Проектування трансформатора загального призначення

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Міністерство освіти і науки України
Харківський національний університет радіоелектроніки
Кафедра ПЕЕА

Курсовий проект

Пояснювальна записка

Дисципліна
Елементна база ЕА
Тема проекту
Проектування трансформатора загального призначення
Розробив
Григор'єва О.В.

2009


ЗМІСТ
Введення
1. Аналіз ТЗ
2. Огляд аналогічних конструкцій і вибір напрямку проектування
3. Електричний і конструктивний розрахунок:
3.1 Розрахунок тороїдального трансформатора
3.2 Теплотехнічний розрахунок
4. Ескізна опрацювання елементу та обгрунтування прийнятих рішень
Паспорт
Висновки
Перелік посилань

ВСТУП
За, останні роки широке застосування отримала радіоелектронна техніка, характер і функції якої вимагають застосування десятків і сотень тисяч різних комплектуючих виробів, серед яких трансформатори складають вагому й неот'млемую частину.
Вони виконують відповідальну функцію - перетворення за допомогою електромагнітної індукції однієї або декількох систем змінного струму в одну або декілька інших систем змінного струму-і складають до% загальної кількості елементів радіоелектронної апаратури.
U = 220В-напруга ланцюга харчування;
f = 400Гц-частота мережі живлення;
U = 24В-напяженіе перший вторинної обмотки;
I = 2.3 А-струм першої вторинної обмотки;
U = 12В-напруга другий вторинної обмотки;
I = 2.3 А-струм другий вторинної обмотки;
U = 5В-напруга третій вторинної обмотки;
I = 2.2а-ток третій твторічной обмотки;
U = 1,5 В-напруга третій вторинної обмотки;
I = 2.2а-ток третій твторічной обмотки.

Р = 100

Умови експлуатації:
- Кліматичні УХЛ 4.2 ГОСТ 15150 - 69;
Річний випуск n = 25000 шт. / рік.
Приміром, ідеальний трансформатор здійснює трансформацію напруг або струмів, що дозволяє отримати необхідну напругу, узгодити напруга і струм первинної ланцюга з опором навантаження вторинного ланцюга або дати вторинне напругу, потрібне для створення вторинного джерела живлення РЕА. Завдяки цим достоїнствам трансформатори успішно використовуються в таких радіоелектронних пристроях, до яких пред'являються підвищені вимоги точності і стабільності електричних та експлуатаційних параметрів. Трансформатори використовуються в електронній апаратурі, різних системах автоматичного управління та регулювання, в електрообладнанні транспорту та вимірювальної техніки. За допомогою трансформаторів можна не тільки перетворити електричну величину, а й реалізувати необхідну функціональну залежність між цими величинами.
У цьому курсовому проекті також вирішується завдання конструювання малопотужного броньового трансформатора, призначеного для перетворення систем змінного електричного струму. Вся складність полягає в тому, що трансформатори мають великі габарити, масу що значно обмежує їх застосування в інтегральних схемах. Тобто даний курсовий проект є внеском у процес розвитку малопотужних трансформаторів.

1. АНАЛІЗ ТЗ
Згідно технічного завдання необхідно спроектувати трансформатор з такими характеристиками:
U = 220В-напруга ланцюга харчування;
f = 400Гц-частота мережі живлення;
U = 24В-напяженіе перший вторинної обмотки;
I = 2.3 А-струм першої вторинної обмотки;
U = 12В-напруга другий вторинної обмотки;
I = 2.3 А-струм другий вторинної обмотки;
U = 5В-напруга третій вторинної обмотки;
I = 2.2а-ток третій твторічной обмотки;
U = 5В-напруга третій вторинної обмотки;
I = 2.2а-ток третій твторічной обмотки.
Умови експлуатації:
- Кліматичні УХЛ 4.2 ГОСТ 15150 - 69;
Річний випуск n = 25000 шт. / рік.
Майбутній трансформатор повинен бути узгоджений з ГОСТ 15150-69 за кліматичному виконанню експлуатуватися в мікрокліматичних районах з помірним і холодним кліматом в лабораторних, капітальних житлових та інших подібних приміщеннях. Крім того, в деяких випадках уніфіковані трансформатори не можуть бути використані і необхідно розраховувати і конструювати трансформатори приватного застосування. У конструкції трансформатора є сердечник з матеріалу з високою магнітною проникністю і малим рівнем втрат і можливо більшою індукцією насичення Зазвичай для трансформаторів живлення застосовуються розрізні сердечники, отримані з набору окремих пластин. Розрізні сердечники вимагають введення додаткових елементів конструкції, які забезпечують їх стиснення і механічне з'єднання для зменшення повітряного зазору. Сердечник зазвичай виготовляють із сталевої стрічки і пластин, а також з пермалоя і фериту. Для виключення контакту між шарами стрічки і пластин, що призводить до збільшення втрат в сердечнику, який має кінцеву товщину. Тому високою магнітною проникністю володіє тільки частина перетин сердечника, чим більш тонкі стрічки використовується в серцевині. Виготовити трансформатор, одночасно задовольняє вимогу мінімальної маси, вартості, перегріву, і падіння напруги, неможливо. Наприклад, якщо ставиться вимога мінімальної вартості, то у зв'язку з тим, що вартість проводів (міді) значно вище сердечника (сталі), вигідніше збільшити розміри і масу сердечника і зменшувати вікно. Якщо ж важливо, щоб трансформатор мав мінімальну масу, то слід зменшити перетин сердечника і збільшувати вікно, а необхідний режим роботи сердечника забезпечувати, збільшувати число витків. Кращі магнітні властивості мають стрічкові сердечники, у яких напрямок магнітних силових ліній збігається з напрямком прокату. Крім того, в них можна використовувати дуже тонкі стрічки товщиною до 0,01 мм . Стрічкові розрізні сердечники в даний час нормалізовані. У мініатюрних трансформаторах великого поширення набули стрічкові сердечники з розширеним ярмом, сердечники кабельного типу, сердечники з поширеним зазором (1-3). Основними вимогами до магнітного матеріалу, що застосовується в трансформаторах харчування, є висока індукція насичення і малі втрати. Для малопотужних трансформаторів, що живляться напругою частотою 50-400 Гц, основною вимогою є висока індукція насичення. При збільшенні розмірів трансформаторів обсяг сердечника збільшується швидше, ніж поверхня охолодження. При використанні стрічкових провідників збільшується коефіцієнт заповнення, що не виникає порожнеч між обмотками, значно поліпшується тепловідвід, збільшується довговічність трансформатора і здатність витримувати перевантаження. До капсулювання вдаються, коли потрібно забезпечити найменшу масу і габарити трансформатора. Капсулювання виробляють, заливаючи трансформатор в рознімної формі, обволікаючи його або закриваючи в пластмасову коробку, При капсулювання трансформаторів використовуються спеціальні компаунди на основі тепло-і вологостійких смол, частіше за все епоксидних і поліефірних. Для зменшення маси капсульованих трансформаторів товстим шаром компаунда можна покривати не всю поверхню, а тільки найбільш уразливі місця. Потім трансформатор покривають спеціальною спеціальної вологостійкої емаллю типу 7141, ЕП74 або покривним лаком. Виробництво тарнсформаторов - серійне. Тому потрібно забезпечити простоту виготовлення і використовувати для нього недорогі матеріали.

2. огляд аналогічних конструкцій і вибір напрямку проектування

Конструкція заданого маломощьного трансформатора в більшій мірі залежить від заданих характеристик. Отже, після аналізу технічного завдання стало відомо, що конструюються трансформатор повинен мати такі вихідні дані:
U = 220В-напруга ланцюга харчування;
f = 400Гц-частота мережі живлення;
U = 24В-напяженіе перший вторинної обмотки;
I = 2.3 А-струм першої вторинної обмотки;
U = 12В-напруга другий вторинної обмотки;
I = 2.3 А-струм другий вторинної обмотки;
U = 5В-напруга третій вторинної обмотки;
I = 2.2а-ток третій твторічной обмотки;
U = 5В-напруга третій вторинної обмотки;
I = 2.2а-ток третій твторічной обмотки;
Р = 100Вт-сумарна потужність вторинних обмоток.
Умови експлуатації:
- Кліматичні УХЛ 4.2 ГОСТ 15150 - 69;
Річний випуск n = 25000 шт. / рік.
Так як трансформатор має великі електромагнітні силові потоки, а відповідно великі розміри обмоток елемента. Для зменшення розмірів і маси важливу роль відіграє грамотний підбір матеріалів складових частин трансформатора. Аналогічними конструкціями для даного трансформатора є конструкції:
ТА5-115-400.ОЮ0.71.000 ТУ - трансформатор анодний, номер 5 з уніфікованого ряду, напруга 115В, частота 400Гц;
ТНС-1Т.ОЮ0.472.041 ТУ - низькочастотний трансформатор узгодження, номер1, буква Т означає тропічний варіант виконання;
БТІ1-1-БТІ1111-66.ОЮ0.222.000ТУ - блоки імпульсних трансформаторів, варіант конструкції 1, порядковий номер тіпономінала блоку 1-66;
ТПр5-2Т.ОЮ0.472.057ТУ - трансформатор перетворювача, номер 5, напруга 12,6 В, тропічний варіант.
У сучасних РЕА маса і габарити пристроїв харчування становлять 0.5-0.1 загальної маси і габаритів і на їх частку припадає в деяких випадках до 50% відмов.
Що вимагає вдосконалення трансформаторів харчування. Основні труднощі при цьому визначаються тим, що матеріали сердечників мають обмежені магнітну проникність і індукцію насичення і великих втрат. Прогрес у конструкціях трансформаторів в останні роки визначається удосконаленням методів прокату, що дозволило отримати стрічки товщиною до 0,01 мм, а також розвитком феритів, придатних для використання в малопотужних трансформаторах харчування. На підставі практичних даних найбільш прийнятним при даних умовах вважається тороїдальний трансформатор.
Але з огляду на умови зовнішніх механічних і фізичних впливів більш доцільно використовувати броньовий трансформатор.
З огляду на ці недоліки в існуючих трансформаторах, щодо проектованого вибираємо такі напрямки:
1. Для стягування трансформатора використовуємо обойму спеціальної форми;
2. Фіксація всієї конструкції до основи відбувається болтовими з'єднаннями;
3. Токос'ем виконаємо у вигляді паяного з'єднання контактів трансформатора з отводящими елементами;
4. Обмотка трансформатора - відкритого типу, тобто кришки не має, тому що умови роботи - лабораторії, житлові будинки та інші подібні приміщення.

3. ЕЛЕКТРИЧНИЙ І КОНСТРУКТИВНИЙ РОЗРАХУНОК
3.1 Розрахунок тороїдального трансформатора
1. Вибираємо конфігурацію муздрамтеатру
Відповідно до робочої частотою вибирається матеріал і товщина пластини на підставі таблиці 3.1-Види магнітопроводів.
Як матеріали для муздрамтеатру вибираємо сталь ХВП з товщиною стрічки 0.15мм.
2.Визначення орієнтовних величин
Індукцію знайдену по таблиці 3.1, зменшуємо на 5% для того, щоб при збільшенні напруги живильної мережі в заданих межах (+5%) максимальна індукція не перевищувала табличне значення:
В = 16 500 (гс) - індукція;
d = 4.0А/мм - Щільність струму, на підставі таблиці 4.1-Таблиця щільності струму;
k = 0.22-коефіцієнт заповнення вікна, з таблиці 3.3-Таблиця залежності коефіцієнта заповнення вікна від конфігурації муздрамтеатру
k = 0.88-коефіцієнт заповнення перерізу магнітопроводу сталлю, з таблиці 3.4-Коефіцієнт заповнення перерізу магнітопроводу сталлю.
3. За формулою (3.2) визначаємо твір перерізу сталі магнітопровода на площу його вікна. Однозначно визначає необхідний типорозмір муздрамтеатру
S S = , (3.1)
Тоді, підставивши значення, отримаємо:
S S = 8.8см 2.
4. З табліциП3-4-вибираємо магнітопровід
S = 1.27см 2 - активна площа перерізу магнітопроводу
G = 125г-вага муздрамтеатру
= 12.8см - середня довжина магнітної силової лінії
P = 186 В * А - потужність трансформатора
Габаритні розміри:
d = 32мм
a = 9.0мм
в = 16мм
D = 50мм
5. За формулою 3.4 знаходимо струм первинної обмотки
I = , I = = , (3.2)
I = 0.478,
де -Сумарна потужність вторинних обмоток
= 0.95-з таблиці 3.6;
cos = 0.1-з таблиці 3.6.
6. За формулами (3.3) - (3.4) і таблиці 3.7 знаходимо число витків обмоток
= , (3.3)
E = U (1 - ) - Е.р.с. первинної обмотки; (3.4)
E = U (1 - ) - Е.р.с. вторинних обмоток; (3.5)
Де U і U для трансформаторів на 50 Гц з максимальною напругою на вторинній обмотці до 1000 В, що працюють при = 50 С, наведені в таблиці 3.7, але U беремо на 10-20% більше зазначених так, як зовнішня обмотка:
U = 20 В;
U = 0.84 В;
U = 0.42 В;
U = 0.175 В;
U = 0.0525 В
тоді
= 473 витків = 176В
= 65 витків; = 24.2В
= 32 витків; = 12.05В
= 14 витків; = 5В
= 4 витків. = 1.5В
7. За формулою (3.7) і таблиці 3.8находім орієнтовні значення величини щільності струму і перетину проводів обмотки.
S = , (3.6)
Де -Щільність струму (по таблиці 3.8 = 1.9-1.3 А / мм ):
= 3.6А/мм ; = 4.2 А / мм ; = 4.2 А / мм ; = 4.37А/мм ; = 4.4 А / мм ;
S = 0.119 мм ;
S = 0.511мм ;
S = 0.511мм ;
S = 0.5027мм ;
S = 0.6362мм
8. Вибираємо перетину і діаметри проводів (марки ПЕВ-2)
Таблиця 3.1




1
0.1320
0.41
0.47
1.11
2
0.5411
0.83
0.92
4.81
3
0.5411
0.83
0.92
4.81
4
0.5027
0.8
0.89
4.47
4
0.6362
0.9
0.99
5.66
Вибираємо стандартні перетину і діаметри проводів ПЕВ-1из таблиці 3.1-Номінальні дані обмотувальних проводів круглого перерізу.
Номінальний діаметр дроту по міді, мм:
d = 0.47 мм; d = 0.83 мм ;
d = 0.83 мм ; D = 0,8 мм ; D = 0,9 мм ;
Максимальний зовнішній діаметр, мм:
d = 0,47 мм
d = 0,92 мм
d = 0,92 мм
d = 0,89 мм
d = 0,99 мм
Вага одного метра мідного дроту, м:
g = 1.11г / м;
g = 4.81 г / м;
g = 4.81 г / м;
g = 4.47г / м;
g = 5.66г / м;
9. Визначаємо фактичні щільності струму за формулою які наведено в
= 3,6 а / мм 2

10. За формулами (3.7-3.8) визначаємо зовнішній та внутрішній діаметри муздрамтеатру після ізолюванням його мікалентой ЛМС-1 товщиною 0.1 мм вполуперекришку. По зовнішній твірної тороіда прокладаємо один шар мікаленти.
(3.7)
(3.8)
50 +2 (0,1 +0,1 × 2) = 50 +2 × 0,3 = 50,6 мм
32-2 × 0,1 × 2 × 50/32 = 64-2 × 0,3125 = 31,375 мм
1. За формулами (3.9-3.14) і визначаємо число шарів первинної обмотки по зовнішньому діаметру тороіда:
(3.9)
(3.10)
(3.11)
(3.12)
(3.13)
l = 473 × 0,47 × 1,15 = 255.6мм
X = 3,14 (50,6-0,47) = 157.4мм
Х = 24777.3мм
S = 4 × 3,14 × 0,47 × 255.6 = 1508.8мм 2
Z = 2 × 3,14 × 0,47 = 2.95мм
шару
2. Визначаємо число шарів первинної обмотки по внутрішньому діаметру:


у 2 = 9998.66мм 2
у = 3,14 (31,375 +0,47) = 99.99мм
шару
3. Визначаємо діаметри трансформатора після укладання проводу первинної обмотки:


50,6 +2 × 2 × 0,47 × 1,15 = 52,76 мм
32,375-2 × 3 × 0,47 × 1,15 = 28.13мм
4. Знаходимо довжину середнього витка первинної обмотки
P = 2 (a + b)
P = 2 (9 +16) = 50мм


5. Ізоляцію первинної обмотки по зовнішньому діаметру виробляємо мікалентной папером завтовшки 0.02мм в чотири складання вполуперекришку. Визначаємо зовнішній та внутрішній діаметри трансформатора після укладання междуслоевой ізоляції:


6. Визначаємо число шарів обмотки по зовнішньому діаметру тороіда:





x 2 = 26824.67мм 2
k = 1.15
7. Визначаємо число шарів вторинної обмотки по внутрішньому діаметру.


у 2 = 7974.7мм 2
8. Визначаємо діаметри трансформатора після укладання проводи вторинної


Знаходимо довжину середнього витка вторинної обмотки

9. Ізоляцію вторинної обмотки по зовнішньому діаметру виробляємо мікалентной папером завтовшки 0.02мм в чотири складання вполуперекришку. Визначаємо зовнішній та внутрішній діаметри трансформатора після укладання междуслоевой ізоляції:


10. Визначаємо число шарів обмотки по зовнішньому діаметру тороіда:





11.

12.



13.

14.

15.




16.

17.



18.








19.

20.



21.


22. Знаходимо остаточні розміри трансформатора після ізоляції обмотки міколентной папером 0,02 мм по зовнішньому діаметру одним шаром в чотири складання з половинною перекриттям, після чого зовнішній периметр ізолюємо двома шарами тієї ж папери складеної вдвічі:


23.Окончательние габаритні розміри трансформатора з урахуванням коефіцієнта витріщення визначаємо за формулами



24.Определяем втрати в сталі:

25. Визначаємо активну складову струму холостого ходу

26. Визначаємо реактивну складову струму холостого ходу

27. Визначаємо струм холостого ходу:


28. Визначаємо активне з'єднання обмоток




29. Визначаємо активні падіння напруги в обмотках трансформатора:





30. Визначаємо масу проводів, втрати міді і ККД трансформатора:








.

31. Знаходимо розрахунковий коефіцієнт:








32. Визначаємо поверхню охолодження трансформатора





ПАСПОРТ
Даний трансформатор призначений для перетворення напруги в зарядному пристрої.
Електричні дані:
1. Напруга живлення 220 В
2. Споживаний струм 58,06 А
3. Напруга на виході другої обмотки 150 В
4. Напруга на виході третій обмотки 36 В
5.Напряженіе на виході четвертої обмотки 36 В
6.Напряженіе на виході п'ятого обмотки 36 В
7. Струм первинної обмотки 0,478 А
8.Мощность вторинних обмоток 100Вт
Умови експлуатації:
Температура навколишнього середовища від +40 до -60 град. С. Відносна вологість до 98% при температурі навколишнього середовища +25. Атмосферний тиск від 0.06 до 106.6 кПа. Кліматичне виконання трансформатора-УХЛ 2.1

ВИСНОВКИ
Вартість конструкції не висока, тому що для її розробки беруться не дорогі матеріали.
У процесі виконання даного курсового проекту була розроблена конструкція трансформатора живлення для побутової аппратури. Визначено конструкторські та технічні параметри трансформатора. Зроблено вибір матеріалів, необхідних для виготовлення трансформатора. Виконані необхідні розрахунки по визначенню електричних і конструктивних параметрів трансформатора. Отримані певні навички розрахунку параметрів і розробки технічної конструкторської документації на виготовлення елементів електронної апаратури.

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ
1. М . І. Білопільський, Л.Г. Пікалова. Розрахунок трансформаторів і дроселів малої потужності. - М. Енергія. 1970.
2. В.Л. Соломаха та ін Довідник конструктора-приладобудівників. Проектування. Основні норми. -Мн. Вища школа. 1988.
3. В.А. Волго. Деталі й вузли радіоелектронної апаратури. -М. Енергія. 1977.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Комунікації, зв'язок, цифрові прилади і радіоелектроніка | Курсова
105.6кб. | скачати


Схожі роботи:
Проектування тороїдального трансформатора із заданими характеристиками
Проектування масляного трансформатора типу ТМН 250035
Проектування електроустановки загального освітлення
Правила безпеки під час виконання окремих робіт в електроустановок загального призначення
Правила безпеки під час виконання окремих робіт в електроустановок загального призначення
Правила безпеки під час виконання окреих видів робіт в електроустановках загального призначення
Проектування цифрового фазового ланки Розробка загального
Складання технічного завдання на проектування мережі доступу загального користування
Проектування і дослідження засобів автоматизації інформації різного цільового призначення
© Усі права захищені
написати до нас