Материал: Параметры трансформатора

Параметры трансформатора

Введение

Неотъемлемым узлом любого радиотехнического устройства является источник электропитания. Электропитание радиоэлектронной аппаратуры и отдельных приборов осуществляется в основном от источников постоянного тока, которые, как правило, подключены к сетям переменного тока, электромеханическим генераторам или солнечным батареям. Часто для питания различных устройств одной и той же радиотехнической системы требуются источники постоянного тока с напряжениями нескольких номиналов. Например, для питания электронной схемы телевизора требуются несколько различных напряжений: порядка +5 В для питания цифровых микросхем; +12 В-для питания блока радиоканала; 100…150 В-для питания блока развёрток; 15…25 кВ - для питания кинескопа. В этом случае необходимо промежуточное преобразование энергии постоянного тока одного номинала в ряд напряжений переменного тока различных номиналов с последующим преобразованием их в напряжения постоянного тока.

В настоящее время схемотехника источников питания постоянно усложняется. Разработаны импульсные источники с выпрямителем на входе и преобразовательным трансформатором, работающим на ультразвуковой частоте.

Выполнение курсового проекта предусматривает решение студентом следующих задач:

закрепление знаний о свойствах и параметрах полупроводниковых приборов - диодов, транзисторов, стабилитронов, интегральных микросхем;

выяснение того, как отдельные простые схемы при определенном соединении образуют более сложное устройство, в котором каждая схема вносит свой вклад в реализацию функций всего устройства.

1. Исходные данные

Напряжение сети U_сети = 110 В,

Частота сети f _cети = 400 Гц,

Напряжение нагрузки U_нагр. = 10 В,

Мощность нагрузки P_нагр. = 20 Вт,

Рисунок 1 - Структурная схема источника питания

2. Расчетная часть

2.1 Расчет трансформатора переменного тока

Исходные данные:

Напряжение сети U_сети = 110 В,

Частота сети f _cети = 400 Гц,

Напряжение нагрузки U_нагр. = 10 В,

Мощность нагрузки P_нагр. = 20 Вт,

Коэффициент мощности нагрузки (вторичной обмотки) cos φ₂ =1,

Число фаз m = 1,

Коэффициент стабилизации n = 1,3.

Особые условия: трансформатор минимальной стоимости для продолжительной работы при окружающей температуре 50^оС, исполнение -

открытое, охлаждение - воздушное.

Выбор типа и основных соотношений трансформатора

В соответствии с условиями задания наиболее подходящим по конструкции является броневой тип трансформатора с сердечником из штампованных Ш-образных пластин и медными обмотками. Отношение массы стали к массе меди примем:

В качестве материала сердечника примем электротехническую сталь марки Э44 с толщиной листа δ_с = 0,5 (ГОСТ 802-58).

Определение токов трансформатора

Ток первичной обмотки

где P - произведение активной мощности вторичной обмотки на коэффициент стабилизации:

Принимаем, что_1p ≈ I_µ% ≈ 50% от I_1a, или I_µ = 0,5I_1a при cosφ₂ = 1.

По кривой η =f(P) для P = 26 Вт находим η = 0,72.

Ток вторичной обмотки

где мощность вторичной обмотки P₂ = P_нагр., напряжение вторичной обмотки

U₂ = U_нагр.

2.2 Выбор индукции в стержне и ярме сердечника трансформатора

2.3 Выбор плотности тока в медных проводах обмоток трансформатора

.

2.4 Определение поперечного сечения стержня сердечника и ярма

где P₁ = U₁I₁ = 110 ∙ 0,36 = 39,6 Вт.

Геометрические поперечные сечения стержня и ярма сердечника с учетом коэффициента заполнения сечения сталью:

где  - коэффициент заполнения сечения сердечника сталью.

Размеры сторон геометрического квадратного поперечного сечения стержня (рис.)

2.5 Определение числа витков обмоток трансформатора

Число витков первичной обмотки трансформатора:

где величина  найдена по кривой для P = 20 Вт.

Величина падения напряжения в обмотках трансформатора при нагрузке:

Число витков вторичной обмотки трансформатора:

2.6 Определение сечения и диаметра проводов обмоток

Предварительные значения поперечных сечений проводов обмоток:

Ближайшие сечения и диаметры проводов по ГОСТу 2773-51 равны:

Окончательные значения плотности тока в выбранных проводах:

2.7 Укладка обмоток на стержнях трансформатора

Число витков первичной обмотки в слое:

Число слоев этой обмотки:

Толщина первичной обмотки:

Аналогичные вычисления будут и для вторичной обмотки.

Число витков второй обмотки в слое:

Число слоев этой обмотки:

толщина второй обмотки:

Ширина окна сердечника:

 (2.1.15)

где принято ε₃ = 4 мм, ε₀ = 2 мм, δ₁₂ = 1 мм, ????₂ = 1,3.

Изоляция между обмотками выполнена электрокартоном ЭВ (ГОСТ 2824-60).

Сердечник может быть собран из Ш-образных пластин по нормали СТ-360А: Ш-20Х30

2.8 Вес медных обмоток трансформатора

Массы медных обмоток трансформатора в случае круглых катушек определяются следующим образом:

(2.1.16)

(2.1.17)

Общая масса медных обмоток:

(2.1.18)

2.9 Потери в обмотках трансформатора при 75^оС

(2.1.19)

Суммарные потери в обмотках:

(2.1.20)

2.10 Вес стали сердечника трансформатора

(2.1.21)

(2.1.22)

 (2.1.23)

Общая масса сердечника

2.11 Магнитные потери в сердечнике трансформатора

Полные магнитные потери в сердечнике

Т.к используется трансформатор повышенной частоты, равной 400 Гц, для сердечников стали Э44потери по мощности удобно определить по формуле:

(2.1.24)

2.12 Ток холостого хода трансформатора

где