Електроконструктивний розрахунок малопотужного трансформатора живлення

Виконується за заданими ефективними (діючими) значенням напруги мережі живлення U ₁,вторинної обмотки U ₂,і струму вторинної обмотки І ₂. В результаті розрахунку знаходять типорозмір магнітопроводу (якщо він не заданий), число витків кожної обмотки w ₁, w ₂, …, w _n; діаметри проводів кожної обмотки d ₁, d ₂,..., d _n. Розрахунок виконують в наступному порядку.

1. Визначається струм первинної обмотки

І ₁⁼ I _{1 (2)} + I _{1 (З)} ⁺ … + I _{1 (n)} = Σ_{і = l..n} I _{1 (і)}

де i – порядковий номер обмотки; I _{1 (і)} = U _i I _i / U ₁– складові струму первинної обмотки, зумовлені струмами відповідних вторинних обмоток. Струми обмоток, навантажених спрямовувачами, визначаються при розрахунку спрямовувача (див. вище).

2. Визначається габаритна потужність трансформатора

P _г = Σ_{і = l..n} (U _i I _i / 2 η)

де η – ККД трансформатора. При габаритній потужності меншій за 20 В·А можна приймати η = 0,75...0,95, при Р _г = 20 Вт і більше – η = 0,9..0,95.

3. Визначається добуток S _м S _вік ≈ 25 Р _г(1 + η) / fB _m jk _вік k _м k _ф η,де S _m– середня площа перетину магнітного кола, см²; S _вік– площа вікна магнітопроводу, см²; Р _г– потужність, Вт; f – частота мережі живлення, Гц; В _m – амплітуда магнітної індукції в магнітопроводі, Тл; j – щільність струму в обмотках, А/мм²; k _вік– коефіцієнт заповнення вікна магнітопроводу; k _м– коефіцієнт заповнення сталлю перетину стержня магнітопроводу; k _ф – коефіцієнт форми кривої напруги. Значення В _mможна вибрати із графіка для вибору індукції в залежності від габаритної потужності (1 В·А = 1 Вт) трансформатора при частоті 50 Гц для сталей: 1– 1511, 1513; 2, 3– 3411 (2–пластинчатий магнітопровід; 3– стрічковий магнітопровід).

Щільність струму в обмотках j вибирають від 2,5 (при Р _г > 200 Вт) до 5 А/мм² (при Р _г = 10 Вт).

Коефіцієнт k _віктим менше, чим тонше провід обмоток (чим менша габаритна потужність трансформатора). Для броньових трансформаторів з Р _г = 15... 50 Вт можна приймати k _вік= 0,22... 0,28, з Р _г =50... 150 Вт k _вік = 0,28... 0,34 і для трансформаторів більшої потужності k _вік = 0,35... 0,38.

Коефіцієнт k _мзалежить від товщини листів і виду їх ізоляції. Для пластин, ізольованих лаком, при товщині 0,1 мм можна прийняти k _м = 0,7, при товщині 0,2 мм k _м = 0,85 і при товщині 0,35 мм k _м = 0,91. Якщо пластини ізольовані фосфатною плівкою, то можна приймати k _м = 0,75; 0,89 і 0,94 відповідно.

Коефіцієнт k _ф = 1,11 при синусоїдальній формі напруги і k _ф = 1 при прямокутній формі.

4. Вибирається магнітопровід і визначаються його розміри (див. таблиці довідників «Розміри стандартних пластинчастих, броньових та кільцевих стрічкових, Ш-подібних феритових магнітопроводів». Для малопотужних трансформаторів рекомендуються броньові магнітопроводи, що дозволяють виготовляти трансформатори менших розмірів, маси і вартості. Для вибраного броньового магнітопроводу повинна виконуватися умова Bll ₁ h > S _м S _вік,а для кільцевого магнітопроводу – умова (D – d) d ² b > 3 S _м S _вік,де D, d, b – розміри магнітопроводу (див. дані табл. довідника).

5. Визначається число витків первинної обмотки

w ₁ = 2250 U ₁(1 – δU ₁/100) / (fB _m S _м)

івторинних обмоток

w _i = 2250 U _i(1 – δU _i/100) / (fB _m S _м),

де U _i – напруга на і-й обмотці, В; δU ₁– допустиме відносне падіння напруги на і-й обмотці, %; f – частота, Гц; В _м – амплітуда магнітної індукції, Тл; S _м– площа, см².

Звичайно приймають δU ₁= 12 % при Р _г = 10 Вт, δU ₁ = 7% при Р _г = 20 Вт і 4 % при Р _г= 40 Вт і більше;

δU _і = 15 % при Р _г= 10 Вт, δU _і= 12 % при Р _г = 20 Вт, δU _і = 10... 6 % при Р _г = 30... 300 Вт.

6. Визначаються діаметри проводів обмоток d _і = l,13 , де І _і – струм в і -й обмотці, A; j – щільність струму, А/мм². 3 табл. довідника «Основні параметри мідних обмоточних проводів» вибирають найближчі більші значення діаметрів проводів.

7. Перевіряється розміщення обмоток на магнітопроводі. Число витків в шарі циліндричної обмотки w _шар = [ h – 2(δ _к + 1)] / 1,3 d _iзде h – висота вікна, мм; δ _к – товщина матеріалу каркаса, мм; d _iз– діаметр проводу, мм, з ізоляцією (див. вищезгадану табл.).

Число шарів обмотки n _шар = w / w _шар, де w – число витків обмотки. Товщина обмотки δ _об = n _шар (d _iз + δ _із), де δ _із – товщина ізоляції між шарами. Повинна виконуватися умова l ₁ > δ _к + Σ δ _об + δ _пр, де l ₁– ширина вікна; Σ δ _об – сумарна товщина всіх прокладок між обмотками. Якщо ця умова не виконується, потрібно збільшити розміри магнітопроводу і виконати розрахунок трансформатора знов.