Трансформатор передает электроэнергию из одной цепи в другую без изменения частоты. Он содержит первичную и вторичную обмотки. Первичная обмотка подключается к основному источнику питания, а вторичная - к требуемой цепи. В нашем схема проекта , мы разработали однофазный силовой трансформатор 50 Гц малой мощности (10 кВА) в соответствии с нашими требованиями в проекте.

Трансформатор в основном бывает трех типов:

Тип сердечника
Тип оболочки
Тороидальный

В сердечнике типовые обмотки окружают часть сердечника, тогда как в оболочке сердечник окружает обмотки. В типе Core есть два основных типа, а именно тип E-I и тип U-T. В этом конструкция трансформатора , мы использовали сердечник типа E-I. Мы выбрали сердечник E-I, поскольку обмотка намного проще по сравнению с тороидальной, но эффективность очень высока (95% -96%). Причина в том, что в тороидальных сердечниках потери магнитного потока намного меньше.

Трансформаторы, используемые в проекте:

Трансформатор серии: Для обеспечения необходимого повышающего или понижающего напряжения и
Трансформатор управления: Для измерения выходного напряжения и источника питания.

Формулы дизайна:

Здесь мы берем ссылку на данные обмотки в таблице эмалированных медных проводов и размеры таблицы штамповки трансформатора для выбора входных и выходных обмоток SWG и сердечника трансформатора для заданных спецификаций.

Процедура проектирования выполняется при условии, что даны следующие характеристики трансформатора:

Вторичное напряжение (Вс)
Вторичный ток (Is)
Коэффициент трансформации (n2 / n1)

Исходя из этих данных, мы рассчитываем ширину языка, высоту стопки, тип сердечника, площадь окна следующим образом:

Вторичный вольт-ампер (SVA) = вторичное напряжение (Vs) * вторичный ток (Is)
Первичный вольт-ампер (PVA) = вторичный вольт-ампер (SVA) / 0,9 (при условии, что КПД трансформатора равен 90%)
Первичное напряжение (Vp) = вторичное напряжение (Vs) / отношение витков (n2 / n1)
Первичный ток (Ip) = Первичный вольт-ампер (PVA) / Первичное напряжение (Vp)
Требуемая площадь поперечного сечения жилы определяется как: - Площадь жилы (CA) = 1,15 * sqrt (первичные вольт-амперы (PVA))
Общая площадь ядра (GCA) = Площадь ядра (CA) * 1,1
Количество витков на обмотке определяется соотношением, которое определяется как: - Число витков на вольт (Tpv) = 1 / (4,44 * 10-4 * площадь сердечника * частота * плотность потока)

Данные обмотки эмалированного медного провода

(@ 200 А / см²)

Максимум. Текущая емкость (ампер.)	Оборотов / кв. см	SWG	Максимум. Текущая емкость (ампер.)	Оборотов / кв. см	SWG
0,001	81248	50	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	Четыре пять	0,4906	286	24
0,0104	11457	44	0,5838	242	2. 3
0,0131	9337	43 год	0,7945	176	22
0,0162	7755	42	1,0377	137	21
0,0197	6543	41 год	1,313	106	20
0,0233	5595	40	1,622	87,4	19
0,0274	4838	39	2335	60,8	18
0,0365 “понижающий повышающий преобразователь постоянного тока ”	3507	38	3 178	45,4	17
0,0469	2800	37	4 151	35,2	16
0,0586	2286	36	5 254 “что делает гальванометр ”	26,8	пятнадцать
0,0715	1902 г.	35 год	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	11
0,1364	997	31 год	16,6	8,7	10
0,1588	881	30

Размеры штамповок трансформатора (таблица сердечников):

Номер типа	Ширина языка (см)	Площадь окна (кв. См)	Номер типа	Ширина языка (см)	Площадь окна (кв. См)
17	1,27	1,213	9	2,223	7 865
12А	1,588	1897	9А	2,223	7 865
74	1,748	2,284	11А	1 905	9 072
2. 3	1 905	2 723	4A	3,335	10 284
30	два	3	два	1 905	10 891
	1,588	3 329	16	3,81	10 891
31 год	2,223	3 703	3	3,81	12 704
10	1,588	4 439	4AX	2383	13 039
пятнадцать	2,54	4839	13	3175	14 117
33	2,8	5,88	75	2,54	15 324
1	1,667	6 555	4	2,54	15 865
14	2,54	6 555	7	5,08	18 969
11	1 905	7 259	6 “небольшой регулятор скорости двигателя постоянного тока ”	3,81	19 356
3. 4	1,588	7 529	35A	3,81	39 316
3	3175	7 562	8	5,08	49 803

Для работы от сети частота составляет 50 Гц, а плотность потока можно принять равной 1 Вт / см2. для штамповок из обычной стали и 1,3 Вт / кв. см для штамповок из CRGO, в зависимости от используемого типа.

Следовательно

Первичные витки (n1) = Число витков на вольт (Tpv) * Первичное напряжение (V1)
Вторичные витки (n2) = Число витков на вольт (Tpv) * вторичное напряжение (V2) * 1,03 (Предположим, что падение в обмотках трансформатора составляет 3%)
Ширина язычка пластин приблизительно определяется по формуле:

Ширина языка (Tw) = Sqrt * (GCA)

Плотность тока

Это допустимая токовая нагрузка провода на единицу площади поперечного сечения. Выражается в ампер / см². Вышеупомянутая таблица проводов рассчитана на продолжительную работу при плотности тока 200 А / см². Для прерывистого или прерывистого режима работы трансформатора можно выбрать более высокую плотность до 400 А / см², то есть вдвое большую, чем нормальная плотность, чтобы сэкономить на стоимости единицы. Это выбрано, поскольку повышение температуры для случаев прерывистой работы меньше для случаев непрерывной работы.

Итак, в зависимости от выбранной плотности тока, мы теперь вычисляем значения первичного и вторичного токов, которые нужно искать в таблице проводов для выбора SWG:

n1a = первичный ток (Ip) вычислен / (плотность тока / 200)

n2a = Расчетный вторичный ток (Is) / (плотность тока / 200)

Для этих значений первичного и вторичного токов мы выбираем соответствующие SWG и число оборотов на кв. См из таблицы проводов. Затем мы приступаем к расчету следующим образом: -

Первичная площадь (Па) = Первичные витки (n1) / (Первичные витки на кв. См)
Вторичная площадь (sa) = Вторичные витки (n2) / (Вторичные витки на кв. См)
Общая площадь окна, необходимая для сердечника, определяется как: -

Общая площадь (TA) = Основная площадь (pa) + Дополнительная площадь (sa)

Дополнительное пространство, необходимое для первого и изоляционного, может быть использовано как 30% дополнительного пространства по сравнению с фактической площадью обмотки. Это значение является приблизительным и, возможно, его придется изменить в зависимости от фактического метода намотки.

Площадь окна (Wacal) = Общая площадь (TA) * 1,3

Для вычисленного выше значения ширины язычка мы выбираем номер сердечника и площадь окна из основной таблицы, гарантируя, что выбранная площадь окна больше или равна общей площади сердечника. Если это условие не выполняется, мы выбираем большую ширину шпунта, обеспечивая такое же условие с соответствующим уменьшением высоты штабеля, чтобы поддерживать приблизительно постоянную общую площадь сердечника.

Таким образом, мы получаем доступную ширину язычка (Twavail) и площадь окна ((avail) (aWa)) из основной таблицы.

Высота штабеля = Общая площадь сердечника / Ширина язычка ((доступно) (atw)).

Для коммерческих целей прежнего размера мы приближаем отношение высоты штабеля к ширине язычка к ближайшим следующим значениям: 1,25, 1,5, 1,75. В худшем случае мы примем отношение равным 2. Однако можно взять любое отношение до 2, что потребовало бы создания собственного прежнего.

Если соотношение больше 2, мы выбираем большую ширину язычка (aTw), обеспечивая все условия, указанные выше.

Высота стопки (ht) / ширина язычка (aTw) = (некоторое соотношение)
Измененная высота стопки = ширина языка (aTw) * ближайшее значение стандартного соотношения
Измененная общая площадь сердцевины = ширина языка (aTw) * измененная высота стопки.

Такая же процедура проектирования применяется к управляющему трансформатору, где нам нужно убедиться, что высота стека равна ширине язычка.

Таким образом, мы находим номер ядра и высоту стопки для заданных спецификаций.

Конструирование трансформатора на примере:

Данные детали следующие: -
Раздел напряжение (Вс) = 60 В

Ток сек (Is) = 4,44 А

Оборотов на соотношение (n2 / n1) = 0,5

Теперь нам нужно произвести следующие вычисления: -

Сек. Вольт-амперы (SVA) = Vs * Is = 60 * 4,44 = 266,4 ВА
Первичный вольт-ампер (PVA) = SVA / 0,9 = 296,00 ВА
Первичное напряжение (Vp) = V2 / (n2 / n1) = 60 / 0,5 = 120 В
Первичный ток (Ip) = PVA / Vp = 296,0 / 120 = 2,467A
Площадь ядра (CA) = 1,15 * sqrt (PVA) = 1,15 * sqrt (296) = 19,785 см²
Общая площадь ядра (GCA) = CA * 1,1 = 19,785 * 1,1 = 21,76 см²
Оборотов на вольт (Tpv) = 1 / (4,44 * 10-4 * CA * частота * плотность потока) = 1 / (4,44 * 10-4 * 19,785 * 50 * 1) = 2,272 витка на вольт
Прим. Обороты (N1) = Tpv * Vp = 2,276 * 120 = 272,73 витка
Секунды оборотов (N2) = Tpv * Vs * 1,03 = 2,276 * 60 * 1,03 = 140,46 оборотов
Ширина языка (TW) = Sqrt * (GCA) = 4,690 см
Мы выбираем плотность тока 300 А / см², но плотность тока в таблице проводов указана для 200 А / см², тогда
Значение поиска первичного тока = Ip / (плотность тока / 200) = 2,467 / (300/200) = 1,644 A
Значение поиска вторичного тока = Is / (плотность тока / 200) = 4,44 / (300/200) = 2,96 А

Для этих значений первичного и вторичного токов мы выбираем соответствующие SWG и число оборотов на кв. См из таблицы проводов.

SWG1 = 19 SWG2 = 18

Число витков на 1 см первичной обмотки = 87,4 см² витков на см² вторичной обмотки = 60,8 см²

Первичная площадь (Па) = n1 / витков на кв. См (первичная) = 272,73 / 87,4 = 3,120 см²
Вторичная площадь (sa) = n2 / витков на кв. См (вторичная) = 140,46 / 60,8 = 2,310 см²
Общая площадь (at) = pa + sa = 3,120 + 2,310 = 5 430 см²
Площадь окна (Wa) = общая площадь * 1,3 = 5,430 * 1,3 = 7,059 см²

Таким образом, мы получаем доступную ширину язычка (Twavail) и площадь окна ((avail) (aWa)) из основной таблицы:

Таким образом, ширина язычка (atw) = 3,81 см.
Доступная площадь окна (awa) = 10,891 см².
Номер ядра = 16
Высота стопки = gca / atw = 21,99 / 3,810 = 5,774 см

Из соображений производительности мы приближаем отношение высоты стопки к ширине язычка (aTw) к ближайшим следующим значениям: 1,25, 1,5 и 1,75. В худшем случае принимаем отношение равным 2.

Если соотношение больше 2, мы выбираем большую ширину язычка, обеспечивая все условия, указанные выше.

Высота штабеля (ht) / ширина язычка (aTw) = 5,774 / 3,81 = 1,516
Измененная высота стопки = ширина языка (aTw) * ближайшее значение стандартного соотношения = 3,810 * 1,516 = 5,715 см
Модифицированная общая площадь сердцевины = ширина языка (aTw) * модифицированная высота штабеля = 3,810 * 5,715 = 21,774 см²

Таким образом, мы находим номер ядра и высоту стопки для заданных спецификаций.

Дизайн небольшого трансформатора управления на примере:

Данные детали следующие: -

Раздел напряжение (Вс) = 18 В
Ток сек (Is) = 0,3 А
Оборотов на соотношение (n2 / n1) = 1

Теперь нам нужно произвести следующие вычисления: -

Сек. Вольт-амперы (SVA) = Vs * Is = 18 * 0,3 = 5,4 ВА
Первичный вольт-ампер (PVA) = SVA / 0,9 = 5,4 / 0,9 = 6 ВА
Prim. Напряжение (Vp) = V2 / (n2 / n1) = 18/1 = 18 В
Prim. ток (Ip) = PVA / Vp = 6/18 = 0,333A
Площадь ядра (CA) = 1,15 * sqrt (PVA) = 1,15 * sqrt (6) = 2,822 см²
Площадь поперечного ядра (GCA) = CA * 1,1 = 2,822 * 1,1 = 3,132 см²
Оборотов на вольт (Tpv) = 1 / (4,44 * 10-4 * CA * частота * плотность потока) = 1 / (4,44 * 10-4 * 2,822 * 50 * 1) = 15,963 витков на вольт
Prim. Оборотов (N1) = Tpv * Vp = 15,963 * 18 = 287,337 оборотов
Секунды оборотов (N2) = Tpv * Vs * 1,03 = 15,963 * 60 * 1,03 = 295,957 оборотов
Ширина языка (TW) = Sqrt * (GCA) = sqrt * (3,132) = 1,770 см

Мы выбираем плотность тока как 200 А / см², но плотность тока в таблице проводов указана для 200 А / см², тогда

Значение поиска первичного тока = Ip / (плотность тока / 200) = 0,333 / (200/200) = 0,333A
Значение поиска вторичного тока = Is / (плотность тока / 200) = 0,3 / (200/200) = 0,3A

Для этих значений первичного и вторичного токов мы выбираем соответствующие SWG и число оборотов на кв. см от проволочного стола.

SWG1 = 26 SWG2 = 27

Поворот на кв. см первичной обмотки = 415 витков Оборотов на кв. см вторичной обмотки = 504 витка

Первичная площадь (Па) = n1 / витков на кв. См (первичная) = 287,337 / 415 = 0,692 см²
Вторичная площадь (sa) = n2 / витков на кв. См (вторичная) = 295,957 / 504 = 0,587 см²
Общая площадь (at) = pa + sa = 0,692 + 0,587 = 1 280 см²
Площадь окна (Wa) = общая площадь * 1,3 = 1,280 * 1,3 = 1,663 см²

Таким образом, мы получаем доступную ширину язычка (Twavail) и площадь окна ((avail) (aWa)) из основной таблицы.