Návrh transformátoru

Transformátor přenáší elektrickou energii z jednoho obvodu do druhého obvodu bez změny frekvence. Obsahuje primární a sekundární vinutí. Primární vinutí je připojeno k hlavnímu napájení a sekundárně k požadovanému obvodu. V našem obvod projektu , jsme vzali návrh nízkoenergetického (10 KVA) jednofázového 50 hertzového výkonového transformátoru podle našeho požadavku v projektu.

Transformátor je v zásadě tří typů:

1. Typ jádra
2. Typ pláště
3. Toroidní

V jádru vinutí typu obklopují část jádra, zatímco v jádru jádra vinutí obklopují. V typu Core existují dva hlavní typy, jmenovitě typ E-I a typ U-T. V tomhle design transformátoru , použili jsme typ jádra E-I. Vybrali jsme jádro E-I, protože navíjení je mnohem snazší ve srovnání s toroidním, ale účinnost je velmi vysoká (95% -96%). Je tomu tak proto, že ztráta toku je u toroidních jader poměrně menší.

Transformátory použité v projektu jsou

1. Sériový transformátor: Zajistit požadované zvýšení nebo zvýšení napětí a
2. Řídicí transformátor: Pro snímání výstupního napětí a pro napájení.

Designové vzorce:

Zde vezmeme odkaz na údaje o vinutí na smaltovaném měděném drátu a rozměry tabulky výlisků transformátoru pro výběr vstupních a výstupních vinutí SWG a jádra transformátoru pro dané specifikace.

Postupuje se podle návrhu za předpokladu, že jsou uvedeny následující specifikace transformátoru: -

• Sekundární napětí (Vs)
• Sekundární proud (Is)
• Poměr otáček (n2 / n1)

Z těchto podrobností vypočítáme šířku jazyka, výšku stohu, typ jádra, plochu okna takto: -

• Sekundární voltampéry (SVA) = sekundární napětí (Vs) * sekundární proud (Is)
• Primární voltampéry (PVA) = sekundární voltampéry (SVA) / 0,9 (za předpokladu účinnosti transformátoru 90%)
• Primární napětí (Vp) = Sekundární napětí (Vs) / poměr otáček (n2 / n1)
• Primární proud (Ip) = primární voltampéry (PVA) / primární napětí (Vp)
• Požadovaná průřezová plocha jádra je dána vztahem: - Plocha jádra (CA) = 1,15 * sqrt (primární voltampéry (PVA))
• Hrubá základní plocha (GCA) = základní plocha (CA) * 1.1
• O počtu závitů na vinutí rozhoduje poměr uvedený jako: - otáčky na volt (Tpv) = 1 / (4,44 * 10-4 * plocha jádra * frekvence * hustota toku)

Údaje o vinutí na smaltovaném měděném drátu

(@ 200 A / cm²)

Rozměr výlisků transformátoru (základní deska):

Pro provoz na síťovém napájení je frekvence 50 Hz, zatímco hustotu toku lze brát jako 1 Wb / sq cm. pro běžné ocelové výlisky a 1,3 Wb / sq cm pro výlisky CRGO, v závislosti na typu, který se má použít.

Proto

• Primární otáčky (n1) = Otáčky na volt (Tpv) * Primární napětí (V1)
• Sekundární otáčky (n2) = Počet otáček na volt (Tpv) * sekundární napětí (V2) * 1,03 (Předpokládejte pokles vinutí transformátoru o 3%)
• Šířka jazyka lamel je přibližně dána: -

Šířka jazyka (Tw) = Sqrt * (GCA)

Hustota proudu

Je to proudová zatížitelnost drátu na jednotku plochy průřezu. Vyjadřuje se v jednotkách Amp / cm². Výše uvedená tabulka vodičů je určena pro trvalé hodnocení při proudové hustotě 200 A / cm². Pro nepřetržitý nebo přerušovaný režim provozu transformátoru lze zvolit vyšší hustotu až 400 A / cm², tj. Dvojnásobek normální hustoty, aby se ušetřily jednotkové náklady. Je zvoleno, protože nárůst teploty pro přerušované provozní případy je menší pro kontinuální provozní případy.

Takže v závislosti na zvolené hustotě proudu nyní vypočítáme hodnoty primárního a sekundárního proudu, které se mají hledat v tabulce vodičů pro výběr SWG: -

n1a = primární proud (Ip) vypočítán / (proudová hustota / 200)

n2a = sekundární proud (Is) vypočtený / (proudová hustota / 200)

Pro tyto hodnoty primárních a sekundárních proudů zvolíme z tabulky drátu odpovídající SWG a otáčky na čtvereční metr. Poté pokračujeme výpočtem následovně: -

• Primární plocha (pa) = primární otáčky (n1) / (primární otáčky na cm2)
• Sekundární plocha (sa) = Sekundární otáčky (n2) / (Sekundární otáčky na čtvereční cm)
• Celková plocha okna potřebná pro jádro je dána vztahem: -

Celková plocha (TA) = primární plocha (pa) + sekundární plocha (sa)

• Extra prostor vyžadovaný pro první a izolaci může být považován za 30% dalšího prostoru z toho, co vyžaduje skutečná oblast vinutí. Tato hodnota je přibližná a může být nutné ji upravit v závislosti na skutečné metodě navíjení.

Plocha okna (Wacal) = celková plocha (TA) * 1.3

Pro výše vypočítanou hodnotu šířky jazyka zvolíme číslo jádra a plochu okna z tabulky jádra, abychom zajistili, že zvolená plocha okna je větší nebo rovna hrubé oblasti jádra. Pokud tato podmínka není splněna, přejdeme k vyšší šířce jazyka, která zajistí stejnou podmínku s odpovídajícím snížením výšky stohu, aby byla zachována přibližně konstantní hrubá plocha jádra.

Získáme tedy dostupnou šířku jazyka (Twavail) a plochu okna ((avail) (aWa)) z hlavní tabulky

• Výška stohu = hrubá plocha jádra / šířka jazyka ((k dispozici) (atw)).

Pro komerčně dostupné účely bývalé velikosti aproximujeme poměr výšky stohu k šířce jazyka k nejbližším následujícím obrázkům 1,25, 1,5, 1,75. V nejhorším případě vezmeme poměr rovný 2. Lze však vzít jakýkoli poměr do 2, který by vyžadoval, aby byly vlastní.

Pokud je poměr větší než 2, zvolíme vyšší šířku jazyka (aTw), která zajistí všechny výše uvedené podmínky.

• Výška stohu (ht) / šířka jazyka (aTw) = (nějaký poměr)
• Upravená výška stohu = šířka jazyka (aTw) * Nejbližší hodnota standardního poměru
• Upravená hrubá plocha jádra = šířka jazyka (aTw) * Upravená výška stohu.

Stejný návrhový postup platí pro řídicí transformátor, kde musíme zajistit, aby se výška stohu rovnala šířce jazyka.

Zjistili jsme tedy počet jádra a výšku stohu pro dané specifikace.

Návrh transformátoru pomocí příkladu:

• Uvedené podrobnosti jsou následující: -
• Sec. napětí (Vs) = 60V

Sec proud (Is) = 4,44A

• Otočení na poměr (n2 / n1) = 0,5

Nyní musíme výpočty následovně: -

• Sec.Volt-Amps (SVA) = Vs * Is = 60 * 4,44 = 266,4 VA
• Primární voltampéry (PVA) = SVA / 0,9 = 296,00 VA
• Primární napětí (Vp) = V2 / (n2 / n1) = 60 / 0,5 = 120V
• Primární proud (Ip) = PVA / Vp = 296,0 / 120 = 2,467A
• Plocha jádra (CA) = 1,15 * sqrt (PVA) = 1,15 * sqrt (296) = 19 785 cm²
• Hrubá plocha jádra (GCA) = CA * 1,1 = 19 785 * 1,1 = 21,76 cm²
• Otáčky na volt (Tpv) = 1 / (4,44 * 10-4 * CA * frekvence * hustota toku) = 1 / (4,44 * 10-4 * 19,785 * 50 * 1) = 2,272 otáček na volt
• Primární otáčky (N1) = Tpv * Vp = 2,276 * 120 = 272,73 otáček
• Sec. Turns (N2) = Tpv * Vs * 1,03 = 2,276 * 60 * 1,03 = 140,46 otáček
• Šířka jazyka (TW) = Sqrt * (GCA) = 4,690 cm
• Vybíráme proudovou hustotu jako 300 A / cm², ale hustota proudu v tabulce vodičů je uvedena pro 200 A / cm², pak
• Hodnota vyhledávání primárního proudu = Ip / (proudová hustota / 200) = 2,467 / (300/200) = 1,644A
• Hodnota hledání sekundárního proudu = Is / (aktuální hustota / 200) = 4,44 / (300/200) = 2,96 A.

Pro tyto hodnoty primárních a sekundárních proudů zvolíme z tabulky drátu odpovídající SWG a otáčky na čtvereční metr.

SWG1 = 19 SWG2 = 18

Otočení na čtvereční palec primárního = 87,4 cm² otočení na čtvereční cm sekundárního = 60,8 cm²

• Primární plocha (pa) = n1 / otáčky na čtvereční cm (primární) = 272,73 / 87,4 = 3,120 cm²
• Sekundární plocha (sa) = n2 / otáčky na čtvereční cm (sekundární) = 140,46 / 60,8 = 2,310 cm²
• Celková plocha (zavináč) = pa + sa = 3,120 + 2,310 = 5 430 cm²
• Plocha okna (Wa) = celková plocha * 1,3 = 5,430 * 1,3 = 7,059 cm²

Pro výše vypočítanou hodnotu šířky jazyka zvolíme číslo jádra a plochu okna z tabulky jádra, abychom zajistili, že zvolená plocha okna je větší nebo rovna hrubé oblasti jádra. Pokud tato podmínka není splněna, přejdeme k vyšší šířce jazyka, která zajistí stejnou podmínku s odpovídajícím snížením výšky stohu, aby byla zachována přibližně konstantní hrubá plocha jádra.

Získáme tedy dostupnou šířku jazyka (Twavail) a oblast okna ((avail) (aWa)) z hlavní tabulky:

• K dispozici je tedy šířka jazyka (atw) = 3,81 cm
• Plocha okna k dispozici (awa) = 10 891 cm²
• Číslo jádra = 16
• Výška stohu = gca / atw = 21,99 / 3,810 = 5,774 cm

Z důvodů výkonu aproximujeme poměr výšky stohu k šířce jazyka (aTw) k nejbližším následujícím obrázkům 1,25, 1,5 a 1,75. V nejhorším případě vezmeme poměr rovný 2.

Pokud je poměr větší než 2, zvolíme vyšší šířku jazyka, která zajistí všechny výše uvedené podmínky.

• Výška stohu (ht) / šířka jazyka (aTw) = 5,774 / 3,81 = 1,516
• Upravená výška stohu = šířka jazyka (aTw) * Nejbližší hodnota standardního poměru = 3,810 * 1,516 = 5,715 cm
• Upravená hrubá plocha jádra = Šířka jazyka (aTw) * Upravená výška stohu = 3,810 * 5,715 = 21,774 cm²

Zjistili jsme tedy počet jádra a výšku stohu pro dané specifikace.

Návrh malého řídicího transformátoru s příkladem:

Uvedené podrobnosti jsou následující: -

• Sec. napětí (Vs) = 18V
• Sec proud (Is) = 0,3A
• Otočení na poměr (n2 / n1) = 1

Nyní musíme výpočty následovně: -

• Sec.Volt-Amps (SVA) = Vs * Is = 18 * 0,3 = 5,4 VA
• Primární voltampéry (PVA) = SVA / 0,9 = 5,4 / 0,9 = 6 VA
• Prim. Napětí (Vp) = V2 / (n2 / n1) = 18/1 = 18V
• Prim. proud (Ip) = PVA / Vp = 6/18 = 0,333A
• Základní plocha (CA) = 1,15 * sqrt (PVA) = 1,15 * sqrt (6) = 2,822 cm²
• Plocha příčného jádra (GCA) = CA * 1,1 = 2,822 * 1,1 = 3,132 cm²
• Otáčky na volt (Tpv) = 1 / (4,44 * 10-4 * CA * frekvence * hustota toku) = 1 / (4,44 * 10-4 * 2,822 * 50 * 1) = 15,963 otáček na volt
• Prim. Tahy (N1) = Tpv * Vp = 15,963 * 18 = 287,337 otáček
• Sec. Turns (N2) = Tpv * Vs * 1,03 = 15,963 * 60 * 1,03 = 295,957 otáček
• Šířka jazyka (TW) = Sqrt * (GCA) = sqrt * (3,132) = 1,770 cm

Vybíráme proudovou hustotu jako 200A / cm², ale proudová hustota v tabulce vodičů je uvedena pro 200A / cm², pak

• Hodnota vyhledávání primárního proudu = Ip / (proudová hustota / 200) = 0,333 / (200/200) = 0,333 A.
• Hodnota hledání sekundárního proudu = Is / (proudová hustota / 200) = 0,3 / (200/200) = 0,3 A.

Pro tyto hodnoty primárního a sekundárního proudu zvolíme odpovídající SWG a Turns per Sq. cm od drátěného stolu.

SWG1 = 26 SWG2 = 27

Otočení na čtv. cm primárního = 415 otáček za otáčku na čtv. cm sekundárních = 504 otáček

• Primární plocha (pa) = n1 / otáčky na čtvereční cm (primární) = 287,337 / 415 = 0,692 cm²
• Sekundární plocha (sa) = n2 / otáčky na čtvereční cm (sekundární) = 295,957 / 504 = 0,587 cm²
• Celková plocha (zavináč) = pa + sa = 0,692 + 0,587 = 1280 cm²
• Plocha okna (Wa) = celková plocha * 1,3 = 1,280 * 1,3 = 1,663 cm²

Pro výše vypočítanou hodnotu šířky jazyka zvolíme číslo jádra a plochu okna z tabulky jádra, abychom zajistili, že zvolená plocha okna je větší nebo rovna hrubé oblasti jádra. Pokud tato podmínka není splněna, přejdeme k vyšší šířce jazyka, která zajistí stejnou podmínku s odpovídajícím snížením výšky stohu, aby byla zachována přibližně konstantní hrubá plocha jádra.

Získáme tedy dostupnou šířku jazyka (Twavail) a plochu okna ((avail) (aWa)) z hlavní tabulky

• Dostupná šířka jazyka (atw) = 1,905 cm
• Dostupná plocha okna (awa) = 18,969 cm²
• Číslo jádra = 23
• Výška stohu = gca / atw = 3,132 / 1,905 = 1,905cm

Proto řídicí transformátor je navržen.