Transzformátor tervezés

Egy transzformátor frekvenciaváltás nélkül továbbítja az elektromos áramot az egyik áramkörből a másikba. Elsődleges és szekunder tekercset tartalmaz. Az elsődleges tekercs csatlakozik a fő tápellátáshoz, és másodlagos a szükséges áramkörhöz. Miénkben projekt áramkör , az alacsony teljesítményű (10 KVA) egyfázisú 50 hertz teljesítményű transzformátor tervezését a projekt követelményeinek megfelelően készítettük el.

A transzformátor alapvetően három típusból áll:

1. Core típus
2. Héj típusa
3. Toroidális

A magban a tekercsek a mag egy részét, míg a héjban a tekercset veszik körül. A Core típusban két fő típus létezik, nevezetesen az E-I típus és az U-T típus. Ebben transzformátor kialakítása , E-I magtípust használtunk. Az E-I magot választottuk, mivel a tekercselés sokkal könnyebb a toroidalhoz képest, de a hatékonyság nagyon magas (95% -96%). Ez azért van így, mert a fluxusveszteség viszonylag kisebb a toroidális magokban.

A projektben alkalmazott transzformátorok

1. Soros transzformátor: A szükséges feltöltési vagy feszültségfeszültség és
2. Vezérlő transzformátor: A kimeneti feszültség érzékeléséhez és az áramellátáshoz.

Tervezési képletek:

Itt figyelembe vesszük a zománcozott rézdrót-asztal tekercselési adatait és a transzformátorok sajtolótáblájának méreteit az SWG bemeneti és kimeneti tekercsek és a transzformátor magjának kiválasztásához az adott specifikációkhoz.

A tervezési eljárást feltételezzük, hogy a transzformátor következő specifikációit adjuk meg:

• Másodlagos feszültség (Vs)
• Másodlagos áram (Is)
• Fordulási arány (n2 / n1)

Ezen megadott adatok alapján kiszámítjuk a nyelv szélességét, a verem magasságát, a mag típusát és az ablak területét az alábbiak szerint: -

• Szekunder feszültség-erősítők (SVA) = szekunder feszültség (Vs) * szekunder áram (Is)
• Elsődleges feszültség amper (PVA) = Szekunder feszültség amper (SVA) / 0,9 (a transzformátor hatékonyságát 90% -nak feltételezve)
• Elsődleges feszültség (Vp) = Másodlagos feszültség (Vs) / fordulatok aránya (n2 / n1)
• Elsődleges áram (Ip) = Elsődleges feszültség-erősítő (PVA) / Elsődleges feszültség (Vp)
• A mag szükséges keresztmetszeti területét az alábbiak adják meg: - Magterület (CA) = 1,15 * sqrt (Elsődleges Volt-erősítők (PVA))
• Bruttó magterület (GCA) = Magterület (CA) * 1.1
• A tekercs fordulatainak számát az alábbiak szerint megadott arány határozza meg: - Fordulat per volt (Tpv) = 1 / (4,44 * 10-4 * magterület * frekvencia * fluxus sűrűség)

Tekercselési adatok a zománcozott rézhuzalról

(@ 200A / cm²)

A transzformátor bélyegzésének mérete (alaptábla):

A hálózatról történő üzemeltetéshez a frekvencia 50 Hz, míg a fluxus sűrűsége 1 Wb / négyzet cm lehet. a szokásos Acél sajtoláshoz és 1,3 Wb / m² cm a CRGO sajtoláshoz, a használandó típustól függően.

Ennélfogva

• Elsődleges fordulatok (n1) = Fordulat / volt (Tpv) * Elsődleges feszültség (V1)
• Másodlagos fordulatok (n2) = fordulatok voltonként (Tpv) * másodlagos feszültség (V2) * 1,03 (Tegyük fel, hogy a transzformátor tekercselésében 3% -os esés van)
• A laminálás nyelvének szélességét hozzávetőlegesen az adja:

Nyelvszélesség (Tw) = Sqrt * (GCA)

Pillanatnyi sűrűség

Ez egy vezeték jelenlegi keresztmetszeti területenkénti kapacitása. Amp / cm2 egységekben van kifejezve. A fent említett huzalasztal folyamatos névleges teljesítményű 200A / cm² áramsűrűség mellett. A transzformátor nem folyamatos vagy szakaszos működési módjaihoz választhat nagyobb sűrűséget, legfeljebb 400A / cm²-t, azaz a normál sűrűség kétszeresét az egységköltség takarékossága érdekében. Úgy döntött, hogy a szakaszos üzemi eseteknél a hőmérséklet-emelkedés kisebb a folyamatos üzemi eseteknél.

Tehát a választott áramsűrűségtől függően kiszámoljuk az elsődleges és a másodlagos áram értékeit, amelyeket a huzaltáblában kell keresni az SWG kiválasztásához: -

n1a = Elsődleges áram (Ip) számítva / (áramsűrűség / 200)

n2a = szekunder áram (Is) számítva / (áramsűrűség / 200)

A primer és szekunder áram ezen értékeihez a huzalasztalból kiválasztjuk a megfelelő SWG-t és fordulatot négyzetméterenként. Ezután a következőképpen számolunk:

• Elsődleges terület (pa) = Elsődleges fordulatok (n1) / (Elsődleges fordulatok négyzetméterenként)
• Másodlagos terület (sa) = Másodlagos fordulatok (n2) / (Másodlagos fordulatok négyzetméterenként)
• A maghoz szükséges teljes ablakfelületet az alábbiak adják meg: -

Teljes terület (TA) = Elsődleges terület (pa) + Másodlagos terület (sa)

• Az előbbihez és a szigeteléshez szükséges extra hely a tényleges tekercselési terület által igényelt 30% -nyi extra helyet foglalhatja el. Ez az érték hozzávetőleges, és a tényleges tekercselési módtól függően módosítani kell.

Ablak területe (Wacal) = Teljes terület (TA) * 1.3

A nyelv kiszélességének fenti kiszámított értékéhez a mag táblából választjuk a magszámot és az ablak területét, biztosítva, hogy a kiválasztott ablak területe nagyobb vagy egyenlő legyen a bruttó mag területével. Ha ez a feltétel nem teljesül, nagyobb nyelvszélességet választunk, biztosítva ugyanazt az állapotot a veremmagasság megfelelő csökkenésével, hogy megközelítőleg állandó bruttó magterület maradjon fenn.

Így az alaptáblázatból megkapjuk a rendelkezésre álló nyelvszélességet (Twavail) és az ablak területét ((elérhető) (aWa))

• Veremmagasság = Bruttó magterület / Nyelvszélesség ((elérhető) (atw)).

A kereskedelemben kapható előbbi méretcélokhoz közelítjük a veremmagasság és a nyelvszélesség arányát a következő legközelebbi számokra: 1,25, 1,5, 1,75. A legrosszabb esetben a 2-vel egyenlő arányt vesszük. Bármelyik 2-ig terjedő arány vehető fel, amely megköveteli saját előbbiek létrehozását.

Ha az arány nagyobb, mint 2, akkor egy magasabb nyelvszélességet (aTw) választunk, biztosítva a fenti feltételeket.

• Veremmagasság (ht) / nyelvszélesség (aTw) = (bizonyos arány)
• Módosított veremmagasság = Nyelvszélesség (aTw) * A standard arány legközelebbi értéke
• Módosított bruttó magterület = Nyelvszélesség (aTw) * Módosított veremmagasság.

Ugyanez a tervezési eljárás vonatkozik a vezérlő transzformátorokra is, ahol biztosítanunk kell, hogy a verem magassága megegyezzen a nyelv szélességével.

Így megtaláljuk az adott specifikációk magszámát és veremmagasságát.

Transzformátor megtervezése egy példával:

• A megadott részletek a következők: -
• Sec. feszültség (Vs) = 60V

Sec áram (Is) = 4,44A

• Fordulatok arányonként (n2 / n1) = 0,5

Most a következőképpen kell számolnunk:

• Sec. Volt-Amper (SVA) = Vs * Is = 60 * 4,44 = 266,4VA
• Prim. Volt-amper (PVA) = SVA / 0,9 = 296,00VA
• Prim. Feszültség (Vp) = V2 / (n2 / n1) = 60 / 0,5 = 120V
• Prim.áram (Ip) = PVA / Vp = 296,0 / 120 = 2,467A
• Magterület (CA) = 1,15 * sqrt (PVA) = 1,15 * sqrt (296) = 19,785 cm²
• Bruttó magterület (GCA) = CA * 1,1 = 19,785 * 1,1 = 21,76 cm²
• Fordulat per volt (Tpv) = 1 / (4,44 * 10-4 * CA * frekvencia * Fluxusűrűség) = 1 / (4,44 * 10-4 * 19,785 * 50 * 1) = 2,272 fordulat / volt
• Prim. Fordulatok (N1) = Tpv * Vp = 2,276 * 120 = 272,73 fordulat
• Mp. Fordulatok (N2) = Tpv * Vs * 1,03 = 2,276 * 60 * 1,03 = 140,46 fordulat
• A nyelv szélessége (TW) = Sqrt * (GCA) = 4,690 cm
• Az áramsűrűséget 300A / cm²-nek választjuk, de a huzaltáblában az áramsűrűség 200A / cm² értékre van megadva, akkor
• Elsődleges aktuális keresési érték = Ip / (áramsűrűség / 200) = 2,467 / (300/200) = 1,644A
• Másodlagos aktuális keresési érték = Is / (áramsűrűség / 200) = 4,44 / (300/200) = 2,96A

A primer és szekunder áram ezen értékeihez a huzalasztalból kiválasztjuk a megfelelő SWG-t és fordulatot négyzetméterenként.

SWG1 = 19 SWG2 = 18

Fordulat / négyzetméter elsődleges = 87,4 cm² fordulat / négyzetméter másodlagos = 60,8 cm²

• Elsődleges terület (pa) = n1 / fordulat / négyzetméter (elsődleges) = 272,73 / 87,4 = 3,120 cm²
• Másodlagos terület (sa) = n2 / fordulat / négyzetméter (másodlagos) = 140,46 / 60,8 = 2,310 cm²
• Teljes terület (at) = pa + sa = 3,120 + 2,310 = 5430 cm²
• Ablak területe (Wa) = teljes terület * 1,3 = 5,430 * 1,3 = 7,059 cm²

A nyelv szélességének fenti kiszámított értékéhez a mag táblából választjuk a magszámot és az ablak területét, biztosítva, hogy a kiválasztott ablak területe nagyobb vagy egyenlő legyen a bruttó mag területével. Ha ez a feltétel nem teljesül, nagyobb nyelvszélességre törekszünk, biztosítva ugyanazt az állapotot a veremmagasság megfelelő csökkenésével, hogy megközelítőleg állandó bruttó magterület maradjon fenn.

Így megkapjuk a rendelkezésre álló nyelvszélességet (Twavail) és az ablak területét ((elérhető) (aWa)) az alaptáblázatból:

• Tehát a nyelv elérhető szélessége (atw) = 3,81 cm
• Az elérhető ablakterület (awa) = 10,891 cm²
• Magszám = 16
• Veremmagasság = gca / atw = 21,99 / 3,810 = 5,774 cm

Teljesítményi okokból közelítjük a veremmagasság és a nyelvszélesség (aTw) arányát a következő legközelebbi számokhoz: 1,25, 1,5 és 1,75. Legrosszabb esetben a 2-vel egyenlő arányt vesszük.

Ha az arány nagyobb, mint 2, akkor nagyobb nyelvszélességet választunk, biztosítva a fenti feltételeket.

• Veremmagasság (ht) / nyelvszélesség (aTw) = 5,774 / 3,81 = 1,516
• Módosított veremmagasság = nyelvszélesség (aTw) * A standard arány legközelebbi értéke = 3,810 * 1,516 = 5,715 cm
• Módosított bruttó magterület = Nyelvszélesség (aTw) * Módosított veremmagasság = 3,810 * 5,715 = 21,774 cm²

Így megtaláljuk az adott specifikációk magszámát és veremmagasságát.

Egy kis vezérlő transzformátor megtervezése példával:

A megadott részletek a következők: -

• Sec. feszültség (Vs) = 18V
• Sec áram (Is) = 0,3A
• Fordulatok arányonként (n2 / n1) = 1

Most a következőképpen kell számolnunk:

• Sec. Volt-Amper (SVA) = Vs * Is = 18 * 0,3 = 5,4VA
• Prim.Volt-Amps(PVA) = SVA / 0.9 = 5.4 / 0.9 = 6VA
• Pedáns. Feszültség (Vp) = V2 / (n2 / n1) = 18/1 = 18V
• Pedáns. áram (Ip) = PVA / Vp = 6/18 = 0,333A
• Magterület (CA) = 1,15 * sqrt (PVA) = 1,15 * sqrt (6) = 2,822 cm²
• Keresztmag terület (GCA) = CA * 1,1 = 2,822 * 1,1 = 3,132 cm²
• Fordulat / volt (Tpv) = 1 / (4,44 * 10-4 * CA * frekvencia * Fluxusűrűség) = 1 / (4,44 * 10-4 * 2,822 * 50 * 1) = 15,963 fordulat / volt
• Pedáns. Fordulatok (N1) = Tpv * Vp = 15,963 * 18 = 287,337 fordulat
• Sec. Fordulatok (N2) = Tpv * Vs * 1,03 = 15,963 * 60 * 1,03 = 295,95 fordulat
• Nyelvszélesség (TW) = Sqrt * (GCA) = sqrt * (3,132) = 1,770 cm

Az áramsűrűséget 200A / cm²-nek választjuk, de a huzaltáblában az áramsűrűséget 200A / cm²-re adjuk meg,

• Elsődleges aktuális keresési érték = Ip / (áramsűrűség / 200) = 0,333 / (200/200) = 0,333A
• Másodlagos aktuális keresési érték = Is / (áramsűrűség / 200) = 0,3 / (200/200) = 0,3A

A primer és szekunder áram ezen értékeihez választjuk a megfelelő SWG-t és a fordulatokat a négyzetméterenként. cm-re a drótasztaltól.

SWG1 = 26 SWG2 = 27

Fordulatszám négyzetenként cm az elsődleges = 415 fordulat Fordulat / m2. cm másodlagos = 504 fordulat

• Elsődleges terület (pa) = n1 / fordulat / négyzetméter (elsődleges) = 287,337 / 415 = 0,692 cm²
• Másodlagos terület (sa) = n2 / fordulat / négyzetméter (másodlagos) = 295,957 / 504 = 0,587 cm²
• Teljes terület (at) = pa + sa = 0,692 + 0,587 = 1280 cm²
• Ablak területe (Wa) = teljes terület * 1,3 = 1,280 * 1,3 = 1,663 cm²

A nyelv kiszélességének fenti kiszámított értékéhez a mag táblából választjuk a magszámot és az ablak területét, biztosítva, hogy a kiválasztott ablak területe nagyobb vagy egyenlő legyen a bruttó mag területével. Ha ez a feltétel nem teljesül, nagyobb nyelvszélességet választunk, biztosítva ugyanazt az állapotot a veremmagasság megfelelő csökkenésével, hogy megközelítőleg állandó bruttó magterület maradjon fenn.

Így az alaptáblázatból megkapjuk a rendelkezésre álló nyelvszélességet (Twavail) és az ablak területét ((elérhető) (aWa))

• Tehát a nyelv elérhető szélessége (atw) = 1,905cm
• Az elérhető ablakterület (awa) = 18,969 cm²
• Magszám = 23
• Veremmagasság = gca / atw = 3,132 / 1,905 = 1,905cm

Ezért a vezérlő transzformátor tervezett.