Трансформатор питания РЭА (135664)

Посмотреть архив целиком



Условные обозначения, символы и сокращения.

Uiнапряжение в i-ых обмотках

Ik- величина тока в i-ых обмотках

Ui – падение напряжения в i-ых обмотках

Pг – габаритная мощность

Введение

Трансформаторы - статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанные обмотки и предназначенные для повышения или понижения напряжения, согласования сопротивлений электрических цепей, для разделения цепей источника и нагрузки по постоянному току, а также для изменения состояния электрической цепи относительно земли.

Используемые в РЭА трансформаторы делят на следующие виды:

  • Трансформаторы согласования, предназначенные для передачи с наименьшим искажением переменных электрических сигналов и согласования сопротивления источника и сопротивления нагрузки в широком диапазоне частот.

  • Импульсные трансформаторы, предназначенные для вырабатывания и передачи коротких импульсов заданной формы с минимальными искажениями.

  • Трансформаторы питания, предназначены для преобразования переменного напряжения первичного источника в любые другие напряжения питания.

  • Трансформаторы питания делятся на три группы по мощности:

1. Маломощные. до 100 Вт

2. Средней мощности. от 100 до 1000 Вт

3. Повышенной мощности. более 1000 Вт

  • По частоте питающей сети:

1. Промышленной частоты: 50 Гц

2. Повышенной частоты: от 400 до 10000 Гц

3. Статических преобразователей: от 10000 до 200000 Гц

  • По системе тока – однофазные, трехфазные, шестифазные и т.д.

  • По напряжению делятся на две группы :

1. Низковольтные до 1500 В

2. Высоковольтные более 1500 В

  • По виду связи между обмотками – на трансформаторы с электромагнитной связью (с изолированными обмотками) и на автотрансформаторы с электромагнитной и электрической связью, т.е. со связанными обмотками;

  • По коэффициенту трансформации – на повышающие и понижающие;

  • По числу обмоток – на двухобмоточные и многообмоточные;

  • По конструкции магнитопровода – на стержневые, броневые и тороидальные;

  • По конструкции обмоток – на катушечные, галетные и тороидальные;

  • По конструкции всего трансформатора – на открытые и закрытые;

  • По назначению – на выпрямительные, накальные, анодно-накальные и т.д.

Параметры трансформаторов питания включают в себя электрические, конструктивные и эксплутационные характеристики. Наиболее важными электрическими характеристиками являются: величина выходного напряжения, КПД, падение напряжения и его стабильность при различных рабочих режимах, мощность.

Различают электромагнитную, полезную, расчетную и типовую мощности.

Электромагнитной мощностью трансформатора называется мощность, передаваемая из первичной обмотки во вторичную электромагнитным путем; она равна проиведению э.д.с. этой обмотки на величину тока нагрузки, т.е.


Pэм = E2I2


Полезной, или отдаваемой, мощностью трансформатора называется произведение эффективного напряжения на зажимах вторичной обмотки на величину ее нагрузочного тока


P2 = U2I2

Расчетной мощностью трансформатора называется произведение эффективного тока, протекающего по обмотке, на величину напряжения на ее зажимах. Эта мощность характеризует собой габаритные размеры обмотки, т.к. число витков обмотки определяется напряжением на ее зажимах, а сечение провода – эффективным током. Расчетная мощность первичной обмотки равна произведению напряжения на ее зажимах и тока, потребляемого трансформатором из сети, т.е.

P1 = U1I1

Типовой, или габаритной, мощностью называется мощность, определяющая размеры всего трансформатора. Ее величину определяют по формуле

Pтип = (P1+P2)/2,

где P1 и P2 – расчетные мощности обмоток трансформатора.

В процессе работы трансформатора в его магнитопроводе и в его обмотках затрачивается некоторая часть подводимой к нему энергии и поэтому мощность, потребляемая трансформатором из сети, всегда больше мощности, отдаваемой нагрузке.

Конструктивные характеристики определяются весом, габаритами, формой, приспособленностью к совместному размещению с другими элементами конструкции радиоэлектронного блока или аппарата, а также приспособленностью к экономически целесообразному процессу изготовления.

Эксплуатационными характеристиками трансформатора являются долговечность и надежность.

  1. Анализ технического задания

  • Суммарная мощность вторичных обмоток:

= U2I2 + U3I3 = 24*3 + 9*0,1 = 72,9 (Вт), (1.1)

  • Габаритная мощность трансформатора:

, (1.2)

где = 0,84 [11,4] – коэффициент полезного действия.

Pг = 72,9*(1 + 1/0,84)/2 = 79,843 (Вт)

Для PII равное от одного до десятков ВА (в нашем случае 72,9 Вт), при частоте питающей сети 50 Гц выбираем броневой магнитопровод, это выгодно при критерии проектирования «минимальная стоимость».

Сталь для магнитопровода - горячекатанная, термически обработанная сталь марки 1511 в виде листов толщиной 0,5 мм, исходя из рекомендаций [13,4].

Магнитопровод – тип ШЛМ, применяемый в низковольтных трансформаторах наименьшей стомости на частоте 50 Гц.

Конструктивный коэффициент, т.е. произведение сечения стали магнитопровода (Sст) на площадь его окна (Sок) определяет требуемый типоразмер магнитопровода:

Находим параметры выбранного магнитопровода по таблицам [19,4].

Магнитная индукция: В = 1,1 Тл;



(1.3)


Плотность тока: = 3,2 А/мм2, [24,4].

Км = 0,31 – коэффициент заполнения окна магнитопровода медью [150,5].

Кст = 0,93 – коэффициент заполнения сердечника сталью [150,5].

К
ф = 1,11 – коэффициент формы.

Из таблицы [78.8] выбираем магнитопровод ШЛМ 32х25

Активная площадь сечения магнитопровода Sст, см2

Площадь окна Sок, см2

SокSст, см4

Средняя длина витка lс, см

Активный объем магнитопровода Vс, см3

8

9,72

77,76

19,7

157,5

Геометрические размеры магнитопровода (табл. 2.3 [3]):

а, мм

b, мм

с, мм

A, мм

H, мм

h, мм

h1, мм

Масса , г

32

25

18

100

86

54

16

1080

  1. Электрический расчет

  • Расчет действующей ЭДС одного витка [1]:

е = 4КфfВSс Кс10-4 (2.1)

е = 41,11501,19,720,9310-4 = 0,182 В.



(2.2)

U1=U1*0,065=220*0,065=14,300 В

U2=U2*0,065=24*0,065=1,560 В

U3=U3*0,065=9*0,065=0,585 В

Действующее ЭДС первичной обмотки:

E1=U1*(1+ U1/100), (2.3)

Е1 = 220*(1-14,300/100) = 188,540 В;

Число витков первичной обмотки:

W1=E1/e (2.4)

W1=188,540/0,182 = 1038 витков

Действующее значение ЭДС i-ых обмоток (2, 3 обмотки):

Еi = Ui(1+Ui/100) (2.5)


Е2 = 24*(1 + 1,560/100) = 24,374 В;

Е3 = 9*(1 + 0,585/100) = 9,053 В;

  • Число витков вторичных обмоток по формуле:

Wi = Еi/e

W2 = 24,374/0,182 = 134 витков;

W3 = 9,053 /0,182 = 50 витков;

Определение составляющих и полного тока первичной обмотки.

  • Активная составляющая равна сумме токов нагрузки, пересчитанных в первичную обмотку:

(2.6)



I1I = 3*24/220+0,1*9/220 = 0,331A

  • Активная составляющая, обусловленная потерями в магнитопроводе:


(2.7)



где Gст –масса магнитопровода, известная из справочника, Gст = 1080 гр,

ст – удельные потери в стали=1,55 Вт/кг

Iст = 1,08*1,55/220 = 0,008 А.

Активный ток:

Iакт = II1 +Iст (2.8)

I = 0,331+0,008= 0,339A

  • Реактивная составляющая:


(2.9)


где Н- напряженность магнитного поля магнитопровода, Н=1000

lс- средняя длина магнитной силовой линии, lс=0,197 м

Iр = 1000*0,197/1038= 0,190A.

  • Полный ток первичной обмотки:

(2.10)


  • Ток холостого хода:



(2.11)

  • Проверка


(2.12)


  • Выбор обмоточных проводов


(2.13)


  • диаметр без изоляции


  • Выбор марки провода

По критерию стоимоти выбираем провод марки ПЭЛ, имеющего наименьшую стомость.









По критерию наименьшей стоимости выбираем провод марки ПЭЛ, имеющего следующие характеристики:

D

Сечение проводника

Dиз

0,4

0,1134

0,42

1,08

0,9161

1,16

0,2

0,03142

0,23


  1. Конструктивный расчет

3.1.Расчет параметров обмоток трансформатора.

Рассчитываем высоту обмоток hoб по формуле:

, (3.1) где щ -толщина щеки = 2,5 мм.

, (3.2)

Вычисляем число витков в слое Nслi по формуле:

, (3.3) где - коэффициент укладки,

[2,336],

[2, 336],

[2, 336].

=103,

=36,

=195.

Учитывая, что выбран магнитопровод броневого типа, подсчитаем число слоев nсл по формуле:

(3.4) =11,

=4,

=1.

3.2.Выбор межслоевой и межобмоточной изоляций.

Для исключения замыканий, а также для более ровной укладки применяется межслоевая изоляция.

В качестве межслоевой изоляции для обмоток используем кабельную бумагу, 1 слой, толщиной 0,12 мм, исходя из диаметра провода.

Для межобмоточной изоляции используем кабельную бумагу в два слоя, общей толщиной 240мкм.

3.3.Расчет радиальных размеров обмоток и катушки.

Вычислим радиальные размеры каждой обмотки Аобi по формуле:

, (3.5) где ми – толщина межслоевой изоляции, мм.

.

Расcчитаем радиальный размер всей катушки по формуле:

, (3.6)

где kв– коэффициент вспучивания,

kв =1,1 [2,336],

МОБi – толщина межобмоточной изоляции, мм,

hизН – толщина наружной изоляции, мм,

hизН = 240 мкм,

N- число обмоток.

.

3.4.Проверка размещения катушек в сердечнике.

Условием правильности расчета является: зазор между катушками трансформатора должен быть не менее 1 мм и не более 5 мм.

Вычислим зазор между катушками по формуле:

=с-Ak (3.7)

мм

Проверка подтвердила правильность выполненных расчетов.

3.5.Расчет массы трансформатора.

Массу трансформатора рассчитываем по формуле:

, (3.8)

где GСТ – масса магнитопровода (см. выше);

GМ – масса медных проводов;

Коэффициентом 1,1 учитывается наличие в трансформаторе гильзы, изоляции и других конструкционных элементов.

, (3.9)

где mмioб- масса меди обмоточного провода, г, рассчитывается по формуле:

, (3.10)

где l0срi -средняя длина витка каждой обмотки, мм, вычисляется по формуле: