Проектирование трансформаторов

Виды трансформаторов

К основным видам трансформаторов относятся:

1. Автотрансформатор. Данный трансформатор состоит из первичной и вторичной обмоток, соединенных напрямую, благодаря чему в них имеется и электромагнитная связь, и электрическая связь.
2. Силовой трансформатор переменного тока. Данный трансформатор предназначен для преобразования электрической энергии в электрических установках и сетях, которые используются для приема и использования электрической энергии.
3. Трансформатор напряжения. Данный трансформатор применяется для преобразования высокого напряжения в низкое в измерительных цепях и цепях релейной защиты и автоматики.
4. Трансформатор тока. Данный трансформатор используется для снижения тока первичной обмотки.
5. Импульсный трансформатор. Данный трансформатор предназначен для преобразования импульсных сигналов.
6. Сварочный трансформатор. Данный трансформатор используется для электросварки.
7. Согласующий трансформатор. Данный трансформатор применяется для согласования сопротивления различных каскадов электронных схем.
8. Разделительный трансформатор. Данный трансформатор используется для увеличения безопасности электрических сетей.
9. 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:

1. Определение конструкции основных частей трансформатор. Данный этап состоит из разработки конструктивной схемы, выбора марки стали, выбора вида изоляции, определения конструкции магнитных систем.
2. Расчет основных размеров. Данный этап состоит из расчета основных электрических величин и определения основных размеров.
3. Расчет изоляции. Данный этап состоит из выбора электроизоляционных материалов и определения минимально допустимых изоляционных расстояний.
4. Расчет обмоток. Данный этап состоит из выбора конструкции обмотки и расчета ее основных параметров.
5. 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.
6. Расчет магнитной системы. Данный этап состоит из определения потерь холостого хода, тока холостого хода, размеров магнитной системы.
7. 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).

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:

$Е1 = 0,95 • 230 = 218,5 В$

$Е2 = 1,05 • 6 = 6,3 В$

Затем рассчитываются действующие значения электрического тока в обмотках трансформатора:

$I1,2 = Iвых • (E2 / E1)$

где Iвых — выходной ток (1,5 Ампера)

Получается:

$I1,2 = 1,5 * (6,3 / 218,5) = 1,5 * 0,028 = 0,043 А$

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,

$d1 = 0,085мм; d2 = 0,52мм$