekątna przekroju rdzenia z karkasem:
4 = 5. + 267√2 582,647 3 267√2 131,02 130&&

Promień zewnętrzny uzwojenia pierwotnego

9

4

2 3 "

/

130

2 3 3 68,01 70&&

Objętość karkasu w cm

3

(po zaokrągleniu do przekroju do okręgu)

*:

)

*

∙ % ∙ ;

4

2<

114 ∙ % ∙ '

13

2 (

15362,674&

=

Objętość uzwojenia pierwotnego

)

*

∙ % ∙ 9 ,

*:

114 ∙ % ∙ 7 , 15362,67 1194,894&

=

Waga uzwojenia pierwotnego dla masy miedzi wynoszącej m

cu

= 0,009 kg/cm

3

&

&

>2

∙

0,009 ∙ 1194,89 10,75 116?

Promień zewnętrzny uzwojenia wtórnego

9

9 3 "

/

68,01 3 6,14 74,16 70&&

Objętość uzwojenia wtórnego

)

*

∙ % ∙ 9 , ,

*:

114 ∙ % ∙ 7 , 1194,89 , 15362,67 3126,634&

=

Waga uzwojenia wtórnego

&

&

>2

∙

0,009 ∙ 3126,63 28,14 296?

e.

Wypełnienie okna rdzenia miedzią uzwojeń

Szerokość okna b = 140 mm

Szerokość okna zajmowana przez uzwojenie pierwotne

1

9 ,

.

2 70 ,

82,647

2

26,69 30&&

Szerokość okna zajmowana łącznie przez uzwojenie pierwotnie i wtórne

1

9 ,

.

2 70 ,

82,647

2

32,83 30&&

Szerokość zajmowana przez wszystkie uzwojenia
1

>

1 3 1

26,63 3 32,83 59,52 60&&

Wolna przestrzeń w oknie rdzenia
1

-

1 , 1

>

140 , 60 80&&

5.

Reaktancja rozproszenia

Tu chyba nic nie ma być ;-)

6.

Straty mocy w stali rdzenia oraz mocy magnesowania

????

7.

Projekt karkasu

Karkas wykonany jest z tekstolitu o grubości 5 mm.

Rysunki prezentujące zaprojektowany karkas zawarto w załączniku nr 2.

8.

Zestawienie danych konstrukcyjnych

Rdzeń transformatora

Wysokość kolumny, h

1150

h[mm]

Szerokość okna, b

140

b[mm]

Przekrój kolumnr, axg

83 83

a[mm]

Pole przekorju kolumny, Ak

0,0068

Ak[mm2]

Moc rdzenia, Sk

18000

VA

Indukcja magnetyczna maksymanla, Bm

1,60

Bm[T]

Indukcja magnetyczna obliczeniowa

1,60

Bt [T]

Stratnośc przy 1T, P

0,869

P[W/kg]

Waga rdzenia

11

kg

Uzwojenia transformatora

Liczba zwojów uzwojenia pierwotnego, z1

95

-

Liczba zwojów uzwojenia wtórnego, z2

495

-

Napięcie zwojowe, E`

2,43

E`[V]

Napięciestrony pierwotnej, U1

230

V

Napięcie strony wtórnej, U2

1200

V

Prąd strony pierwotnej, I1

80

I1

Prąd strony wtórnej, I2

15,00

I2

Uzwojenie pierwotne, profil miedzinay prostokątny

12 2,5

mm

Uzwpjenie wtórne, drut okrądły miedziany

3

mm

Wysokość cewki uzwojenia pierwotnego, Lk1

1140,00

mm

Wysokość cewki uzwojenia wtórnego, Lk2

1120,00

mm

Liczba zwojów na wartwę strony pierwotnej, z1w

95

-

Liczba zwojów na wartwę strony wtórnej, z2w

405

-

Liczba warstw strony pierwotnej, n1

1

-

Liczba warstw strony wtórnej, n2

2

-

Grubość uzwojenia pierwotnego, dz1

3

mm

Grubość uzwojenia wtórnego, dz2

6

mm

Grubość uzwojenia współśrodkowego, du

2,50

mm

Uzwojenie piertowne z1

11

kg

Uzwojenie wtórne z2

29

kg

Całkowita masa uzwojeń

74

kg