Dizajn transformatora

Transformator prenosi električnu snagu iz jednog u drugi krug bez promjene frekvencije. Sadrži primarni i sekundarni namot. Primarni namot spojen je na glavno napajanje, a sekundarni na potreban krug. U našem projektni krug , uzeli smo dizajn jednofaznog transformatora snage 50 herca male snage (10 KVA) prema našim zahtjevima u projektu.

Transformator je u osnovi tri vrste:

1. Vrsta jezgre
2. Tip školjke
3. Toroidni

U jezgri tipski namoti okružuju dio jezgre, dok jezgra tipa jezgre okružuje namote. U tipu jezgre postoje dva glavna tipa i to E-I i U-T tip. U ovome dizajn transformatora , koristili smo tip jezgre E-I. Odabrali smo jezgru E-I jer je namotavanje puno lakše u usporedbi s toroidnim, ali učinkovitost je vrlo visoka (95% -96%). To je tako jer je gubitak protoka u toroidnim jezgrama usporedno manji.

Transformatori zaposleni u projektu su

1. Serijski transformator: Da bi se osigurao potreban potisni ili naponski napon i
2. Upravljački transformator: Za otkrivanje izlaznog napona i za napajanje.

Formule dizajna:

Ovdje uzimamo referencu podataka o namotajima na stolu od emajlirane bakrene žice i dimenzija tablice za utiskivanje transformatora za odabir ulaznih i izlaznih namota SWG i jezgre transformatora za zadane specifikacije.

Postupak projektiranja slijedi pod pretpostavkom da su date sljedeće specifikacije transformatora: -

• Sekundarni napon (Vs)
• Sekundarna struja (Is)
• Omjer okretaja (n2 / n1)

Iz ovih danih detalja izračunavamo širinu jezika, visinu hrpe, vrstu jezgre, površinu prozora kako slijedi: -

• Sekundarni Volt-pojačala (SVA) = sekundarni napon (Vs) * sekundarna struja (Is)
• Primarna volt-pojačala (PVA) = Sekundarna volt-pojačala (SVA) / 0,9 (pod pretpostavkom da je učinkovitost transformatora 90%)
• Primarni napon (Vp) = Sekundarni napon (Vs) / omjer okretaja (n2 / n1)
• Primarna struja (Ip) = Primarni volt-amperi (PVA) / Primarni napon (Vp)
• Potrebna površina presjeka jezgre daje se: - Površina jezgre (CA) = 1,15 * sqrt (primarna volt-pojačala (PVA))
• Bruto površina jezgre (GCA) = Površina jezgre (CA) * 1.1
• Broj okretaja namota određuje se omjerom navedenim kao: - okreta po voltu (Tpv) = 1 / (4,44 * 10-4 * površina jezgre * frekvencija * gustoća protoka)

Podaci o namatanju na emajliranu bakrenu žicu

(@ 200A / cm²)

Dimenzija žigova transformatora (temeljna tablica):

Za rad na mrežnom napajanju, frekvencija je 50Hz, dok se gustoća protoka može uzeti kao 1Wb / kvadratni cm. za obične čelične žigove i 1,3 Wb / m2 za CRGO žigove, ovisno o vrsti koja se koristi.

Stoga

• Primarni zavoji (n1) = okreti po voltu (Tpv) * Primarni napon (V1)
• Sekundarni zavoji (n2) = okreti po voltu (Tpv) * sekundarni napon (V2) * 1,03 (pretpostavimo da je pad namota transformatora 3%)
• Širina jezika laminiranja približno je dana sa: -

Širina jezika (Tw) = Sqrt * (GCA)

Gustoća struje

To je trenutna nosivost žice po jedinici površine presjeka. Izražava se u jedinicama Amp / cm². Gore spomenuti žičani stol namijenjen je kontinuiranom nazivu pri gustoći struje od 200A / cm². Za neprekinuti ili isprekidani način rada transformatora može se odabrati veća gustoća do 400A / cm², tj. Dvostruko veća od normalne gustoće kako bi se uštedio jedinični trošak. Odlučeno je da je porast temperature za slučajeve povremenog rada manji za slučajeve neprekidnog rada.

Dakle, ovisno o odabranoj gustoći struje, sada izračunavamo vrijednosti primarne i sekundarne struje koje se traže u tablici žica za odabir SWG: -

n1a = Izračunata primarna struja (Ip) / (gustoća struje / 200)

n2a = Izračunata sekundarna struja (Is) / (gustoća struje / 200)

Za ove vrijednosti primarne i sekundarne struje odabiremo odgovarajući SWG i okrete po kvadratnom metru sa žičanog stola. Zatim izračunavamo kako slijedi: -

• Primarno područje (pa) = Primarni zavoji (n1) / (Primarni zavoji po kvadratnom metru)
• Sekundarno područje (sa) = Sekundarni zavoji (n2) / (Sekundarni zavoji po kvadratnom metru)
• Ukupna površina prozora potrebna za jezgru dana je: -

Ukupna površina (TA) = Primarno područje (pa) + Sekundarno područje (sa)

• Dodatni prostor potreban za prvu i izolaciju može se uzeti kao 30% dodatnog prostora onoga što je potrebno stvarnom površinom namota. Ova je vrijednost približna i možda će je trebati izmijeniti, ovisno o stvarnoj metodi namotavanja.

Područje prozora (Wacal) = Ukupna površina (TA) * 1.3

Za gore izračunatu vrijednost širine jezika odabiremo broj jezgre i površinu prozora iz tablice jezgri osiguravajući da je odabrana površina prozora veća ili jednaka bruto površini jezgre. Ako ovaj uvjet nije zadovoljen, idemo na veću širinu jezika, osiguravajući isti uvjet s odgovarajućim smanjenjem visine sloga kako bi se održala približno konstantna bruto površina jezgre.

Tako iz jezgrene tablice dobivamo dostupnu širinu jezika (Twavail) i područje prozora ((dostupno) (aWa))

• Visina sloga = Bruto površina jezgre / Širina jezika ((dostupno) (atw)).

Za komercijalno dostupne ranije veličine, približni omjer visine sloga i širine jezika približavamo najbližim sljedećim slikama od 1,25, 1,5, 1,75. U najgorem slučaju uzimamo omjer jednak 2. Međutim, može se uzeti bilo koji omjer do 2 koji bi zahtijevao stvaranje vlastitih bivših.

Ako je omjer veći od 2, odabiremo veću širinu jezika (aTw) osiguravajući sve gornje uvjete.

• Visina sloga (ht) / širina jezika (aTw) = (neki omjer)
• Izmijenjena visina sloga = širina jezika (aTw) * Najbliža vrijednost standardnog omjera
• Izmijenjena bruto površina jezgre = širina jezika (aTw) * Izmijenjena visina sloga.

Isti postupak projektiranja primjenjuje se i na upravljački transformator, gdje moramo osigurati da visina sloga bude jednaka širini jezika.

Tako pronalazimo broj jezgre i visinu sloga za zadane specifikacije.

Projektiranje transformatora na primjeru:

• Podaci su sljedeći:
• Sec. napon (Vs) = 60V

Sek struja (Is) = 4.44A

• Okretanje po omjeru (n2 / n1) = 0,5

Sada moramo izračunati kako slijedi: -

• Sek.Volt-pojačala (SVA) = Vs * Is = 60 * 4,44 = 266,4VA
• Prim.Volt-pojačala (PVA) = SVA / 0,9 = 296,00VA
• Prim.napon (Vp) = V2 / (n2 / n1) = 60 / 0,5 = 120V
• Prim.struja (Ip) = PVA / Vp = 296,0 / 120 = 2,467A
• Jezgra površine (CA) = 1,15 * sqrt (PVA) = 1,15 * sqrt (296) = 19,785 cm²
• Bruto površina jezgre (GCA) = CA * 1,1 = 19,785 * 1,1 = 21,76 cm²
• Okretaja po voltu (Tpv) = 1 / (4,44 * 10-4 * CA * frekvencija * gustoća protoka) = 1 / (4,44 * 10-4 * 19,785 * 50 * 1) = 2,227 zavoja po voltu
• Prim.preokreta (N1) = Tpv * Vp = 2.276 * 120 = 272.73 zavoja
• Sek. Okreta (N2) = Tpv * Vs * 1,03 = 2,276 * 60 * 1,03 = 140,46 zavoja
• Širina jezika (TW) = Sqrt * (GCA) = 4,690 cm
• Odabiremo gustoću struje kao 300A / cm², ali gustoća struje u žičanom stolu je dana za 200A / cm², a zatim
• Primarna vrijednost trenutnog pretraživanja = Ip / (trenutna gustoća / 200) = 2,467 / (300/200) = 1,664A
• Vrijednost sekundarnog trenutnog pretraživanja = Je / (gustoća struje / 200) = 4,44 / (300/200) = 2,96A

Za ove vrijednosti primarne i sekundarne struje odabiremo odgovarajući SWG i okrete po kvadratnom metru sa žičanog stola.

SWG1 = 19 SWG2 = 18

Zavoj po kvadratnom metru primarnog = 87,4 cm² zavoj po kvadratnom cm sekundarnog = 60,8 cm²

• Primarno područje (pa) = n1 / zavoja po kvadratnom metru (primarno) = 272,73 / 87,4 = 3,120 cm²
• Sekundarna površina (sa) = n2 / okretaja po kvadratnom metru (sekundarna) = 140,46 / 60,8 = 2,310 cm²
• Ukupna površina (at) = pa + sa = 3.120 + 2.310 = 5.430 cm²
• Površina prozora (Wa) = ukupna površina * 1,3 = 5,430 * 1,3 = 7,059 cm²

Za gore izračunatu vrijednost širine jezika odabiremo broj jezgre i površinu prozora iz tablice jezgri osiguravajući da je odabrana površina prozora veća ili jednaka bruto površini jezgre. Ako ovaj uvjet nije zadovoljen, idemo na veću širinu jezika, osiguravajući isti uvjet s odgovarajućim smanjenjem visine sloga kako bi se održala približno konstantna bruto površina jezgre.

Tako iz jezgrene tablice dobivamo dostupnu širinu jezika (Twavail) i područje prozora ((dostupno) (aWa)):

• Dakle, dostupna širina jezika (atw) = 3,81 cm
• Dostupna površina prozora (awa) = 10,891 cm²
• Broj jezgre = 16
• Visina naslaga = gca / atw = 21,99 / 3,810 = 5,774 cm

Iz razloga performansi odnos visine sloga prema širini jezika (aTw) približavamo najbližim sljedećim slikama od 1,25, 1,5 i 1,75. U najgorem slučaju uzmemo omjer jednak 2.

Ako je omjer veći od 2, odabiremo veću širinu jezika osiguravajući sve gore navedene uvjete.

• Visina sloga (ht) / širina jezika (aTw) = 5,774 / 3,81 = 1,516
• Izmijenjena visina sloga = širina jezika (aTw) * Najbliža vrijednost standardnog omjera = 3,810 * 1,516 = 5,715cm
• Modificirana bruto površina jezgre = širina jezika (aTw) * Modificirana visina sloga = 3.810 * 5.715 = 21.774 cm²

Tako pronalazimo broj jezgre i visinu sloga za zadane specifikacije.

Dizajn malog upravljačkog transformatora s primjerom:

Podaci su sljedeći:

• Sec. napon (Vs) = 18V
• Sek struja (Is) = 0,3A
• Okretanje po omjeru (n2 / n1) = 1

Sada moramo izračunati kako slijedi: -

• Sekulska volt-pojačala (SVA) = Vs * Is = 18 * 0,3 = 5,4VA
• Prim.Volt-pojačala (PVA) = SVA / 0,9 = 5,4 / 0,9 = 6VA
• Prim. Napon (Vp) = V2 / (n2 / n1) = 18/1 = 18V
• Prim. struja (Ip) = PVA / Vp = 6/18 = 0,333A
• Jezgro područja (CA) = 1,15 * sqrt (PVA) = 1,15 * sqrt (6) = 2,822 cm²
• Površina poprečne jezgre (GCA) = CA * 1,1 = 2,822 * 1,1 = 3,132 cm²
• Zavoja po voltu (Tpv) = 1 / (4,44 * 10-4 * CA * frekvencija * gustoća protoka) = 1 / ((4,44 * 10-4 * 2,822 * 50 * 1) = 15,963 zavoja po voltu
• Prim. Zavoja (N1) = Tpv * Vp = 15.963 * 18 = 287.337 zavoja
• Sek. Okreta (N2) = Tpv * Vs * 1,03 = 15,963 * 60 * 1,03 = 295,957 zavoja
• Širina jezika (TW) = Sqrt * (GCA) = sqrt * (3.132) = 1.770 cm

Odabiremo gustoću struje kao 200A / cm², ali gustoća struje u žičanom stolu je dana za 200A / cm², a zatim

• Primarna vrijednost trenutnog pretraživanja = Ip / (gustoća struje / 200) = 0,333 / (200/200) = 0,333A
• Vrijednost sekundarnog trenutnog pretraživanja = Je / (gustoća struje / 200) = 0,3 / (200/200) = 0,3A

Za ove vrijednosti primarne i sekundarne struje odabiremo odgovarajući SWG i okreta po kvadratnom metru. cm od žičanog stola.

SWG1 = 26 SWG2 = 27

Okret po kvadratu cm primarne = 415 zavoja Okretaja po kvadratnom metru cm sekundarne = 504 zavoja

• Primarna površina (pa) = n1 / zavoja po kvadratnom metru (primarna) = 287.337 / 415 = 0.692 cm²
• Sekundarna površina (sa) = n2 / okretaja po kvadratnom metru (sekundarna) = 295.957 / 504 = 0.587 cm²
• Ukupna površina (at) = pa + sa = 0,692 + 0,587 = 1280 cm²
• Površina prozora (Wa) = ukupna površina * 1,3 = 1,280 * 1,3 = 1,663 cm²

Za gore izračunatu vrijednost širine jezika odabiremo broj jezgre i površinu prozora iz tablice jezgri osiguravajući da je odabrana površina prozora veća ili jednaka bruto površini jezgre. Ako ovaj uvjet nije zadovoljen, idemo na veću širinu jezika, osiguravajući isti uvjet s odgovarajućim smanjenjem visine sloga kako bi se održala približno konstantna bruto površina jezgre.

Tako iz jezgrene tablice dobivamo dostupnu širinu jezika (Twavail) i područje prozora ((dostupno) (aWa))

• Dakle, dostupna širina jezika (atw) = 1,905 cm
• Dostupna površina prozora (awa) = 18,969 cm²
• Broj jezgre = 23
• Visina sloga = gca / atw = 3.132 / 1.905 = 1.905cm

Stoga upravljački transformator je dizajniran.