Робота трансформатора

[ 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
на уроках: Елементна база ЕА
на тему: Трансформатор
Розробив
Керівник проекту
Харків 2009

Зміст
  Введення
1. Аналіз ТЗ
1.1 Аналіз умов експлуатації
1.2 Обгрунтування додаткових вимог і параметрів
2. Огляд аналогічних конструкцій і вибір напрямку проектування
3. Електричний і конструктивний розрахунок
3.1 Розрахунок тороїдального трансформатора
3.2 Теплотехнічний розрахунок
Висновки
Перелік посилань

Введення

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 невід'ємну частину.
Вони виконують відповідальну функцію - перетворення за допомогою електромагнітної індукції однієї або декількох систем змінного струму в одну або декілька інших систем змінного струму.
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 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.

1. Аналіз ТЗ

1.1 Аналіз умов експлуатації

Згідно технічного завдання необхідно спроектувати трансформатор з такими характеристиками:
U = 100В - напруга ланцюга харчування;
f = 400Гц - частота мережі живлення;
U = 7 В; 12 В, 21 В; - напруги вторинних обмоток;
I = 1 А, 1 А; 0,6 А - струми вторинних обмоток;
Забезпечити мінімальні-габаритні розміри
Програма випуску 25000 шт. на рік.
В умовах ТЗ не зазначено вид апаратури, в якій буде використовуватися трансформатор. За ГОСТ 15150-69 він відноситься до першої групи виконання УХЛ (апаратура, що працює в житлових приміщеннях), категорія розміщення 4.2 (апаратура, призначена для експлуатації в опалювальних приміщеннях). Загальні норми кліматичних впливів на РЕА для виконання УХЛ наведені в таблиці 1.1
Таблиця 1.1 - Загальні норми кліматичних впливів на РЕА
Виконання
Категорія
розміщення
Впливу температури, ° С
Впливу відносної вологості,%
Робітники
Граничні
Робітники
Верхн.
Нижн.
СР
Верхн.
Нижн.
Верхнє
УХЛ
4.2
+35
+10
+20
+40
+1
98%
при 25 ° С
Відповідно до ГОСТ 16019-78 повинна витримувати нормативні впливу, наведені в таблиці 1.2

Таблиця 1.2 - Наземна професійна РЕА. Норми кліматичних і механічних впливів для 1-ї групи
Вид впливу, характеристики
Норми впливів
Міцність при транспортуванні (в упакованому вигляді):
прискорення, g
15
тривалість ударного імпульсу, мс
11
число ударів, не менш
1000
Теплотривкість:
робоча температура,
40
гранична температура,
55
Знижений атмосферний тиск:
атмосферний тиск, кПа
70
Холодостійкість
гранична температура,
-40
Вологостійкість:
вологість,%
93
температура,
25

1.2 Обгрунтування додаткових вимог і параметрів

У 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 тим більшою магнітною проникністю має сердечник, чим більш тонкі стрічки використовується в ньому.
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.
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 вологостійкою емаллю типу 7141, ЕП74 або покривним лаком.

2. Огляд аналогічних конструкцій і вибір напрямку проектування

Конструкція заданого малопотужного трансформатора в більшій мірі залежить від заданих характеристик. Отже, після аналізу технічного завдання стало відомо, що конструюються трансформатор повинен мати такі вихідні дані:
U = 100В - напруга ланцюга харчування;
f = 400Гц - частота мережі живлення;
U = 7 В; 12 В, 21 В; - напруги вторинних обмоток;
I = 1 А, 1 А; 0,6 А - струми вторинних обмоток;
Конструкція муздрамтеатру - тороїдальний
Програма випуску 25000 шт. на рік.
Забезпечити мінімальні габаритні розміри - не треба!
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.
Аналогічної конструкцією для даного трансформатора є конструкція:
ТА5-115-400. ОЮ0.71.000 ТУ-трасформатор анодний, номер 5 з уніфікованого ряду, напруга 115В, частота 400Гц;
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.
Це 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.
Ні огляду трансформаторів взагалі, і, зокрема, їх конструкцій!
З огляду на ці недоліки в існуючих трансформаторах, щодо проектованого вибираємо такі напрямки:
1) Для стягування трансформатора використовуємо шайби спеціальної форми;
2) Фіксація всієї конструкції до основи відбувається болтовим з'єднанням;
3) Токос'ем виконаємо у вигляді паянного з'єднання контактів трансформатора з отводящими елементами;

3. Електричний і конструктивний розрахунок

3.1 Розрахунок тороїдального трансформатора

1. Вибираємо конфігурацію муздрамтеатру
Як матеріал для муздрамтеатру вибираємо сталь Е340 з товщиною стрічки 0.15мм.
2. Визначаємо потужність вторинної обмотки за формулою (3.1)
Р 2 = U 2, (3.1)
Р 2 = 7.1 +12.1 +21 .0 6 = 40.6 ВА.
3. Визначення орієнтовних величин
Величини беремо з таблиці 3.1 якого джерела?, Індукцію зменшуємо для того, щоб при збільшенні напруги живильної мережі в заданих межах максимальна індукція не перевищувала табличне значення:
В = 1.65Тл-індукція; d = 6.5А/мм - Щільність струму; k = 0.17 - коефіцієнт заповнення вікна; k = 0.88-коефіцієнт заповнення перерізу магнітопроводу сталлю.
4. За формулою (3.2) визначаємо твір перерізу сталі магнітопровода на площу його вікна. Однозначно визначає необхідний типорозмір магнітопровода:
S S = , (3.2)
Тоді, підставивши значення, отримали

S S = см 4
5. З таблиці 3.2 - те ж саме вибираємо магнітопровід ОЛ 20/32-16;
S = 0.84см 2 - активна площа перерізу магнітопроводу;
G = 0.052 кг - вага магнітопровода;
= 8.1см - середня довжина магнітної силової лінії;
P = 33.7 В · А-потужність трансформатора.
V ст = 7.77 см 3-об'єм муздрамтеатру.
Габаритні розміри:
d = 20мм-внутрішній діаметр магнітопровода;
a = 6мм-товщина магнітопровода;
в = 16мм-висота магнітопровода;
D = 32мм-зовнішній діаметр магнітопровода;
6. За формулою (3.3) знаходимо струм первинної обмотки
I = , (3.3)
I 1 = ,
де Р 2 - потужність вторинної обмотки
= 0.9-з таблиці 1.1;
cos = 1 згідно з умовою
7. За формулами (3.4) - (3.6) і таблиці 3.3 знаходимо число витків обмоток:
= , (3.4)
E 1 = U (1 - ) - Е.р.с. первинної обмотки; (3.5)
E 2 = U 2 (1 - ) - Е.р.с. вторинної обмотки; (3.6)
Де U і U 2, наведені в таблиці 5-10
U 1 = 2.5-3В;
U 2 = 3В;
тоді
= В;
= В;
= В;
= В;
= витків;
= витків;
= витків;
= витків;
8. За формулою (3.7) і таблиці 3.1 знаходимо орієнтовні значення величини щільності струму і перетину проводів обмотки.
S = , (3.7)
Де - Щільність струму (по таблиці 5-9 = 7-4.5А/мм ):
= 6.3А/мм ;
= 5.8 А / мм
= 6 А / мм
= 6.5А/мм
S = мм ;
S = мм ;
S = мм ;
S = мм ;
9. Вибираємо перетину і діаметри проводів (марки ПЕВ-2)
Беремо стандартні перетину і діаметри проводів ПЕВ-2 з таблиці 3.4-Номінальні дані обмотувальних проводів круглого перерізу. [1]
Номінальний діаметр дроту по міді, мм:
d = 0.31 мм;
d = 0.47 мм;
d = 0.47 мм;
d = 0.35 мм;
Максимальний зовнішній діаметр, мм:
d = 0.36мм;
d = 0.53мм;
d = 0.53мм;
d = 0.41мм;

Вага одного метра мідного дроту, м:
g = 0.671г / м;
g = 1.54 г / м;
g = 1.54 г / м;
g = 0.855 г / м;
10. Визначаємо фактичні щільності струму з формулою (3.7)
= А / мм 2;
= А / мм 2;
= А / мм 2;
= А / мм 2;
11. За формулами (3.8) - (3.9) визначаємо зовнішній та внутрішній діаметри муздрамтеатру після ізоляції його макалентой ЛМС-1 товщиною 0.1 мм з половинною перекриттям стрічки.
, (3.8)
, (3.9)
товщина стрічки;
коефіцієнт перекриття стрічки.

32 +2 · 0,3 = 32.6мм; 20-2 × 0.32 = 19.36мм;
12. За формулами (3.10) - (3.14) і таблиці 3.5 визначаємо число шарів первинної обмотки по зовнішньому діаметру тороіда:
, (3.10)
, (3.11)
, (3.12)
, (3.13)
, (3.14)
К у = 1.15-коефіцієнт укладання
l 1 = 338 .0 .36.1.15 = 140мм;
X = 3,14 (32.6-0.36) = 101.2мм;
S = 4 × 3.14 × 0.36 × 139 = 628.5мм 2;
Z = 2 × 3.14 × 0.36 = 2.26мм;
шар;
13. За формулами (3.15) і (3.16) визначаємо кількість шарів первинної обмотки по внутрішньому діаметру:
, (3.15)
, (3.16)
у = 3.14 (19.36 +0.36) = 61.9мм; шару;
14. За формулами (3.17) і (3.18) визначаємо діаметри трансформатора після укладання проводу первинної обмотки:
, (3.17)
, (3.18)
32.6 +2 × 1.35 × 0.36 × 1.15 = 33.7мм;
19.36-2 × 2.3 × 0.36 × 1.15 = 17.4мм;
15. Знаходимо довжину середнього витка первинної обмотки за формулою (3.19)
Визначаємо згідно з рисунком 3.1
, (3.19)

16. Ізоляцію первинної обмотки виробляємо мікалентной папером завтовшки 0.02мм в два складання з половинною перекриттям. За формулами (3.20) і (3.21) визначаємо зовнішній та внутрішній діаметри трансформатора після укладання междуслоевой ізоляції:
; (3.20)
; (3.21)
, ,

17. За формулами (3.22) - (3.26) і табл.3.5 визначаємо число вторинних шарів обмотки по зовнішньому діаметру тороіда:
, (3.22)
, (3.23)
, (3.24)
, (3.25)
, (3.26)
l 2 = 25 × 0.53 × 1.15 = 15.2мм;
l 3 = 43 × 0.53 × 1.15 = 26.2мм;
l 4 = 75 × 0.41 × 1.15 = 35.3мм;
X 2 = 3.14 (32.6-0.52) = 100.7мм;
X 3 = 100.7мм; X 4 = 101мм;
S 2 = 4 × 3.14 × 0.53 × 14 = 93.2мм 2;
S 3 = 4 × 3.14 × 0.53 × 24 = 159.7мм 2;
S 4 = 4 × 3.14 × 0.41 × 33 = 93.2мм 2;
Z 2 = 2 × 3.14 × 0.53 = 3.33мм;
Z 3 = 2 × 3.14 × 0.53 = 3.33мм;
Z 4 = 2 × 3.14 × 0.41 = 2.57мм;
шар;
шар;
шар; k = 1.15;

18. За формулами (3.27) і (3.28) визначаємо кількість шарів обмоток по внутрішньому діаметру.
, (3.27)
, (3.28)
у 1 = 3.14 (19.36 +0.36) = 61.9мм;
у 2 = 3.14 (19.36 +0.52) = 62.45мм;
у 3 = 3.14 (19.36 +0.52) = 62.45мм;
у 4 = 3.14 (19.36 +0.38) = 62мм;
шару;
шару;
шару;
шару;
19. За формулами (3.29) і (3.30) визначаємо діаметри трансформатора після укладання дроти вторинних обмоток:
, (3.29)
, (3.30)
;
;
;
;
;
;
К у = 1.15-коефіцієнт укладання;
20. За формулою (3.31) знаходимо довжину середнього витка вторинних обмоток (відповідно з малюнком 3.1)
, (3.31)
;
;
;
21. За формулами (3.32) і (3.33) знаходимо остаточні розміри трансформатора після ізоляції обмотки міколентной папером 0,1 мм одним шаром з половинною перекриттям,
(3.32)
(3.33)
;
;
22. Остаточні габаритні розміри трансформатора з урахуванням коефіцієнта витріщення визначаємо за формулами (3.34) - (3.36): К в = 1.2 (таблиця 3.5)
(3.34)
(3.35)
(3.36)
; ;
;
23. За формулою (3.37) визначаємо втрати в сталі (р ст = 33Вт · кг знаходимо по малюнку 3.2):
(3.37)
.
24. За формулою (3.38) визначаємо активну складову струму холостого ходу:
(3.38)
.
25. За формулою (3.39) визначаємо реактивну складову струму холостого ходу (Н = 3.5 А / см - визначаємо по малюнку 3.3):
(3.39)

26. За формулами (3.40) - (3.41) визначаємо струм холостого ходу:
(3.40)
(3.41)
;
;

27. Визначаємо активний опір обмоток за формулою (3.42):
, (3.42)
,
,
28. Визначаємо активні падіння напруги в обмотках трансформатора за формулами (3.43) - (3.44):
(3.43)
(3.44)
, ,
, ,
, ,
, ,
29. За формулами (3.45) - (3.49) і за таблицею 3.6 визначаємо масу проводів, втрати міді і ККД трансформатора (m = 2.65г - маса дроту):
, (3.45)

гр;

(3.46)
, (3.47)
,
Вт,
Вт,
,
. (3.48)
, (3.49)
30. За формулами (3.50) - (3.51) визначаємо розрахунковий коефіцієнт А
(3.50)
,
А = (3.51)
А =

3.2 Теплотехнічний розрахунок

31. За формулою (3.52) визначаємо поверхню охолодження трансформатора:
(3.52)

32. Визначаємо абсолютну температуру навколишнього середовища
за формулою (3.53)

Т о. з. = t о. с. +273 0 С, (3.53)
Т о. з = 40 +273 = 313 К.
33. Приймаються поверхневе перевищення температури θ п = 50 0 С і знаходимо температуру поверхні трансформатора по формулі (3.54)
Т = θ п + Т о. с, (3.54)
Т = 50 +313 = 363К 34.
Визначаємо коефіцієнт тепловіддачі за формулою (3.5) (3.55)


Вт / м 2
35. Визначаємо теплову провідність за формулою (3.56)
σ = α · , (3.56)
σ = 15.10 -4 · 46 = 0.069Вт / 0 С;
36. Визначаємо поверхневе перевищення температури за формулою (3.57), величину β беремо дорівнює одиниці (для трансформаторів потужністю менше 150В · А)
θ п = , (3.57)
де α + = 0.004 1 / 0 С - температурний коефіцієнт для мідного дроту.
.
Приймемо θ ср = 62 0 С тоді середня за обсягом температура обмотки дорівнює
t сер = t о. з + θ п, (3.58)
t сер = 40 +62 = 102 0 С
Звідси випливає, що трансформатор буде працювати при граничній температурі з запасом температури в 3 0 С при нормальній температурі для даного проводу обмотки 105 0 С, що припустимо, т.к трансформатор буде встановлюватися на шасі забезпечує додаткове відведення тепла.
ПАСПОРТ
Даний трансформатор призначений для перетворення напруги в зарядному пристрої.
Електричні дані:
1. Напруга живлення 100 В
2. Споживаний струм 0.45 А
3. Напруга на виході вторинних обмоток 7; 12; 21 В
4. Струми вторинної обмотки 1; 1; 0.6 А
5. Потужність вторинної обмотки 40.6Вт
6. Робоча частота 400Гц
Умови експлуатації УХЛ, ГОСТ:
Температура навколишнього середовища +40 град.С.
Річний випуск 25000 шт. / Рік.
Конструкція муздрамтеатру тороїдальний
Мало параметрів! Число витків, ККД, і т.д.

Висновки

Вартість конструкції не висока, т.к для її розробки беруться не дорогі матеріали.
У процесі виконання даного курсового проекту була розроблена конструкція трансформатора живлення. Визначено конструкторські та технічні параметри трансформатора. Зроблено вибір матеріалів, необхідних для виготовлення трансформатора і його складових частин. 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.
Зроби, будь ласка, висновки по курсовому проектуванню. Це - висновки до лабораторної роботи.

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 | Контрольна робота
104.6кб. | скачати


Схожі роботи:
Трансформація трансформатора
Розр т тр хфазного трансформатора
Дослідження однофазного трансформатора
Проектування трансформатора загального призначення
Дослідження трифазного двохобмотувальні трансформатора
Креслення котушки трансформатора радіоелектронної апаратури
Проектування тороїдального трансформатора із заданими характеристиками
Визначення кількості витків в обмотках трансформатора
Проектування масляного трансформатора типу ТМН 250035
© Усі права захищені
написати до нас