Исследование однофазного автотрансформатора

Конструкция совмещенной модели трансформатора и автотрансформатора. Совмещенная модель трансформатора и автотрансформатора представляет собой однофазный трехобмоточный трансформатор, состоящий из магнитопровода (стержневого или броневого) , и трех одинаковых электрически не связанных между собой обмоток. Различные комбинации соединения этих обмоток дают возможность исследовать все предлагаемые в данной работе варианты (рис34 ). Опытное исследование всех этих вариантов на одной модели позволяет сравнить результаты экспериментов и дать сравнительную оценку свойствам трансформатора и автотрансформатора (повышающего и понижающего). Обычно мощность исследуемой совмещенной модели невелика (300—500 В • А) и поэтому проста в изготовлении. Небольшая мощность модели способствует упрощению электрических схем исследования (включение ваттметров без трансформаторов тока и напряжения).

Рис34. Схемы соединений для исследования автотрансформатора:

а — понижающий трансформатор;

б — понижаю­щий автотрансформатор;

в — повышающий авто­трансформатор

Задавшись размерами магнитопровода, определим число витков одной обмотки совмещенной модели

ω = 0,95U/(4,44fВ_сS_сk_с)

где U — напряжение на выводах обмотки, В; f — частота тока. Гц; В_с - магнитная индукция в стержне магнитопровода, Тл; S_с -площадь поперечного сечения стержня, м²; k_c — коэффициент заполнения магнитопровода сталью (при толщине листов 0,35 мм k_c = 0,90).

В стержне магнитопровода броневого типа из тонколистовой горячекатаной электротехнической стали марок 1211 или 1511 при частоте тока f = 50 Гц магнитная индукция В_с = 1,20 ÷ 1,35 Тл, а в магнитопроводе из холоднокатаной стали марок 3411, 3412 или 3413 индукция В_с =1,50 ÷ 1,65 Тл.

Рис35. Магнитопровод совмещенной модели «трансформатор -автотрансформатор»

Пример. Определить число витков диаметр обмоточного провода обмотки совмещенной модели «трансформатор — автотрансформатор» при следующих данных: напряжение U = 110 В, допустимая величина тока I_доп = 2,5 А, частота тока f = 50 Гц.

Решение. Выбираем магнитопровод броневого типа Ш40 X 80 из стандартных Ш-образных пластин (рис. 4.2). Площадь поперечного сечения сердечника S_c = 40 ∙ 80∙ 10^-6 = 3,2 ∙ 10^{-3 м2}.

Число витков в обмотке (4.1)

ω = 0,95 ∙ 110/(4,44∙50 ∙ 1,25 ∙ 3,2 ∙10^-3 ∙0,90) = 130 витков.

По допустимому значению плотности тока j = 2,0 А/мм², расчетное сечения провода q = 2,5/2,0 = 1,25 мм², ближайшее стандартное сечение провода q = 1,33 мм². Тогда принимаем диаметр обмоточного провода марки ПЭТВ d = 1,30 мм и диаметр с учетом толщины изоляции d_из = 1,41 мм. Все три обмотки располагаем на каркасе из картона толщиной 1 мм. При рядовой укладке витков число витков в одном слое

ω_сл = (100—2∙1)/ d_из = 98/1,41 = 70 витков,

число слоев в обмотке п_сл= ω/ω_сл= 130/70 ≈ 2 слоя, общее число слоев в трех обмотках N_сл =2∙3=6 слоев.

Межслоевую изоляцию выполняем из лакоткани ЛХ в два слоя толщиной 0,5 мм, во всех обмотках общая толщина межслоевой изоляции 0,5 • 6 = 3,0 мм. Тогда расчетная высота окна намотки Нр = 1 + 3,0 + 1,41∙ 6 = 13 мм, что меньше фактической высоты окна намотки Н = 40 мм (рис. 4.2).