Конструирование и расчет сетевого низковольтного трансформатора минимальной массы на 50 Гц

    МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
 
 
 
 
 
 
 

    Расчетно-графическая  работа

    по  дисциплине: «Элементы электронных средств»

    «Конструирование и расчет сетевого низковольтного трансформатора минимальной массы на 50 Гц» 
 
 
 
 

    Выполнил: ст.гр.  

    Проверил: 
 
 
 
 
 
 

    , 2010

     Содержание 

  1 Техническое предложение        5

     1.1 Техническая характеристика       5

     1.2 Описание и обоснование выбранной конструкции   5

     1.2.1 Выбор магнитопровода      5

     1.2.2 Выбор катушки     6

     1.2.3 Выбор материала для выполнения межобмоточной изоляции  6

     1.2.4 Выбор провода обмотки       7

     2 Расчет исходных данных для проектирования трансформатора  7

     2.1 Разработка структурной схемы блока питания на основе ТЗ  7

2.2 Расчет напряжений и токов вторичных обмоток на основе

структурной схемы блока питания       7 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ 

     ВВЕДЕНИЕ 

     Настоящее техническое задание распространяется на разработку сетевого  низковольтного трансформатора минимальной массы КНФУ 701.263.001, предназначенного для использования во вторичном источнике питания. 

     1 ОСНОВАНИЕ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ 

     Основанием  для разработки является задание  на расчетно-графическую работу по дисциплине «Элементы электронных  средств». Тема: «Сетевой трансформатор». 

     2 ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ 

     2.1 Технические параметры

     - требования к промышленной сети     по ГОСТ 13109-87

     - напряжение сети, В         220±10%

     - частота сети, Гц         50±1%

  - напряжение на выходе вторичного источника питания, В  5±10%

  - ток на выходе вторичного источника питания не менее, А 0,5

  Остальные технические параметры определяются в ходе проектирования.  

2. Условия эксплуатации

 

       Климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ 15150-69 УХЛ 4.2

     - диапазон рабочих температур, ^оС      +10… +35

     - средняя температура, ^оС       +28

     - относительная влажность воздуха при t = 20 ^оС, не более  60%

     - атмосферное давление, кПа       86,6…106,7

     Механические  воздействия должны соответствовать  ГОСТ 25467–82. Группа исполнения изделия к механическим факторам - М2.

     - диапазон синусоидальных вибраций, Гц     1…55

     - амплитуда ускорения синусоидальных вибраций, м/с²  10

     - пиковое ударное ускорение, не более, м/с² (g)    150

     - степень жёсткости        2 

     2.3 Остальные требования к трансформатору  определяются по результатам  проектирования. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     

     

     1 Техническое предложение 

     1.1 Техническая характеристика

     Требования  к разработке изделия, установленные в техническом задании, соответствует требованиям ГОСТа. Поэтому изделие изготавливается стандартными приемами и методами, какие-либо специальные операции не требуются.

     1.2 Описание и обоснование выбранной конструкции

     1.2.1 Выбор магнитопровода

     Основной  конструкцией трансформатора является магнитопровод и катушки, которые  содержат обмотки. В соответствии с ГОСТ 22056-76 для изготовления магнитопроводов маломощных трансформаторов используются электротехнические стали, которые делятся на: горячекатаные, холоднокатаные, малотекстурированные и холоднокатаные текстурированные.

     При изготовлении магнитопроводов нужно  учитывать, что при частоте 50Гц используются стали марок: 1511, 1512, 1513, 3411, 3412, 3413, Э310, Э320, Э330 при толщине стальных листов или ленты 0,5 и 0,35мм. Для изготовления ленточных магнитопроводов широко применяется холоднокатаная текстурировання сталь марки ХВП. Ленточные магнитопроводы изготовляются из ленты, предварительно покрытой специальными склеивающими составами, выдерживающими высокие температуры при отжиге собранного сердечника.

     В соответствии с рекомендациями, приведенными в ГОСТ 22050-76 выбираем ленточный магнитопровод  ШЛ, изготовленный из ленты ХВП Э330 толщиной 0,35 мм.  
 
 
 
 
 

     1.2.2 Выбор катушки

     Катушка трансформатора представляет собой  совокупность обмоток и системы  изоляции, обеспечивающей их нормальное функционирование в заданных условиях окружающей среды. Для изготовления выбираем катушку, имеющую каркас, который изготавливается из пластмассы АГ-4. Для защиты от воздействия окружающей среды, катушка пропитывается изоляционным лаком АВ17.

     1.2.3 Выбор материала для выполнения межобмоточной изоляции

     

     Выбираем  материал для выполнения межобмоточной изоляции, а также внутренней и наружной изоляции катушки.

     Междуслоевая  изоляция служит для защиты отдельных  слоев каждой обмотки от пробоя между  ними. Междуобмоточная изоляция служит для обеспечения необходимой  электрической прочности между  отдельными обмотками, входящими в  катушку. Внешняя изоляция катушки  предохраняет обмотку от пробоя на корпус или соседние детали, а также от внешних повреждений. Междуслоевая, междуобмоточная и внешняя изоляция катушки выполняется из различных сортов изоляционной бумаги: кабельной, телефонной, пропиточной, конденсаторной или микалентной.

     Необходимо  найти температуру перегрева. Для  этого воспользуемся формулой:

,

     где  - предельное рабочее значение температуры воздуха,

      =1,23.

     Принимаем трансформатора в диапазоне 50…70⁰ С.

     Получили, =102⁰С.

     Изоляцию  первичной обмотки проводим микалентной бумагой толщиной 0,02 мм в четыре слоя с половинным перекрытием. Класс “А” t = 105 °C.

     Изоляцию  между слоями первичной обмотки  выполняется бумагой

     ЭИП-50, 0.09 мм.

     1.2.4 Выбор провода обмотки

     Выбираются  провода обмоток. Для обмоток  трансформаторов выпускается ряд проводов круглого сечения с эмалевым покрытием (ПЭЛ, ПЭВ, ПВЛТЛ, ПЭТВ). К данному трансформатору применяется провод марки ПЭЛ с обычной лакостойкой эмалевой изоляцией (ГОСТ 2773-51), так как трансформатор работает при температуре до +105˚ С. 

     2 Расчет исходных данных для проектирования трансформатора 

     2.1 Разработка структурной схемы блока питания на основе ТЗ

     

    

     2.2. Расчет напряжений и токов вторичных обмоток на основе структурной схемы блока питания

     Согласно  ТЗ:

     U_н =5 В,

     I_н = не менее 0,5 А

Выбираем  стабилизатор К142ЕН5А, для которого:

     U_{вх стаб min}=7,5 В, U_{вх стаб мах}=15 B

     I_потр не более 10мА. 

Задаем  напряжение на входе стабилизатора:

     U_{вх стаб}=(3-5)В+U_н =5+3=8 B,

Вычисляем входной ток стабилизатора:

     J_вх= I_н + I_потр, I_вх= 0,5+0,01=0,51 А,

     где I_вх- ток на выходе стабилизатора.

    

    

     Выбираем  выпрямитель, представляющий собой  диодный мост на диодах, и емкостной фильтр, тогда для расчета U и I вторичной обмотки поправочные коэффициенты  [8]:

     К_u=1,3

     К_i=1,95

     В результате расчета на выходе трансформатора получаем:

     U₂= U_{вх стаб} ·К_u =8·1,3= 10,4 В,

     I₂= I_вх · К_i =(0,5+0,01) ·1,95=0,99А. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Список  литературы 

     

1. ГОСТ 10518-88  Системы электрической изоляции. Общие требования к методам ускоренных испытаний на нагревостойкость. – М.:Госстандарт СССР.
2. ГОСТ 13109-97 Электрическая энергия. Требования к качеству электрической энергии в электрических сетях общего пользования. – М.:Госстандарт СССР.
3. ГОСТ 15150-69 Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для различных климатических районов. Категории, условия эксплуатации, хранения и транспортировки в части воздействия климатических факторов внешней среды. М.:Госстандарт СССР
4. ГОСТ 20.57.406-81 Комплексная система контроля качества. Изделия электронной техники, квантовой электроники и электротехнические. Методы испытаний. М.:Госстандарт СССР.
5. ГОСТ 22050-76  Магнитопроводы ленточные. Типы и основные размеры. М.:Госстандарт СССР.
6. ГОСТ 50444-92 Приборы, аппараты и оборудование. Общие технические условия. М.:Госстандарт СССР.
7. Белопольский И.И. и др. Расчет трансформаторов и дросселей малой мощности. М., «Энергия», 1973.- 400 с.
8. Мордвинов В.А. Стабилизированные источники питания на интегральных микросхемах – стабилизаторах напряжения. - М.: МИРЭА, 1994, 87 с.
9. Новаченко, И.В., Телец, В.А. Микросхемы для бытовой радиоаппаратуры. – М.: Радио и связь, - 1991.- 272 с.