Трансформатор питания малой мощности

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого

Институт электронных информационных систем

Кафедра «Проектирование и технология радиоаппаратуры»

ТРАНСФОРМАТОР ПИТАНИЯ МАЛОЙ МОЩНОСТИ

Курсовой проект по учебной дисциплине

«Общая электротехника и электроника»

Пояснительная записка

НУРК 670110.000 ПЗ

Руководитель Семёнов Г.А.

Студент группы 7022зу Свечников Е.Д.

Великий Новгород

2009

Содержание

трансформатор мощность питание проектируемый

1. Анализ требований технического задания на проектирование трансформатора питания малой мощности

2. Поиск и обоснование наилучшего варианта замысла конструкции

3. Поиск наилучшего варианта компоновки проектируемого изделия

4. Разработка конструкции трансформатора питания малой мощности

Список используемой литературы

1. Анализ требований технического задания на проектирование трансформатора питания малой мощности

Техническое задание:

1. Рассчитать и сконструировать маломощный трансформатор питания.

2. Разработать конструкцию трансформатора, обеспечивающую автоматизированное производство и сборку. Представить полный комплект конструкторских документов.

Исходные данные:

U1 - Напряжение питающей сети, В.

U2, U3, U4 - Напряжение на вторичных обмотках трансформатора, В.

I2, I3, I4 - Токи вторичных обмоток, А.

f - Частота питающей сети, Гц.

Климатический район - все районы земли и суши.

Особенность конструкции - наименьшая стоимость.

Сведем исходные данные в таблицу и нарисуем электрическую схему трансформатора питания.

Таблица 1 - Исходные данные.

U1, В	U2, В	U3, В	U4, В	I2, А	I3, А	I4, А	f, Гц	Климатический район	Особенность конструкции
115	80	200	320	0.4	0.2	0.06	400	Все районы земли и суши	Наименьшая стоимость

Рисунок 1 - Электрическая схема трансформатора.

Основными параметрами трансформатора питания (далее ТП) являются число обмоток напряжение на каждой обмотке, максимально допустимый ток через каждую обмотку, мощность, масса, тип используемого сердечника.

Наличие нескольких вторичных обмоток можно получить путем соответствующих соединений значительный ряд вторичных напряжений и тем самым расширить возможности ТП.

ТП должен удовлетворять жестким климатическим и механическим требованиям, обладать наименьшей для данной мощности массой. Для данного трансформатора целесообразно применить сердечник броневого типа.

Габаритные и установочные размеры ТП зависят от типа сердечника, вида обмоточного материала, заливки в форму, климатического исполнения.

2. Поиск и обоснование наилучшего варианта замысла конструкции

1 Исходными величинами для расчета трансформатора служат напряжение и частота питающей сети, а также токи и напряжения вторичных обмоток.

В результате расчета должен быть определен типоразмер сердечника, данные обмоток (т.е. число витков, марки и диаметры проводов), а также электрические и эксплуатационные параметры трансформатора (к.п.д., ток холостого хода, температура перегрева обмоток).

2 Определение суммарной мощности вторичных обмоток ?P2

Суммарная мощность определяется по формуле [1; с.16]:

N

?P2 = ?Pi, (1)

i=2

где: Pi - мощность вторичных обмоток, В?А;

i - номер вторичной обмотки;

N - число вторичных обмоток.

?P2 = 80 В?0,4 А + 200 В?0,2 А + 320 В?0,06 А = 91,2 В?А

3 Выбор магнитопровода

Тип магнитопровода обуславливается не только мощностью трансформатора, напряжениями обмоток, частотой питающей сети, но и требованиями, предъявляемым к трансформатору и оговоренными техническим заданием.

Так как определяющим является требование наименьшей стоимости, то и выбор магнитопровода ведется опираясь на экономические факторы изготовления трансформатора, при соблюдении прочих условий.

Для малых мощностей (от единиц до нескольких десятков вольт-ампер) при напряжениях не превышающих тысячи вольт и частоте сети 50 Гц и 400 Гц рекомендуется применение броневых трансформаторов при использовании как пластинчатых, так и ленточных магнитопроводов. Лишь незначительно уступая стержневым трансформаторам по удельной мощности на единицу веса и объема, броневые трансформаторы, имеющие одну катушку, значительно технологичнее их в изготовлении и проще по конструкции [1; с.48].

Использование ленточной конструкции сердечников позволяет механизировать процесс изготовления. При этом трудоемкость процесса установки сердечника в катушку уменьшается, а отходы материала сокращаются, что также приводит к уменьшению стоимости трансформатора [23; с.182].

Вышесказанное позволяет выбрать магнитопровод ШЛ 12Ч16 из стали 3424 (Э360А) толщиной 0,08 мм [23, с.184-187; 1, с.262-263].

Для него: вес магнитопровода Gc = 130 г;

длина магнитной силовой линии Lс =10,3 см;

поперечное сечение Sc = 1,63 см2.

4 Определение магнитной индукции

Одним из основных параметров трансформатора является магнитная индукция. Значение магнитной индукции влияет на величину потерь на гистерезис, а, следовательно, и на величину потерь в стали сердечника, и К.П.Д. трансформатора.

Выбираем значение индукции в магнитопроводе Bm = 1,5 Тл [23; с.195].

5 Определение Э.Д.С. наводимой в одном витке.

Значение Э.Д.С. наводимой в одном витке можно рассчитать по формуле [23; с.210]:

e = 4,44?f? Sc?Bm?10-4 (2)

e = 4,44?400Гц?1,63см2?1,5Тл?10-4 = 0,434 В

Определение ожидаемого падения напряжения в обмотках

Напряжения, подводимое к первичной обмотке и снимаемые с нагруженных вторичных обмоток, отличаются от наведенных в них Э.Д.С. на величину падения напряжения в обмотках.

Ожидаемое падение ?Uoi напряжения в обмотках трансформатора составит:

для первичной обмотки ?Uo1 = 2,1%;

для вторичных обмоток ?Uo2 =3,1% [23; с.214].

Расчет магнитной индукции при работе трансформатора в режиме холостого хода

Магнитный поток в магнитопроводе и индукция в режиме холостого хода несколько больше, чем при работе под нагрузкой. Указанное различие получается потому, что при работе под нагрузкой увеличивается падение напряжения на обмотках, что приводит к уменьшению магнитного потока и индукции.

Индукция B0m при работе трансформатора в режиме холостого хода может быть определена по формуле [23; с.198]:

B0m = Bm (1+ ?Uo1 /100 )(3)

B0m = 1,5 ( 1+ 2,1/100 ) = 1,53 Тл

Определение потерь в стали

1 Свойства материала оценивают удельными потерями, которые представляют собой суммарные потери на вихревые токи и гистерезис, отнесенные к одному килограмму материала, при заданных частоте магнитного поля и индукции.

Удельные потери Pс.уд. в стали магнитопровода при работе трансформатора под нагрузкой и на холостом ходу можно определить по графику [23; с.181]:

P1,5/400 = 24 Вт/кг;

P1,53/400 = 24,5 Вт/кг.

2 Если известна масса магнитопровода, то может быть найдено значение активных потерь в стали сердечника [23; с.197]:

Pc = Pс.уд.? Gc (4)

Pс = 24Вт/кг ? 0,13кг = 3,12 Вт при Bm =1,5 Тл;

Pс = 24,5Вт/кг ? 0,13кг = 3,185 Вт при B0m =1,53 Тл.

Расчет числа витков обмоток трансформатора

Магнитный поток Ф0, замыкаясь через магнитопровод, пронизывает первичную и вторичные обмотки, в результате чего в них индуцируются Э.Д.С. [23; с.195]:

E1 =ew1, E2 = ew2, (5)

где: е - Э.Д.С., наводимая в одном витке, В;

Е1 и Е2 - значения индуцированных напряжений, В;

w1 и w2 - число витков первичной и вторичных обмоток.

Эти формулы позволяют найти число витков обмоток, если известны наведенные в них Э.Д.С. Е1 и Е2. Эти Э.Д.С. отличаются от напряжения U1, подводимого к первичной обмотке, и U2, U3 и U4, снимаемых со вторичных обмоток, на значение падения напряжения на обмотках [23; с.214]:

Для первичной обмотки:Е1 = U1 (1- ?U1/100); (6)

Для вторичных обмоток: Еi = Ui (1- ?Ui/100). (7)

В итоге: w1 = U1 (1- ?U1/100) / e, (8)

wi = Ui (1- ?Ui/100) / е. (9)

w1 = 115 (1-2,1/100) / 0,434 = 260,

w2 = 80 (1+3,1/100) / 0,434 = 191,

w3 = 200 (1+ 3,1/100) / 0,434 = 476,

w4 =320 (1+3,1/100) / 0,434 = 761.

Определение тока первичной обмотки

Полный ток первичной обмотки при работе вторичной на нагрузку может быть представлен в виде двух составляющих - активной и реактивной [23; с.198]:

I1 = v I1aІ + IpІ (10)

1 Реактивную составляющую тока Ip первичной обмотки при работе под нагрузкой и на холостом ходу можно найти по формуле [23; с.196]:

Ip =awLc / w1, (11)

где: aw - напряженность магнитного поля, необходимого для создания в сердечнике индукции Bm, выраженная в ампер-витках на сантиметр;

Lc - длина магнитной силовой линии.

Величину напряженности магнитного поля, входящую в формулу (11) можно найти по графику [23; с.179]:

H = 5,9 aw при Bm =1,5 Тл,

H = 6,1 aw при Bm =1,53 Тл.

Тогда реактивная составляющая тока первичной обмотки в режиме работы под нагрузкой (Ip) и на холостом ходу (Ip) будет равна:

Ip = 5,9 ? 10,3 / 260 = 0,234 A,

Ip = 6,1 ? 10,3 / 260 = 0,234 A.

2 Активная составляющая тока первичной обмотки слагается из двух частей: I?1a, определяемой токами вторичных обмоток, и I?1a, возникающей за счет потерь в меди и стали [23; с.198]:

I1a = I?1a + I?1a; (12)

I?1a = I2U2 / U1 + I3 U3 / U1 + I4U4 / U1; (13)

I?1a = (PC + PM) / U1, (14)

где: Рм - потери в меди обмоток, которые можно найти

по формуле [23; с.198]:

N

PM = ?Ii?Ui. (15)

i=1

Подставляя числовые значения имеем:

I?1a = 0,4* 80 / 115 + 0,2*200 / 115 + 0,06*320 / 115 = 0,793 А

Для ориентировочного определения тока первичной обмотки следует воспользоваться формулой [23; с.214]:

I1a ? kI?1a, (16)

где:k - коэффициент, учитывающий увеличение тока за счет потерь.

k = 1,23 [2; с.215].

I1 ? 1,23*0,793 А = 0,98 А

РМ = 0,98*0,021*115 + 0,4*0,031*80 + 0,2*0,031*200 + 0,06*0,031*320 =5,19 Вт

I”1a = (3,12 + 5,19) / 115 = 0,072 А

I1а = 0,793 = 0,072 = 0,865 А

3 По формуле (10) определяем ток первичной обмотки при работе трансформатора под нагрузкой:

I1 = v 0,8952 + 0,2342 = 0,895 А

Так как. полученное значение I1 = 0,895 A отличается от принятого ориентировочно в п.2.10.2, то задаемся I1 = 0, 895 A и повторяем вычисления по пункту 2.10.2:

РМ = 4,99 Вт; I”1a = 0,071 A; I1a = 0,864 A; I1 = 0,895 A.

Ток первичной обмотки при работе на нагрузку I1 = 0,895 A.

4 Пользуясь формулой (10) можно определить и ток холостого хода трансформатора.

Активная составляющая тока холостого хода, необходимая для расчета определяется по формуле [23; с.197]:

I0a = PC / U1 (17)

I0a = 3,185 / 115 = 0,028 A

Тогда полный ток холостого хода:

I0 = v 0,0282 + 0,2422 = 0,244 A

Расчет диаметра провода и выбор обмоточных проводов

Расчет диаметра провода можно произвести, воспользовавшись формулой [ 23; с.216]:

d = 1,13vI / j, (18)

где:j - плотность тока, А / мм2.

Плотность тока влияет на количество тепловой энергии, выделяемой в обмотках. С этой точки зрения желательно, чтобы плотность тока была минимальной. С другой стороны, при заданных значениях тока уменьшение плотности тока требует увеличения диаметра провода, в результате чего будет опасность, что обмотка вместе с необходимыми изоляционными материалами не разместится в окне магнитопровода.

Значение плотности тока для первичной и вторичных обмоток можно определить по графику [23; с.213]:

j1 = 6,3 A / мм2 для первичной обмотки;

j2 = 5,3 А / мм2 для вторичных обмоток.

Получаем:

d1 = 1,13v0,895 / 6,3 = 0,426 мм;

d2 = 1,13v0,4 / 5,3 = 0,3104 мм;

d3 = 1,13v0,2 / 5,3 = 0,2195 мм;

d4 = 1,13v0,06 / 5,3 = 0,1202 мм.

2 По каталогу обмоточных проводов [1; с.225-227] подбирается марка провода, ближайший выпускаемый промышленностью диаметр (d) и определяется диаметр провода в изоляции (dиз), его поперечное сечение (Sп) вес одного метра провода (g).

Сведем характеристики выбранного провода ПЭВ-1 в таблицу.

Таблица 2 - Характеристики проводов обмоток трансформатора

Номер обмотки	Диаметр провода по меди. d, мм.	Диаметр провода в изоляции. dиз, мм	Площадь поперечного сечения. Sп мм2	Вес одного метра провода. g, г
1	0,45	0,49	0,158	1,35
2	0,31	0,355	0,0755	0,671
3	0,22	0,26	0,0415	0,369
4	0,12	0,15	0, 0113	0,101

Определение числа витков в слое и числа слоев

1 Намотка провода осуществляется на гильзу. Чтобы устранить сползание крайних в ряду витков и замыкание их на магнитопровод обмотка не должна доходить до края гильзы, а каждый последующий слой делают короче предыдущего. Для трансформаторов на рабочие напряжения до пятисот вольт ширину концевой изоляции hиз делают 1,2 - 1,5 мм. Длина hг самого каркаса должна быть на 0,5 - 1,0 мм меньше, чем высота окна магнитопровода.

Выбираем: hг = 29,4 мм; hиз = 1,2 мм.

Тогда длина первого слоя будет равна:

? = hг - 2hиз = 29,4мм - 2*1,2мм = 27 мм.

2 Число витков в слое для каждой обмотки можно рассчитать по формуле [23; с.190]:

щСЛi = (? * kу) / dизi, (19)

где:kу - коэффициент укладки, зависящий от диаметра провода.

Значение kу находится по таблице [23; с.191]:

kу1 = 0,93; kу2 = 0,92; kу3 = 0,86; kу4 = 0,83.

Получаем:

щСЛ1 = (27 * 0,93) / 0,49 ? 51; щСЛ2 = (27 * 0,92) / 0,355 ? 69;

щСЛ3 = (27 * 0,86) / 0,26 ? 89;щСЛ4 = (27 * 0,83) / 0,15 ? 149.

3 Число слоев каждой обмотки вычисляется по формуле [23; с.191]:

nСЛi = щi / щСЛi (20)



nСЛ1 = 260/51 ? 6;nСЛ2 = 191/69 ? 3;nСЛ3 = 476/89 ? 6;nСЛ4 = 761/149 ? 6.

4 После проведенного расчета требуется проверить возможность размещения необходимого числа витков в полученном числе слоев с учетом уменьшения ц числа витков в слоях - значение ц берется из таблицы [23; с.190]:

щСЛi* nСЛi - ц ? щi (21)

Первая обмотка: 51*6 - 15 = 291 > 260;

вторая обмотка:69*3 - 3 = 204 > 191;

третья обмотка:89*6 - 15 = 519 > 476;

четвертая обмотка: 149*6 - 15 = 879 > 761.

Витки в указанном числе слоев уложить можно.

Расчет испытательных напряжений обмоток [1; с.159]

Uисп = 2Uр + 100 - 7,5*10-4/Uр - Uр2/0,5*105 (22)

Uисп1 = 1000В;

Uисп2 = 500В;

Uисп3 = 1000В;

Uисп4 = 1400В.

Выбор электроизоляционных материалов [23; с.188 - 190]

Толщина стенок каркаса в зависимости от его размеров и используемых материалов составляет обычно от 0,7мм до 1,5мм.

При выборе межслоевой изоляции при толщине провода 0,07 - 0,28мм рекомендуется применять конденсаторную бумагу КОН - 2 толщиной 0,022мм; при проводе 0,3 - 0,64мм - бумагу электроизоляционную намоточную ЭН - 50 (толщина 0,05мм), для провода диаметром более 0,65мм - бумагу кабельную К-120 толщиной 0,12мм.

Снаружи обмотку обертывают несколькими слоями кабельной бумаги.

Выбираем толщину гильзы ?г = 0,8мм.

Межслоевая изоляция:

первая обмотка - ЭН-50;

вторая обмотка - ЭН-50;

третья обмотка - КОН-2;

четвертая обмотка - КОН-2.

Межобмоточная и наружная изоляция - два слоя кабельной бумаги

К-120.

Расчет толщины катушки и проверка возможности размещения ее в окне магнитопровода

Толщина бi каждой обмотки рассчитывается по формуле [23; с.191]:

бi = nСЛidИЗi + (nСЛi - 1)?pi, (23)

где:?pi - толщина межслоевой изоляции рассчитываемой обмотки.

б1 = 6*0,49 + 5*0,05 = 3,19 мм;

б2 = 3*0,355 + 2*0,05 = 1,165мм;

б3 = 6*0,26 + 5*0,022 = 1,67мм;

б4 = 5*0,15 + 4*0,22 = 1,01мм.

Толщина катушки [23; с.191]:

N N-1

SK = (?б1 + ??м)*1,1 + ?г + ?н, (24)

i=1 i=1

где:?м - толщина межобмоточной изоляции;

?н - наружная изоляция.

SK = (3,19 + 1,165 + 1,67 + 1,01 + 3*0,24)*1,1 + 0,8 + 0,24 = 9,57мм

3 Условие размещения катушки в окне магнитопровода [23; с.191]:

с - SK = в ? 0, (25)

где: с - ширина окна магнитопровода,

в - зазор между катушкой и магнитопроводом.

12 - 9,57 = 2,43 > 0 - условие размещения катушки выполняется.

Расчет длины обмоточного провода и веса трансформатора

Расстояние от гильзы до середины каждой обмотки можно определить по формулам [23; с.192]:

Для первичной обмотки:

д1 = б1 / 2; (26)

Для вторичных обмоток:

i-1 i-1

дi = ?бj + ??мj + (бi / 2). (27)

j=1 j=1

Как видно из формулы (24) для расчета важен порядок расположения обмоток.

Принимая во внимание мощности вторичных обмоток целесообразно будет расположить их в следующем порядке: на каркас наматывается первичная обмотка, на нее обмотка №4, затем обмотка №2 и последней наматывается обмотка №3.

Тогда:

д1 = 3,19 / 2 = 1,6мм;

д4 = 3,19 + 0,24 + 1,01 / 2 = 3,94мм;

д2 = 3,19 + 1,01 + 2*0,24 + 1,165 / 2 = 5,26мм;

д3 = 3,19 + 1,01 + 1,165 + 3*0,24 + 1,67 / 2 = 6,92мм.

2 Средняя длина витка каждой обмотки рассчитывается по формуле [23; с.192]:

?срi = М + 2рдi, (28)

где:М - внешний периметр гильзы, 62,4 мм.

М=62,4 мм.

?ср1 = 62,4 + 6,28*1,6 =72,45мм;

?ср4 = 62,4 + 6,28*3,94 = 87,14мм;

?ср2 = 62,4 + 6,28*5,26 = 95,43мм;

?ср3 = 62,4 + 6,28*6,92 = 105,86мм.

Длина провода каждой обмотки [23; с.192]:

?i = ?срi * щi (29)

?1 = 72,45*260*10-3 = 18,84м;

?4 = 87,14*761*10-3 = 66,31м;

?2 = 95,43*191*10-3 = 18,23м;

?3 = 105,86*476*10-3 = 50,39м.

Зная длину провода каждой обмотки можно рассчитать вес меди каждой обмотки GMi и всей катушки GM, а затем, если известна масса сердечника GC, - вес всего трансформатора G.

G = GC + GM; (30)

N

GM = ?GMi; (31)

i=1

GMi = ?I * gi. (32)

Подставив (32) в (31) получим:



N

GM = ?(?i*gi)

i=1

GM = 18,84*1,35 + 66,31*0,118, + 95,43*0,671 + 105,86*0,369 = 64г = 0,064 кг

G = 0,130 + 0,064 = 0,194кг

7 Расчет сопротивления обмотки

1 Сопротивление обмоток при температуре +20?С определяется по формуле [23; 192]:

r = с*4? / (рd2), (33)

где: с - удельное сопротивление провода

(для меди с = 0,0175 (Ом*мм2/м);

? - длина провода обмотки, м;

d - диаметр провода, мм.

r1 = 0,0175*4*18,84 / 3,14*0,452 = 2,07 Ом;

r4 = 0,0175*4*66,31 / 3,14*0,1252 = 94,61 Ом;

r2 = 0,0175*4*18,23 / 3,14*0,3152 = 4,1 Ом;

r3 = 0,0175*4*50,39 / 3,14*0,2242 = 22,39 Ом.

2 Задаемся максимальной температурой обмотки +120?С; превышение температуры над нормальной ?t = 120?С - 20?С = 100?С.

Вычисляем сопротивление обмоток при температуре +120?С [23; с.220]:

rti = r(1 + 0,004?t) = r(1 + 0,004*100) = 1,4r (34)

rt1 = 1,4*1,8 = 2,52 Ом;

rt2 = 1,4*3,15 = 4,41 Ом;

rt3 = 1,4*17,18 = 24,05 Ом;

rt4 = 1,4*95,45 = 133,63 Ом.

Определение падения напряжения и рассеиваемой мощности на обмотках

Фактическое падение напряжения на обмотках составит:

?U1 = I1r1 = 0,895 А*2,52 Ом = 2,255 В;

?U2 = 0,4 А* 4,41 Ом = 1,764 В;

?U3 = 0,2 А*24,05 Ом = 4,81 В;

?U4 = 0,06 А*133,63 Ом = 8,018 В.

?U1 / U1 (%) = 2,255*100 / 115 = 1,96%;

?U2 / U2 (%) = 1,764*100 / 80 = 2,21%;

?U3 / U3 (%) = 4,81*100 / 200 = 2,41%;

?U4 / U4 (%) = 8,018*100 / 320 = 2,51%.

Полученные значения напряжений мало отличаются от тех величин, которыми задавались при расчете.

Потери в меди обмоток составят:

РМ1 = I1?U1 = 0,895 А*2,255 В = 2,018 Вт;

РМ2 = 0,4 А*1,764 В = 0,706 Вт;

РМ3 = 0,2 А*4,81 В = 0,962 Вт;

РМ4 = 0,06 А*8,018 В = 0,481 Вт.

РМ = РМ1 + РМ2 + РМ3 + РМ4

РМ = 2,018 + 0,706 + 0,962 + 0,481 = 4,167 Вт

Определение теплового режима трансформатора.

Энергия, теряемая в обмотке и сердечнике (РМ и РС), рассеивается внутри трансформатора в виде теплоты, что вызывает нагрев. Одновременно тепловая энергия, распространяясь по объему трансформатора, доходит до поверхности и отдается в окружающее пространство. При длительной работе трансформатора наступает состояние теплового равновесия, при котором количества тепловой энергии, выделяемой внутри трансформатора и отдаваемой в окружающее пространство, равны. При этом температура нагрева для каждой точки объема трансформатора становится величиной постоянной. Температура нагрева обмоток является важнейшим фактором, определяющим надежность работы трансформатора. Она зависит от свойств трансформатора и от внешних условий, например, от температуры окружающей среды. Поэтому тепловой режим трансформатора оценивают температурой нагрева катушки.

Для практических расчетов можно воспользоваться следующей эмпирической формулой для трансформатора на частоту 400 Гц [23; с.217]:

И = (РМ + РС) RТМВ * RТК / 2RТ, (35)

где: RТ - тепловое сопротивление трансформатора, град/Вт;

RТК - тепловое сопротивление катушки, град/Вт;

RТМВ - тепловое сопротивление границы магнитопровода - воздух, град/Вт.

Для рассчитываемого трансформатора:

RT = 29 град/Вт,

RTK = 33 град/Вт,

RTMB = 11град/Вт.

И = (4,167 + 3,12)*11*33 / 58 = 45,6?С

Температура катушки при максимальной температуре окружающей среды +60?С [23; с.217]:

tТР = tОКР + И (36)



tТР = 60 +45,6 = 105,6?С

Эта температура близка к той, которой задавались при расчете.

Расчет коэффициента полезного действия трансформатора [1; c.18]

з = Р2 / (Р2 + Рс + Рм)*100% (37)

з = 91,2 / (91,2 +3,12 + 4,167)*100% = 92,6%

3. Поиск наилучшего варианта компоновки проектируемого изделия

Трансформатор состоит из одной или нескольких индуктивных катушек с обмотками, которые надеваются на сердечник из магнитного материала, а также элементов, служащих для скрепления частей сердечника и закрепления трансформатора в аппарате.

Магнитопровод . Назначение магнитопровода заключается в том, чтобы создать для магнитного потока замкнутый путь, обладающий возможно меньшим магнитным сопротивлением. Поэтому магнитопроводы трансформаторов необходимо изготовлять из материалов, обладающих высокой магнитной проницаемостью в сильных переменных магнитных полях.

Широкое применение в трансформаторах получили холоднокатаные текстурованные стали марок 3411 - 3424. В этих сталях при холодной прокатке получается ориентация кристаллов вдоль направления проката. Стали 3411 - 3424 имеют вдоль направления проката более высокую индукцию и меньшие потери. Применение холоднокатаных сталей позволяет сократить габариты трансформатора, особенно если сердечник сконструирован так, что в трансформаторе магнитные силовые линии располагаются вдоль направления проката.

По конструкции магнитопроводы подразделяют на шихтованные и ленточные. Ленточный магнитопровод можно получить навивкой и склейкой полосы из трансформаторной стали. После резки, необходимой для установки катушек, получают С - образные сердечники, из которых собирают броневые и стержневые магнитопроводы.

В нашем случае был выбран ленточный магнитопровод броневого типа из стали 3424 толщиной 0,08 мм.

Для получения минимального немагнитного зазора в магнитопроводе торцы сердечников после установки в катушку склеивают ферромагнитной пастой. Если зазор необходим, то в месте стыка двух сердечников устанавливают прокладки из бумаги или картона необходимой величины.

Каркас катушки. Основание, на котором размещен и закреплен провод обмотки трансформатора, называют каркасом. По конструкции каркасы могут быть разделены на две основные группы: со щечками и без щечек - гильзы.

Каркасы со щечками изготавливают прессовкой или сборными из листовых изоляционных материалов. Гильзы делают из тонкого картона или кабельной бумаги навивкой нескольких слоев на оправке и склейкой их. Для вывода концов обмотки в щечках каркаса делают отверстия и крепят контакты.

Размер отверстия в каркасе ак и вк следует брать на 0,1 - 0,2 мм больше, чем размеры соответствующей части магнитопровода, которое входит в это отверстие, а длину каркаса следует брать на 0,5 - 1 мм меньше, чем высота окна в магнитопроводе. Это обеспечивает свободную установку каркаса на магнитопровод. Толщина стенок каркаса в зависимости от его размеров и используемых материалов составляет обычно от 0,7 до 1,5 мм. В нашем случае был выбран каркас - гильза, т.к. трансформаторы, в которых каркасы катушек выполнены в виде гильз, обладают лучшими технологическими характеристиками, поскольку гильзы значительно проще каркасов со щечками и процесс изготовления гильз лучше поддается механизации. Кроме того, при использовании гильз можно на хорошо отрегулированных станках производить намотку сразу большого числа катушек, что также резко снижает затраты на производство.

Обмотки. При производстве трансформаторов радиотехнической аппаратуры используется в основном медный изолированный провод, т.к. медь имеет наименьшее сопротивление по сравнению с другими проводниковыми материалами. Наиболее распространены медные провода с эмалевой изоляцией ПЭМ-1, ПЭМ-2, ПЭВ-1, ПЭВ-2, ПЭТВ, ПЭВТКЛ. Максимальная рабочая температура для них составляет: + 120°С - ПЭВ, +130°С - ПЭТВ, +140°С - ПЭВТЛК. Минимальная рабочая температура -60°С. Обмоточные провода изготавливают диаметром от 0,03 мм.

Укладка провода на катушку осуществляется двумя способами: беспорядочно (внавал) и правильными рядами, виток к витку (рядовая намотка).

При расчете выбрана рядовая намотка проводом ПЭВ-1 для избежания появления больших напряжений между соседними витками, пробоя изоляции провода и короткого замыкания, что может иметь место при намотке внавал.

При использовании гильзы ширину концевой изоляции делают 1,2 - 1,5 мм. Кроме того, у каждого последующего ряда ширину намотки необходимо уменьшить по отношению к предыдущему на один виток, чтобы исключить «сползание» крайних витков.

Крепление элементов конструкции. После сборки катушки с магнитопроводом необходимо закрепить его отдельные части, чтобы при последующих технологических операциях и эксплуатации не происходило их взаимное перемещение. В противном случае из-за появления или изменения зазора будет меняться магнитная проницаемость, что приведет к увеличению тока холостого хода.

Магнитопровод можно скрепить двумя скобами. На нижней скобе предусмотрены отгибы для крепления трансформатора.

Герметизация трансформатора. Для защиты трансформатора от действия влаги применяют пропитку катушки изоляционными лаками и компаундами. В результате пропитки происходит уменьшение температуры перегрева провода, т.к. пропиточный материал заполняет воздушные промежутки между витками катушки, что улучшает ее теплопроводность и способствует более интенсивному отводу теплоты к поверхности трансформатора. Лаки и компаунды, применяемые для пропитки должны обладать хорошей проникающей способностью и не разрушать изоляцию проводов.

На практике применяют большое количество пропиточных материалов, например лак АФ 17, компаунд Д1. Тонкая пленка лака, образующаяся при высыхании, не способна надежно защищать катушку от длительного воздействия повышенной влажности.

Трансформаторы, которые предназначены для работы в жестких климатических условиях, после сборки дополнительно покрывают влагозащитным слоем эмали толщиной от нескольких десятых до единиц миллиметров. материалы, применяемые для такой поверхностной защиты, должны создавать монолитный слой, обладающий хорошей влагозащитой, а также должны иметь надежное сцепление с катушкой и магнитопроводом. При воздействии повышенной температуры эти материалы не должны разрушаться. Широко применяются для поверхностной защиты трансформатора эмали на основе эпоксидных смол с наполнителями (например, ОЭП4171).

4. Разработка конструкции трансформатора питания малой мощности

В результате проведенных расчетов был получен трансформатор питания следующей конструкции.

Тип трансформатора - броневой. В качестве сердечника используется стандартизированный ленточный магнитопровод из стали 3424 толщиной 0,08мм типа ШЛ 12х16 ГОСТ22050-76.

Каркас катушки - гильзу размерами 12,2х16,2х29 изготавливают из картона ЭВТ 0,4 ГОСТ2824-86 навивкой на оправе и склейкой в два слоя. Перед навивкой картон нарезают на полосы шириной 29 мм. Ленты закрепляют на оправке шириной 12,2мм, высотой 16,2мм и длиной не менее 30мм. Склеивать гильзу клеем БФ - 4 ГОСТ12172-74.

На гильзу производится рядовая намотка проводом ПЭВ-1 ГОСТ26615-85 в следующем порядке:

Сначала наматываются 260 витков первичной обмотки проводом ПЭВ-1 0,45 ГОСТ26615-85; между рядами в качестве изоляции укладывается один слой бумаги электроизоляционной намоточной ЭН-50 ГОСТ1931-87, поверх обмотки - два слоя бумаги кабельной К-120 ГОСТ645-89;

Затем наматывается 761 виток обмотки проводом ПЭВ-1 0,12 ГОСТ26615 -85; между рядами укладывается один слой бумаги конденсаторной КОН-2 ГОСТ1908-87, поверх обмотки - два слоя бумаги кабельной К-120 ГОСТ645-89;

Поверх проводом ПЭВ-1 0,31 ГОСТ26615-85 наматывается 191 виток обмотки; между рядами укладывается один слой бумаги электроизоляционной намоточной ЭН-50 ГОСТ1931-87, поверх обмотки - два слоя бумаги кабельной К-120 ГОСТ645-89;

Последними наматываются 476 витков обмотки проводом ПЭВ-1 0,224ГОСТ26615-85; между рядами укладывается один слой бумаги конденсаторной КОН-2 ГОСТ1908-87, поверх обмотки - два слоя бумаги кабельной К-120 ГОСТ645-89.

После намотки катушку следует пропитать лаком ФЛ - 98 ГОСТ12294-66.

Затем в катушку вставляется сердечник и его торцы склеиваются ферромагнитной пастой. Состав пасты: эпоксидная смола ЭД-5-18,5 весовых частей (в.ч.), карбонильное железо Р-4 - 77,0 в.ч., малеиновый ангидрид - 4,5 в.ч.

После сборки сердечник трансформатора обжимается двумя скобами толщиной 1 мм, изготовленными из конструкционной стали 10кп ГОСТ16523-76 и с нанесенным покрытием Ц6хр.

Список используемой литературы

1. Белопольский И.И., Пикалова Л.Г. Расчет трансформаторов и дросселей малой мощности. - М.-Л.: Госэнергоиздат, 1963. - 272с.: ил.

2. ГОСТ12172-74 Клеи фенолополивинилацетальные. - М., Издательство стандартов, 1979. - 13с.

3. ГОСТ12294-66 Лак электроизоляционный пропиточный ФЛ-98. Технические условия. - М., Издательство стандартов, 1973. - 5с.

4. ГОСТ15150-72 Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнение для различных климатических районов. Категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов внешней среды. - М., Издательство стандартов, 1991. - 58с.

5. ГОСТ1908-87 Бумага конденсаторная. Технические условия. - М., Издательство стандартов, 1991 - 9с.

6. ГОСТ1931-87 Бумага электроизоляционная намоточная. Технические условия. - М., Издательство стандартов, 1989. - 5с.

7. ГОСТ2.001-93 ЕСКД. Общие положения. - М., Издательство стандартов, 1994. - 3с.

8. ГОСТ2.101-68 ЕСКД. Виды изделий. - М., Издательство стандартов, 1988. - 4с.

9. ГОСТ2.102-68 ЕСКД. Виды и комплектность конструкторских документов. - М., Издательство стандартов, 1988. - 15с.

10. ГОСТ2.103-68 ЕСКД. Стадии разработки. - М., Издательство стандартов, 1988. - 4с.

11. ГОСТ2.104-68 ЕСКД. Основные надписи. - М., Издательство стандартов, 1988. - 10с.

12. ГОСТ2.105-85 Общие требования к текстовым документам. - М., Издательство стандартов, 1988. - 10с.

13. ГОСТ2.106-86 ЕСКД. Текстовые документы. - М., Издательство стандартов, 1988. - 26с.

14. ГОСТ2.109-73 ЕСКД. Основные требования к чертежам. - М., Издательство стандартов, 1988. - 45с.

15. ГОСТ2.114-85 ЕСКД. Технические условия. Правила построения, изложения и оформления. - М., Издательство стандартов, 1988. - 11с.

16. ГОСТ22050-76 Магнитопроводы ленточные. Типы и основные размеры. - М., Издательство стандартов, 1985. - 16с.

17. ГОСТ2.316-68 Правила нанесения на чертежах надписей, технических требований и таблиц. - М., Издательство стандартов, 1988. - 7с.

18. ГОСТ26615-85 Провода обмоточные с эмалевой изоляцией. Технические условия. - М., Издательство стандартов, 1988. - 11с.

19. ГОСТ2824-86 Картон электроизоляционный. Технические условия. - М., Издательство стандартов, 1986. - 9с.

Размещено на Allbest.ru