Calculul transformatorului de rețea de alimentare cu energie
În surse de alimentare liniare, acum „clasic“, principalul element - transformator de putere, în mod tipic de scădere, care reduce tensiunea de alimentare la nivelul dorit. Pentru informații cu privire la modul de a calcula corect (selectați jugul, pentru a calcula diametrul firului de bobinaj, numărul de spire în înfășurările, și așa mai departe. D.), vor fi discutate în acest articol.
Cum de a alege un miez magnetic
Conform întruchipare miezuri magnetice pentru transformatoare ale rețelei sunt împărțite în armură, iar miezul toroidal, și în tehnicile de fabricație - pentru placa (Figura 1.) și transportorul (figura 2.). Fig. 1 și 2 denota miezurilor magnetice: a) - blindate, b) - pivot, in) - toroidal.
In transformatoare mici (până la Z00 W) și puterea medie (1000 W) utilizează adesea juguri bandă [1]. Iar printre circuitele de bandă de bază cele mai aplicabile magnetice. Ei au o serie de avantaje în comparație, de exemplu, blindate [2]:
- greutate mai mică de aproximativ 25% pentru același transformator de putere.
- Mai puțin de aproximativ 30% inductanță scurgere.
- eficiență mai mare.
- Mai puțin sensibile la câmpurile electromagnetice externe, deoarece FEM zgomot indus în înfășurările, care sunt situate la diferite baruri au semne opuse și anulează.
- Suprafața mare a bobinelor de răcire.
dezavantaje Totuși tijă magnitoprovodom inerente:
- Încă inductanță de scurgere semnificativă.
- Nevoia de a produce două bobine.
- Mai mici de protecție colaci de impact mecanic.
Transformatoarele toroidale aproape toate fluxul magnetic trece prin circuitul magnetic, astfel încât inductivitatea scurgere au minim, dar complexitatea fabricării înfășurărilor este foarte mare.
Pe baza celor de mai sus, vom alege o bandă magnetică de bază [3]. Astfel de miezuri magnetice fabricate următoarele tipuri: PL-core panglică; PLV - o curea tijă cea mai mică greutate; PLA - miez bandă cu o rată redusă de cupru; LHP - stem bandă cel mai mic cost.
Fig. 3 prezintă denumirile de dimensiuni ale circuitului magnetic: A - lățime; H - înălțimea; și - grosimea tijei; b - lățimea benzii; c - lățimea ferestrei; h - înălțimea ferestrei; h1 - înălțimea jugului.
Circuitul magnetic de bază atribuit abrevierea, de exemplu, PL8h 12,5x16, unde PL - în formă de U centura, 8 - grosimea tijei 12.5 - bandă lățime 16 - înălțimea ferestrei. Dimensiuni miezuri FL RLP și sunt prezentate în tabelul. 1 și 2.
Opțiuni pentru plasarea de bobine în circuitul magnetic
Diferite variante de dispunere a bobinelor de pe tijele circuitului magnetic este comparabil cu unul dintre principalii parametri ai transformatoarelor - inductivitatea de dispersie care sunt calculate prin formula [2]
unde # 956; 0 = 4π · 10-7 H / m - constanta magnetic; w, - numărul de spire primare; vsr.ob - lungimea medie a înfășurărilor bobină, cm; b - grosimea înfășurări, cm; h. - înălțimea bobinei, cm Această formulă a fost obținută cu condiția ca înfășurarea - cilindric nu partiționat și sunt aranjate concentric. Schema de conexiune de înfășurare pentru toate variantele sunt prezentate în Fig. 4.
Calculele comparabile sunt efectuate pentru circuitul magnetic PLx10x12,5x40 transformator având unul primar și unul secundar de lichidare. Pentru toate variantele de proiectare au fost în aceleași condiții, presupunem o grosime înfășurări b = c / 4, iar numărul de rotații ale w1 înfășurare primară = 1000.
Să considerăm primul exemplu de realizare, atunci când înfășurările primare și secundare sunt dispuse pe o tijă (Fig. 4a). desen bobina este prezentată în Fig. 5. În primul rând, se calculează lungimea medie a înfășurărilor bobinelor
și apoi bobina scurgere inductanță a primei variante de realizare
În a doua variantă, înfășurările primare și secundare sunt divizate în două părți egale, care sunt dispuse pe două tije (Fig. 4b). Fiecare bobină este format din jumătate din W1 înfășurare și jumătate w2. Desen bobine prezentate în Fig. 6. calcula inductanță de scurgere unei bobine (W1 = 500), atunci rezultatul va dubla ca aceeasi bobina:
Două înfășurări primare, în al treilea exemplu de realizare sunt dispuse în cele două bobine la diferite tije, din care fiecare cuprinde 1000 de rotații. Ambele înfășurări primare sunt conectate în paralel. Înfășurarea secundară este de asemenea disponibil în cele două bobine la diferite bare, și există două posibilități: două poluobmotki cu numărul total de bobine conectate în paralel (fig. 4c) sau înfășurarea secundară este împărțit în două poluobmotki cu jumătate din numărul de bobine conectate în serie (Figura . 4d). Desen bobine prezentate în Fig. 6. în acest exemplu de realizare, scurgere inductanță este aceeași ca și în al doilea exemplu de realizare: LS3 = LS2 = 2,13 mH.
Trebuie amintit faptul că a doua și a treia variante de realizare, primare și înfășurările secundare și poluobmotki să fie incluse în funcție de fluxurile magnetice generate de acestea în circuitul magnetic au aceeași direcție. Cu alte cuvinte, trebuie să fie adăugate fluxuri magnetice, nu scade. Fig. 7 și prezintă o conexiune incorectă, și Fig. 7b - este corectă.
Necesitatea de a respecta normele de lichidare de conectare și poluobmotok - lipsa de a doua și a treia opțiuni. Mai mult decât atât, în al treilea exemplu de realizare, fluxul magnetic total din bobina primară de două ori în comparație cu cealaltă, ceea ce poate duce la saturația circuitului magnetic și, în consecință, la distorsiunea tensiunii sinusoidale. Prin urmare, pentru a aplica al treilea exemplu de realizare a practica includerea înfășurări ar trebui să fie atent.
În al patrulea exemplu de realizare, înfășurarea primară este complet situată într-unul dintre tija magnetică și secundar - pe de altă parte (Figura 4, d.). Desen bobine prezentate în Fig. 8. Deoarece înfășurările nu sunt aranjate concentric pentru a calcula inductanță de scurgere utilizarea formulei [2]:
unde b = c / 4 - grosime înfășurării cm; = RVN PSA / (2π) - raza exterioară a bobinei, cm; PSA = 2a + 2b + 2πb - lungime exterioară de înfășurare a bobinei, exterior bobina compute cm lungime și o rază de înfășurare exterioară = 6,5 cm. RVN = 1,04 cm. Substituind valorile calculate în formula de calcul a scurgerilor inductanță obține LS4 = 88,2 mH.
În plus față de cele patru discutate, există multe alte opțiuni pentru amplasarea înfășurărilor pe tije magnetice, dar în toate celelalte cazuri, inductanță de scurgere este mai mare decât în a doua și a treia variante de realizare.
Analizând rezultatele, putem trage următoarele concluzii:
- inductanță Scurgeri este minimă în a doua și a treia variante de realizare a locațiilor de lichidare și stocate într-o astfel de proporție: LS4 >> LS1 >> LS2 = LS3.
- Într-o a treia variantă de realizare a transformatoarelor de două înfășurări primare identice, astfel încât acestea sunt mai dificile, consumatoare de timp și costisitoare decât în cea de a doua versiune.
Prin urmare, la fabricarea transformatoarelor de putere redusă trebuie să selecteze schema de conectare și dispunerea înfășurări discutate în al doilea exemplu de realizare. poluobmotki secundar pot fi conectate în serie și, dacă este necesar, pentru a obține o tensiune de ieșire mai mare, și, în paralel, în cazul în care este necesar un curent de ieșire mai mare.
Scurtă informații despre materialele de miezuri magnetice
Până în prezent, nu a luat în considerare pierderea unui transformator reale, care constau din pierderile magnetice - de curenți Foucault și magnetice inversare (histereza) calculele le ia în considerare pierderile de putere din PCT de oțel și pierderile în înfășurări - ca pierderile de putere în PM de cupru. Astfel, pierderea totală de putere în transformator este egal cu:
PΣ = Pst + PM = Rv.t + Pr + PM,
în care Rv.t - pierderile de putere pe curenți Foucault; Pr - pierderile de putere prin histerezis.
Pentru a reduce din oțel lor tratat termic - carbon este îndepărtat și ligat - siliciu, aluminiu, cupru și alte elemente adăugate. Toate acestea crește permeabilitatea reduce forța coercitivă și, în consecință, pierderile de histerezis. În plus, oțelul este supus laminării la rece sau la cald pentru a obține structura dorită (textura laminate).
În funcție de conținutul de elemente de aliere, starea structurală, proprietățile magnetice devin etichetate număr de patru cifre, de exemplu, 3412.
Primul număr indică clasa electrică de oțel de stat și de clasă structurală de rulare: 1 - Hot-izotrop; 2 - izotrop rece; 3 - anizotrop laminate la rece, cu textura coaste.
A doua cifră - conținutul procentual de siliciu: 0 - oțel nealiat cu o masă totală de elemente de aliere nu este mai mare de 0,5%; 1 - dopate cu greutate totală de peste 0,5, dar nu mai mult de 0,8%; 2-0.8. 1,8%; 3-1.8. 2,8%; 4-2.8. 3,8%; 5-3.8. 4,8%.
A treia cifră - grupul de caracteristică principală (pierdere specifică și densitatea de flux magnetic) normalizat: 0 - pierderea specifică la o inducție magnetică de 1,7 T la o frecvență de 50 Hz (Pij / așa); 1 - pierdere la o inducție magnetică de 1,5 Tesla, la 50 Hz (P1,5 / 50); 2 - după inducerea de 1 T la o frecvență de 400 Hz (P1 / 400); 6 - inducție într-o intensitate de câmp magnetic slab la 0,4 A / m (V0,4); 7 - inducție în câmpul magnetic secundar, la o intensitate de 10 A / m (B10) sau 5 A / m (B5).
Primele trei cifre indică tipul de oțel electric.
A patra cifră - numărul de serie al tipului de oțel.
transformatoare magnetice pentru aparatele de uz casnic este fabricat dintr-un clase de oțel orientate spre cereale laminate la rece 3411-3415 pierderi specifice normalizate cu [3] în inducția magnetică de 1,5 Tesla, la 50 Hz și o rezistivitate de 60 · 10-8 ohm · m. Parametrii unor clase de oțeluri electrice sunt date în tabelul. 3.
grăunți laminate la rece are caracteristici magnetice superioare. In plus, o suprafață mai netedă permite crește raportul de umplere de volum a circuitului magnetic (FTC) până la 98% [4].
Datele inițiale pentru calculul transformatorului
Calculăm un transformator cu un primar și două înfășurări secundare identice, cu următorii parametri: eficient (activ) al înfășurării primare tensiunii U1 = 220 V; efectivă (valabil), tensiunea înfășurările secundare U2 = U3 = 24 V;
eficiente (active) înfășurări secundare ale curentului l2 = I3 = 2A. Linie de frecventa tensiune f = 50 Hz.
Raportul de transformare este raportul dintre tensiunea la tensiunea primar în întreaga deschis (EMF) a înfășurării secundare. În acest caz, ignorați eroarea care apar din cauza diferenței de tensiune CEM pe partea principala:
unde w1 și w2 - numărul de spire, respectiv, înfășurările primare și secundare; E1 și E2 - CEM înfășurărilor primare și secundare.
Curentul în înfășurarea primară este egal cu:
transformator de putere globală este:
În timpul de calcul este necesar să se determine dimensiunile circuitului magnetic, numărul de rotații ale tuturor înfășurărilor, iar lungimea aproximativă a diametrului de sârmă magnet, pierderea de putere a transformatorului întreaga putere, eficiență, dimensiuni maxime și greutate.
Calculul transformatorului magnetic
Metoda de calcul a dimensiunilor și a altor parametri în principal derivate din [1].
Mai întâi, calculăm produsul din aria secțiunii transversale a tijei în zona ferestrei miezului magnetic. porțiune de tijă magnetică numită (axbxh), care găzduiește bobina:
unde B - inducția magnetică, T; j - densitatea curentului în înfășurările, A / mm2; # 951; - eficiența transformatorului, n - numărul de miezuri magnetice; kc - factor al secțiunii transversale a oțelului magnetic de umplere; km - coeficientul de umplere a cuprului magnetic.
valori ale inducției magnetice și densitatea medie a curentului, eficiența recomandată și completați factor ferestrei pentru frecvența f - 50 Hz sunt arătate în tabelul. 4.
Factorul de umplere al secțiunii de circuit magnetic pentru oțeluri 3411-3415 0,95. 0,97, și pentru oțel 1511-1514 - 0,89. 0,93.
Pentru a calcula take B = 1,35 T; j = 2,5 A / mm2; # 951; = 0,95; Kc = 0.96; km = 0,31; n = 2:
Grosimea barei magnetice se calculează cu formula:
Adecvate magnetice selectate din tabelul. 1 și 2. Dacă selectați ar trebui să încerce să se asigure că secțiunea a miezului magnetic a fost aproape de piața, ca și în acest caz, un consum minim de sârmă magnet.
Lățimea benzii magnetice se calculează cu formula:
Alegerea unui PLR18h25 magnetic, care are un - 1,8 cm; b = 2,5 cm; h = 7,1sm;
Calculul înfășurări de transformare
Calculăm EMF o tură prin formula
Calculați aproximativ căderea de tensiune pe spirele:
Apoi se calculează numărul de spire primare:
Se calculează diametrul firului de înfășurare fără izolație cu formula
Substituind valori numerice, obținem diametrul inițial al firului:
și înfășurări secundare:
Conform Tabelului. 5, selectați marca și diametrul firului de înfășurare în izolare [5]: înfășurarea primară - ELP sau di-1 PEV = 0,52 mm; pentru secundar - ELP sau 1 d2 = PEV d3 = 1,07 mm.
Noi specifica numărul de rotații de lichidare. Pentru aceasta, vom clarifica mai întâi căderea de tensiune pe înfășurărilor:
Se calculează lungimea medie a bobinei, utilizând Fig. 5 sau 6:
și apoi lungimea firului în înfășurările:
valori mai precise ale căderii de tensiune pe înfășurărilor sunt:
Având în vedere valorile primite pentru a calcula numărul de spire primare:
și înfășurări secundare:
Se calculează greutatea înfășurărilor de sârmă
unde m1 și m2 - masa liniară a firelor, respectiv, înfășurările primare și secundare ale tabelului. 5.
Masa magnetică este determinată din tabel. 2: Um = 713
transformator de masă fără masă a monturi este M = + 2-165 + 288 713 = 1331, maxim dimensiunile: (b + c) x (A + c) xH = 43x72x107 mm. Transformarea raportul k = W1 / W2 = 1640/192 = 8,54.
Calculul pierderilor de putere
Pierderile în miez magnetic sunt:
unde minereul - pierderi specifice în circuitul magnetic al mesei. 3. Să presupunem că miezul magnetic este fabricat din 3413 benzi de oțel de 0,35 mm grosime, în timp ce din tabelul. 3, se constată că pierderile specifice dintr-un miez magnetic a fost de 1,3 W / kg. Prin urmare, pierderea în magnetice Pst = 0,713-1,3 = 0,93 wați.
Bobinaj pierderi - rezistența activă a firului - calculat conform formulei
unde R1, R2 - rezistență, respectiv, înfășurările primare și secundare, - luarea de curent l-1 primar în considerare pierderile:
în care r1m, R2M - rezistența pe unitate de lungime a firelor, respectiv, înfășurările primare și secundare ale tabelului. 5.
Recalculăm curentul în înfășurările secundare ale curentului înfășurării primare:
curent înfășurare primară cu pierderea este:
unde # 951; = 0,95 - Tabelul eficienței transformatorului. 4 pentru o putere de 100 de wați. Pierderile în înfășurări sunt:
transformator de putere completa, inclusiv pierderi este:
eficiența transformatorului calculat prin formula
Transformatorului trebuie să fie fabricate în conformitate cu al doilea exemplu de realizare discutat mai sus. Amplasare bobine prezentate în Fig. 6. În acest scop, cele două bobine să fie fabricate, fiecare dintre acestea cuprinde o jumătate transformă Parvin și fiecare dintre înfășurările secundare: w'1 = 820 spire din sârmă PEL (sau 1-PEV) având un diametru de 0,52 mm; w'2 = w'3 = 96 spire din sârmă PEL (sau 1)-PEV având un diametru de 1,07 mm.
Deoarece transformatorul are o capacitate mică și dimensiuni, bobine pot fi făcute fără ramă. bobina de grosime b ≤ s / 2 = 9 mm, înălțimea acestuia hK ≤ 71 mm.
Numărul de rotații în stratul de înfășurare primară
Numărul de spire din stratul secundar de lichidare
Înfășurările sunt înfășurate pe un dorn de lemn făcută în strictă conformitate cu dimensiunea porțiunii de miez magnetic pe care va fi amplasat bobina (18x25x71 mm). La capetele dornului este obrajii fixe.
În ciuda faptului că sârma de înfășurare acoperită cu izolație smalțului și, prin urmare, să aibă o rezistență dielectrică ridicată, în general, între straturile de înfășurare ale pavare suplimentare, de exemplu, izolarea hârtiei. In cele mai multe cazuri, pentru a izola înfășurările de miez și un transformator este utilizat între o grosime de hârtie de 0,1 mm. Calculați tensiunea maximă între două straturi adiacente ale înfășurării primare
Deoarece tensiunea între straturi este mică, izolație suplimentară poate fi pus peste stratul sau pentru a face mai subțire, de exemplu, utilizați condensator de hârtie. Între bobina de ecranare primar și secundar trebuie să fie plasat - o bobina deblocată folie subțire de cupru sau un strat de bobinaj, care împiedică pătrunderea interferenței din rețea la înfășurarea secundară și invers.
În primul rând, dornul învelit cu trei straturi de bandă de hârtie (fig. 9), banda este lipită obraji smoală. Apoi, o rană înfășurare primară, de stabilire a fiecărui strat de izolație. Între înfășurările primare și secundare ale ecranarea pavaj două straturi de izolație. Grosimea totală a bobinelor fabricate să nu depășească 8 mm.
Transformatorul asamblat verificați mai întâi la ralanti - la nici o sarcină. Când tensiunea de alimentare este de 220 V, curentul din înfășurarea primară
tensiune la înfășurările secundare
Tensiunea la înfășurările secundare pot fi măsurate cu precizie numai un voltmetru cu impedanță mare de intrare. În final, tensiunea la înfășurările secundare ale transformatorului sunt măsurate la sarcina nominală.
- Linde, D. P., și colab., Handbook dispozitivelor electronice. Ed. A. A. Kulikovskogo. T. 2. - M. Energie 1978.
- Gorski A. N. și colab. Calculul elementelor electromagnetice surse de energie secundară. - M. Radio și Comunicații, 1988.
- Sidorov I. N. și colab. Miezuri mici și juguri. Director. - M. Radio și comunicare. 1989.
- Gerasimov V., și colab. Inginerie Handbook Electrical. T. 1. - M. Energie, 1980.
- Malinin RM Manualul de radio amatori-designer. - M. Energie 1978