Виды трансформаторов
Трансформатор — это предназначенное для преобразования одной или нескольких систем переменного тока в другие системы без изменения частоты, электромагнитное устройство, в состав которого входят обмотки на магнитопроводе, связанные между собой индуктивно.
К основным видам трансформаторов относятся:
- Автотрансформатор. Данный трансформатор состоит из первичной и вторичной обмоток, соединенных напрямую, благодаря чему в них имеется и электромагнитная связь, и электрическая связь.
- Силовой трансформатор переменного тока. Данный трансформатор предназначен для преобразования электрической энергии в электрических установках и сетях, которые используются для приема и использования электрической энергии.
- Трансформатор напряжения. Данный трансформатор применяется для преобразования высокого напряжения в низкое в измерительных цепях и цепях релейной защиты и автоматики.
- Трансформатор тока. Данный трансформатор используется для снижения тока первичной обмотки.
- Импульсный трансформатор. Данный трансформатор предназначен для преобразования импульсных сигналов.
- Сварочный трансформатор. Данный трансформатор используется для электросварки.
- Согласующий трансформатор. Данный трансформатор применяется для согласования сопротивления различных каскадов электронных схем.
- Разделительный трансформатор. Данный трансформатор используется для увеличения безопасности электрических сетей.
- Пик-трансформатор. Данный трансформатор преобразовывает синусоидальные формы в импульсное напряжение.
Проектирование трансформатора
Процесс проектирования трансформатора зависит от технического задания и имеющихся исходных данных. В целом он может состоять из следующих этапов:
- Определение конструкции основных частей трансформатор. Данный этап состоит из разработки конструктивной схемы, выбора марки стали, выбора вида изоляции, определения конструкции магнитных систем.
- Расчет основных размеров. Данный этап состоит из расчета основных электрических величин и определения основных размеров.
- Расчет изоляции. Данный этап состоит из выбора электроизоляционных материалов и определения минимально допустимых изоляционных расстояний.
- Расчет обмоток. Данный этап состоит из выбора конструкции обмотки и расчета ее основных параметров.
- Расчет параметров короткого замыкания. Данный этап состоит из определения механических сил в обмотках, определения параметров нагрева обмоток, расчета потерь короткого замыкания, расчета напряжений короткого замыкания.
- Расчет магнитной системы. Данный этап состоит из определения потерь холостого хода, тока холостого хода, размеров магнитной системы.
- Тепловой расчет. Данный этап состоит из поверочного теплового расчета обмоток, теплового расчета бака, расчета превышений температуры масла и обмоток, определения массы конструктивных материалов.
Пример упрощенного расчета основных характеристик трансформатора
Допустим, что исходными данными являются: выходной ток, выходное напряжение, входное напряжение, а также параметры магнитопровода (высота окна, ширина окна, ширина керна, толщина пакета).
Магнитопровод — это деталь трансформатора, предназначенная для объединения его катушек.
Сначала определяется электродвижущая сила первичной и вторичной обмоток трансформатора, с учетом 5%-го проседания напряжения, то есть:
Е1=0,95∗Uвх
Е2=1,05∗Uвых
Где: Uвх — входное напряжение (230 Вольт); Uвых — выходное напряжение (6 Вольт)
Получается:
Е1=0,95•230=218,5В
Е2=1,05•6=6,3В
Затем рассчитываются действующие значения электрического тока в обмотках трансформатора:
I1,2=Iвых•(E2/E1)
где Iвых — выходной ток (1,5 Ампера)
Получается:
I1,2=1,5∗(6,3/218,5)=1,5∗0,028=0,043А
Затем рассчитывается габаритная мощность трансформатора:
Ргаб=0,5∗(Uвх∗I1,2+Iвх∗Uвых)=0,5∗(230∗0,043+1,5∗6)=0,5∗18,89=9,4
После этого рассчитываются габаритные параметры сердечника:
QcQo=Pгаб∗100//2,22∗f∗BJ∗кпд∗s∗Kc∗Km
где, f – частота питающей сети; B – магнитная индукция в магнитопроводе; J – плотность тока в обмотках трансформатора; кпд — коэффициент полезного действия; s – количество стержней; Кс — коэффициент заполнения магнитопровода сталью; Km – коэффициент заполнения окна медью обмотки.
Отсюда:
QcQo=940/2,22∗50∗1,1∗4,8∗0,82∗1∗0,9∗0,23=9,45
Полученное значение сравнивается с выбранным сердечником следующим образом:
QcQo=a∗b∗c∗h
где, а — ширина керна (1,5см); b – ширина окна (1 см); с — толщина пакета (3,2 см); h – высота окна (1,5 см).
Таким образом:
QcQo=1,5∗1∗3,2∗2=9,6
Выбранный сердечник подходит по своим параметрам.
После этого определяется количество витков обмоток трансформатора
N1=E1∗10(4)/4,44∗f∗B∗Qc∗Kc∗a∗c=2978
где, Qc – полное сечение стержня магнитопровода.
N2=N1∗(E2/E1)=2978∗0,028=858
Определяются минимальные диаметры проводов:
Рисунок 1. Уравнение. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Отсюда,
d1=0,085мм;d2=0,52мм