Расчет трансформатора двухтактных преобразовательных устройств (150780)

Посмотреть архив целиком

Тольяттинский политехнический институт

Кафедра «Промышленная электроника»







Пояснительная записка

к курсовой работе

по дисциплине «Магнитные элементы электронных устройств»

Расчет трансформатора двухтактных преобразовательных устройств






Студент:

Моторин С.К.

Группа:

Э-206

Преподаватель:

Слукин А.М.





Тольятти 2002


Содержание.


1. Исходные данные для расчета

1.2. Исходные Данные уточняемые в процессе расчета

2. Оценочный расчет

2.1. Выбор материала сердечника

2.2. Определение типоразмера сердечника

2.3. Определение массы и объёма трансформатора

3. Конструктивный расчет

Выводы

Список используемой литературы



Исходные данные к расчёту.


    1. Основные исходные данные:


совокупность чисел, характеризующих фазность обмоток:


m1=2, m2=3;


напряжение, подключённое к вторичной обмотке:


U21=30 В; U22=5; U23= 12


мощность:


P2=10 Вт;


электродвижущая сила (ЭДС) прикладываемая к первичной обмотке:


E1=600 B;


частота коммутаций силовых ключей:


f=30 кГц;


температура окружающей среды:


То=40 оС;


максимально допустимая относительная величина тока намагничивания:

Im max<=0.2;


максимально допустимая температура наиболее нагретой точки трансформатора;


Tт max=130 оС;


коэффициент теплоотдачи:


=1.210-3 Вт/(см2 К);


коэффициент полезного действия (КПД):


=0.9.


максимальный коэффициент заполнения окна сердечника обмотки:


0 max=0.7;


1.2 Исходные данные, уточняемые в процессе расчета:


Коэффициент заполнения сечения обмотки проводниковым материалом(п):


0.5 п (ПЭЛ)

п  0.65 (ПЭЛШО)


Простейшая схема преобразователя (рис.1.1.) состоит из трансформатора Т с двумя секциями первичной обмотки, ключей S1 и S2, поочерёдно замыкающих цепь постоянного тока с определённой частотой, сопротивления нагрузки Rн, подключенного к вторичной обмотке.

Расчёт ориентирован преимущественно на проектирование трансформаторов тороидальной конструкции (рис.1.2.) и состоит из двух частей: оценочного и конструктивного.

  1. Оценочный расчёт.


    1. Выбор материала сердечника:


Целью оценочного расчета является определение основных параметров трансформатора, выполненного на кольцевом сердечнике разных типоразмеров их стандартного ряда.

Для работы на частоте от 10 кГц и выше в качестве материала сердечника применяются ферриты 2000НМ-1, 1500НМ-1 и др. Выбирали марку сердечника. Для этого построили зависимости удельных потерь мощности в сердечнике от перепада индукции В в нём:


(2.1.)


Где Рс - потери мощности в сердечнике, Вт;

Vc - объём сердечника, м3.

Использовали выражение:


Схема простейшего преобразователя напряжения.









Рис. 1.1.


Трансформатор тороидальной конструкции.


Рис. 1.2.


(2.2.)


где f - заданная частота, кГц;

В - изменение магнитной индукции в сердечнике трансформатора за ту

часть периода Т/2, когда это изменение происходило в одном направлении, Тл;

Hco, dHc/dBm, Rв – величины найденные по таблице 2.1 [1].

По формуле (2.2.) рассчитали для каждого материала зависимость Рс.уд. от В в виде таблицы, задаваясь последовательно значениями:



где N – целое число;


х = 0,1..0,2;


Bm – амплитудное значение магнитной индукции, Тл [1, табл.2.1].

Данные для расчета взяли из таблицы 2.1:


Таблица 2.1.

Параметры аппроксимирующих выражений, описывающих магнитные свойства ряда ферримагнетиков.

пп

Тип фер.

B, Тл

Hco,

A/m

dHc/dBm

A/(mТл)

DH0/dBm,

A/(mТл)

H0,

A/mH0,

A/m

Bm2,

Тл



RВ

коМ/м

1.

6000НМ

6.4

0

48.3

776

0.355

15

4.4

2.

4000НМ

1.06

8

80

758

0.38

16

26

3.

3000НМ

3.68

16

94.4

755

0.37

20

31

4.

2000НМ

1.2

40

164

719

0.39

12

56

5.

2000НМ1

7.2

40

160

725

0.34

7

63

6.

1500НМ2

0

65.4

240

699

0.33

10

180

7.

1500НМ3

6.77

37

212

699

0.38

10

180

8.

1000НМ3

20

0

250

715

0.258

10

280

9.

700НМ

0

75.4

844

749

0.4

2

1000


Для материала 6000НМ:


Hco = 6.4 А/м,

dHc/dBm = 0 А/(мТл),

Rв = 4,4 кОм/м.

x = 0.15


Подставляя числовые значения в (2.1.) получилипри В = 0 Тл


Рс.уд.=0 Вт/м3


при В=0,1 Тл


Рс.уд.= 38,4 Вт/м3,


при В=0,2 Тл


Рс.уд.= 76,8 Вт/м3, и т.д.


Аналогично рассчитали зависимости Рс.уд.(В) для других материалов Результаты вычислений занесли в табл.2.1.


Таблица 2.1.

Рассчитанные значения Рс.уд., Вт/м3.

Тип фер.

B, Тл

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

6000НМ

0

38,4

76,8

115,2

153,7

192,2

230,7

269,2

4000НМ

0

8,7

22,3

40,7

63,8

91,8

124,6

162,2

3000НМ

0

26,8

63,3

109,4

165,1

230,4

305,3

389,8

2000НМ

0

19,2

62,4

129,6

220,8

336,1

475,2

638,4

2000НМ1

0

55,2

134,4

237,6

164,8

516,1

691,2

890,4

1500НМ2

0

19,6

78,5

176,6

313,9

490,5

706,3

961,3

1500НМ3

0

51,7

125,6

221,7

340,1

480,6

643,3

828,2

1000НМ3

0

120

240

360

480

600

720

840

700НМ

0

22,6

90,5

203,6

361,9

565,5

814,3

1108,4


По данным таблицы 2.1. построили графики (рис. 2.1.).

Анализируя график, увидели, что наименьшими удельными потерями в заданных условиях обладает материал 4000НМ. Следовательно, выбрали для нашего сердечника материал 4000НМ.


2.2 Определение типоразмера сердечника


Определили типоразмер, начиная с которого в стандартном ряде (таб.2.2) сердечники пригодны для изготовления трансформатора с заданными исходными параметрами.


2.2.1 Приняли:


0 =0макс=0,7.


2.2.2 Из стандартного ряда (табл. 2.2, [1]);


Таблица 2.2.

Данные для расчета трансформаторов, выполненных на сердечниках различного размера из стандартного ряда при 0= 0.7.

сердеч.

Тип сердечника

Pp*,

Вт/(Тл*кГц)2

Sт,

см2

Vт,

см3

Мт,

г

1.

К12х8х3

4.71

4.71

0.98

5.3

2.

К28х16х9

582.3

25.6

12.28

45.2


произвольно выбрав сердечник с размерами Dcdchc и определили для него предельную мощность потерь PТмакс и объем Vc по формулам


(2.3.)


где =1.210-3 Вт/(см2 К) - коэффициент теплоотдачи;

Sт - площадь поверхности охлаждения трансформатора, см2 (табл.2.2),

и

(2.4.)



Зависимость удельных потерь мощности Рс.уд. от изменения магнитной индукции в сердечнике B.

Получим:

Рис 2.1.


Sт = 4,71 см2,

PТмакс= 3,141,210-3/(1.4 (130 -40) 4,71) = 1,597

PТмакс = 1,597 Вт,

Vc = 3,14/(4(82-32) 12)

Vc = 0,000188 м3.


2.2.3. Для выбранного сердечника определили оптимальный режим перемагничивания:


, (2.5.)


где


;

.

C1=300001,06=31800

C2=300008+(230000)2/26000=378461

Bопт=-31800/378461+[(31800/378461)2 +1,597/(23784610,000188)]0.5=1,76


Получили Bопт =1,76 Тл. т.к. Bопт > Bmax то за величину Bопт приняли Bmax=2Вm2:

Bопт=0.76 Тл;



2.2.4. Для найденных значений Bопт определили амплитудное значение напряженности магнитного поля Hm при Bопт:


, (2.6.)


где dHo/dBm ,  взяты из таблицы 2.1, b=3.849109.

Для выбранного сердечника


Hm = 1,06 + (0,76/2)  (8+80) + 3.849109 (0,76 /2)16

Hm = 762,1 А/м.


2.2.5 Определили относительную величину амплитуды тока намагничивания

по формуле, в которую поставляли B=Bопт и Hm, вычисленное ранее по выражению (2.5.) при Bопт:


, (2.7.)


Где Pвых - мощность, Вт, которая может быть передана в нагрузки на вторичной стороне при числе вторичных обмоток 2:


Pвых=P


где P - мощность, Вт, передаваемая через каждую из вторичных обмоток, из исходных данных;

 - отношение потерь мощности в каждой из обмоток Pw к мощности P, передаваемой через нёё;

Величину  определили по выражению:


, (2.8.)


где m1,m2 - фазность, соответственно, первичной и вторичной обмоток. Для вторичных обмоток учитывается в виде:


=mP/Рвых=3;


Рс - потери в сердечнике, Вт, определяемые через удельные потери по формуле (2.1) и для выбранного сердечника равны - 0,0352Вт;

P*p - приведенная расчётная мощность сердечника, из таблицы 2.2 с учетом поправки на 130 оС:


P*p= 4,71 / (1+0.004(130оС-40оС)) = 3,46 (Вт). (2.9.)


Подставляя числовые значения, получили


 = 0.5((3+1)100+30,352)/3,46(300000,76)2-10·(3+0.53), (2.8.)

=0,0021.


Таким образом, величина тока намагничивания


м=20,0001880,7630000 799,88/(1+0,021) 10 +0,352

Iм =0.651.


2.2.6 Вычислили максимальную выходную мощность трансформатора, выполненного на выбранном сердечнике:


, (2.10.)

Pвых макс=[2 3,46 (300000,76)2 ( 1,597-0,352)/(3+3)]0.5 = 10.247 Вт.


2.2.7 По таблице 2.2 определили объём трансформатора, соответствующий вычисленному значению максимальной мощности, т.е. VТ (Pвых.макс)


Vт=1,15см3.


Аналогично проводится расчет и для других сердечников. Вычислили значения Pвых.макс и VТ для типоразмера для К28169:


Pвых.макс =1540,71 Вт,
Vт=12,28см3.


2.2.8 Построили зависимость

Vт(Pвых.макс). По графику этой зависимости определили ориентировочный объём трансформатора, для которого Pвых.макс = 10 Вт (рис. 2.2.). Получили ориентировочный объём равный:


Vт = 0,9 см3.


2.2.9. По таблице 2.2 выбрали типоразмеры сердечников, для которых при о=0макс=0,7 трансформаторы имеют объём, отличающийся от найденного в значениях на +20...40%: 2К1063, К1283, К1255.5.

2.3. Для выбранных в пункте 2.2.9. сердечников определим минимальный размер массу трансформатора с заданными исходными параметрами. С этой целью для каждого из выбранных сердечников при нескольких значениях о (0.7; 0.5; 0.3; 0.1) проведем следующие операции.

2.3.1. По уравнению (2.3.) определим Рт.макс(0). Величина Sт(0), необходимая для расчета, находится по таблице 2.2.


Рис. 2.2.


Зависимость объема трансформатора от мощности потерь в трансформаторе.

1540

77.9


При 0=0,1

PТмакс=3,141,210-3/1.4(130-40)4,71=0,7498


Для других 0 расчет аналогичен. Данные расчета занесены в таблицу 3.1.


Таблица 3.1.

Зависимость максимальной мощности потерь трансформатора от 0 , мВт



Типоразмер сердечника

2К1063

К1283

К1255.5

0.1

749.8

658

986.4

0.2

848.2

816.7

1054.2

0.3

947.6

979.1

1119.7

0.4

1047

1148.7

1187.5


2.3.2. По вычисленной таблице Рс.уд.(В) данного сердечника объемом Vc нашли зависимость Рс(В) c учетом выражения (2.1.)


2.3.3. С использованием уравнения:


, (2.11.)


где Рт - мощность потерь в трансформаторе, Вт, а также уравнений (2.8.) и (2.1.), находя по таблице 2.2 значения Р*р с учётом поправки (2.9.), вычислим зависимость Рт(В) (табл.2.4.-2.6.).


Таблица 2.4.

Рт для сердечника 2К1063, Вт

B, Тл

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8



-

-

18.75

12.50

9.50

7.50



18.75

10.50

6.75

5.00

4.00

3.75



16.25

9.51

6.05

4.43

3.53

3.36



12.05

7.22

4.55

3.50

3.00

3.00


Таблица 2.5.

Рт для сердечника К1283, Вт.

B, Тл

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9



-

-

17.00

11.00

7.00

5.00

4.75



-

11.00

5.00

3.50

2.32

1.87

1.75



15.70

6.50

3.50

2.00

1.31

1.25

1.25



10.50

5.00

2.20

1.14

0.75

0.75

1.00


Таблица 2.6.

Рт для сердечника К1255.5, Вт.

B, Тл

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9



-

-

10.00

5.50

4.30

3.35

3.00



15.00

6.25

3.25

2.00

1.27

1.00

1.00



9.75

3.94

2.00

1.00

0.75

0.67

0.75



6.25

2.75

1.00

0.52

0.38

0.43

0.51


Случайные файлы

Файл
177691.rtf
5865-1.rtf
diplom.doc
RGR_1_rel.doc
72210-1.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.