Выбор и расчёт трансформатора

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 6Следующая ⇒

Трансформатор является одним из основных элементов преобразователя, во многом определяющим его энергетические и массо-объёмные показатели. Принципиально трансформаторы преобразователей могут быть выполнены на любом магнитопроводе. Однако следует иметь в виду, что магнитопровод трансформатора для преобразователя по схемам рис. 4 и 5 должен иметь немагнитный зазор или выполняться из материала не насыщающегося при относительно больших значениях напряженности магнитного поля (например, магнитодиэлектрика). Однако промышленность выпускает магнитодиэлектрики пока ещё, в ограниченном количестве. Поэтому трансформаторы таких преобразователей целесообразно выполнять на составных магнитопроводах. Для трансформаторов же других преобразователей могут с успехом использоваться как составные, так и замкнутые магнитопроводы. На частоте преобразования f_n= (25…100) кГц сердечники трансформаторов выполняются из феррита. Из составных магнитопроводов наибольшее применение находят броневые сердечники. Основные характеристики некоторых типов магнипроводов приведены в приложении: табл. П1.1- для броневых, а табл. П1.2 - для тороидальных магнитопроводов [5].

Расчёт трансформатора осуществляется по выражениям, приведенным в табл. 3.

Порядок расчёта трансформатора

1. Определяем действующее значение токов первичной I₁ и вторичной I₂ обмоток трансформатора.

Для преобразователя, выполненного по схеме рис. 7, при двухполупериодной схеме выпрямления определяется действующее значение тока каждой из вторичных полуобмоток.

2. По выражению, приведенному в табл. 3, определяем произведение поперечного сечения стержня на поперечное сечение окна S_ст× S_ок.

При этом задаёмся:

- коэффициентом заполнения окна магнитопровода обмоткой К_ок = 0, 25…0, 35;

- приращением магнитной индукции D В на частоте преобразования. Значение D В для схем рисунков 3…6 приведены (для наиболее часто применяемых материалов М2000НМ-1, 2500НМС-1) в табл. 5;

- h - коэффициент полезного действия преобразователя в пределах 0, 6…0, 8 (меньшее значение КПД соответствует более низкому выходному напряжению U₀=5 В);

- плотностью тока j в обмотках трансформатора по табл. 6. При выходе за пределы таблицы плотность тока принимается равной граничным значениям.

Таблица 5

Индукция в сердечнике

Схема	рис. 2и 3	рис. 4и 5	рис. 6	рис. 7
Приращение маг- нитной индукции DВ, Тл	При f_n= 25 кГц	0, 15	0, 15	0, 3	0, 3
При f_n= 50 кГц	0, 1	0, 1	0, 2	0, 2

Таблица 6

Плотность тока

f_П/P_Г, Гц/Вт							и более
j, А/м²	2, 5х10⁺⁶	3, 5х10⁺⁶	4, 5х10⁺⁶	5х10⁺⁶	5, 4х10⁺⁶	5, 7х10⁺⁶	6х10⁺⁶

Для преобразователей рис. 2 - 6 габаритная мощность трансформатора равна:

P_Г= U₂_m × I₂ × g_макс (1+h)/(2h).

Для схемы рис. 7 с двухполупериодным выпрямителем:

3. По известному произведению S_ст × S_ок с помощью табл. П1.1, П1.2 приложения 1 или по справочнику [5], выбираем тип магнитопровода и уточняем его параметры.

4. Определяем число витков первичной W₁ и вторичной W₂ обмоток трансформатора.

5. Определяем поперечное сечение провода первичной q₁ и вторичной q₂ обмоток трансформатора.

По табл. П2.1 приложения 2 выбираем обмоточный медный провод, имеющий ближайшее большее значение поперечного сечения (по меди). Производим пересчёт поперечного сечения провода с учетом изоляции (q^'₁; q^'₂). При небольших токах (до 3…5 А) и напряжении обмоток до 500 В рекомендуется применять провод марки ПЭТВ, свыше 500 В – марки ПЭВ-2; при токах более 5 А следует выбирать провода с комбинированной или двойной хлопчатобумажной изоляцией типа ПЭЛШО или ПБД.

Обмоточные провода обозначаются следующим образом: сначала буквами указываются марка провода, определяющая тип изоляции (материал, толщину, термостойкость, пробивное напряжение), а далее цифрами указывается диаметр провода без изоляции в миллиметрах (чистый диаметр проводника), например, ПЭВ-2- 0.12 или ПЭЛШО - 0.08.

ПЭВ -2 – провод эмалированный с двухслойной изоляцией на основе синтетических лаков;

ПЭТВ – провод эмалированный термостойкий с лаковой изоляцией;

ПНЭТ–имид – рекомендуется для работы при температурах до 240°С, имеет биметаллическую жилу (медь-никель) и изоляционную плёнку на основе полиамидного лака;

ПСК, ПСДК – провод со стекловолокнистой изоляцией и лаковой пропиткой;

ПЭЛШО – провод медный, изолированный эмалью и одним слоем из натурального шёлка.

5. По известным значениям q^'₁; q^'₂; W₁; W₂; S_окнеобходимо проверить условие размещения обмотки в окне магнитопровода

(q^'₁ W₁ + q^'₂ W₂) / S_ок £ K_ок.

Если данное условие не выполняется, то следует взять больший типоразмер магнитопровода трансформатора и произвести повторный расчёт.

7. Для схем рис. 4 и 5 находим суммарную величину немагнитного зазора D l₃:

D l₃= W₁² × m₀ × S_ст / L_w₁,

где m₀= 4p× 10^-7 Гн/м. – магнитная постоянная.

Основные расчётные соотношения элементов силовой части преобразователей приведены в табл. 7.

Таблица 7

Расчетные соотношения

№ п/п	Параметр	Схемы рис. 2, 3	Схемы рис. 4, 5	Схема рис. 6	Схема рис. 7
	DI_L	U₀(1–g_мин)/ (L× f_n)	U₀(1–g_мин)/ (f_n× × L_w1)	–	U₀(1–g_мин)/ (L× f_n)
	DI_L1	–	–	g_минU_{вх. макс}/ (f_n× L₁)	–
	DI_L2	–	–	U₀(1–g_мин)/(f_n× L₂)	–
	C_Н	U₀(1–g_мин)/ (16 × L× U_вых._m)	g_макс× I_{0 макс}/ (2U_вых._m× f_n)	U₀(1–g_мин)/ (16 × L₂× U_вых._m)	U₀(1–g_мин)/ (16 × L× U_вых._m)
	С₁	–	–	U_вх.× I_{0 макс}× g_макс× / (f_n× Uвх_.мин× DU_c₁)	С₁=С ₂=0, 2I_{к1 макс}/ ( f_n U_C)
	С₂	–	–	I_{0 макс}× g_макс/ (f_n× DU_c₂)
	I_к1_макс	(I₀_макс+ DI_L/2) /h	[I₀_макс/ (1–× g_макс)+ +DI_L1/2]/ h	U₀× I₀_макс / (h× U_вх_._мин)+DI_L1/2++(I₀_макс+DI_L2/2)×	(I_0макс+DI_L/2)· × /h. Здесь: I_{к1 макс}= I_{к2 макс}
	U_{кэ1 макс}	U_{вх.макс}(1+ W₁/W_p), где: W₁/W_p= =g_макс/(1–g_макс)	U_{вх. макс}+ +U₀/	U_{вх. макс}/(1–g_мин)	U_{вх. макс}
	I_VD1_макс	I₀_макс+DI_L/2	I₀_макс/ (1–g_макс)+ +DI_L/2	(U₀× I_0._макс/ (h× U_вх_._мин)+DI_L1/2)/ +I₀_макс+DI_L2/2	–
	U_VD1_макс	U_{вх. макс}×	U₀/g_мин	U_{вх. макс}× / (1–g_мин)	–
	P_VD1	U_пр× I₀_макс/(1– g_мин) + +f_n× U_VD_{1 макс}× I_VD_1макс× 0, 01/f_пред	I_VD₁× U_пр(1–g_мин)+ + f_n× U_VD_1макс× ·I_VD_1макс× 0, 01/f_пред	–

Порядок расчёта элементов

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 Следующая ⇒