МЕТОДИКА РОЗРАХУНКУ СЕТЕВОЙ ТРАНСФОРМАТОРИ

Метою розрахунку є отримання заданих вихідних параметрів трансформатора (для мережі з частотою 50 Гц) при його мінімальних габаритах і масі.

Розрахунок трансформатора доцільно почати з вибору магнітопровода, тобто визначення його конфігурації і геометричних розмірів.

Найбільш широко поширені три види конструкції магнітопроводів, наведені на рис. 7.17.

./24082010120000546.gif

Рис. 7.17. Конструкції магнітопроводів трансформаторів: а) броньового пластинчастого; б) броньового стрічкового; в) кільцевого стрічкового

Для малих потужностей, від одиниць до десятків Вт, найбільш зручні броньові трансформатори. Вони мають один каркас з обмотками і прості у виготовленні.

Трансформатор з кільцевим сердечником (торроідальний) може використовуватися при потужностях від 30 до 1000 Вт, коли потрібна мінімальна розсіяння магнітного потоку або коли вимога мінімального обсягу є першорядним. Маючи деякі переваги в обсязі та масі перед іншими типами конструкцій трансформаторів, торроідальние є разом з тим і найменш технологічними (зручними) у виготовленні.

Вихідними початковими даними для спрощеного розрахунку є:

– Напруга первинної обмотки Ui;

– Напруга вторинної обмотки Uz;

– Струм вторинної обмотки l2;

– Потужність вторинної обмотки Р2 = I2 * U2 = Рвих

Якщо обмоток багато, то потужність, що віддається трансформатором, визначається сумою всіх потужностей вторинних обмоток (Рвих).

Вибір апаратури

Розміри магнітопровода вибраної конструкції, необхідні для отримання від трансформаторів заданої потужності, можуть бути знайдені на підставі виразу:

./24082010120000547.gif , Де:

Sст-перетин стали магнітопровода в місці розташування котушки;

Sок – площа вікна в магнітопроводі;

Вмах-магнітна індукція, див. табл. 7.5;

J – щільність струму, див. табл. 7.6;

Кок – коефіцієнт заповнення вікна, див. табл. 7.7;

КСТ – коефіцієнт заповнення магнітопровода сталлю, див. табл. 7.8;

Величини електромагнітних навантажень Вмах і J залежать від потужності, що знімається з вторинної обмотки трансформатора ланцюга, і беруться для розрахунків з таблиць 7.5 і 7.6.

Таблиця 7.5

Конструкція магнітопровода

Магнітна індукція Вмах, [Тл] при Рвих, [Вт]

5-15

15-50

50-150

150-300

300-1000

Броньовий (пластинчаста)

1,1-1,3

1,3

1,3-1,35

1,35

1,35-1,2

Броньовий (стрічкова)

1,55

1,65

1,65

1,65

1,65

Кільцева

1,7

1,7

1,7

1,65

1,6

Таблиця 7.6

Конструкція магнітопровода

Щільність струму J, [а / мм кв.] При Рвих, [Вт]

5-15

15-50

50-150

150-300

300-1000

Броньовий (пластинчаста)

3,9-3,0

3,0-2,4

2,4-2,0

2,0-1,7

1,7-1,4

Броньовий (стрічкова)

3,8-3,5

3,5-2,7

2,trans1_,4

2,4-2,3

2,3-1,8

Кільцева

5-4,5

4,5-3,5

3,5

3,0

Коефіцієнт заповнення вікна Кок наведено в таблиці 7.7 для обмоток, виконаних проводом круглого перерізу з емалевою ізоляцією.

Коефіцієнт заповнення перерізу магнітопроводу сталлю КСТ залежить від товщини сталі, конструкції магнітопроводу (пластинчаста, стрічкова) і способу ізоляції пластин або стрічок один від одного. Величина коефіцієнта КСТ для найбільш часто використовуваної товщини пластин може бути знайдена з таблиці 7.8

Таблиця 7.7

Конструкція магнітопровода

Робоче напружений. [В]

Коефіцієнт заповнення вікна Кок при Рвих, [Вт]

5-15

15-50

50-150

150-300

300-1000

Броньовий (пластинчаста)

до 100

0,22-0,29

0,29-0,30

0,30-0,32

0,32-0,34

0,34-0,38

100-1000

0,19-0,25

0,25-0,26

0,26-0,27

0,27-0,30

0,30-0,33

Броньовий (стрічкова)

до 100

0,15-0,27

0,27-0,29

0,29-0,32

0,32-0,34

0,34-0,38

100-1000

0,13-0,23

0,23-0,26

0,26-0,27

0,27-0,30

0,30-0,33

Кільцева

 

0,18-0,20

0,20-0,26

0,26-0,27

0,27-0,28

Таблиця 7.8

Конструкція магнітопровода

Коефіцієнт заповнення КСТ п

ри товщині сталі, мм

0,08

0,1

0,15

0,2

0,35

Броньовий (пластинчаста)

0,7(0,75)

0,85 (0,89)

0,9 (0,95)

Броньовий (стрічкова)

0,87

0,90

0,91

0,93

Кільцева

0,85

0,88

ПРИМІТКА:

1. Коефіцієнти заповнення для пластинчастих сердечників вказані в дужках при ізоляції пластин лаком або фосфатної плівкою.

2. Коефіцієнт заповнення для стрічкових магнітопроводів зазначені при виготовленні їх методом штампування та згинання стрічки.

Визначивши величину Sст * Sок, можна вибрати необхідний лінійний розмір магнітопровода, що має співвідношення площ не менше, ніж отримано в результаті розрахунку.

Величину номінального струму первинної обмотки знаходимо за формулою:

./24082010120000548.gif
, Де величина h і COS j трансформатора, що входять у вираз, залежать від потужності трансформатора і можуть бути орієнтовно визначені за таблицею 7.9.

Таблиця 7.9

Величина

Сумарна потужність вторинних обмоток Рвих, [Вт]

2-15

15-50

50-150

150-300

300-1500

h броньовий

0,5-0,6

0,6-0,8

0,8-0,9

0,90-0,93

0,93-0,95

h стрічковий

0,76-8,88

0,88-0,92

0,92-0,95

0,95-0,96

COS j

0,85-0,90

0,90-0,93

0,93-0,95

0,95-0,93

0,93-0,94

Токи вторинних обмоток зазвичай задані. Тепер можна визначити діаметр проводів в кожній обмотці без урахування товщини ізоляції. Переріз проводу в обмотці: Snp = I / J, діаметр

./24082010120000549.gif

Визначаємо число витків в обмотках трансформатора:

./24082010120000550.gif

, Де n – номер обмотки,
Аu – падіння напруги в обмотках, виражене у відсотках від номінального значення, див. таблиці 7.10 і 7.11. Слід зазначити, що дані для-U, наведені в таблиці 7.10, для многообмоточних трансформаторів вимагають уточнення. Рекомендується приймати значення Аu для обмоток, розташованих безпосередньо на первинній обмотці на 10 … 20% менше, а для зовнішніх обмоток на 10 … 20% більше зазначених у таблиці.

У торроідальних трансформаторах відносна величина повного падіння напруги в обмотках значно менше в порівнянні з броньовими трансформаторами. Це слід враховувати при визначенні числа витків обмоток – значення Аu беруться з таблиці 7.11.

Таблиця 7.10

Конструкція броньовий, величина Аu

Сумарна потужність вторинних обмоток Рвих, Вт

5-15

15-50

50-150

150-300

300-1000

аU1

20-13

13-6

6-4.5

4,5-3

3-1

аU2

25-18

18-10

10-8

8-6

6-2

Таблиця 7.11

Конструкція кільцева, величина OU

Сумарна потужність вторинних обмоток Рвих, Вт

8-25

25-60

60-125

125-250

250-600

OU1

7

6

5

3,5

2,5

OU2

7

6

5

3.5

2.5

ПРИКЛАД РОЗРАХУНКУ СЕТЕВОЙ ТОРРОІДАЛЬНОГО ТРАНСФОРМАТОРИ

Вихідні дані:

Вхідна напруга U1 = 220 В

Вихідна напруга U2 = 22 В

Максимальний струм навантаження I2 = 10 А

Потужність вторинної ланцюга визначаємо з формули:

P2 = U2 * l2 = 220 Вт

Є кільцевої стрічковий магнітопроводів з розмірами: в = 4 см, з = 7,5 см, а = 2 см (рис. 7.17в).

Sок = p * R2 = 3,14 * 3,752 = 44,1 кв. см;

Sст = а * в = 2 * 4 = 8 кв. см

Скориставшись формулою потужності і таблицями, визначаємо, яку максимальну потужність можна зняти зданого магнітопровода:

./24082010120000551.gif

Розрахункова величина перевищує необхідну за вихідними даними (Р2 = 220 Вт), що дозволяє застосувати даний магнітопровода для намотування потрібного трансформатора, але якщо потрібні мінімальні габарити трансформатора, те залізо магнітопровода можна взяти менших розмірів (або зняти частину стрічки), відповідно до розрахунку.

Номінальний струм первинної обмотки:

./24082010120000552.gif

Переріз проводу в обмотках:

./24082010120000553.gif

Діаметр дроту в обмотках:

./24082010120000554.gif

Вибираємо найближчі діаметри кабелю з ряду стандартних розмірів, що випускаються промисловістю, – 0,64 і 2 мм, типу ПЕВ або ПЕЛ.

Число витків в обмотках трансформатора:

./24082010120000555.gif