Трансформаторът прехвърля електрическа мощност от една верига в друга верига без промяна в честотата. Съдържа първична и вторична намотка. Първичната намотка е свързана към основното захранване, а вторичната към необходимата верига. В нашата верига на проекта , взехме проектирането на еднофазен силов трансформатор с ниска мощност (10 KVA) с 50 херца според нашето изискване в проекта.
Трансформаторът е основно от три вида:
- Тип на ядрото
- Тип черупка
- Тороидален
В сърцевината намотките тип обграждат част от сърцевината, докато в сърцевината тип сърцевина заобикаля намотките. В типа Core има два основни типа, а именно E-I тип и U-T тип. В това дизайн на трансформатора , използвахме ядрен тип E-I. Избрахме E-I сърцевина, тъй като намотката е много по-лесна в сравнение с тороидалната, но ефективността е много висока (95% -96%). Това е така, защото загубата на поток е много по-малка в тороидалните ядра сравнително.
Трансформаторите, използвани в проекта, са
- Сериен трансформатор: За да се осигури необходимото напрежение за усилване или повдигане и
- Контролен трансформатор: За отчитане на изходното напрежение и за захранване.
Формули за дизайн:
Тук вземаме справка за данните за намотките върху масата от емайлирана медна тел и размерите на таблицата за щамповане на трансформатори, за да изберем SWG на входа и изхода SWG и сърцевината на трансформатора за дадените спецификации.
Процедурата по проектиране се следва, като се приеме, че са дадени следните спецификации на трансформатора:
- Вторично напрежение (Vs)
- Вторичен ток (Is)
- Съотношение на оборотите (n2 / n1)
От тези подробности изчисляваме ширината на езика, височината на стека, типа на сърцевината, площта на прозореца, както следва: -
- Вторични волтови усилватели (SVA) = вторично напрежение (Vs) * вторичен ток (Is)
- Първични волтови усилватели (PVA) = Вторични волтови усилватели (SVA) / 0,9 (приемайки ефективността на трансформатора като 90%)
- Първично напрежение (Vp) = Вторично напрежение (Vs) / съотношение на оборотите (n2 / n1)
- Първичен ток (Ip) = Първични волтови усилватели (PVA) / Първично напрежение (Vp)
- Изискваната площ на напречното сечение на сърцевината се определя от: - Площ на сърцевината (CA) = 1,15 * sqrt (първични волтови усилватели (PVA))
- Брутна основна площ (GCA) = Основна площ (CA) * 1.1
- Броят на завъртанията на намотката се определя от съотношението, дадено като: - обороти на волт (Tpv) = 1 / (4.44 * 10-4 * площ на сърцевината * честота * плътност на потока)
Данни за навиване на емайлирана медна тел
(@ 200A / cm²)
Макс. Текущ капацитет (усилвател) | Обръща / Кв. см | SWG | Макс. Текущ капацитет (усилвател) | Обръща / Кв. см | SWG | |
0,001 | 81248 | петдесет | 0,1874 | 711 | 29 | |
0,0015 | 62134 | 49 | 0,2219 | 609 | 28 | |
0,0026 | 39706 | 48 | 0,2726 | 504 | 27 | |
0,0041 | 27546 | 47 | 0,3284 | 415 | 26 | |
0,0059 | 20223 | 46 | 0,4054 | 341 | 25 | |
0,0079 | 14392 | Четири пет | 0,4906 | 286 | 24 | |
0,0104 | 11457 | 44 | 0,5838 | 242 | 2. 3 | |
0,0131 | 9337 | 43 | 0,7945 | 176 | 22. | |
0,0162 | 7755 | 42 | 1,0377 | 137 | двадесет и едно | |
0,0197 | 6543 | 41 | 1,313 | 106 | двайсет | |
0,0233 | 5595 | 40 | 1,622 | 87.4 | 19. | |
0,0274 | 4838 | 39 | 2,335 | 60.8 | 18. | |
0,0365 | 3507 | 38 | 3,178 | 45.4 | 17 | |
0,0469 | 2800 | 37 | 4,151 | 35.2 | 16. | |
0,0586 | 2286 | 36 | 5,254 | 26.8 | петнадесет | |
0,0715 | 1902 г. | 35 | 6 487 | 21.5 | 14. | |
0,0858 | 1608 | 3. 4 | 8 579 | 16.1 | 13 | |
0,1013 | 1308 | 33 | 10,961 | 12.8 | 12 | |
0,1182 | 1137 | 32 | 13 638 | 10.4 | единадесет | |
0,1364 | 997 | 31 | 16.6 | 8.7 | 10 | |
0,1588 | 881 | 30 |
Размери на щамповането на трансформатор (основна таблица):
Тип номер | Ширина на езика (см) | Площ на прозореца (кв. См) | Тип номер | Ширина на езика (см) | Площ на прозореца (кв. См) | |
17 | 1.27 | 1,213 | 9 | 2 223 | 7 865 | |
12А | 1,588 | 1897 | 9A | 2 223 | 7 865 | |
74 | 1,748 | 2 284 | 11А | 1,905 | 9 072 | |
2. 3 | 1,905 | 2723 | 4А | 3,335 | 10 284 | |
30 | две | 3 | две | 1,905 | 10 891 | |
| 1,588 | 3,329 | 16. | 3.81 | 10 891 | |
31 | 2 223 | 3,703 | 3 | 3.81 | 12 704 | |
10 | 1,588 | 4 439 | 4AX | 2,383 | 13 039 | |
петнадесет | 2.54 | 4839 | 13 | 3,175 | 14 117 | |
33 | 2.8 | 5.88 | 75 | 2.54 | 15 324 | |
1 | 1,667 | 6555 | 4 | 2.54 | 15 865 | |
14. | 2.54 | 6555 | 7 | 5.08 | 18 969 | |
единадесет | 1,905 | 7,259 | 6 | 3.81 | 19,356 | |
3. 4 | 1,588 | 7529 | 35А | 3.81 | 39 316 | |
3 | 3,175 | 7562 | 8 | 5.08 | 49 803 |
За работа с мрежово захранване честотата е 50 HZ, докато плътността на потока може да се приеме като 1 Wb / кв. См. за обикновени стоманени щампования и 1.3Wb / кв. см за щампования CRGO, в зависимост от типа, който ще се използва.
Следователно
- Първични завои (n1) = обороти на волт (Tpv) * Първично напрежение (V1)
- Вторични завои (n2) = обороти на волт (Tpv) * вторично напрежение (V2) * 1,03 (да приемем, че има 3% спад в намотките на трансформатора)
- Широчината на езика на ламиниране се определя приблизително от:
Ширина на езика (Tw) = Sqrt * (GCA)
Плътност на тока
Това е текущата товароносимост на тел за единица площ на напречното сечение. Изразява се в единици Amp / cm². Гореспоменатата таблица на проводниците е за непрекъсната номинална стойност при плътност на тока 200A / cm². За непрекъснат или периодичен режим на работа на трансформатора може да се избере по-висока плътност до 400A / cm², т.е. два пъти по-голяма от нормалната плътност, за да се икономиса единичната цена. Избрано е, че повишаването на температурата за периодичните експлоатационни случаи е по-малко за непрекъснатите експлоатационни случаи.
Така че, в зависимост от избраната плътност на тока, сега изчисляваме стойностите на първичния и вторичния ток, които трябва да се търсят в таблицата на проводниците за избор на SWG: -
n1a = изчислен първичен ток (Ip) / (плътност на тока / 200)
n2a = Изчислен вторичен ток (Is) / (плътност на тока / 200)
За тези стойности на първичен и вторичен ток ние избираме съответните SWG и обороти на кв.см от таблицата на проводниците. След това продължаваме да изчисляваме, както следва:
- Основна площ (pa) = Първични завои (n1) / (Основни завои на кв.см)
- Вторична площ (sa) = Вторични завои (n2) / (Вторични завои на кв.см)
- Общата площ на прозореца, необходима за ядрото, се дава от: -
Обща площ (TA) = Основна площ (pa) + Вторична площ (sa)
- Допълнителното пространство, необходимо за първия и изолацията, може да се приеме като 30% допълнително пространство от това, което се изисква от действителната площ на навиване. Тази стойност е приблизителна и може да се наложи да бъде променена в зависимост от действителния метод на навиване.
Площ на прозореца (Wacal) = Обща площ (TA) * 1.3
За горната изчислена стойност на ширината на езика, ние избираме номера на ядрото и площта на прозореца от основната таблица, като гарантираме, че избраната площ на прозореца е по-голяма или равна на брутната площ на сърцевината. Ако това условие не е изпълнено, отиваме за по-голяма ширина на езика, осигуряваща същото състояние със съответно намаляване на височината на стека, така че да се поддържа приблизително постоянна брутна площ на сърцевината.
По този начин получаваме наличната ширина на езика (Twavail) и площта на прозореца ((avail) (aWa)) от основната таблица
- Височина на стека = Брутна площ на сърцевината / Ширина на езика ((наличен) (atw)).
За предлаганите в търговската мрежа предишни размери приближаваме съотношението височина на стека към ширината на езика до най-близките следващи цифри от 1,25, 1,5, 1,75. В най-лошия случай приемаме съотношението равно на 2. Въпреки това може да се вземе всяко съотношение до 2, което би изисквало създаването на такива.
Ако съотношението е по-голямо от 2, избираме по-голяма ширина на езика (aTw), осигуряваща всички условия, както по-горе.
- Височина на стека (ht) / ширина на езика (aTw) = (някакво съотношение)
- Модифицирана височина на стека = Ширина на езика (aTw) * Най-близката стойност на стандартното съотношение
- Модифицирана брутна площ на сърцевината = ширина на езика (aTw) * Модифицирана височина на стека.
Същата процедура за проектиране се прилага и за управляващия трансформатор, където трябва да гарантираме, че височината на стека е равна на ширината на езика.
Така намираме номера на ядрото и височината на стека за дадените спецификации.
Проектиране на трансформатор, използвайки пример:
- Дадените подробности са както следва: -
- Раздел напрежение (Vs) = 60V
Секуен ток (Is) = 4.44A
- Обороти на съотношение (n2 / n1) = 0,5
Сега трябва да изчислим, както следва:
- Волтажни усилватели (SVA) = Vs * Is = 60 * 4.44 = 266.4VA
- Prim.Volt-Amps (PVA) = SVA / 0.9 = 296.00VA
- Основно напрежение (Vp) = V2 / (n2 / n1) = 60 / 0.5 = 120V
- Първоначален ток (Ip) = PVA / Vp = 296,0 / 120 = 2,467A
- Основна площ (CA) = 1,15 * sqrt (PVA) = 1,15 * sqrt (296) = 19,785 cm²
- Брутна площ на сърцевината (GCA) = CA * 1,1 = 19,785 * 1,1 = 21,76 cm²
- Обороти на волт (Tpv) = 1 / (4.44 * 10-4 * CA * честота * плътност на потока) = 1 / (4.44 * 10-4 * 19.785 * 50 * 1) = 2.272 оборота на волт
- Prim.Turns (N1) = Tpv * Vp = 2.276 * 120 = 272.73 оборота
- Сек. Обороти (N2) = Tpv * Vs * 1.03 = 2.276 * 60 * 1.03 = 140.46 оборота
- Ширина на езика (TW) = Sqrt * (GCA) = 4.690 cm
- Избираме плътността на тока като 300A / cm², но плътността на тока в масата на проводниците е дадена за 200A / cm², тогава
- Първична стойност на текущото търсене = Ip / (текуща плътност / 200) = 2.467 / (300/200) = 1.644A
- Вторична стойност на текущото търсене = Is / (текуща плътност / 200) = 4.44 / (300/200) = 2.96A
За тези стойности на първичен и вторичен ток ние избираме съответните SWG и обороти на кв.см от таблицата на проводниците.
SWG1 = 19 SWG2 = 18
Завой на кв. См първичен = 87,4 см² завъртания на кв. См вторичен = 60,8 см²
- Първична площ (pa) = n1 / обороти на кв.см (първична) = 272.73 / 87.4 = 3.120 cm²
- Вторична площ (sa) = n2 / обороти на кв.см (вторична) = 140,46 / 60,8 = 2,310 cm²
- Обща площ (при) = pa + sa = 3.120 + 2.310 = 5430 cm²
- Площ на прозореца (Wa) = обща площ * 1,3 = 5,430 * 1,3 = 7,059 cm²
За горната изчислена стойност на ширината на езика, ние избираме номера на ядрото и площта на прозореца от основната таблица, като гарантираме, че избраната площ на прозореца е по-голяма или равна на брутната площ на сърцевината. Ако това условие не е изпълнено, отиваме за по-голяма ширина на езика, осигуряваща същото състояние със съответно намаляване на височината на стека, така че да се поддържа приблизително постоянна брутна площ на сърцевината.
По този начин получаваме налична ширина на езика (Twavail) и площ на прозореца ((avail) (aWa)) от основната таблица:
- Така че наличната ширина на езика (atw) = 3,81 см
- Налична площ на прозореца (awa) = 10,891 cm²
- Основен номер = 16
- Височина на стека = gca / atw = 21,99 / 3,810 = 5,774 см
От съображения за производителност ние приближаваме съотношението височина на стека към ширината на езика (aTw) до най-близките следващи цифри от 1,25, 1,5 и 1,75. В най-лошия случай приемаме съотношението равно на 2.
Ако съотношението е по-голямо от 2, избираме по-голяма ширина на езика, осигуряваща всички условия, както по-горе.
- Височина на стека (ht) / ширина на езика (aTw) = 5.774 / 3.81 = 1.516
- Модифицирана височина на стека = Ширина на езика (aTw) * Най-близката стойност на стандартното съотношение = 3.810 * 1.516 = 5.715cm
- Модифицирана брутна площ на сърцевината = ширина на езика (aTw) * Модифицирана височина на стека = 3.810 * 5.715 = 21.774 cm²
Така намираме номера на ядрото и височината на стека за дадените спецификации.
Проектиране на малък управляващ трансформатор с пример:
Дадените подробности са както следва: -
- Раздел напрежение (Vs) = 18V
- Секуен ток (Is) = 0.3A
- Обороти на съотношение (n2 / n1) = 1
Сега трябва да изчислим, както следва:
- Волтажни усилватели (SVA) = Vs * Is = 18 * 0,3 = 5.4VA
- Prim.Volt-Amps (PVA) = SVA / 0.9 = 5.4 / 0.9 = 6VA
- Прим. Напрежение (Vp) = V2 / (n2 / n1) = 18/1 = 18V
- Прим. ток (Ip) = PVA / Vp = 6/18 = 0,333A
- Основна площ (CA) = 1,15 * sqrt (PVA) = 1,15 * sqrt (6) = 2,822 cm²
- Кръстосана зона (GCA) = CA * 1,1 = 2,822 * 1,1 = 3,132 cm²
- Обороти на волт (Tpv) = 1 / (4.44 * 10-4 * CA * честота * плътност на потока) = 1 / (4.44 * 10-4 * 2.822 * 50 * 1) = 15.963 оборота на волт
- Прим. Обръща (N1) = Tpv * Vp = 15.963 * 18 = 287.337 завъртания
- Сек. Обороти (N2) = Tpv * Vs * 1,03 = 15,963 * 60 * 1,03 = 295,957 оборота
- Ширина на езика (TW) = Sqrt * (GCA) = sqrt * (3.132) = 1.770 cm
Избираме плътността на тока като 200A / cm², но плътността на тока в проводниковата маса е дадена за 200A / cm², тогава
- Първична стойност на текущото търсене = Ip / (текуща плътност / 200) = 0,333 / (200/200) = 0,333A
- Вторична стойност на текущото търсене = Is / (текуща плътност / 200) = 0,3 / (200/200) = 0,3A
За тези стойности на първичен и вторичен ток ние избираме съответните SWG и обороти на кв. см от телената маса.
SWG1 = 26 SWG2 = 27
Завой на кв. см първичен = 415 оборота Обръща на кв. см вторичен = 504 оборота
- Първична площ (pa) = n1 / обороти на кв.см (първична) = 287.337 / 415 = 0.692 cm²
- Вторична площ (sa) = n2 / обороти на кв.см (вторична) = 295.957 / 504 = 0.587 cm²
- Обща площ (при) = pa + sa = 0.692 + 0.587 = 1280 cm²
- Площ на прозореца (Wa) = обща площ * 1,3 = 1,280 * 1,3 = 1,663 cm²
За горната изчислена стойност на ширината на езика, ние избираме номера на ядрото и площта на прозореца от основната таблица, като гарантираме, че избраната площ на прозореца е по-голяма или равна на брутната площ на сърцевината. Ако това условие не е изпълнено, отиваме за по-голяма ширина на езика, осигуряваща същото състояние със съответно намаляване на височината на стека, така че да се поддържа приблизително постоянна брутна площ на сърцевината.
По този начин получаваме наличната ширина на езика (Twavail) и площта на прозореца ((avail) (aWa)) от основната таблица
- Така че наличната ширина на езика (atw) = 1.905см
- Налична площ на прозореца (awa) = 18,969 cm²
- Основен номер = 23
- Височина на стека = gca / atw = 3.132 / 1.905 = 1.905cm
Следователно управляващ трансформатор е проектиран.
