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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Calcolo dei trasformatori di potenza a bassa potenza. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Alimentatori I trasformatori di potenza sono generalmente divisi in due classi:
Questi trasformatori vengono calcolati utilizzando due metodi diversi. Il problema sorge quando è necessario calcolare un trasformatore con una potenza compresa tra 500 e 5000 W, quando il metodo di calcolo per i trasformatori di radioingegneria non è più applicabile e il metodo di calcolo per i trasformatori elettrici non è ancora applicabile. In questo caso, il trasformatore viene calcolato due volte, utilizzando ciascuno dei metodi, e i dati dell'avvolgimento e la sezione trasversale del nucleo vengono selezionati come media tra quelli ottenuti in questi due calcoli, e quindi perfezionati sperimentalmente. La metodologia di calcolo fornita viene utilizzata per calcolare i trasformatori di potenza per apparecchiature radio a bassa potenza, alimentate da una rete di 110, 127, 220 V con una frequenza di 50 Hz. Esistono due approcci principali per il calcolo dei trasformatori di ingegneria radio: ottimizzazione per il rame; ottimizzazione dell'hardware. Di conseguenza, nel primo caso si ottiene un trasformatore di costo minimo e nel secondo un trasformatore di peso minimo. Il peso minimo è molto importante per le attrezzature di bordo o indossabili. Nucleo del trasformatore Per trasformatori a costo minimo vengono utilizzate lamiere di acciaio elettrico di qualità E31, E41 con spessori della piastra di 0,35 e 0,5 mm. Per trasformatori di peso minimo: acciaio E310, E320, E330. I design del nucleo (nucleo magnetico) del trasformatore possono essere suddivisi in corazzato, a barra e toroidale. I nuclei magnetici a barra vengono utilizzati nei trasformatori potenti perché migliorano il raffreddamento. I nuclei magnetici toroidali consentono di sfruttare appieno le proprietà magnetiche del materiale e creare un campo magnetico esterno molto più debole rispetto ad altri nuclei. Il nucleo magnetico del trasformatore può essere costituito da piastre stampate o avvolto da strisce. Il vantaggio dei nuclei magnetici realizzati con piastre stampate è che possono essere realizzati anche con materiali molto fragili che presentano buone proprietà magnetiche. Il vantaggio dei nuclei magnetici ritorti è il pieno sfruttamento delle proprietà dell'acciaio elettrico, facilità di fabbricazione e bassi sprechi di produzione. Avvolgimenti del trasformatore Di norma, l'avvolgimento viene avvolto su un telaio in materiale dielettrico: plastica, cartone elettrico, ecc. A volte, per ridurre le dimensioni esterne del trasformatore, viene utilizzato l'avvolgimento senza telaio su un manicotto. A seconda della struttura del telaio, il trasformatore può avere avvolgimenti cilindrici (in questo caso gli avvolgimenti sono avvolti uno sopra l'altro) o biscotti (in questo caso ogni avvolgimento è avvolto su una sezione ad esso destinata, a partire dal trasformatore nucleo). Di norma, gli avvolgimenti contenenti molte spire di filo sottile sono posizionati più vicino al nucleo del trasformatore per ridurre la resistenza attiva e le perdite al loro interno. Pertanto, l'avvolgimento di rete, di regola, viene prima avvolto sul telaio. L'avvolgimento del filo sulla bobina del trasformatore può essere eseguito in strati regolari o in modo casuale "alla rinfusa". In ogni caso è consigliabile interporre un isolante tra gli strati dell'avvolgimento per evitare cortocircuiti tra gli strati. Nella bobina è inoltre previsto l'isolamento tra gli avvolgimenti per evitare rotture tra avvolgimenti adiacenti. Per aumentare l'isolamento e la protezione elettrica, gli avvolgimenti del trasformatore sono impregnati con composti speciali. Avvolgimento primario I trasformatori di potenza devono spesso funzionare a tensioni di 110, 127 e 220 V. In questo caso, il suo avvolgimento primario può essere progettato come mostrato in Fig. 1.
Lo svantaggio di questo schema è l'aumento del consumo di rame e la complicazione della produzione del trasformatore dovuta all'uso di fili di diverse sezioni per l'avvolgimento degli avvolgimenti I, II e III. Pertanto, lo schema mostrato in Fig. 2 viene utilizzato più spesso.
Quando si è collegati a una rete a 127 V, i ponticelli sono impostati sulla posizione “2” e gli avvolgimenti 2-3 e 4-5 sono collegati in parallelo, mentre quando si è collegati a una rete a 220 V, il ponticello è impostato sulla posizione “1” e tutti gli avvolgimenti sono collegati in serie. Per effettuare il calcolo è necessario specificare:
Come risultato del calcolo, determinare:
Un trasformatore è un dispositivo che funziona in una rete di corrente alternata, pertanto, nel calcolo, vengono utilizzati i valori effettivi della corrente alternata e della tensione alternata. Sequenza di calcolo 1. Trovare la potenza totale degli avvolgimenti secondari al carico nominale: P2=I1U1+I2U2+...InUn. Dove In e Un sono rispettivamente la corrente e la tensione sull'ennesimo avvolgimento. La potenza complessiva del trasformatore viene determinata tenendo conto dell'efficienza (ηtr) (Tabella 1). Ptr=P2/ηtr, dove ηtr - efficienza. Tabella 1
2. Selezionare i valori massimi consentiti di densità di corrente ∆ e induzione magnetica B. Il valore di induzione magnetica per trasformatori con nucleo e nuclei magnetici armati è indicato nella Tabella 1. Quando si utilizzano nuclei magnetici ritorti realizzati in acciai elettrici laminati a freddo, il valore massimo di induzione può essere aumentato di 1,31,6 volte. 3. Determinare l'area della sezione trasversale minima consentita del circuito magnetico: Ssec=700[(aPtr)/(fB∆)]0,5 (cm2), dove a è un coefficiente 4,5-5,5 per i trasformatori di costo più basso e 2-3 per i trasformatori di peso minimo; Rtr - potenza del trasformatore, W; . - frequenza della rete di alimentazione, Hz; B - valore massimo dell'induzione magnetica, G; ∆ - densità di corrente consentita, A/mm2. Per i trasformatori più economici funzionanti su una rete a 50 Hz si assume solitamente un'induzione massima di 10000 Gauss e una densità di corrente di 3 A/mm2. In questo caso la formula si semplifica: Ssec=1,3(Ptr)0,5 (cm2). La sezione del circuito magnetico viene determinata tenendo conto del fattore di riempimento della sezione con acciaio: S'sec=Ssec/kzap. I valori di kzap in funzione dello spessore delle piastre del circuito magnetico sono riportati nella Tabella 2. Tabella 2
4. Determinare le dimensioni del circuito magnetico. Per un circuito magnetico armato, il tipo e le dimensioni possono essere selezionati dalle tabelle V.1 e V.2 [1]. Scegliendo il tipo di piastre, lo spessore del circuito magnetico Y1 è determinato dalla formula: Y1=S'sec/Y, dove Y è la larghezza della parte centrale della piastra per il nucleo magnetico corazzato. Il rapporto Y1/Y non deve superare 2-3. Altrimenti si verifica un notevole aumento del campo di diffusione della trasformazione. torus e dovrai selezionare piatti più grandi. Per un nucleo magnetico toroidale, i diametri interno (D1) ed esterno (D2) sono determinati dalle formule: D1=(1,75Ssec/σα)0,5, D2=2sec/bk, dove σ è il fattore di riempimento della finestra con il rame (solitamente 0,23-0,25); b - altezza del circuito magnetico, cm. 5. Determinare il numero di giri per volt nel trasformatore: ω=2,2х107/fBSsec Quando il trasformatore funziona da una rete con frequenza di 50 Hz e induzione massima di 10000 G, la formula assume la forma: ω=45/sec. Il numero di spire in ciascun avvolgimento viene determinato moltiplicando il valore risultante per la tensione su ciascun avvolgimento specifico. In questo caso, il numero di spire degli avvolgimenti secondari dovrebbe essere aumentato del 3...5% (a seconda della corrente assorbita dall'avvolgimento) per tenere conto della caduta di tensione sulla resistenza dell'avvolgimento. 6. Determinare i diametri dei fili per ciascuno degli avvolgimenti: d=1,13(I/∆)0,5, dove I è la corrente massima nell'avvolgimento; ∆ - densità di corrente nel trasformatore, A/mm2. Puoi anche usare la formula approssimativa: d=0,7(io)0,5. 7. Verifica della disposizione degli avvolgimenti sul telaio del trasformatore con nucleo armato. Numero di giri in uno strato di avvolgimento ω=(h−2(δ+2))/(αdout), dove h è l'altezza della finestra del telaio del trasformatore; δ è lo spessore del materiale del telaio del trasformatore; diz - diametro del filo di avvolgimento con isolamento; α è il coefficiente di perdita (Tabella 3). Tabella 3
Il numero di strati di ciascuno degli avvolgimenti Nsl=ω/ωsl, dove ω è il numero di spire dell'avvolgimento; ωsl è il numero di spire nello strato di questo avvolgimento. Affinché tutti gli avvolgimenti possano entrare nella finestra del trasformatore, è necessario soddisfare la seguente condizione: B>δ+Σδscambio+Σδpr, dove Σδavvolgimento è lo spessore totale di tutti gli avvolgimenti; Σδpr - spessore totale di tutte le guarnizioni tra gli avvolgimenti; B - larghezza della finestra. Se gli avvolgimenti insieme all'isolamento occupano più spazio della finestra del nucleo selezionato, è necessario aumentare la dimensione delle piastre del nucleo magnetico e ricalcolare il trasformatore. letteratura:
Autore: A.Yu. Saulov
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