Материал: Расчёт трансформатора однотактного прямоходового преобразователя
Расчёт трансформатора однотактного прямоходового преобразователя
Федеральное агентство по образованию
Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра автоматизированного электропривода
и
промышленной электроники
Курсовая работа
по дисциплине «Силовая электроника»
Вариант №10
Тема курсовой работы:
«Расчёт
трансформатора однотактного прямоходового преобразователя»
Выполнил: студент группы
Ильичева Ю. В.
Проверил: с.п. каф. АЭПиПЭ
Борщинский М.Ю.
Новокузнецк 2015г
Содержание
Исходные данные для расчёта
. Электрический расчёт трансформатора
. Расчёт размещения обмоток в окне магнитопровода
. Расчёт мощности потерь и перегрева
Список
литературы
Исходные данные для расчёта
Принципиальная схема однотактного прямоходового
преобразователя с размагничивающей обмоткой показана на рисунке П1, диаграммы
его работы - на рисунке П2.
Питание преобразователя
осуществляется от источника с напряжением 
В;
напряжение на нагрузке 
В;
ток нагрузки
А;
частота преобразования 
кГц (период 
мкс);
трансформатор работает при
температуре окружающей среды 
.
1. Электрический расчёт
трансформатора
) Вычисляем амплитуду напряжения на
вторичной обмотке на основании регулировочной характеристики по формуле:
. (1)
При длительности импульса 
.
При этом относительная длительность
импульса равна:
. (2)
) Рассчитываем действующее значение
тока вторичной обмотки. При действующее значение тока вторичной
обмотки равно:
. (3)
) Вычисляем расчётную мощность 
вторичной
обмотки по формуле:
Вт. (4)
) Определяем габаритную мощность.
Ток первичной обмотки 
значительно
превышает ток намагничивания 
, а ток намагничивания по величине
примерно равен току размагничивающей обмотки 
, следовательно, ток
размагничивающей обмотки значительно меньше тока первичной обмотки и при
выборе сердечника трансформатора мощность размагничивающей обмотки можно не
учитывать.
Следовательно, габаритная мощность
трансформатора примерно равна расчётной мощности вторичной обмотки:
Вт. (5)
) Из справочной литературы выбираем
материал сердечника, толщину пластин и коэффициент заполнения сердечника 
,
удовлетворяющие заданной частоте импульсов 
.
Для выбранного материала сердечника
по таблицам или графикам 
определяем
максимальное значение индукции 
и соответствующие её максимальную
напряжённость магнитного поля 
, а также остаточную индукцию 
. В качестве
материала сердечника используем феррит марки 1500НМ3, у которого 
Тл при 
А/м, 
Тл. Для
любого феррита 
. Исходя из
габаритной мощности 
Вт по
графикам в приложении принимаем плотность тока в обмотках 
А/мм2 и
коэффициент заполнения окна магнитопровода 
.
) Вычисляем произведение площади
сечения сердечника на площадь окна по формуле:
(6)
Выбираем стандартный типоразмер
мгнитопровода, удовлетворяющий произведению 
, и определяем его массу 
.
Полученному значению удовлетворяет
сердечник, составленный из двух колец К32×16×8, у
которого
мм2, (7)
мм2, (8)
м4,
мм. (9)
) Рассчитываем число витков обмоток. Число витков первичной обмотки вычисляем по формуле:
. (10)
Число витков размагничивающей
обмотки 
принимаем
равным числу витков первичной обмотки:
. (11)
Число витков вторичной обмотки
вычисляем по формуле:
. (12)
) Рассчитываем действующие значения
токов первичной 
и
размагничивающей 
обмоток по
формулам:
; (13)
(14)
где 
- максимальное значение тока
намагничивания, которое в соответствии с законом полного тока определяется по
формуле:
. (15)
.
) Рассчитываем площади поперечного
сечения 
и диаметры 
проводов
k-х обмоток по формулам:
; 
.
; (16)
; (17)
; (18)
; (19)
; (20)
. (21)
. Расчёт размещения обмоток в окне
магнитопровода
) По рассчитанному значению диаметра
провода выбираем ближайшее стандартное значение диаметра и марку провода из
справочника. При этом стандартный диаметр провода выбирается в сторону
увеличения. В справочнике указывается также диаметр провода с изоляцией 
. Марку
провода выбираем в соответствии с классом по нагревостойкости, который в свою
очередь определяется заданным перегревом трансформатора. Задаём максимальную
рабочую температуру трансформатора 
, которая соответствует классу
нагревостойкости 
.
Для повышения надёжности используем
провод марки ПЭТВ с диаметром по меди: 
мм; 
мм; 
мм (диаметры по изоляции
соответственно: 
мм; 
мм; 
мм).
Выбранный провод допускает работу при температуре 
.
) Производим расчёт размещения обмоток в окне магнитопровода.
В качестве изоляции сердечника
используем стеклолакоткань марки ЛСЭ-105/130 (допустимая температура нагрева 
) толщиной 
мм,
уложенную с 50%-ным перекрытием так, что общая толщина слоя изоляции получается
равной 
. Предварительно
у сердечника должны быть сняты острые кромки.
Первой на изоляцию сердечника наматываем первичную обмотку. Внутренний диаметр первого слоя равен:
мм, (22)
где 
мм - внутренний диаметр кольцевого
сердечника.
Длина первого слоя равна:
мм. (23)
Определяем максимальное число витков
в первом слое без учёта не плотности намотки:
. (24)
Из последнего выражения следует, что
первичная обмотка не укладывается в один слой, поэтому рассчитываем размещение
второго слоя. Так как напряжение питания невелико (
В), то
межслоевую изоляцию укладывать не будем.
Внутренний диаметр второго слоя
равен:
мм. (25)
Длина второго слоя равна:
мм. (26)
Максимальное число витков во втором слое без учёта не плотности намотки:
. (27)
Из последнего выражения следует, что первичная обмотка не укладывается в два слоя, поэтому рассчитываем размещение третьего слоя.
Внутренний диаметр третьего слоя
равен:
мм. (28)
Длина третьего слоя равна:
мм. (29)
Максимальное число витков в третьем
слое без учёта не плотности намотки:
. (30)
Таким образом, первичная обмотка укладывается в три слоя. В первом слое можно разместить 70 витков, во втором - 56, в третьем - 43.
Поверх первичной обмотки накладываем межобмоточную изоляцию из стклолакоткани ЛСЭ-105/130 толщиной 0,10 мм с 50%-ным перекрытием. Следующей на межобмоточную изоляцию наматываем размагничивающую обмотку.
Внутренний диаметр четвертого слоя
равен:
мм. (31)
Длина четвертого слоя равна:
мм. (32)
Максимальное число витков в
четвертом слое без учёта не плотности намотки равно:
. (33)
Из последнего выражения следует, что размагничивающая обмотка вполне разместится в четвертом слое.
Рассчитываем размещаемость вторичной обмотки. Поверх размагничивающей обмотки накладываем межобмоточную изоляцию из стеклолакоткани ЛСЭ-105/130 толщиной 0,12 мм с 50%-ным перекрытием. Следующей на межобмоточную изоляцию наматываем вторичную обмотку.
Внутренний диаметр пятого слоя
равен:
мм. (34)
Длина пятого слоя равна:
мм. (35)
Максимальное число витков пятого слоя без учёта не плотности намотки равно:
. (36)
Из последнего выражения следует, что вторичная обмотка не укладывается в один слой, поэтому переходим к расчёту следующего шестого слоя. Межслоевую изоляцию накладывать не будем, так как напряжение на вторичной обмотке невелико (20 В).
Внутренний диаметр шестого слоя
равен:
мм. (37)
Длина шестого слоя равна:
мм. (38)
Максимальное число витков в шестом
слое без учёта не плотности намотки равно:
. (39)
Из последнего выражения следует, что вторичная обмотка не укладывается в два слоя, поэтому переходим к расчёту следующего седьмого слоя.
Внутренний диаметр седьмого слоя
равен:
мм. (40)
Длина седьмого слоя равна:
мм. (41)
Максимальное число витков в седьмом
слое без учёта не плотности намотки равно:
. (42)
Очевидно, вторичная обмотка уложится в три слоя с числом витков в пятом - 30, шестом - 20, седьмом - 12 витков соответственно.
Поверх вторичной обмотки накладываем внешнюю изоляцию из стеклолакоткани ЛСЭ-105/130 толщиной 0,12 мм с 50%-ным перекрытием.