Трансформатор питания РЭА (работа 1)

Мощность транзистора Р2 72,900
ШЛМ 32х25


Напряжение на первичной обмотке, В U1 220,000 а, мм
32
Напряжение на вторичной обмотке, В U2 24,000 b, мм
25

U3 9,000 c, мм
18
Ток, потребляемый на вторичной обмотке, А I2 3,000 A, мм
100
Ток, потребляемый на вторичной обмотке, А I3 0,100 H, мм
86
Мощность транзистора, учитывающая потери Рг 79,843 h, мм
54

h 0,840 H2, мм
16
S сечения магнитопровода*Sокна SстSок 77,631 64,717 масса, кг
1,08
Индуктивность, Тл Bs 1,100 Sст, см2
8
Плотность тока А/мм2 d 3,200 Sок, см2
9,72
К-нт заполнения окна медью Км 0,310 lср
0,197
К-нт заполнения окна сталью Кс 0,930 Vст
157,5
Электрический расчет

Рст
1,55
Падение напряжения на первичной обмотке DU1 14,300 Вн.пер-р гильзы, м 160
Падение напряжения на вторичных обмотках DU2 1,560
Падение напряжения на вторичных обмотках DU3 0,585
ЭДС одного витка е 0,182
ЭДС первичной обмотки Е1 188,540
Число витков первичной обмотки W1 1037,731 1037,7312796668 Провод ПЭЛ
ЭДС вторичных обмоток Е2 24,374
справ. dиз сопр Масса, кг К-нт уклад

Е3 9,053 dм1 0,40 0,442 0,24 0,00111 1,05
Число витков вторичных обмоток W2 134,158 134,1576180286 dм2 1,08 1,16 0,0188 0,00814 1,15

W3 49,826 49,8261274471 dм3 0,20 0,23 0,558 0,000279 1,07

Iст 0,008
Активный ток Ia 0,339
Сумма токов нагрузки I: 0,331
Реактивный ток Iр 0,190 Межслоевая изоляция - кабельная бумага



Полный ток I1 0,389 Толщина, мм 0,12
Ток холостого хода Iхх 0,190 48,9020160292 Межобмоточная изоляция 0,24
Диаметр по меди первичной обмотки dм1 0,394
Диаметр по меди вторичной обмотки-1 dм2 1,094
Диаметр по меди вторичной обмотки-2 dм3 0,200
Конструктивный расчет

Длина обмотки, мм hоб 48,000

H2 53,000
Толщина щеки , мм dк 2,500
Число витков в одном слое (для первичной обмотки) Ncn1 103,426 103
Число витков (для вторичной обмотки)-1 Ncn2 35,982 36
Число витков (для вторичной обмотки)-2 Ncn3 195,043 195
Число слоев в первичной обмотки ncn1 10,034 11
Число слоев во вторичной обмотке -1 ncn2 3,728 4
Число слоев во вторичной обмотке -2 ncn3 0,255 1
Радиальные размеры первичной обмотки, мм Аоб1 6,305
Радиальные размеры вторичной обмотки-1, мм Аоб2 5,696
Радиальные размеры вторичной обмотки - 2, мм Аоб3 0,246
Радиальный размер катушки, мм Ак 16,464
К-нт вспучивания Кв 1,100
Толщина зазора м/у каркасом и сердечником Dз 0,500
Толщина гильзы каркаса hизк 1,500
Толщина наружной изоляции hиз2 0,240
Проверка (1…5) ! ! ! 1,536
Масса трансформатора, кг m 1,683
Масса по меди, кг mсu 0,450 0,2071060457
Расстояние от каркаса до середины пер.обмотки, мм р1 3,153
Расстояние от каркаса до середины вт.-1обмотки, мм р2 9,393
Расстояние от каркаса до середины вт.-2обмотки, мм р3 12,604
Средняя длина витка первичной обмотки, м lср1 0,180
Средняя длина витка вторичной-1 обмотки, м lср2 0,219
Средняя длина витка вторичной-2 обмотки, м lср3 0,239
Сопротивление первичной обмотки пост. току r1 44,780
Сопротивление вторичной-1 обмотки пост. току r2 0,552
Сопротивление вторичной-2 обмотки пост. току r3 6,649 DU, %
Реальная величина пад.напр. на пер.обмотке, В DU1 0,079 7,9079060062
Реальная величина пад.напр. на вт-1.обмотке, В DU2 0,069 6,9040645474
Реальная величина пад.напр. на вт-2.обмотке, В DU3 0,074 7,3879948791
Число витков на обмотках после коррекции падения напряжения W1 1115,132 202,6026067864
W2 141,217 25,6569754914
W3 53,196 9,6649195391
Число соев в обмотках после коррекции падения напряжения ncn1 10,782 11,000 11
ncn2 3,925 4,000 4
ncn3 0,273 1,000 1
Расчет температурного режима

Тепловое сопротивление тр-ра, град/Вт Rт 12,500
Тепл. Сопротивление границы магн-воздух, гр/Вт Rгмв 3,000
<65 Dt 39,418
Потери в меди Рм 11,796 0,2452330033
КПД транзистора h 0,844 0,840










http://ad.100.tbn.ru/bb.cgi?cmd=go&pubid=309475&pg=1&vbn=334&num=2&w=100&h=100&nocache=0.7853704455917607
http://ad3.bannerbank.ru/bb.cgi?cmd=go&pubid=1630876&pg=1&gobn=193116_16&frameref=http%3A%2F%2F1ps.ru%2Fpr%2Fdefault.php&ssi=hostobzor.webscript.ru%2F
http://www.sweb.ru/cgi-bin/partner_go.cgi?size=120x60&pin=185&image=2.gif&url=1
http://ad.tbn.ru/bb.cgi?cmd=go&pubid=2827553&pg=1&vbn=188&num=1&w=468&h=60&nocache=4747

Министерство высшего образования РФ

Уральский Государственный Технический Университет - УПИ

Кафедра "Технологии и Средств Связи"

Трансформатор питания РЭА

Курсовой проект

Пояснительная записка

2008.4.777.029 ПЗ

Руководитель:

Батуев В.П.

Студент:

Черепанов К.А.

Группа:

Р-307

Екатеринбург

2002

Содержание

стр.

    Введение 3

    Анализ технического задания 5

    Электрический расчет 6

    Конструктивный расчет 8

    Описание конструкции трансформатора 13

    Заключение 14

    Список используемой литературы 15

2008.4.777.029ПЗ

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Разраб.

Черепанов

Расчет трансформатора РЭА

Пояснительная записка

Лит.

Лист

Листов

Пров.

Батуев

2

15

Консульт.
УГТУ-УПИ
Кафедра ТиСС
Р-307

Н. Контр.

Утв.


Условные обозначения, символы и сокращения.

U>i> – напряжение в i-ых обмотках

I>k>- величина тока в i-ых обмотках

∆ U>i> – падение напряжения в i-ых обмотках

P>г >– габаритная мощность

Введение

Трансформаторы - статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанные обмотки и предназначенные для повышения или понижения напряжения, согласования сопротивлений электрических цепей, для разделения цепей источника и нагрузки по постоянному току, а также для изменения состояния электрической цепи относительно земли.

Используемые в РЭА трансформаторы делят на следующие виды:

    Трансформаторы согласования, предназначенные для передачи с наименьшим искажением переменных электрических сигналов и согласования сопротивления источника и сопротивления нагрузки в широком диапазоне частот.

    Импульсные трансформаторы, предназначенные для вырабатывания и передачи коротких импульсов заданной формы с минимальными искажениями.

    Трансформаторы питания, предназначены для преобразования переменного напряжения первичного источника в любые другие напряжения питания.

    Трансформаторы питания делятся на три группы по мощности:

1. Маломощные. до 100 Вт

2. Средней мощности. от 100 до 1000 Вт

3. Повышенной мощности. более 1000 Вт

    По частоте питающей сети:

1. Промышленной частоты: 50 Гц

2. Повышенной частоты: от 400 до 10000 Гц

3. Статических преобразователей: от 10000 до 200000 Гц

    По системе тока – однофазные, трехфазные, шестифазные и т.д.

    По напряжению делятся на две группы :

1. Низковольтные до 1500 В

2. Высоковольтные более 1500 В

    По виду связи между обмотками – на трансформаторы с электромагнитной связью (с изолированными обмотками) и на автотрансформаторы с электромагнитной и электрической связью, т.е. со связанными обмотками;

    По коэффициенту трансформации – на повышающие и понижающие;

    По числу обмоток – на двухобмоточные и многообмоточные;

    По конструкции магнитопровода – на стержневые, броневые и тороидальные;

    По конструкции обмоток – на катушечные, галетные и тороидальные;

    По конструкции всего трансформатора – на открытые и закрытые;

    По назначению – на выпрямительные, накальные, анодно-накальные и т.д.

Параметры трансформаторов питания включают в себя электрические, конструктивные и эксплутационные характеристики. Наиболее важными электрическими характеристиками являются: величина выходного напряжения, КПД, падение напряжения и его стабильность при различных рабочих режимах, мощность.

Различают электромагнитную, полезную, расчетную и типовую мощности.

Электромагнитной мощностью трансформатора называется мощность, передаваемая из первичной обмотки во вторичную электромагнитным путем; она равна проиведению э.д.с. этой обмотки на величину тока нагрузки, т.е.

P>эм> = E>2>I>2 >

Полезной, или отдаваемой, мощностью трансформатора называется произведение эффективного напряжения на зажимах вторичной обмотки на величину ее нагрузочного тока

P>2 >= U>2>I>2>

Расчетной мощностью трансформатора называется произведение эффективного тока, протекающего по обмотке, на величину напряжения на ее зажимах. Эта мощность характеризует собой габаритные размеры обмотки, т.к. число витков обмотки определяется напряжением на ее зажимах, а сечение провода – эффективным током. Расчетная мощность первичной обмотки равна произведению напряжения на ее зажимах и тока, потребляемого трансформатором из сети, т.е.

P>1> = U>1>I>1>

Типовой, или габаритной, мощностью называется мощность, определяющая размеры всего трансформатора. Ее величину определяют по формуле

P>тип> = (P>1>+P>2>)/2,

где P>1 >и P>2> – расчетные мощности обмоток трансформатора.

В процессе работы трансформатора в его магнитопроводе и в его обмотках затрачивается некоторая часть подводимой к нему энергии и поэтому мощность, потребляемая трансформатором из сети, всегда больше мощности, отдаваемой нагрузке.

Конструктивные характеристики определяются весом, габаритами, формой, приспособленностью к совместному размещению с другими элементами конструкции радиоэлектронного блока или аппарата, а также приспособленностью к экономически целесообразному процессу изготовления.

Эксплуатационными характеристиками трансформатора являются долговечность и надежность.

  1. Анализ технического задания

    Суммарная мощность вторичных обмоток:

= U>2>I>2> + U>3>I>3> = 24*3 + 9*0,1 = 72,9 (Вт), (1.1)

    Габаритная мощность трансформатора:

, (1.2)

где  = 0,84 [11,4] – коэффициент полезного действия.

P>г >= 72,9*(1 + 1/0,84)/2 = 79,843 (Вт)

Для P>II> равное от одного до десятков ВА (в нашем случае 72,9 Вт), при частоте питающей сети 50 Гц выбираем броневой магнитопровод, это выгодно при критерии проектирования «минимальная стоимость».

Сталь для магнитопровода - горячекатанная, термически обработанная сталь марки 1511 в виде листов толщиной 0,5 мм, исходя из рекомендаций [13,4].

Магнитопровод – тип ШЛМ, применяемый в низковольтных трансформаторах наименьшей стомости на частоте 50 Гц.

Конструктивный коэффициент, т.е. произведение сечения стали магнитопровода (S>ст>) на площадь его окна (S>ок>) определяет требуемый типоразмер магнитопровода:

Находим параметры выбранного магнитопровода по таблицам [19,4].

Магнитная индукция: В = 1,1 Тл;

(1.3)

Плотность тока:  = 3,2 А/мм2, [24,4].

К>м> = 0,31 – коэффициент заполнения окна магнитопровода медью [150,5].

К>ст> = 0,93 – коэффициент заполнения сердечника сталью [150,5].

К
>ф> = 1,11 – коэффициент формы.

Из таблицы [78.8] выбираем магнитопровод ШЛМ 32х25

Активная площадь сечения магнитопровода S>ст>, см2

Площадь окна S>ок>, см2

S>ок>S>ст>, см4

Средняя длина витка l>с>, см

Активный объем магнитопровода Vс, см3

8

9,72

77,76

19,7

157,5

Геометрические размеры магнитопровода (табл. 2.3 [3]):

а, мм

b, мм

с, мм

A, мм

H, мм

h, мм

h>1>, мм

Масса , г

32

25

18

100

86

54

16

1080

  1. Электрический расчет

    Расчет действующей ЭДС одного витка [1]:

е = 4К>ф>fВS>с> К>с>10-4 (2.1)

е = 41,11501,19,720,9310-4 = 0,182 В.

(2.2)

U>1>=U>1*>0,065=220>*>0,065=14,300 В

U>2>=U>2*>0,065=24>*>0,065=1,560 В

U>3>=U>3*>0,065=9>*>0,065=0,585 В

Действующее ЭДС первичной обмотки:

E>1>=U>1>*(1+ U>1>/100), (2.3)

Е>1> = 220*(1-14,300/100) = 188,540 В;

Число витков первичной обмотки:

W>1>=E>1>/e (2.4)

W>1>=188,540/0,182 = 1038 витков

Действующее значение ЭДС i-ых обмоток (2, 3 обмотки):

Е>i> = U>i>(1+U>i>/100) (2.5)

Е>2> = 24*(1 + 1,560/100) = 24,374 В;

Е>3> = 9*(1 + 0,585/100) = 9,053 В;

    Число витков вторичных обмоток по формуле:

W>i> = Е>i>/e

W>2> = 24,374/0,182 = 134 витков;

W>3> = 9,053 /0,182 = 50 витков;

Определение составляющих и полного тока первичной обмотки.

    Активная составляющая равна сумме токов нагрузки, пересчитанных в первичную обмотку:

(2.6)

I>1>I = 3*24/220+0,1*9/220 = 0,331A

    Активная составляющая, обусловленная потерями в магнитопроводе:

(2.7)

где G>ст> –масса магнитопровода, известная из справочника, G>ст >= 1080 гр,

>ст >– удельные потери в стали=1,55 Вт/кг

I>ст> = 1,08*1,55/220 = 0,008 А.

Активный ток:

I>акт> = II>1> +I>ст>> >(2.8)

I = 0,331+0,008= 0,339A

    Реактивная составляющая:

(2.9)

где Н>>- напряженность магнитного поля магнитопровода, Н>>=1000

l>с>- средняя длина магнитной силовой линии, l>с>=0,197 м

I>р> = 1000*0,197/1038= 0,190A.

    Полный ток первичной обмотки:

(2.10)

    Ток холостого хода:

(2.11)

    Проверка

(2.12)

    Выбор обмоточных проводов

(2.13)

    диаметр без изоляции

    Выбор марки провода

По критерию стоимоти выбираем провод марки ПЭЛ, имеющего наименьшую стомость.


По критерию наименьшей стоимости выбираем провод марки ПЭЛ, имеющего следующие характеристики:

D

Сечение проводника

Dиз

0,4

0,1134

0,42

1,08

0,9161

1,16

0,2

0,03142

0,23

  1. Конструктивный расчет

3.1.Расчет параметров обмоток трансформатора.

Рассчитываем высоту обмоток h>o>>б> по формуле:

, (3.1) где >щ >-толщина щеки = 2,5 мм.

, (3.2)

Вычисляем число витков в слое N>сл>>i>> > по формуле:

, (3.3) где - коэффициент укладки,

[2,336],

[2, 336],

[2, 336].

=103,

=36,

> >=195.

Учитывая, что выбран магнитопровод броневого типа, подсчитаем число слоев n>сл >по формуле:

> > (3.4) > >=11,

> >=4,

> >=1.

3.2.Выбор межслоевой и межобмоточной изоляций.

Для исключения замыканий, а также для более ровной укладки применяется межслоевая изоляция.

В качестве межслоевой изоляции для обмоток используем кабельную бумагу, 1 слой, толщиной 0,12 мм, исходя из диаметра провода.

Для межобмоточной изоляции используем кабельную бумагу в два слоя, общей толщиной 240мкм.

3.3.Расчет радиальных размеров обмоток и катушки.

Вычислим радиальные размеры каждой обмотки А>об>>i> по формуле:

> >, (3.5) где > >>ми> – толщина межслоевой изоляции, мм.

> > .

Расcчитаем радиальный размер всей катушки по формуле:

> >, (3.6)

где k>в>– коэффициент вспучивания,

k>в> =1,1 [2,336],

> >>МОБ>>i> – толщина межобмоточной изоляции, мм,

h>изН> – толщина наружной изоляции, мм,

h>изН> = 240 мкм,

N- число обмоток.

> >.

3.4.Проверка размещения катушек в сердечнике.

Условием правильности расчета является: зазор между катушками трансформатора должен быть не менее 1 мм и не более 5 мм.

Вычислим зазор между катушками по формуле:

=с-A>k >(3.7)

> > мм

Проверка подтвердила правильность выполненных расчетов.

3.5.Расчет массы трансформатора.

Массу трансформатора рассчитываем по формуле:

> >, (3.8)

где G>СТ> – масса магнитопровода (см. выше);

G>М> – масса медных проводов;

Коэффициентом 1,1 учитывается наличие в трансформаторе гильзы, изоляции и других конструкционных элементов.

> >, (3.9)

где m>м>>io>>б>- масса меди обмоточного провода, г, рассчитывается по формуле:

> >, (3.10)

где l>0ср>>i >-средняя длина витка каждой обмотки, мм, вычисляется по формуле:

> >, (3.11)

где

> > для первичной обмотки

> > для вторичных обмоток (3.12) Производим расчет по формулам:

> >

> >

> >,

m>м>=0,207+0,239+0,333= 0,450 кг,

m=1,15(1,08+ 0,45)= 1,683 г.

3.6.Коррекция числа витков в обмотках.

Рассчитаем сопротивление обмоток постоянному току по формуле:

> > (3.13) > >,

Вычислим падение напряжения на каждой обмотке по формуле: > > (3.14)

> >

Рассчитаем новые значения ЭДС в каждой обмотке по формулам :

> >,

Рассчитаем новое число витков в каждой обмотке по формуле :

> >, > >, > >.

Проверим по формуле, не изменится ли число слоев каждой обмотки:

> >

Число слоев осталось прежним, коррекция размеров трансформатора не требуется.

3.7.Расчет температурного режима трансформатора

Для расчета перегрева катушки трансформатора > > при частоте тока 50 Гц будем пользоваться эмпирической формулой

> >, (3.15) где R>T> – тепловое сопротивление трансформатора, 0С/Вт,

R>T>=12,500 0С/Вт [4, 107],

R>TMB>– тепловое сопротивление границы магнитопровод-воздух, 0С/Вт,

R>TMB>=3 0С/Вт [4, стр.107],

P>C>- потери в стали, Вт, рассчитываем по формуле:

P>C>= P>ст.уд>G>ст>, (3.16) P>м >- суммарные потери в меди во всех обмотках, вычисляем по формуле

> >, (3.17) где P>м>>i>> >- потери в меди в обмотке, Вт, вычисляем по формуле

> > Производим расчет по формулам (3.15-3.17):

> > Вт,

> >

P>M>=6,76+4,97+0,66= 11,796 Вт,

> >,

Расчитаем температуру трансформатора t>т-ра >при температуре окружающей среды t>ср> =+40 0С по формуле:

t>т-ра>=t>ср>+> >

t>т-ра>=40+39,42=79,420С.

3.8.Расчет КПД трансформатора.

Вычислим КПД трансформатора по формуле

> > > >

Таким образом КПД трансформатора составляет 84%.

Описание конструкции трансформатора

Конструкция трансформатора состоит из магнитопровода, катушки с обмотками и крышки, предназначенные для сборки и крепления трансформатора.

Назначение магнитопровода заключается в том, чтобы создать для магнитного потока замкнутый путь, обладающий возможно меньшим магнитным сопротивлением. Поэтому магнитопроводы трансформаторов необходимо изготовлять из материалов, обладающих высокой магнитной проницаемостью в сильных переменных магнитных полях.

Для изготовления трансформатора мы выбрали горячекатанную электротехническую сталь 1511 толщиной 0.5 мм. Магнитопровод ШЛМ 32х25.

Изоляция обмотки от магнитопроводов осуществляется при помощи каркасов, изготовляемых из негигроскопического материала с хорошей электрической и механической прочностью. Также катушка трансформатора содержит междуслоевую, межобмоточную и внешнюю изоляцию.

Магнитопровод должен быть хорошо скреплен для получения механически прочной конструкции. После сборки стягивается обоймой, которая одновременно используется и для крепления трансформатора к шасси. Обойма должна быть изолирована от магнитопровода бумагой или прессшпаном.

Выводы проводников обмоток припаиваются к лепесткам, расположенным по наружному периметру катушки в торцевых её частях.

В первую очередь изготавливается катушка. Склеивается каркас. Наматывается необходимое кол-во витков провода первичной обмотки. Для исключения межслоевого замыкания, а также для более ровной укладки проводов используется межслоевая изоляция (бумага). Концы бумаги проклеиваются. Затем проклеивается межобмоточная изоляция, нужная для изоляции обмоток.

Дальше операция повторяется

В первую очередь собирается каркас. Магнитопровод собирается в стык из двух сердечников подковообразной формы (С-образные). Для получения возможно меньшего магнитного сопротивления в местах стыка С-образных сердечников их торцевые поверхности подвергаются шлифовке. Затем, после того, как на магнитопровод надета катушка, обе половины склеиваются специальной ферритовой пастой.

Обмотки трансформатора должны быть хорошо изолированны как от магнитопровода, так и друг от друга. Изоляция обмотки от магнитопровода осуществлена при помощи каркаса, изготовленного из электротехнического картона (прессшпана).

Кроме каркаса, предохраняющего обмотки от соприкосновения с магнитопроводом, катушка трансформатора содержит междуслоевую, междуобмоточную и внешнюю изоляцию. Междуслоевая изоляция служит для изоляции отдельных слоев каждой обмотки друг от друга. В качестве такой изоляции мы выбрали один слой кабельной бумаги толщиной 0,12 мм для всех обмоток. Междуобмоточной изоляцией, которая служит для создания изоляции между обмотками, и внешней изоляцией, которая предохраняет обмотку от пробоя на корпус и на соседние детали, а также от внешних повреждений, избрали два слоя той же бумаги: кабельной, с толщиной 0,12 мм.

Выводы обмоток припаиваются к лепесткам , которые размещаются на щечке каркаса. Вывод 1 припаивается к лепестку 1 и т.д.

Для получения механически прочной конструкции и для крепления трансформатора к основанию используется кожух.

Катушка трансформатора пропитывается лаком.

По окончании сборки трансформатор маркируется.

Заключение

В результате выполнения задания был спроектирован и рассчитан броневой трансформатор питания РЭА, с техническими характеристиками, приведенными в табл.2.

Разработанная конструкция трансформатора соответствует предложенному техническому заданию на проектирование.

Таблица 2

Технические характеристики

Обмотка №1

Обмотка №2

Обмотка №3

Число витков

1038

134

50

Сопротивление постоянному току, Ом

4,27

0,04

23,52

Токи в обмотках в рабочем режиме, А

0,389

3

0,10

Напряжения на обмотках, В

220

24

9

Суммарная мощность вторичных обмоток, Вт

72,9

Габаритная мощность, Вт

79,84

Ток холостого хода, А

0,19

Частота питающей сети, Гц

50

Напряжение питающей сети, В

220

КПД трансформатора, %

84

Температура перегрева, oC

79,4

Вес трансформатора, кг

1643

Провод марки ПЭЛ – провод с покрытием лаком на маслянной основе, служит для работы при температуре до 105С, имеет критерий наименьшей стоимости.

Список использованной литературы

    Вересов Г. П. Электропитание бытовой РЭА. М.,1983.

    Белопольский И.И., Пикалова Л.Г.. Расчет трансформаторов и дросселей малой мощности. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1963. – 272с.

    Сидоров И.Н., Скорняков С.В.. Трансформаторы бытовой РЭА. М.: Радио и связь, 1994. – 367с.

    Каретников К.А.. Расчет трансформаторов и дросселей. М..:, 1973. – 272с.