Курсовая работа по дисциплине: «Технические средства автоматизации и управления»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Московский государственный открытый университет им.

Коломенский институт (филиал)

Кафедра управления и информатики в вычислительной технике

Курсовая работа

по дисциплине:

«Технические средства автоматизации и управления»

Выполнил студент группы И-31

Вариант №1

Проверил к. т.н, доцент

Дата защиты________________

Оценка_____________________

г. Коломна, 2013 год.

Исходные данные для расчёта

Напряжение питающей сети	U1 = 220 B,
Частота питающей сети	f = 50 Гц,
Выпрямленное напряжение первой вторичной обмотки	U02 = 5 B,
Выпрямленное напряжение второй вторичной обмотки	U03 = 40 B,
Выпрямленный ток первой вторичной обмотки	I02 = 4 А,
Выпрямленный ток второй вторичной обмотки	I03 = 0.3 А,
Максимальная температура окружающей среды	q0 = 50°С.

Схемы выпрямления для обеих вторичных обмоток мостовые

Содержание

Введение………………………………………………………………………………………………...3

1.1 Устройство и принцип действия трансформаторов………………………………………….…..4

2.1 Расчёт трансформатора…………..……………………………………………………………….10

Заключение……………………………………………………………………………………………23

Литература…………………………………………………………………………………………….24

Введение

Трансформаторы широко применяются в системах передачи и распределения электроэнергии. Известно, что передача электроэнергии на дальние расстояния осуществляется при высоком напряжении (до 500 кВ и более), благодаря чему значительно уменьшаются электрические потери в линии электропередачи. Получить такое высокое напряжение в генераторе невозможно, поэтому электроэнергия после генератора подаётся на повышающий трансформатор, в котором напряжение увеличивается до требуемого значения. Это напряжение должно быть тем выше, чем больше протяжённость линии электропередачи и чем больше передаваемая по этой линии мощность. Например, при передаче электроэнергии мощностью кВт на расстояние 1000 км необходимо напряжение 500 кВ. В местах распределения электроэнергии между потребителями устанавливают понижающие трансформаторы, которые понижают напряжение до требуемого значения. И наконец, в местах потребления электроэнергии напряжение ещё раз понижают посредством трансформаторов до 220, 380 или 660 В. При таком напряжении электроэнергия подаётся непосредственно потребителям – на рабочие места предприятий и в жилые помещения. Таким образом, электроэнергия переменного тока в процессе передачи от электростанции к потребителям подвергается трёх-, а иногда и четырёхкратному трансформированию. Помимо этого основного применения трансформаторы используются в различных электроустановках (нагревательных, сварочных и т. п), устройствах автоматики, связи и т. д.

Устройство и принцип действия трансформаторов

Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, осуществляющий преобразование энергии переменного тока одного напряжения в энер­гию переменного тока другого напряжения без изменения ча­стоты. Основными частями трансформатора являются магнитопровод и обмотки. Магнитопровод в трансформаторе выполняет две функции: во первых, он составляет магнитную цепь, по которой замыкается основной магнитный поток трансформатора, а во вторых, он предназначен для установки и крепления обмоток. Магнитопровод имеет шихтованную конструкцию, то есть он состоит из тонких стальных пластин покрытых с двух сторон изолирующим лаком. Такая конструкция магнитопровода обусловлена стремлением ослабить вихревые токи, наводимые в нём переменным магнитным потоком, и следовательно, уменьшить величину потерь энергии в трансформаторе. Применением ферромагнитного сердечника достигается усиление электромагнитной связи между обмотками, то есть уменьшения магнитного сопротивления контура, по которому проходит основной магнитный поток. По конструктивному исполнению магнитопроводы для трансформаторов подразделяют на броневые, стержневые и тороидальные (кольцевые), а по технологии изготовления – на пластинчатые (рис.1) и ленточные (рис.2).

Рис.1 Типы пластинчатых магнитопроводов однофазных трансформаторов

а) броневой; б) стержневой; в) тороидальный

Рис.2 Типы ленточных магнитопроводов однофазных трансформаторов

а) броневой; б) стержневой; в) тороидальный

В последнее время для маломощных трансформаторов питания наиболее широкое применение получили ленточные броневые сердечники и ленточные тороидальные сердечники, изготовленные из текстурованных (холоднокатаных) электротехнических сталей. Эти стали обладают высокой индукцией насыщения и довольно малыми потерями.

При частоте 50 Гц применяют стали Э 310, Э 320, Э 330 толщиной 0.5 и 0.35 мм. При частоте 400 Гц применяют сталь Э 340 толщиной 0.15 мм и сталь Э 350 толщиной 0.08 мм. Значительно реже применяют железо - никелевые сплавы.

Анализ параметров трансформаторов показывает, что наиболее целесообразной конструкцией сердечника является:

- сердечники типа ШЛ – в трансформаторах наименьшей массы на частоте 400 Гц;

- сердечники типа ШЛМ – в трансформаторах наименьшей массы и стоимости на частоте 50 Гц с ограничением по падению напряжения;

- сердечники типа ОЛ – в трансформаторах малой мощности на частоте 50 и 400 Гц.

Эскизы сердечников приведены на рис.3.

Рис.3 Эскизы сердечников ШЛ и ШЛМ

Обмотки трансформаторов выполняют из обмоточных проводов круглого или прямоугольного сечения, изолированных друг от друга кабельной бумагой или хлопчатобумажной изоляцией. Обмотки выполняют в виде многовитковых цилиндрических катушек и располагают на гильзе или на каркасе, изготовляемую из изолирующего материала и помещаемую на стержне сердечника.

В настоящее время для обмоток трансформаторов малой мощности применяются преимущественно высокопрочные медные эмалированные провода с изоляцией на синтетических лаках.

Наиболее широко распространены круглые эмалированные провода следующих марок:

- для работы при температуре +1050С – ПЭВ–1 к ПЭВ–2 с эмалевым высокопрочным покрытием (утолщенным для ПЭВ–2) из лака ВЛ–931;

- для работы при температуре +1200С – ПЭВТЛ–1 и ПЭВТЛ–2 с эмалевым высокопрочным покрытием на основе полиуретанового лака с утолщенным слоем для ПЭВТЛ–2;

- для работы при температуре +1300С – ПЭТВ с эмалевым покрытием из полиэфирного лака. Провода ПЭВ–2 и ПЭВТЛ–2 применяют при напряжении больше 500 В.

Однофазный трансформатор, схематически показан на рис.4, состоит из двух неподвижных катушек, расположенных на стальном зам­кнутом сердечнике.

Рис.4 Электромагнитная (а) и принципиальная (б) схема трансформатора

Одну из них (катушку, имеющую витков) подключают к внешнему источнику переменного напряжения и называют первичной обмоткой. Другую (имеющую витков) называют вторичной обмоткой. К ней при­соединяют приемник энергии переменного, тока (нагрузку). При подключении первич­ной обмотки к источнику пере­менного напряжения в ней возникает переменный ток , который создает в сердечнике переменный магнитный поток. При этом большая часть магнитного потока называется рабочим потоком и лишь меньшая часть, называемая потоком рассеяния s, замыкается по воздуху. Замыкаясь по сердечнику, рабочий поток пронизывает витки как первичной, так и вторичной обмоток трансформатора, индуктируя в них электродвижущие силы.

Если вторичную обмотку трансформатора соединить с при­емником электрической энергии, то под действием Э. Д.С. этой обмотки во вторичной цепи трансформатора возникнет ток. Та­ким образом, электрическая энергия с помощью переменного магнитного поля передается из первичной цепи трансформатора во вторичную.

Представим себе вначале, что первичная обмотка подключена к источнику переменного напряжения ,а цепь вторичной обмотки разомкнута (рис.5).

Рис.5 Схема включения в сеть трансформатора, работающего в режиме холостого хода

В этом случае говорят, что трансформатор работает в режиме холостого хода.

Переменный ток пер­вичной обмотки - ток хо­лостого хода - возбу­ждает переменное магнит­ное поле в сердечнике трансформатора. Обе обмотки трансфор­матора пронизываются од­ним и тем же магнитным потоком, поэтому мгновенные Э. Д.С. отдельных витков бу­дут равны между собой, а общая Э. Д.С. какой-либо обмотки, состоящей из последовательно соединенных витков, будет определяться выражением

Таким образом, Э. Д.С. первичной обмотки будет равна

а Э. Д.С вторичной обмотки

где

Отсюда следует, что

Отношение величин Э. Д.С. обмоток трансформатора, равное отношению чисел витков этих обмоток, называется коэффициен­том трансформации (К).

Важная особенность трансформатора с замкнутым сердеч­ником заключается в том, что при отсутствии тока в цепи вто­ричной обмотки ток в его первичной обмотке (ток холостого хода) очень мал. Величина тока холостого хода, как показывают измерения, в 15—20 раз меньше величины тока первичной об­мотки трансформатора при его полной нагрузке.

Небольшой ток холостого хода создает весьма незначитель­ное падение напряжения в сопротивлении , первичной об­мотки: его величина не превышает 0,5% от величины приложен­ного напряжения . Возникает вопрос: чем же тогда уравно­вешена основная часть приложенного напряжения? Эта часть напряжения уравновешена Э. Д.С. первичной обмотки. Поэтому, пренебрегая незначительным падением напряжения в первичной обмотке при холостом ходе трансформатора, можно считать, что

Если напряжение, приложенное к первичной обмотке, изме­няется во времени по синусоидальному закону, то уравнове­шивающая его Э.Д. С. первичной обмотки будет также изменять­ся по синусоидальному закону:

Э. Д.С. вторичной обмотки создается тем же магнитным по­током, что и Э. Д.С. первичной обмотки. Поэтому

Поскольку величина Э. Д.С. практически равна величине при­ложенного напряжения , а напряжение на разомкнутых за­жимах вторичной обмотки численно равно Э. Д.С. , то вы­ражение для коэффициента трансформации можно записать в следующем виде:

Следовательно, коэффициент трансформации приближенно может быть определен отношением величин напряжений на за­жимах первичной и вторичной обмоток трансформатора при хо­лостом ходе. Подбирая число витков вторичной обмотки, можно при заданном первичном напряжении получить желаемую вели­чину напряжения на зажимах вторичной обмотки.

Если число витков вторичной обмотки больше числа вит­ков первичной, то трансформатор служит в качестве повы­шающего. При обратном соотношении витков трансформатор является понижающим.

При подключении нагрузки к зажимам вторичной обмотки возбужденного трансформатора образуется электрическая цепь (рис.6.).

Рис. 6 Схема включения в сеть трансформатора с нагрузкой

В ней под действием Э. Д.С. вторичной обмотки создается перемен­ный ток . Величина тока зависит от сопротивления нагрузки. Вторичную обмотку трансформатора можно рассматривать как новый (вторичный) источник переменного тока, не имеющий электрической связи с внешним (первичным) источником пита­ния. При передаче электрической энергии из первичной цепи трансформатора во вторичную неизбежно возникают потери. Распределение мощности и потерь в процессе этой передачи наглядно показывает диаграмма электрического баланса (рис.7.).

Рис.7 Энергетическая диаграмма трансформатора

В трансформатор поступает мощность Р1, а снимается с него мощность Р2, при этом:

Р1=Р2+П

В этой формуле П – суммарные потери мощности:

П=Пэл1+Пст+Пэл2,

где: Пст – потери в стали от гистерезиса и вихревых токов в перемагничиваемых ферромагнитных частях трансформатора;

Пэл1, Пэл2 – электрические потери, возникающие при прохождении тока по обмоткам трансформатора;

Коэффициентом полезного действия трансформатора называют отношение отдаваемой мощности Р2 к мощности Р1, поступающей в первичную обмотку:

Расчёт трансформатора

Напряжение питающей сети:

В

Частота питающей сети:

Гц

Напряжение первой вторичной обмотки:

В

Напряжение второй вторичной обмотки:

В

Ток в первой вторичной обмотки:

А

Ток во второй вторичной обмотки: Температура окружающей среды:

А

С