www.chms.ru - вывоз мусора в Балашихе 

Динамо-машины  Нагревание и охлаждение 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 [ 20 ] 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92



Рис. 2-79. Принцип устройства пик-трансформаторов.

а - трансформатор с сильно насыщенным сердечником .и большим активным сопротивлеинем в первичной цепи; б -трансформатор с насыщенным стержнем и магнитным шунтом.

стороне должна повторять возможно точнее форму кривой напряжения (или тока) на первичной стороне. При этом приходится брать малые насыщения сердечника трансформатора и учитывать не только активные и индуктивные сопротивления обмоток, но и их емкостные связи, так как при высокой частоте (преобразуемого тока) токи, протекающие через емкости между обмотками, соизмеримы с токами, непосредственно протекающими по

обмоткам. Приходится в этом случае применять специальную укладку витков обмоток и иногда особые системы металлических экранов.

В электронной технике находят себе также применение трансформаторы, которые на выходе дают периодически изменяющееся напряжение резко заостренной (пикообразной) формы. Они получили название пик-транс-форматоров. Применяются они, например, при регулировании сеточного напряжения тиратронов.

Рассмотрим здесь два возможных исполнения таких трансформаторов, принцип устройства которых показан на рис. 2-79.* В первом случае (а) трансформатор включается на синусоидальное напряжение ui = f/iMsin coi через большое активное сопротивление R. Его сердечник должен быть сильно насыщенным, flpn холостом ходе ток ii в первичной обмотке будет близок к синусоидальному, так как в основном он будет определяться сопротивлением R. При этом магнитный поток Ф, как показано на рис. 2-79,а, будет иметь сильно уплощенную форму. Следовательно, э. д. с. 62 =

= - з будет иметь пикообразную

форму. Во втором случае (б) вторичная обмотка располагается на стержне, имеющем относительно малое сечение. Параллельно ему устанавливается магнитный шунт с почти линейной характеристикой. При синусоидальном магнитном потоке ф = Ф2-ЬФш его составляющие Фг и Фш будут несинусоидальными (рис. 2-79,6); поток Фг из-за быстрого насыщения стержня 2 будет иметь уплощенную форму, при которой э. д. с. 62 вторичной обмотки получит пикообразную форму.

2-22. Мощность, потери и размеры трансформатора

Мощность, потери и размеры трансформаторов связаны важными практически соотношениями, имеющими общее значение и для всех электрических машин.

Представим себе ряд трансформаторов возрастающей мощности, геометрически подобных друг другу и

См. Г. Н. Петров, Электрические машины, ч. I, Госэнергоиздат, 1955.



имеющих одинаковые плотности тока A{a/lм) в обмотках и одинаковые индукции В{гс) в сердечниках. Под геометрически подобными трансформаторами понимается грансформато-ры, соответственные размеры которых находятся в одном и том же отношении. Два геометрически подобных трансформатора изображены на рис. 2-80. Здесь все линейные размеры второго трансформатора в 2 раза больше соответственных линейных размеров первого трансформатора.

Мощность трансформатора пропорциональна произведению э. д. с. и тока, т. е.

Р = Е1. (2-189)

При данной частоте тока э. д. с. Е пропорциональна числу витков w обмотки и магнитному потоку Ф:

Е = т)Ф. (2-190)

Заменяя Ф = В5, где В - индукция в сечении S, получим:

E=wBS. (2-191)

Ток / = As, где А - плотность тока в проводнике, имеющем сечение s. Поэтому вместо (2-189) можем написать:

P = wBSAs. (2-192)

Если обозначить общее сечение меди всех витков обмотки через S = ws, то получим:

P = BASS. (2-193)

Площади 5р и пропорциональны квадрату линейного размера, причем здесь мы мОжем взять любой линейный размер (рис. 2-80), который обозначим через /; следовательно,

SS = PP = l\ (2-194)

Вместо (2-193) мы можем теперь написать (при Д = const и б = const):

Pl (2-195)

или

l=P\ (2-193)

Веса активных материалов (стали и меди) пропорциональны их объему, т. е. кубу линейных размеров:

G = l\ (2-197)

5 п. с, Сергеев.


Рис. 2-80. Геометрически подобные трансформаторы.

поэтому

G = P .

(2-198)

Следовательно, вес трансформатора при увеличении линейных размеров растет медленнее, чем его мощность.

Можно считать, что стоимость С активных материалов и потери IP в них при заданных индукции и плотности тока также пропорциональны весу:

C = GP; (2-199)

l.P = G~iP . (2-200)

Если отнести вес, стоимость трансформатора и его потери к единице мощности, то получим:

Следовательно, вес и стоимость активных материалов на 1 ква и относительное значение потерь (потерь на единицу MOWiHOCTu) в ряде геометрически подобных трансформаторов изменяются обратно пропорционально корню четвертой степени из их мощности при сохранении постоянными значений Дни.

Этим и объясняется тенденция применять в современных электроустановках (там, где это возможно и целесообразно) трансформаторы большой мощности вместо нескольких малых трансформаторов той же суммарной мощности.

Из равенства (2-200) следует, что потери трансформатора растут пропорционально кубу линейных разме-



ров. Но его поверхность охлаждения возрастает пропорционально только квадрату линейных размеров. Поэтому по мере увеличения мощности трансформаторов приходится повыщать интенсивность их охлаждения и отступать от геометрического подобия их форм.

Приведенные соотношения (2-198) - (2-201) дают лишь общую ориентировку при определении зависимости мощности трансформатора и его потерь от размеров, и они правильны лишь приближенно. При проектировании ряда трансформаторов возрастающей мощности приходится в той или иной мере от них отступать по конструктивным, технологическим и прочим соображениям.

2-23. Нагревание и охлаждение

Магнитные потерн в сердечнике трансформатора и электрические потери в его обмотках обусловливают выделение тепла. В начальный промежуток времени работы трансформатора с нагрузкой имеет место неустановившийся тепловой процесс, в течение которого лишь часть тепла отдается окружающей среде, а другая часть остается в сердечнике и обмотках, повышая их температуру. По мере роста последней увеличивается отдача тепла. При некоторой температуре сердечника и обмоток все тепло, выделяющееся в них, отдается окружающей среде. Эта температура является установившейся, соответствующей установившемуся тепловому режиму. Она не должна превышать определенных пределов.



гз 35 laquo; S5 65 75 85 35 Ю5 deg;С

Рис. 2-81. Распределение температуры отдельных частей трансформатора по его высоте, У-об.чотка; г-сердечник; 3-масло; -стенки oiisa.

Рнс. 2-82. Трансформатор с гладким баком,

По ГОСТ 401-41 допускаются следующие температуры ( deg;С):

Для обмоток...............105

Для сердечника (на поверхности).....110

Для масла (верхних слоев)........95

При этом температура окружающего воздуха принимается равной 35 deg; С.

Применяемые для трансформаторов изоляционные материалы резко снижают свои изоляционные и механические свойства при длительном повышении температуры. Особенно это относится к бумаге, являющейся одним из основных изоляционных материалов, применяемых в трансформа-торостроении. Она в большой степени подвержена так называемому старению. Чем выше выбрана для нее температура, тем меньше срок ее службы.

Нужно отметить, что указанные температуры не должны непрерывно искусственно поддерживаться в трансформаторе путем увеличения его нагрузки, так как в этом случае значительно сократился бы срок службы трансформатора по сравнению с его нормальным сроком в 15-20 лет. Указанные температуры установлены в предположении суточного и годового 1:олебаний температуры окружающей среды, следовательно, в предположении, что в эксплуатационных условиях периоды работы трансформатора с наивысшими указанными температурами чередуются с периодами работы при более низких температурах.

Чтобы при допустимых превышениях температуры нагретых сердечников и обмоток над температурой окружающей среды все тепло отдавалось



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 [ 20 ] 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92