Dizajn transformátora

Transformátor prenáša elektrickú energiu z jedného obvodu do druhého bez zmeny frekvencie. Obsahuje primárne a sekundárne vinutie. Primárne vinutie je pripojené k hlavnému napájaniu a sekundárne k požadovanému obvodu. V našom projektový okruh , sme vzali návrh jednofázového 50 Hz transformátora s nízkym výkonom (10 KVA) podľa našej požiadavky v projekte.

Transformátor je v zásade troch typov:

1. Typ jadra
2. Typ škrupiny
3. Toroidné

V jadre vinutia typu obklopujú časť jadra, zatiaľ čo v jadre jadra obklopujú vinutia. V type Core existujú dva hlavné typy, a to typ E-I a typ U-T. V tomto návrh transformátora , použili sme typ jadra E-I. Zvolili sme jadro E-I, pretože navíjanie je oveľa jednoduchšie v porovnaní s toroidným, ale účinnosť je veľmi vysoká (95% - 96%). Je to tak preto, lebo strata toku je v toroidných jadrách porovnateľne menšia.

Transformátory použité v projekte sú

1. Sériový transformátor: Poskytnúť požadované zvýšenie alebo zvýšenie napätia a
2. Riadiaci transformátor: Na snímanie výstupného napätia a na napájanie.

Dizajnové vzorce:

Tu vezmeme odkaz na údaje o vinutí na smaltovanom stole z medeného drôtu a rozmery tabuľky s lisovaním transformátora, aby sme vybrali vstupné a výstupné vinutia SWG a jadro transformátora pre dané špecifikácie.

Postupuje sa podľa návrhu za predpokladu, že sú uvedené nasledujúce špecifikácie transformátora: -

• Sekundárne napätie (Vs)
• Sekundárny prúd (Is)
• Pomer otáčok (n2 / n1)

Z týchto podrobností vypočítame šírku jazyka, výšku stohu, typ jadra, plochu okna takto: -

• Sekundárne voltampéry (SVA) = sekundárne napätie (Vs) * sekundárny prúd (Is)
• Primárne zosilňovače napätia (PVA) = sekundárne zosilňovače napätia (SVA) / 0,9 (za predpokladu účinnosti transformátora ako 90%)
• Primárne napätie (Vp) = Sekundárne napätie (Vs) / pomer otáčok (n2 / n1)
• Primárny prúd (Ip) = primárne voltampéry (PVA) / primárne napätie (Vp)
• Požadovaná plocha prierezu jadra je daná vzťahom: - Plocha jadra (CA) = 1,15 * sqrt (primárne voltampéry (PVA))
• Hrubá jadrová plocha (GCA) = jadrová plocha (CA) * 1.1
• O počte závitov na vinutí rozhoduje pomer uvedený ako: - otáčky na volt (Tpv) = 1 / (4,44 * 10-4 * plocha jadra * frekvencia * hustota toku)

Údaje o navíjaní na medený smaltovaný drôt

(@ 200 A / cm²)

Rozmer výliskov transformátora (základná tabuľka):

Pre prevádzku na sieťovom napájaní je frekvencia 50 Hz, zatiaľ čo hustotu toku možno považovať za 1 Wb / m². pre bežné oceľové výlisky a 1,3 Wb / m² pre CRGO výlisky, v závislosti od použitého typu.

Preto

• Primárne otáčky (n1) = otáčky na volt (Tpv) * primárne napätie (V1)
• Sekundárne otáčky (n2) = otáčky na volt (Tpv) * sekundárne napätie (V2) * 1,03 (predpokladajte pokles vinutí transformátora o 3%)
• Šírka jazyka laminácie je približne daná: -

Šírka jazyka (Tw) = Sqrt * (GCA)

Súčasná hustota

Je to súčasná únosnosť drôtu na jednotku plochy prierezu. Vyjadruje sa v jednotkách Amp / cm². Vyššie uvedená tabuľka drôtov je určená na trvalé hodnotenie pri prúdovej hustote 200 A / cm². Pre nepretržitý alebo prerušovaný režim prevádzky transformátora je možné zvoliť vyššiu hustotu až do 400 A / cm², t. J. Dvojnásobok normálnej hustoty, aby sa znížili náklady na jednotku. Je zvolené, pretože nárast teploty v prerušovaných prevádzkových prípadoch je menší pre nepretržité prevádzkové prípady.

Takže v závislosti na aktuálnych hustotách, ktoré sme vybrali, teraz vypočítame hodnoty primárnych a sekundárnych prúdov, ktoré sa majú vyhľadávať v tabuľke vodičov pre výber SWG: -

n1a = primárny prúd (Ip) vypočítaný / (prúdová hustota / 200)

n2a = vypočítaný sekundárny prúd (Is) / (prúdová hustota / 200)

Pre tieto hodnoty primárnych a sekundárnych prúdov zvolíme z tabuľky drôtov zodpovedajúce SWG a otáčky na m². Potom pokračujeme k výpočtu takto: -

• Primárna plocha (pa) = primárne otáčky (n1) / (primárne otáčky na m2)
• Sekundárna plocha (sa) = Sekundárne otáčky (n2) / (Sekundárne otáčky na štvorcový cm)
• Celková plocha okna potrebná pre jadro je daná: -

Celková plocha (TA) = primárna plocha (pa) + sekundárna plocha (sa)

• Extra priestor potrebný pre tvarovač a izoláciu je možné považovať za 30% priestoru navyše oproti tomu, čo vyžaduje skutočná oblasť navíjania. Táto hodnota je približná a môže byť potrebné ju upraviť v závislosti od aktuálnej metódy navíjania.

Plocha okna (Wacal) = celková plocha (TA) * 1.3

Pre vyššie vypočítanú hodnotu šírky jazyka vyberieme číslo jadra a plochu okna z tabuľky jadra, čím zabezpečíme, že zvolená plocha okna je väčšia alebo rovná hrubej oblasti jadra. Ak táto podmienka nie je splnená, ideme na vyššiu šírku jazyka, ktorá zabezpečí rovnakú podmienku so zodpovedajúcim znížením výšky stohu, aby sa zachovala približne konštantná hrubá plocha jadra.

Získame teda dostupnú šírku jazyka (Twavail) a oblasť okna ((avail) (aWa)) z základnej tabuľky

• Výška stohu = hrubá plocha jadra / šírka jazyka ((k dispozícii) (vpredu)).

Pre komerčne dostupné účely predchádzajúcej veľkosti aproximujeme pomer výšky stohu k šírke jazyka k najbližším nasledujúcim obrázkom 1,25, 1,5, 1,75. V najhoršom prípade vezmeme pomer rovný 2. Môže sa však brať akýkoľvek pomer do 2, ktorý by vyžadoval vytvorenie vlastného bývalého.

Ak je pomer väčší ako 2, zvolíme vyššiu šírku jazyka (aTw), ktorá zabezpečí všetky vyššie uvedené podmienky.

• Výška stohu (ht) / šírka jazyka (aTw) = (určitý pomer)
• Upravená výška stohu = šírka jazyka (aTw) * Najbližšia hodnota štandardného pomeru
• Upravená hrubá plocha jadra = Šírka jazyka (aTw) * Upravená výška stohu.

Rovnaký postup platí aj pre riadiaci transformátor, kde musíme zabezpečiť, aby sa výška stohu rovnala šírke jazyka.

Nájdeme teda počet jadier a výšku stohu pre dané špecifikácie.

Návrh transformátora pomocou príkladu:

• Uvedené podrobnosti sú nasledujúce: -
• Odd. napätie (Vs) = 60V

Sec prúd (Is) = 4,44A

• Obraty na pomer (n2 / n1) = 0,5

Teraz musíme výpočty nasledovne: -

• Sec.Volt-Amps (SVA) = Vs * Is = 60 * 4,44 = 266,4 VA
• Primárne zosilňovače napätia (PVA) = SVA / 0,9 = 296,00 VA
• Primárne napätie (Vp) = V2 / (n2 / n1) = 60 / 0,5 = 120V
• Primárny prúd (Ip) = PVA / Vp = 296,0 / 120 = 2,467A
• Core Area (CA) = 1,15 * sqrt (PVA) = 1,15 * sqrt (296) = 19,785 cm²
• Hrubá plocha jadra (GCA) = CA * 1,1 = 19 785 * 1,1 = 21,76 cm²
• Otáčky na volt (Tpv) = 1 / (4,44 * 10-4 * CA * frekvencia * hustota toku) = 1 / (4,44 * 10-4 * 19,785 * 50 * 1) = 2,272 otáčok na volt
• Prim. Zákruty (N1) = Tpv * Vp = 2,276 * 120 = 272,73 otáčok
• Sek. Otáčky (N2) = Tpv * Vs * 1,03 = 2,276 * 60 * 1,03 = 140,46 otáčok
• Šírka jazyka (TW) = Sqrt * (GCA) = 4 690 cm
• Vyberáme prúdovú hustotu ako 300 A / cm², ale prúdová hustota v tabuľke drôtov je uvedená pre 200 A / cm², potom
• Hodnota hľadaného primárneho prúdu = Ip / (prúdová hustota / 200) = 2,467 / (300/200) = 1,644A
• Hodnota hľadaného sekundárneho prúdu = Is / (prúdová hustota / 200) = 4,44 / (300/200) = 2,96 A.

Pre tieto hodnoty primárnych a sekundárnych prúdov zvolíme z tabuľky drôtov zodpovedajúce SWG a otáčky na m².

SWG1 = 19 SWG2 = 18

Otočenie na štvorcový meter primárneho = 87,4 cm² otočenie na štvorcový cm sekundárneho = 60,8 cm²

• Primárna plocha (pa) = n1 / otáčky na štvorcový cm (primárna) = 272,73 / 87,4 = 3,120 cm²
• Sekundárna plocha (sa) = n2 / otáčky na meter štvorcový (sekundárne) = 140,46 / 60,8 = 2,310 cm²
• Celková plocha (v) = pa + sa = 3,120 + 2,310 = 5 430 cm²
• Plocha okna (Wa) = celková plocha * 1,3 = 5,430 * 1,3 = 7,059 cm²

Pre vyššie vypočítanú hodnotu šírky jazyka vyberieme číslo jadra a plochu okna z tabuľky jadra, čím zabezpečíme, že zvolená plocha okna je väčšia alebo rovná hrubej oblasti jadra. Ak táto podmienka nie je splnená, ideme na vyššiu šírku jazyka, ktorá zabezpečí rovnakú podmienku so zodpovedajúcim znížením výšky stohu, aby sa zachovala približne konštantná hrubá plocha jadra.

Získame teda dostupnú šírku jazyka (Twavail) a oblasť okna ((avail) (aWa)) z základnej tabuľky:

• Takže šírka jazyka k dispozícii (atw) = 3,81 cm
• K dispozícii je plocha okna (awa) = 10 891 cm²
• Číslo jadra = 16
• Výška stohu = gca / atw = 21,99 / 3,810 = 5,774 cm

Z dôvodu výkonu aproximujeme pomer výšky stohu k šírke jazyka (aTw) na najbližšie nasledujúce obrázky 1,25, 1,5 a 1,75. V najhoršom prípade vezmeme pomer rovný 2.

Ak je pomer väčší ako 2, zvolíme vyššiu šírku jazyka, ktorá zabezpečí všetky podmienky uvedené vyššie.

• Výška stohu (ht) / šírka jazyka (aTw) = 5,774 / 3,81 = 1,516
• Upravená výška stohu = Šírka jazyka (aTw) * Najbližšia hodnota štandardného pomeru = 3,810 * 1,516 = 5,715 cm
• Upravená hrubá plocha jadra = Šírka jazyka (aTw) * Upravená výška stohu = 3,810 * 5,715 = 21,774 cm²

Nájdeme teda počet jadier a výšku stohu pre dané špecifikácie.

Návrh malého riadiaceho transformátora s príkladom:

Uvedené podrobnosti sú nasledujúce: -

• Odd. napätie (Vs) = 18V
• Sec prúd (Is) = 0,3A
• Obraty na pomer (n2 / n1) = 1

Teraz musíme výpočty nasledovne: -

• Sec.Volt-Amps (SVA) = Vs * Is = 18 * 0,3 = 5,4 VA
• Primárne zosilňovače napätia (PVA) = SVA / 0,9 = 5,4 / 0,9 = 6 VA
• Prim. Napätie (Vp) = V2 / (n2 / n1) = 18/1 = 18V
• Prim. prúd (Ip) = PVA / Vp = 6/18 = 0,333A
• Plocha jadra (CA) = 1,15 * štvorcový (PVA) = 1,15 * štvorcový (6) = 2,822 cm²
• Plocha priečneho jadra (GCA) = CA * 1,1 = 2,822 * 1,1 = 3,132 cm²
• Otáčky na volt (Tpv) = 1 / (4,44 * 10-4 * CA * frekvencia * hustota toku) = 1 / (4,44 * 10-4 * 2,822 * 50 * 1) = 15,963 otáčok na volt
• Prim. Otáčky (N1) = Tpv * Vp = 15,963 * 18 = 287,337 zákrut
• Sec. Turns (N2) = Tpv * Vs * 1,03 = 15,963 * 60 * 1,03 = 295,957 zákrut
• Šírka jazyka (TW) = Sqrt * (GCA) = sqrt * (3,132) = 1,770 cm

Vyberáme prúdovú hustotu ako 200A / cm², ale prúdová hustota v tabuľke drôtov je uvedená pre 200A / cm², potom

• Hodnota hľadaného primárneho prúdu = Ip / (prúdová hustota / 200) = 0,333 / (200/200) = 0,333A
• Hodnota hľadaného sekundárneho prúdu = Is / (prúdová hustota / 200) = 0,3 / (200/200) = 0,3 A.

Pre tieto hodnoty primárnych a sekundárnych prúdov zvolíme zodpovedajúce SWG a otáčky na štv. cm od drôteného stola.

SWG1 = 26 SWG2 = 27

Otočenie na štv. cm primárneho = 415 zákrutov na otáč. cm sekundárnych = 504 otáčok

• Primárna plocha (pa) = n1 / otáčky na štvorcový cm (primárna) = 287,337 / 415 = 0,692 cm²
• Sekundárna plocha (sa) = n2 / otáčky na meter štvorcový (sekundárne) = 295,957 / 504 = 0,587 cm²
• Celková plocha (zavináč) = pa + sa = 0,692 + 0,587 = 1 280 cm²
• Plocha okna (Wa) = celková plocha * 1,3 = 1,280 * 1,3 = 1,663 cm²

Pre vyššie vypočítanú hodnotu šírky jazyka vyberieme číslo jadra a plochu okna z tabuľky jadra, čím zabezpečíme, že zvolená plocha okna je väčšia alebo rovná hrubej oblasti jadra. Ak táto podmienka nie je splnená, ideme na vyššiu šírku jazyka, ktorá zabezpečí rovnakú podmienku so zodpovedajúcim znížením výšky stohu, aby sa zachovala približne konštantná hrubá plocha jadra.

Získame teda dostupnú šírku jazyka (Twavail) a oblasť okna ((avail) (aWa)) z základnej tabuľky

• Takže šírka jazyka k dispozícii (atw) = 1,905 cm
• Plocha okna k dispozícii (čaká) = 18,969 cm²
• Číslo jadra = 23
• Výška stohu = gca / atw = 3,132 / 1,905 = 1,905cm

Preto riadiaci transformátor je navrhnutý.