Proiectare transformatoare

Un transformator transferă puterea electrică dintr-un circuit în alt circuit fără schimbarea frecvenței. Conține înfășurare primară și secundară. Înfășurarea primară este conectată la sursa principală și secundară la circuitul necesar. În a noastră circuitul proiectului , am luat proiectarea transformatorului de putere de 50 hertz monofazat de putere redusă (10 KVA) conform cerințelor noastre din proiect.

Transformatorul este în esență de trei tipuri:

1. Tipul nucleului
2. Tipul Shell
3. Toroidal

În miez, înfășurările de tip înconjoară o parte a miezului, în timp ce în miez de tip înveliș înconjoară înfășurările. În tipul Core, există două tipuri principale și anume tipul E-I și tipul U-T. In acest proiectarea transformatorului , am folosit tipul de bază E-I. Am ales nucleul E-I, deoarece înfășurarea este mult mai ușoară în comparație cu toroidul, dar eficiența este foarte mare (95% -96%). Este așa, deoarece pierderea de flux este foarte mică în nucleele toroidale comparativ.

Transformatoarele utilizate în proiect sunt

1. Transformator de serie: Pentru a furniza tensiunea necesară de impuls sau buck și
2. Transformator de control: Pentru detectarea tensiunii de ieșire și pentru alimentarea cu energie electrică.

Formule de proiectare:

Aici luăm referința la datele de înfășurare pe tabla de sârmă de cupru emailată și dimensiunile tabelului de ștanțare a transformatorului pentru a selecta înfășurările de intrare și ieșire SWG și nucleul transformatorului pentru specificațiile date.

Procedura de proiectare este urmată presupunând că sunt date următoarele specificații ale unui transformator: -

• Tensiunea secundară (Vs)
• Curent secundar (Is)
• Raportul de rotații (n2 / n1)

Din aceste detalii date calculăm lățimea limbii, înălțimea stivei, tipul miezului, zona ferestrei după cum urmează: -

• Volt-Amps secundar (SVA) = tensiune secundară (Vs) * curent secundar (Is)
• Volt-amperi primari (PVA) = Volt-amperi secundari (SVA) / 0,9 (presupunând că eficiența transformatorului este de 90%)
• Tensiunea primară (Vp) = raportul de tensiune secundară (Vs) / spire (n2 / n1)
• Curent primar (Ip) = Volt-Amps primar (PVA) / Tensiune primară (Vp)
• Secțiunea transversală necesară a miezului este dată de: - Zona miezului (CA) = 1,15 * sqrt (Volt-amperi primari (PVA))
• Suprafața brută a miezului (GCA) = Zona miezului (CA) * 1.1
• Numărul de rotații la înfășurare este decis de raportul dat astfel: - Rotații per volt (Tpv) = 1 / (4,44 * 10-4 * aria nucleului * frecvența * densitatea fluxului)

Date de înfășurare pe sârmă de cupru emailată

(@ 200A / cm²)

Dimensiunea ștanțărilor transformatorului (tabelul de bază):

Pentru funcționarea la rețeaua de alimentare, frecvența este de 50 HZ, în timp ce densitatea fluxului poate fi luată ca 1Wb / cm cm. pentru ștanțările obișnuite din oțel și 1,3Wb / cm2 pentru ștanțările CRGO, în funcție de tipul de utilizat.

Prin urmare

• Întoarceri primare (n1) = Întoarceri pe volt (Tpv) * Tensiune primară (V1)
• Întoarceri secundare (n2) = Ture pe volt (Tpv) * tensiune secundară (V2) * 1,03 (Să presupunem că există o scădere de 3% a înfășurărilor transformatorului)
• Lățimea limbii laminărilor este dată aproximativ de: -

Lățimea limbii (Tw) = Sqrt * (GCA)

Densitatea curentă

Este capacitatea de încărcare curentă a unui fir pe unitatea de secțiune transversală. Este exprimat în unități de Amp / cm². Tabelul de sârmă menționat mai sus este pentru o evaluare continuă la densitatea de curent de 200A / cm². Pentru modul de funcționare necontinuu sau intermitent al transformatorului se poate alege o densitate mai mare până la 400A / cm², adică de două ori densitatea normală pentru a economisi costul unitar. Se optează deoarece creșterea temperaturii pentru cazurile operaționale intermitente este mai mică pentru cazurile operaționale continue.

Deci, în funcție de densitățile de curent alese, calculăm acum valorile curenților primari și secundari care trebuie căutați în tabelul de sârmă pentru selectarea SWG: -

n1a = Curent principal (Ip) calculat / (densitate curent / 200)

n2a = Curent secundar (Is) calculat / (densitate curent / 200)

Pentru aceste valori ale curenților primari și secundari alegem SWG-ul corespunzător și Turnurile pe mp din tabelul de sârmă. Apoi continuăm să calculăm după cum urmează: -

• Suprafața primară (pa) = Întoarcerile primare (n1) / (Întoarcerile primare pe mp)
• Suprafață secundară (sa) = viraje secundare (n2) / (viraje secundare pe cm²)
• Suprafața totală a ferestrei necesară pentru nucleu este dată de: -

Total area (TA) = Primary area (pa) + Secondary area (sa)

• Spațiul suplimentar necesar pentru primul și izolația pot fi luate ca 30% spațiu suplimentar din ceea ce este necesar de zona de înfășurare efectivă. Această valoare este aproximativă și poate fi necesar să fie modificată, în funcție de metoda efectivă de înfășurare.

Suprafața ferestrei (Wacal) = Suprafața totală (TA) * 1.3

Pentru valoarea calculată mai sus a lățimii limbii, alegem numărul de bază și aria ferestrei din tabelul de bază, asigurându-ne că aria ferestrei aleasă este mai mare sau egală cu aria de bază brută. Dacă această condiție nu este îndeplinită, mergem pentru o lățime mai mare a limbii, asigurând aceeași stare, cu o scădere corespunzătoare a înălțimii stivei, astfel încât să menținem zona brută aproximativ constantă.

Astfel, obținem lățimea limbii disponibile (Twavail) și zona ferestrei ((disponibil) (aWa)) din tabelul de bază

• Înălțimea stivei = suprafața brută a miezului / lățimea limbii ((disponibil) (atw)).

Pentru scopuri de dimensiuni anterioare disponibile în comerț, aproximăm raportul între înălțimea stivei și lățimea limbii la cele mai apropiate cifre următoare de 1,25, 1,5, 1,75. În cel mai rău caz, luăm raportul egal cu 2. Cu toate acestea, poate fi luat orice raport până la 2, care ar necesita ca aceștia să fie proprii.

Dacă raportul este mai mare de 2, selectăm o lățime a limbii mai mare (aTw) asigurând toate condițiile de mai sus.

• Înălțimea stivei (ht) / lățimea limbii (aTw) = (un raport)
• Înălțimea stivei modificate = Lățimea limbii (aTw) * Cea mai apropiată valoare a raportului standard
• Suprafață brută modificată = Lățimea limbii (aTw) * Înălțimea stivei modificată.

Aceeași procedură de proiectare se aplică și pentru transformatorul de control, unde trebuie să ne asigurăm că înălțimea stivei este egală cu lățimea limbii.

Astfel, găsim numărul de bază și înălțimea stivei pentru specificațiile date.

Proiectarea unui transformator folosind un exemplu:

• Detaliile date sunt după cum urmează: -
• Sec. tensiune (Vs) = 60V

Curent sec (Is) = 4.44A

• Viteze pe raport (n2 / n1) = 0,5

Acum trebuie să facem calcule după cum urmează: -

• Sec.Volt-Amps (SVA) = Vs * Is = 60 * 4,44 = 266,4VA
• Prim.Volt-Amps (PVA) = SVA / 0,9 = 296,00VA
• Tensiunea primară (Vp) = V2 / (n2 / n1) = 60 / 0,5 = 120V
• Curent primar (Ip) = PVA / Vp = 296,0 / 120 = 2,467A
• Suprafața centrală (CA) = 1,15 * sqrt (PVA) = 1,15 * sqrt (296) = 19,785 cm²
• Suprafața brută a miezului (GCA) = CA * 1,1 = 19,785 * 1,1 = 21,76 cm²
• Turații pe volt (Tpv) = 1 / (4,44 * 10-4 * CA * frecvență * Densitatea fluxului) = 1 / (4,44 * 10-4 * 19,785 * 50 * 1) = 2,272 ture pe volt
• Prim.Turns (N1) = Tpv * Vp = 2,276 * 120 = 272,73 spire
• Sec.Turns (N2) = Tpv * Vs * 1,03 = 2,276 * 60 * 1,03 = 140,46 spire
• Lățimea limbii (TW) = Sqrt * (GCA) = 4.690 cm
• Alegem densitatea de curent ca 300A / cm², dar densitatea de curent din tabelul de sârmă este dată pentru 200A / cm², atunci
• Valoarea de căutare curentă primară = Ip / (densitatea curentului / 200) = 2.467 / (300/200) = 1.644A
• Valoarea de căutare secundară curentă = Is / (densitatea curentului / 200) = 4,44 / (300/200) = 2,96A

Pentru aceste valori ale curenților primari și secundari alegem SWG-ul corespunzător și Turnurile pe mp din tabelul de sârmă.

SWG1 = 19 SWG2 = 18

Întoarcere pe mp de primar = 87,4 cm² spire pe mp de secundar = 60,8 cm²

• Suprafața primară (pa) = n1 / ture pe mp (primar) = 272,73 / 87,4 = 3,120 cm²
• Suprafață secundară (sa) = n2 / ture pe mp (secundar) = 140,46 / 60,8 = 2,310 cm²
• Suprafața totală (la) = pa + sa = 3.120 + 2.310 = 5.430 cm²
• Suprafața ferestrei (Wa) = suprafața totală * 1,3 = 5,430 * 1,3 = 7,059 cm²

Pentru valoarea calculată mai sus a lățimii limbii, alegem numărul de bază și aria ferestrei din tabelul de bază, asigurându-ne că aria ferestrei aleasă este mai mare sau egală cu aria de bază brută. Dacă această condiție nu este îndeplinită, mergem pentru o lățime mai mare a limbii, asigurând aceeași stare, cu o scădere corespunzătoare a înălțimii stivei, astfel încât să menținem zona brută aproximativ constantă.

Astfel, obținem lățimea limbii disponibile (Twavail) și zona ferestrei ((disponibil) (aWa)) din tabelul de bază:

• Deci, lățimea limbii este disponibilă (atw) = 3,81cm
• Suprafața ferestrei este disponibilă (awa) = 10.891 cm²
• Numărul de bază = 16
• Înălțimea stivei = gca / atw = 21.99 / 3.810 = 5.774cm

Din motive de performanță, aproximăm raportul dintre înălțimea stivei și lățimea limbii (aTw) la cele mai apropiate cifre următoare de 1,25, 1,5 și 1,75. În cel mai rău caz, luăm raportul egal cu 2.

Dacă raportul este mai mare de 2, selectăm o lățime a limbii mai mare, asigurând toate condițiile de mai sus.

• Înălțimea stivei (ht) / lățimea limbii (aTw) = 5,774 / 3,81 = 1,516
• Înălțimea stivei modificată = Lățimea limbii (aTw) * Cea mai apropiată valoare a raportului standard = 3,810 * 1,516 = 5,715cm
• Suprafața brută modificată a miezului = Lățimea limbii (aTw) * Înălțimea stivei modificată = 3,810 * 5,715 = 21,774 cm²

Astfel, găsim numărul de bază și înălțimea stivei pentru specificațiile date.

Proiectarea unui mic transformator de comandă cu exemplu:

Detaliile date sunt după cum urmează: -

• Sec. tensiune (Vs) = 18V
• Curent sec (Is) = 0.3A
• Turnuri pe raport (n2 / n1) = 1

Acum trebuie să facem calcule după cum urmează: -

• Sec.Volt-Amps (SVA) = Vs * Is = 18 * 0,3 = 5,4VA
• Prim.Volt-Amps (PVA) = SVA / 0,9 = 5,4 / 0,9 = 6VA
• Prim. Tensiune (Vp) = V2 / (n2 / n1) = 18/1 = 18V
• Prim. curent (Ip) = PVA / Vp = 6/18 = 0,333A
• Suprafața de bază (CA) = 1,15 * sqrt (PVA) = 1,15 * sqrt (6) = 2,822 cm²
• Aria nucleului transversal (GCA) = CA * 1,1 = 2,822 * 1,1 = 3,132 cm²
• Turații pe volt (Tpv) = 1 / (4,44 * 10-4 * CA * frecvență * Densitatea fluxului) = 1 / (4,44 * 10-4 * 2,822 * 50 * 1) = 15,963 ture pe volt
• Prim. Ture (N1) = Tpv * Vp = 15.963 * 18 = 287.337 ture
• Sec.Turns (N2) = Tpv * Vs * 1.03 = 15.963 * 60 * 1.03 = 295.957 spire
• Lățimea limbii (TW) = Sqrt * (GCA) = sqrt * (3.132) = 1.770 cm

Alegem densitatea de curent ca 200A / cm², dar densitatea de curent din tabelul de sârmă este dată pentru 200A / cm², atunci

• Valoarea căutării curente primare = Ip / (densitatea curentului / 200) = 0,333 / (200/200) = 0,333A
• Valoarea de căutare a curentului secundar = Is / (densitatea curentului / 200) = 0.3 / (200/200) = 0.3A

Pentru aceste valori ale curenților primari și secundari alegem SWG-ul corespunzător și Turnurile pe Sq. cm de masa de sârmă.

SWG1 = 26 SWG2 = 27

Întoarcere pe Sq. cm de primar = 415 ture Turnuri pe Sq. cm secundar = 504 spire

• Suprafața primară (pa) = n1 / rotații pe mp (primar) = 287,337 / 415 = 0,692 cm²
• Suprafață secundară (sa) = n2 / ture pe mp (secundar) = 295.957 / 504 = 0,587 cm²
• Suprafața totală (la) = pa + sa = 0,692 + 0,587 = 1,280 cm²
• Suprafața ferestrei (Wa) = suprafața totală * 1,3 = 1,280 * 1,3 = 1,663 cm²

Pentru valoarea calculată mai sus a lățimii limbii, alegem numărul de bază și aria ferestrei din tabelul de bază, asigurându-ne că aria ferestrei aleasă este mai mare sau egală cu aria de bază brută. Dacă această condiție nu este îndeplinită, mergem pentru o lățime mai mare a limbii, asigurând aceeași stare, cu o scădere corespunzătoare a înălțimii stivei, astfel încât să menținem zona brută aproximativ constantă.

Astfel, obținem lățimea limbii disponibile (Twavail) și zona ferestrei ((disponibil) (aWa)) din tabelul de bază

• Deci, lățimea limbii este disponibilă (atw) = 1,905cm
• Suprafața ferestrei este disponibilă (awa) = 18.969 cm²
• Numărul de bază = 23
• Înălțimea stivei = gca / atw = 3,132 / 1,905 = 1,905cm

De aici și transformator de control este proiectat.