Расчет трансформатора

 

 

Федеральное агентство по образованию

 

Томский Государственный университет систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР)

 

Кафедра промышленной электроники (ПРЭ)

 

 

 

 

 

 

 

Индивидуальное задание  № 1

По дисциплине: « Магнитные элементы электронных устройств »

Вариант ТМП2МВ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Принял:                               Выполнил:

преподаватель                    Студент группы 364-2

_______/ Зайченко Т.Н./         _______Панферов А.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Томск 2017

1. Задание.

 

Рассчитать двухобмоточный трансформатор с медными (М) обмотками на тороидальном (Т) магнитопроводе, работающий в условиях принудительного (П) воздушного охлаждения. Трансформатор должен удовлетворять критерию минимального веса (МВ ) на единицу входной мощности при номинальных данных.

 

Первичное напряжение U1, В (220)

Вторичное напряжение U2, В (12)

Вторичный ток I2, А (100)

Частота сети питания 1, кГц (8)

Коэффициенты мощности и полезного действия не менее 0,95. 

 

2. Решение.

 

Принудительное охлаждение разрешает принять для расчетов значение коэффициента теплоотдачи Вт/м2· град. Температура перегрева элементов трансформатора над окружающей средой не задана, поэтому принимается среднерасчетное 500С и общая температура нагрева 

Низковольтность обмоток (до1кВ) и невысокая температура их нагрева (до 1050С) позволяет использовать простые обмоточные провода с изоляцией класса А и применять для межслойной и межобмоточной изоляции недорогую конденсаторную или кабельную бумагу с пропиткой. Ожидаются большие сечения обмоток. При среднерасчетной плотности тока А/мм2  получается 

40 мм2. 

Наибольшее сечение проводников обмоток допускается, не более.

,кГц =1.75 мм2.

Предположительно придется обе обмотки делать многожильными.

При заданной частоте 8000 Гц материалом для магнитопровода целесообразно выбрать марку стали 2000HM1.   

Выбираем для расчета трансформатора параметры материала магнитопровода, медных обмоток и показатели геометрии для минимальной стоимости. Выбранные параметры записаны в таблицах 2.1.и 2.2.

 

Таблица 2.1.

Параметр Марка	кзс	gс	ρс о	кρ				γ	γ1
	-	г/см3	Вт/кг	-	кГц	Тл	кГц	-	-	Тл
2000YV1	0.85	5	10	3	10	0,2	8	1,25	2.6	0,35

 

Таблица 2.2.

Материал обмоток					Геометрия для минимальной стоимости
кз к	gк	ρк	τ	σ
-	г/см3	Ом·м	град		KS	x	y	z	NC	NK	β	Б
0,35	8,8	2,1*10-8	50	30	2	2.3	2	-	21,5	21,5	0	1

 

Эскиз рассчитываемого стержневого трансформатора показан на Рис 2.1.

Рисунок 2.1 – эскиз тороидального трансформатора

 

2.1. Расчет электромагнитных  показателей.

 

2.1.1. Габаритная мощность:

2.1.2. Рабочая индукция:

 

    

2.1.3. Сечение магнитопровода:

 

 

2.1.4. Усредненная плотность тока:

 

2.1.5. Линейные размеры магнитопровода:

 

2.1.6. Число витков обмоток:

 

В одной катушке:

 

2.1.7. Сечения проводников обмоток:

 

Наибольшее сечение проводников обмоток допускается, не более:

 

,кГц =1.75 мм2.

Так как сечение провода первичной обмотки не превышает допустимое по частоте сечение, то первоначально было сделано не верное предположение. Первую обмотку следует выполнить одножильной.

Первичную обмотку нужно мотать одним проводником с сечением Sn1 = 0,636 мм2 и диаметром с изоляцией d1и = 0.99 мм стандартным проводом марки ПЭВ-2. Вторичную обмотку следует сделать многожильной.

 

2.1.8. Весовые показатели трансформатора:

 

Вес магнитопровода:

Вес обмоток:

Масса трансформатора в целом:

Удельный вес на единицу мощности:

2.1.9. Конструктивные параметры катушки:

 

Высота для одного слоя витков обмотки в катушке:

 

Диаметр провода второй катушки:

Исходя из расчётов выбираем провод круглого сечения при S2n=1.327 мм2, диаметр с изоляцией 1.41.

Число витков в слое:

 

Число слоев:

 

Толщина катушки:

 

 

2.1.10. Параметры схемы  замещения:

 

Длина первичной и вторичной обмоток:

 

 

Активные сопротивления обмоток:

 

Индуктивность рассеяния обмоток:

 

Реактивные сопротивления:

 

м

Сопротивления контура намагничивания

Силовая линия магнитопровода:

 

Потери мощности в магнитопроводе:

 

Сопротивление параллельных ветвей:

 

Потери мощности в активных сопротивлениях обмотки:

 

Потери в изоляции катушек:

 

Фактическое соотношение потерь:

 

Коэффициент мощности:

 

Коэффициент потерь мощности Δη и КПД: