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.
Статья: Проектирование трансформаторов
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:
$Е1 = 0,95 • 230 = 218,5 В$
$Е2 = 1,05 • 6 = 6,3 В$
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,
$d1 = 0,085мм; d2 = 0,52мм$
