Projekt transformatora

Transformator przesyła energię elektryczną z jednego obwodu do drugiego bez zmiany częstotliwości. Zawiera uzwojenie pierwotne i wtórne. Uzwojenie pierwotne jest podłączone do głównego zasilania, a wtórne do wymaganego obwodu. W naszym obwód projektu , przyjęliśmy projekt niskonapięciowego (10 KVA) jednofazowego transformatora mocy 50 Hz, zgodnie z naszymi wymaganiami w projekcie.

Zasadniczo transformator składa się z trzech typów:

1. Typ rdzenia
2. Typ powłoki
3. Toroidalny

W rdzeniu uzwojenia typu otaczają część rdzenia, podczas gdy rdzeń typu płaszczowego otacza uzwojenia. W typie Core istnieją dwa główne typy, a mianowicie typ E-I i typ U-T. W tym projekt transformatora , użyliśmy typu rdzenia E-I. Wybraliśmy rdzeń E-I, ponieważ uzwojenie jest znacznie łatwiejsze w porównaniu do toroidalnego, ale wydajność jest bardzo wysoka (95% -96%). Dzieje się tak, ponieważ straty strumienia są znacznie mniejsze w rdzeniach toroidalnych.

Zastosowane w projekcie transformatory to

1. Transformator szeregowy: Aby zapewnić wymagane napięcie boost lub buck i
2. Transformator sterujący: Do wykrywania napięcia wyjściowego i zasilania.

Wzory projektowe:

Tutaj bierzemy odniesienie do danych uzwojenia na stole z emaliowanego drutu miedzianego i wymiary tabeli wytłoczek transformatora, aby wybrać uzwojenia wejściowe i wyjściowe SWG i rdzeń transformatora dla podanych specyfikacji.

Procedura projektowa jest wykonywana przy założeniu, że podano następującą specyfikację transformatora: -

• Napięcie wtórne (Vs)
• Prąd wtórny (Is)
• Stosunek obrotów (n2 / n1)

Na podstawie tych danych obliczamy szerokość występu, wysokość stosu, typ rdzenia, powierzchnię okna w następujący sposób: -

• Napięcie wtórne (SVA) = napięcie wtórne (Vs) * prąd wtórny (Is)
• Pierwotne woltoampery (PVA) = wtórne woltoampery (SVA) / 0,9 (przyjmując sprawność transformatora jako 90%)
• Napięcie pierwotne (Vp) = Stosunek napięcia wtórnego (Vs) / zwojów (n2 / n1)
• Prąd pierwotny (Ip) = napięcie pierwotne amperów (PVA) / napięcie pierwotne (Vp)
• Wymagane pole przekroju poprzecznego rdzenia jest określone przez: - Powierzchnia rdzenia (CA) = 1,15 * sqrt (pierwotne woltoampery (PVA))
• Główny obszar brutto (GCA) = Core area (CA) * 1.1
• O liczbie zwojów uzwojenia decyduje stosunek podany jako: - Obroty na wolt (Tpv) = 1 / (4,44 * 10-4 * powierzchnia rdzenia * częstotliwość * gęstość strumienia)

Dane uzwojenia na emaliowanym drucie miedzianym

(Przy 200 A / cm²)

Wymiar wytłoczek transformatora (stół rdzenia):

W przypadku pracy przy zasilaniu sieciowym częstotliwość wynosi 50 Hz, a gęstość strumienia można przyjąć jako 1 Wb / cm2. dla zwykłych wytłoczek ze stali i 1,3Wb / cm2 dla wytłoczek CRGO, w zależności od zastosowanego typu.

W związku z tym

• Zwoje pierwotne (n1) = Obroty na wolt (Tpv) * Napięcie pierwotne (V1)
• Zwoje wtórne (n2) = Obroty na wolt (Tpv) * napięcie wtórne (V2) * 1,03 (Załóżmy, że w uzwojeniach transformatora spadł o 3%)
• Szerokość języczka laminatów jest w przybliżeniu określona wzorem: -

Szerokość języka (Tw) = Sqrt * (GCA)

Aktualna gęstość

Jest to aktualna obciążalność drutu na jednostkę pola przekroju poprzecznego. Wyrażana jest w jednostkach Amp / cm². Wyżej wymieniona tabela drutów dotyczy ciągłej wartości znamionowej przy gęstości prądu 200 A / cm². W przypadku nieciągłego lub przerywanego trybu pracy transformatora można wybrać gęstość wyższą do 400 A / cm², tj. Dwukrotność gęstości normalnej w celu zaoszczędzenia kosztów jednostkowych. Opiera się to na tym, że wzrost temperatury w przerywanych przypadkach operacyjnych jest mniejszy w przypadku ciągłej eksploatacji.

W zależności od wybranych gęstości prądu obliczamy teraz wartości prądów pierwotnych i wtórnych, które mają być przeszukiwane w tabeli przewodów w celu wybrania SWG: -

n1a = obliczony prąd pierwotny (Ip) / (gęstość prądu / 200)

n2a = obliczony prąd wtórny (Is) / (gęstość prądu / 200)

Dla tych wartości prądów pierwotnych i wtórnych wybieramy odpowiednie SWG i obroty na cm2 z tabeli drutu. Następnie przystępujemy do obliczeń w następujący sposób: -

• Powierzchnia podstawowa (pa) = Zwoje pierwotne (n1) / (Zwoje pierwotne na cm2)
• Obszar drugorzędny (sa) = Zwoje wtórne (n2) / (Zwoje wtórne na cm2)
• Całkowita powierzchnia okna wymagana dla rdzenia jest określona przez: -

Całkowity obszar (TA) = główny obszar (pa) + drugi obszar (sa)

• Dodatkowa przestrzeń wymagana dla pierwszego i izolacji może stanowić 30% dodatkowej przestrzeni wymaganej przez faktyczny obszar uzwojenia. Ta wartość jest przybliżona i może wymagać modyfikacji, w zależności od rzeczywistej metody nawijania.

Powierzchnia okna (Wacal) = Całkowita powierzchnia (TA) * 1.3

Dla powyższej obliczonej wartości szerokości pióra wybieramy numer rdzenia i powierzchnię okna z tabeli podstawowej, upewniając się, że wybrana powierzchnia okna jest większa lub równa powierzchni rdzenia brutto. Jeśli ten warunek nie jest spełniony, wybieramy wyższą szerokość pióra, zapewniając ten sam warunek z odpowiednim zmniejszeniem wysokości stosu, aby utrzymać w przybliżeniu stałą całkowitą powierzchnię rdzenia.

W ten sposób otrzymujemy dostępną szerokość języka (Twavail) i powierzchnię okna ((avail) (aWa)) z tabeli podstawowej

• Wysokość stosu = całkowita powierzchnia rdzenia / szerokość języka ((dostępne) (atw)).

Dla wcześniejszych rozmiarów dostępnych w handlu, przybliżamy stosunek wysokości stosu do szerokości pióra z najbliższymi następującymi liczbami: 1,25, 1,5, 1,75. W najgorszym przypadku przyjmujemy stosunek równy 2. Jednak można przyjąć dowolny stosunek do 2, co wymagałoby zrobienia własnego poprzedniego.

Jeśli stosunek jest większy niż 2, wybieramy większą szerokość pióra (aTw), zapewniając wszystkie warunki jak powyżej.

• Wysokość stosu (ht) / szerokość pióra (aTw) = (jakiś stosunek)
• Zmodyfikowana wysokość stosu = szerokość występu (aTw) * Najbliższa wartość stosunku standardowego
• Zmodyfikowana powierzchnia rdzenia brutto = szerokość występu (aTw) * Zmodyfikowana wysokość stosu.

Ta sama procedura projektowa dotyczy transformatora sterującego, gdzie musimy upewnić się, że wysokość stosu jest równa szerokości występu.

W ten sposób znajdujemy numer rdzenia i wysokość stosu dla podanych specyfikacji.

Projektowanie transformatora na przykładzie:

• Podane szczegóły są następujące: -
• Sek. napięcie (Vs) = 60V

Prąd sekundy (Is) = 4,44A

• Obroty na stosunek (n2 / n1) = 0,5

Teraz musimy wykonać następujące obliczenia: -

• Sek. Woltamper (SVA) = Vs * Is = 60 * 4,44 = 266,4VA
• Napięcie pierwotne (PVA) = SVA / 0,9 = 296,00VA
• Napięcie pierwotne (Vp) = V2 / (n2 / n1) = 60 / 0,5 = 120V
• Prąd pierwotny (Ip) = PVA / Vp = 296,0 / 120 = 2,467A
• Powierzchnia rdzenia (CA) = 1,15 * sqrt (PVA) = 1,15 * sqrt (296) = 19,785 cm²
• Powierzchnia rdzenia brutto (GCA) = CA * 1,1 = 19,785 * 1,1 = 21,76 cm²
• Obroty na wolt (Tpv) = 1 / (4,44 * 10-4 * CA * częstotliwość * Gęstość strumienia) = 1 / (4,44 * 10-4 * 19,785 * 50 * 1) = 2,272 zwoje na wolt
• Zwoje pierwotne (N1) = Tpv * Vp = 2,276 * 120 = 272,73 zwojów
• Sek. Skręty (N2) = Tpv * Vs * 1,03 = 2,276 * 60 * 1,03 = 140,46 zwojów
• Szerokość języka (TW) = Sqrt * (GCA) = 4.690 cm
• Wybieramy gęstość prądu jako 300 A / cm², ale gęstość prądu w tabeli drutu jest podana dla 200 A / cm², a następnie
• Wartość wyszukiwania prądu pierwotnego = Ip / (gęstość prądu / 200) = 2,467 / (300/200) = 1,644A
• Wartość wyszukiwania prądu wtórnego = Is / (gęstość prądu / 200) = 4,44 / (300/200) = 2,96A

Dla tych wartości prądów pierwotnych i wtórnych wybieramy odpowiednie SWG i obroty na cm2 z tabeli drutu.

SWG1 = 19 SWG2 = 18

Obroty na cm2 części pierwotnej = 87,4 cm2 zwojów na cm2 części pierwotnej = 60,8 cm2

• Powierzchnia podstawowa (pa) = n1 / zwojów na cm2 (pierwotna) = 272,73 / 87,4 = 3,120 cm²
• Powierzchnia drugorzędna (sa) = n2 / zwojów na cm2 (drugorzędna) = 140,46 / 60,8 = 2,310 cm²
• Całkowita powierzchnia (at) = pa + sa = 3,120 + 2,310 = 5430 cm²
• Powierzchnia okna (Wa) = powierzchnia całkowita * 1,3 = 5,430 * 1,3 = 7,059 cm²

Dla powyższej obliczonej wartości szerokości pióra wybieramy numer rdzenia i powierzchnię okna z tabeli podstawowej, upewniając się, że wybrana powierzchnia okna jest większa lub równa powierzchni rdzenia brutto. Jeśli ten warunek nie jest spełniony, wybieramy wyższą szerokość pióra, zapewniając ten sam warunek z odpowiednim zmniejszeniem wysokości stosu, aby utrzymać w przybliżeniu stałą całkowitą powierzchnię rdzenia.

W ten sposób otrzymujemy dostępną szerokość języka (Twavail) i powierzchnię okna ((avail) (aWa)) z tabeli podstawowej:

• Tak więc dostępna szerokość języka (atw) = 3,81 cm
• Dostępna powierzchnia okna (awa) = 10,891 cm²
• Numer rdzenia = 16
• Wysokość stosu = gca / atw = 21,99 / 3,810 = 5,774 cm

Ze względów wydajnościowych przybliżamy stosunek wysokości stosu do szerokości pióra (aTw) z najbliższymi następującymi liczbami: 1,25, 1,5 i 1,75. W najgorszym przypadku przyjmujemy stosunek równy 2.

Jeśli stosunek jest większy niż 2, wybieramy większą szerokość pióra, zapewniając wszystkie warunki jak powyżej.

• Wysokość stosu (ht) / szerokość pióra (aTw) = 5,774 / 3,81 = 1,516
• Zmodyfikowana wysokość stosu = Szerokość występu (aTw) * Najbliższa wartość standardowego stosunku = 3,810 * 1,516 = 5,715 cm
• Zmodyfikowana powierzchnia rdzenia brutto = szerokość występu (aTw) * Zmodyfikowana wysokość stosu = 3,810 * 5,715 = 21,774 cm²

W ten sposób znajdujemy numer rdzenia i wysokość stosu dla podanych specyfikacji.

Projekt małego transformatora sterującego z przykładem:

Podane szczegóły są następujące: -

• Sek. napięcie (Vs) = 18V
• Prąd sek. (Is) = 0,3A
• Obroty na stosunek (n2 / n1) = 1

Teraz musimy wykonać następujące obliczenia: -

• Sek. Woltamper (SVA) = Vs * Is = 18 * 0,3 = 5,4VA
• Napięcie pierwotne (PVA) = SVA / 0,9 = 5,4 / 0,9 = 6VA
• Sztywny. Napięcie (Vp) = V2 / (n2 / n1) = 18/1 = 18 V.
• Sztywny. prąd (Ip) = PVA / Vp = 6/18 = 0,333A
• Powierzchnia rdzenia (CA) = 1,15 * sqrt (PVA) = 1,15 * sqrt (6) = 2,822 cm²
• Przekrój poprzeczny rdzenia (GCA) = CA * 1,1 = 2,822 * 1,1 = 3,132 cm²
• Obroty na wolt (Tpv) = 1 / (4,44 * 10-4 * CA * częstotliwość * Gęstość strumienia) = 1 / (4,44 * 10-4 * 2,822 * 50 * 1) = 15,963 obroty na wolt
• Sztywny. Obroty (N1) = Tpv * Vp = 15,963 * 18 = 287,337 zwojów
• Sek. Skręty (N2) = Tpv * Vs * 1,03 = 15,963 * 60 * 1,03 = 295,957 zwojów
• Szerokość języka (TW) = Sqrt * (GCA) = sqrt * (3,132) = 1,770 cm

Wybieramy gęstość prądu jako 200 A / cm², ale gęstość prądu w tabeli drutu jest podana dla 200 A / cm², wtedy

• Wartość poszukiwania prądu pierwotnego = Ip / (gęstość prądu / 200) = 0,333 / (200/200) = 0,333A
• Wartość wyszukiwania prądu wtórnego = Is / (gęstość prądu / 200) = 0,3 / (200/200) = 0,3A

Dla tych wartości prądów pierwotnych i wtórnych wybieramy odpowiednie SWG i obroty na kwadrat. cm od stołu z drutu.

SWG1 = 26 SWG2 = 27

Turn na Sq. cm pierwotnej = 415 obrotów na kwadrat. cm wtórnego = 504 zwoje

• Powierzchnia podstawowa (pa) = n1 / zwojów na cm2 (pierwotna) = 287,337 / 415 = 0,692 cm²
• Powierzchnia drugorzędna (sa) = n2 / zwojów na cm2 (drugorzędna) = 295,957 / 504 = 0,587 cm²
• Całkowita powierzchnia (at) = pa + sa = 0,692 + 0,587 = 1280 cm²
• Powierzchnia okna (Wa) = powierzchnia całkowita * 1,3 = 1,280 * 1,3 = 1,663 cm²

Dla powyższej obliczonej wartości szerokości pióra wybieramy numer rdzenia i powierzchnię okna z tabeli podstawowej, upewniając się, że wybrana powierzchnia okna jest większa lub równa powierzchni rdzenia brutto. Jeśli ten warunek nie jest spełniony, wybieramy wyższą szerokość pióra, zapewniając ten sam warunek z odpowiednim zmniejszeniem wysokości stosu, aby utrzymać w przybliżeniu stałą całkowitą powierzchnię rdzenia.

W ten sposób otrzymujemy dostępną szerokość języka (Twavail) i powierzchnię okna ((avail) (aWa)) z tabeli podstawowej

• Tak więc dostępna szerokość języka (atw) = 1,905cm
• Dostępna powierzchnia okna (awa) = 18,969 cm²
• Numer rdzenia = 23
• Wysokość stosu = gca / atw = 3,132 / 1,905 = 1,905 cm

Stąd transformator sterujący jest zaprojektowany.