Дизајн трансформатора

Трансформатор преноси електричну снагу из једног у други круг без промене фреквенције. Садржи примарни и секундарни намотај. Примарни намотај је повезан са главним напајањем, а секундарни са потребним кругом. У нашем пројектно коло , узели смо дизајн једнофазног трансформатора снаге 50 херца мале снаге (10 КВА) према нашим захтевима у пројекту.

Трансформатор је у основи три врсте:

1. Цоре Типе
2. Схелл Типе
3. Тороидални

У језгру намотаји типа окружују део језгра, док језгро типа језгра окружује намотаје. У Цоре типу постоје два главна типа и то Е-И тип и У-Т тип. У ово дизајн трансформатора , користили смо Е-И језгро типа. Одабрали смо језгро Е-И, јер је намотавање много лакше у поређењу са тороидним, али ефикасност је врло висока (95% -96%). То је тако зато што је губитак флукса у тороидним језгрима релативно мањи.

Трансформатори запослени у пројекту су

1. Серијски трансформатор: Да би се обезбедио потребан потисни или напонски напон и
2. Управљачки трансформатор: За детекцију излазног напона и за напајање.

Формуле дизајна:

Овде узимамо референцу података о намотајима на емајлираном столу од бакарне жице и димензија табеле за утискивање трансформатора да бисмо изабрали улазне и излазне намотаје СВГ и језгро трансформатора за дате спецификације.

Поступак пројектовања се поштује под претпоставком да су дате следеће спецификације трансформатора: -

• Секундарни напон (Вс)
• Секундарна струја (Ис)
• Однос окрета (н2 / н1)

Из ових датих детаља израчунавамо ширину језика, висину слога, тип језгра, површину прозора на следећи начин: -

• Секундарни волт-ампери (СВА) = секундарни напон (Вс) * секундарна струја (Ис)
• Примарна волт-појачала (ПВА) = Секундарна волт-појачала (СВА) / 0,9 (под претпоставком да је ефикасност трансформатора 90%)
• Примарни напон (Вп) = Секундарни напон (Вс) / однос окретаја (н2 / н1)
• Примарна струја (Ип) = Примарни волт-ампери (ПВА) / Примарни напон (Вп)
• Потребна површина попречног пресека језгра даје: - Површина језгра (ЦА) = 1,15 * скрт (примарна волт-појачала (ПВА))
• Бруто површина језгра (ГЦА) = Површина језгра (ЦА) * 1.1
• Број окретаја намотаја одређује се односом датим као: - обртаја по волту (Тпв) = 1 / (4,44 * 10-4 * површина језгра * фреквенција * густина флукса)

Подаци о навијању на емајлираној бакарној жици

(@ 200А / цм²)

Димензија жигосања трансформатора (основна табела):

За рад на мрежном напајању, фреквенција је 50Хз, док се густина флукса може узети као 1Вб / квадратни цм. за уобичајене челичне жигове и 1,3 Вб / квадратни цм за ЦРГО штанцање, у зависности од врсте која ће се користити.

Стога

• Примарни завоји (н1) = Окрети по волти (Тпв) * Примарни напон (В1)
• Секундарни завоји (н2) = окрети по волту (Тпв) * секундарни напон (В2) * 1,03 (претпоставимо да је пад намотаја трансформатора 3%)
• Ширина језика ламинирања приближно је дата са: -

Ширина језика (Тв) = Скрт * (ГЦА)

Густина струје

То је тренутна носивост жице по јединици површине попречног пресека. Изражава се у јединицама Амп / цм². Горе поменути жичани сто је за континуирану номиналну густину струје од 200А / цм². За непрекидни или испрекидани начин рада трансформатора може се одабрати већа густина до 400А / цм2, тј. Двоструко већа од нормалне густине како би се уштедео јединични трошак. Одлучено је да је пораст температуре за случајеве повременог рада мањи за случајеве непрекидног рада.

Дакле, у зависности од изабране густине струје, сада израчунавамо вредности примарних и секундарних струја које треба претражити у табели жица за одабир СВГ: -

н1а = Израчуната примарна струја (Ип) / (густина струје / 200)

н2а = Израчуната секундарна струја / (густина струје / 200)

За ове вредности примарне и секундарне струје одабиремо одговарајући СВГ и окрета по квадратном метру из жичаног стола. Затим израчунавамо на следећи начин:

• Примарна површина (па) = Примарни завоји (н1) / (Примарни завоји по квадратном метру)
• Секундарна површина (са) = Секундарни завоји (н2) / (Секундарни завоји по квадратном метру)
• Укупна површина прозора потребна за језгро дата је са: -

Укупна површина (ТА) = Примарна површина (па) + Секундарна површина (са)

• Додатни простор потребан за прву и изолацију може се узети као 30% додатног простора од онога што је потребно стварном површином намотаја. Ова вредност је приближна и можда ће бити потребно изменити, у зависности од стварне методе навијања.

Површина прозора (Вацал) = Укупна површина (ТА) * 1.3

За горе израчунату вредност ширине језика, из табеле језгра бирамо број језгра и површину прозора, осигуравајући да је изабрана површина прозора већа или једнака бруто површини језгра. Ако овај услов није задовољен, идемо на већу ширину језика осигуравајући исти услов са одговарајућим смањењем висине слога како би се одржала приближно константна бруто површина језгра.

Тако из основне табеле добијамо доступну ширину језика (Тваваил) и подручје прозора ((аваил) (аВа))

• Висина слога = Бруто површина језгра / Ширина језика ((доступно) (атв)).

У комерцијалне сврхе некадашњих величина, приближавамо однос висине слога и ширине језика на најближе следеће цифре од 1,25, 1,5, 1,75. У најгорем случају узимамо однос једнак 2. Међутим, може се узети било који однос до 2 који би захтевао стварање властитих уређаја за бирање.

Ако је однос већи од 2, бирамо већу ширину језика (аТв) осигуравајући све услове као горе.

• Висина слога (хт) / ширина језика (аТв) = (неки однос)
• Модификована висина слога = ширина језика (аТв) * Најближа вредност стандардног односа
• Модификована бруто површина језгра = ширина језика (аТв) * Модификована висина слога.

Исти поступак пројектовања примењује се и на управљачки трансформатор, где морамо осигурати да висина слога буде једнака ширини језика.

Тако проналазимо број језгра и висину слога за дате спецификације.

Пројектовање трансформатора на примеру:

• Дати детаљи су следећи: -
• Сец. напон (Вс) = 60В

Сек струја (Ис) = 4.44А

• Број окрета по омјеру (н2 / н1) = 0,5

Сада морамо израчунати на следећи начин:

• Секундарна волт-појачала (СВА) = Вс * Ис = 60 * 4,44 = 266,4ВА
• Прим.Волт-појачала (ПВА) = СВА / 0,9 = 296,00ВА
• Прим.напон (Вп) = В2 / (н2 / н1) = 60 / 0,5 = 120В
• Прим.струја (Ип) = ПВА / Вп = 296,0 / 120 = 2,467А
• Површина језгра (ЦА) = 1,15 * скрт (ПВА) = 1,15 * скрт (296) = 19,785 цм²
• Бруто површина језгра (ГЦА) = ЦА * 1,1 = 19,785 * 1,1 = 21,76 цм²
• Окрета по волту (Тпв) = 1 / (4,44 * 10-4 * ЦА * фреквенција * густина флукса) = 1 / (4,44 * 10-4 * 19,785 * 50 * 1) = 2,227 окрета по волту
• Примарни обртаји (Н1) = Тпв * Вп = 2.276 * 120 = 272.73 завоја
• Сек. Окрета (Н2) = Тпв * Вс * 1,03 = 2,276 * 60 * 1,03 = 140,46 окрета
• Ширина језика (ТВ) = Скрт * (ГЦА) = 4.690 цм
• Густину струје бирамо као 300А / цм², али густина струје у жичаном столу је дата за 200А / цм²
• Примарна вредност тренутне претраге = Ип / (тренутна густина / 200) = 2.467 / (300/200) = 1.644А
• Вредност секундарне тренутне претраге = Је / (густина струје / 200) = 4,44 / (300/200) = 2,96А

За ове вредности примарне и секундарне струје одабиремо одговарајући СВГ и окрета по квадратном метру из жичаног стола.

СВГ1 = 19 СВГ2 = 18

Завој по квадратном метру примарног = 87,4 цм² завој по квадратном метру секундарног = 60,8 цм²

• Примарна површина (па) = н1 / окрета по квадратном метру (примарна) = 272,73 / 87,4 = 3,120 цм²
• Секундарна површина (са) = н2 / окрета по квадратном метру (секундарна) = 140,46 / 60,8 = 2,310 цм²
• Укупна површина (при) = па + са = 3.120 + 2.310 = 5.430 цм²
• Површина прозора (Ва) = укупна површина * 1,3 = 5,430 * 1,3 = 7,059 цм²

За горе израчунату вредност ширине језика, из табеле језгра бирамо број језгра и површину прозора, осигуравајући да је изабрана површина прозора већа или једнака бруто површини језгра. Ако овај услов није задовољен, идемо на већу ширину језика осигуравајући исти услов са одговарајућим смањењем висине слога како би се одржала приближно константна бруто површина језгра.

Тако из основне табеле добијамо доступну ширину језика (Тваваил) и подручје прозора ((аваил) (аВа)):

• Дакле, доступна ширина језика (атв) = 3,81 цм
• Доступна површина прозора (ава) = 10.891 цм²
• Број језгра = 16
• Висина стека = гца / атв = 21,99 / 3,810 = 5,774 цм

Из разлога перформанси однос висине слога према ширини језика (аТв) приближавамо најближим следећим сликама од 1,25, 1,5 и 1,75. У најгорем случају узимамо однос једнак 2.

Ако је однос већи од 2, бирамо већу ширину језика осигуравајући све горе наведене услове.

• Висина слога (хт) / ширина језика (аТв) = 5.774 / 3.81 = 1.516
• Модификована висина слога = ширина језика (аТв) * Најближа вредност стандардног односа = 3.810 * 1.516 = 5.715цм
• Модификована бруто површина језгра = ширина језика (аТв) * Модификована висина слога = 3.810 * 5.715 = 21.774 цм²

Тако проналазимо број језгра и висину слога за дате спецификације.

Дизајн малог управљачког трансформатора са примерима:

Дати детаљи су следећи: -

• Сец. напон (Вс) = 18В
• Сек струја (Ис) = 0,3А
• Број окретаја по омјеру (н2 / н1) = 1

Сада морамо израчунати на следећи начин:

• Секундарна волт-појачала (СВА) = Вс * Ис = 18 * 0,3 = 5.4ВА
• Прим.Волт-појачала (ПВА) = СВА / 0,9 = 5,4 / 0,9 = 6ВА
• Прим. Напон (Вп) = В2 / (н2 / н1) = 18/1 = 18В
• Прим. струја (Ип) = ПВА / Вп = 6/18 = 0,333А
• Површина језгра (ЦА) = 1,15 * скрт (ПВА) = 1,15 * скрт (6) = 2,822 цм²
• Површина попречног језгра (ГЦА) = ЦА * 1,1 = 2,822 * 1,1 = 3,132 цм²
• Обртаја по волту (Тпв) = 1 / (4,44 * 10-4 * ЦА * фреквенција * густина флукса) = 1 / (4,44 * 10-4 * 2,822 * 50 * 1) = 15,963 завоја по волту
• Прим. Окрети (Н1) = Тпв * Вп = 15.963 * 18 = 287.337 окрета
• Сек. Окрета (Н2) = Тпв * Вс * 1,03 = 15,963 * 60 * 1,03 = 295,957 окрета
• Ширина језика (ТВ) = Скрт * (ГЦА) = скрт * (3.132) = 1.770 цм

Одабиремо густину струје као 200А / цм2, али густина струје у жичаном столу је дата за 200А / цм², а затим

• Вредност примарне тренутне претраге = Ип / (густина струје / 200) = 0,333 / (200/200) = 0,333А
• Вредност секундарне тренутне претраге = Ис / (густина струје / 200) = 0,3 / (200/200) = 0,3А

За ове вредности примарне и секундарне струје бирамо одговарајући СВГ и обртаја по квадратном метру. цм од жичаног стола.

СВГ1 = 26 СВГ2 = 27

Окретање по кв. цм примарне = 415 завоја Окретаја по квадратном метру цм секундарног = 504 завоја

• Примарна површина (па) = н1 / окрета по квадратном метру (примарна) = 287.337 / 415 = 0.692 цм²
• Секундарна површина (са) = н2 / окрета по квадратном метру (секундарна) = 295.957 / 504 = 0.587 цм²
• Укупна површина (при) = па + са = 0,692 + 0,587 = 1,280 цм²
• Површина прозора (Ва) = укупна површина * 1,3 = 1,280 * 1,3 = 1,663 цм²

За горе израчунату вредност ширине језика, из табеле језгра бирамо број језгра и површину прозора, осигуравајући да је изабрана површина прозора већа или једнака бруто површини језгра. Ако овај услов није задовољен, идемо на већу ширину језика осигуравајући исти услов са одговарајућим смањењем висине слога како би се одржала приближно константна бруто површина језгра.

Тако из основне табеле добијамо доступну ширину језика (Тваваил) и подручје прозора ((аваил) (аВа))

• Дакле, доступна ширина језика (атв) = 1.905цм
• Доступна површина прозора (ава) = 18.969 цм²
• Број језгра = 23
• Висина стека = гца / атв = 3.132 / 1.905 = 1.905цм

Отуда управљачки трансформатор је дизајниран.