Трансформатор питания РЭА

Министерствовысшего образованияРФ

УральскийГосударственныйТехническийУниверситет- УПИ

Кафедра"Технологиии Средств Связи"

Трансформаторпитания РЭА

Курсовойпроект

Пояснительнаязаписка

2008.4.777.029ПЗ

Руководитель:	БатуевВ.П.
Студент:	ЧерепановК.А.
Группа:	Р-307

Екатеринбург

2002

Содержание

стр.

1. Введение3

2. Анализтехническогозадания5

3. Электрическийрасчет6

4. Конструктивныйрасчет8

5. Описаниеконструкциитрансформатора13

6. Заключение14

7. Списокиспользуемойлитературы15

Условныеобозначения,символы и сокращения.

U_i– напряжениев i-ых обмотках

I_k-величина токав i-ых обмотках

∆ U_i– падение напряженияв i-ых обмотках

P_г– габаритнаямощность

Введение

Трансформаторы- статическоеэлектромагнитноеустройство,имеющее две или более индуктивносвязанныеобмотки ипредназначенныедля повышенияили понижениянапряжения,согласованиясопротивленийэлектрическихцепей, для разделенияцепей источникаи нагрузки попостоянномутоку, а такжедля изменениясостоянияэлектрическойцепи относительноземли.

Используемыев РЭА трансформаторыделят на следующиевиды:

• Трансформаторысогласования,предназначенныедля передачис наименьшимискажениемпеременныхэлектрическихсигналов исогласованиясопротивленияисточника исопротивлениянагрузки вшироком диапазонечастот.

• Импульсныетрансформаторы,предназначенныедля вырабатыванияи передачикоротких импульсовзаданной формыс минимальнымиискажениями.

• Трансформаторыпитания, предназначеныдля преобразованияпеременногонапряженияпервичногоисточника влюбые другиенапряженияпитания.

• Трансформаторыпитания делятсяна три группыпо мощности:

1.Маломощные.до100 Вт

2.Средней мощности.от100 до 1000 Вт

3.Повышенноймощности.более1000 Вт

• По частотепитающей сети:

1.Промышленнойчастоты:50 Гц

2.Повышеннойчастоты:от400 до 10000 Гц

3. Статическихпреобразователей:от10000 до 200000 Гц

• По системетока –однофазные,трехфазные,шестифазныеи т.д.

• Понапряжениюделятся на двегруппы :

1. Низковольтныедо 1500 В

2. Высоковольтныеболее1500 В

• Повиду связимежду обмотками– на трансформаторыс электромагнитнойсвязью (с изолированнымиобмотками) ина автотрансформаторыс электромагнитнойи электрическойсвязью, т.е. сосвязаннымиобмотками;

• Покоэффициентутрансформации– на повышающиеи понижающие;

• Почислу обмоток– на двухобмоточныеи многообмоточные;

• Поконструкциимагнитопровода– на стержневые,броневые итороидальные;

• Поконструкцииобмоток – накатушечные,галетные итороидальные;

• Поконструкциивсего трансформатора– на открытыеи закрытые;

• Поназначению– на выпрямительные,накальные,анодно-накальныеи т.д.

Параметрытрансформаторовпитания включаютв себя электрические,конструктивныеи эксплутационныехарактеристики.Наиболее важнымиэлектрическимихарактеристикамиявляются:величина выходногонапряжения,КПД, падениенапряженияи его стабильностьпри различныхрабочих режимах,мощность.

Различаютэлектромагнитную,полезную, расчетнуюи типовую мощности.

Электромагнитноймощностьютрансформатораназываетсямощность,передаваемаяиз первичнойобмотки вовторичнуюэлектромагнитнымпутем; она равнапроиведениюэ.д.с. этой обмоткина величинутока нагрузки,т.е.

P_эм = E₂I₂

Полезной,или отдаваемой,мощностьютрансформатораназываетсяпроизведениеэффективногонапряженияна зажимахвторичнойобмотки навеличину еенагрузочноготока

P₂ =U₂I₂

Расчетноймощностьютрансформатораназываетсяпроизведениеэффективноготока, протекающегопо обмотке, навеличину напряженияна ее зажимах.Эта мощностьхарактеризуетсобой габаритныеразмеры обмотки,т.к. число витковобмотки определяетсянапряжениемна ее зажимах,а сечение провода– эффективнымтоком. Расчетнаямощность первичнойобмотки равнапроизведениюнапряженияна ее зажимахи тока, потребляемоготрансформаторомиз сети, т.е.

P₁ =U₁I₁

Типовой, илигабаритной,мощностьюназываетсямощность,определяющаяразмеры всеготрансформатора.Ее величинуопределяютпо формуле

P_тип= (P₁+P₂)/2,

гдеP₁ и P₂– расчетныемощности обмотоктрансформатора.

В процессеработы трансформаторав его магнитопроводеи в его обмоткахзатрачиваетсянекоторая частьподводимойк нему энергиии поэтому мощность,потребляемаятрансформаторомиз сети, всегдабольше мощности,отдаваемойнагрузке.

Конструктивныехарактеристикиопределяютсявесом, габаритами,формой, приспособленностьюк совместномуразмещениюс другими элементамиконструкциирадиоэлектронногоблока или аппарата,а также приспособленностьюк экономическицелесообразномупроцессуизготовления.

Эксплуатационнымихарактеристикамитрансформатораявляютсядолговечностьи надежность.

1. Анализ техническогозадания

• Суммарнаямощность вторичныхобмоток:

=U₂I₂+ U₃I₃= 24*3 + 9*0,1 = 72,9 (Вт),(1.1)

• Габаритнаямощностьтрансформатора:

,(1.2)

где= 0,84 [11,4]– коэффициентполезногодействия.

P_г= 72,9*(1 + 1/0,84)/2 = 79,843(Вт)

ДляP_IIравноеот одного додесятков ВА(в нашем случае72,9 Вт), при частотепитающей сети50 Гц выбираемброневоймагнитопровод,это выгоднопри критериипроектирования«минимальнаястоимость».

Сталь длямагнитопровода- горячекатанная,термическиобработаннаясталь марки1511 в виде листовтолщиной 0,5 мм,исходя изрекомендаций[13,4].

Магнитопровод– тип ШЛМ, применяемыйв низковольтныхтрансформаторахнаименьшейстомости начастоте 50Гц.

Конструктивныйкоэффициент,т.е. произведениесечения сталимагнитопровода(S_ст)на площадь егоокна (S_ок)определяеттребуемыйтипоразмермагнитопровода:

Находимпараметрывыбранногомагнитопроводапо таблицам[19,4].

Магнитнаяиндукция: В =1,1 Тл;

(1.3)

Плотностьтока: = 3,2 А/мм², [24,4].

К_м = 0,31– коэффициентзаполненияокна магнитопроводамедью [150,5].

К_ст = 0,93 –коэффициентзаполнениясердечникасталью [150,5].

К
_ф= 1,11 – коэффициентформы.

Из таблицы [78.8] выбираеммагнитопроводШЛМ 32х25

Геометрическиеразмеры магнитопровода(табл. 2.3 [3]):

2. Электрическийрасчет

• РасчетдействующейЭДС одноговитка [1]:

е = 4К_фfВS_сК_с10^-4(2.1)

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

(2.2)

U₁=U_1*0,065=220_*0,065=14,300В

U₂=U_2*0,065=24_*0,065=1,560В

U₃=U_3*0,065=9_*0,065=0,585В

ДействующееЭДС первичнойобмотки:

E₁=U₁*(1+U₁/100),(2.3)

Е₁= 220*(1-14,300/100) = 188,540В;

Числовитков первичнойобмотки:

W₁=E₁/e(2.4)

W₁=188,540/0,182= 1038витков

Действующеезначение ЭДСi-ых обмоток(2, 3 обмотки):

Е_i= U_i(1+U_i/100)(2.5)

Е₂= 24*(1 + 1,560/100) = 24,374В;

Е₃= 9*(1 + 0,585/100) = 9,053В;

• Числовитков вторичныхобмоток поформуле:

W_i= Е_i/e

W₂ = 24,374/0,182= 134 витков;

W₃ = 9,053/0,182 = 50витков;

Определениесоставляющихи полного токапервичнойобмотки.

• Активнаясоставляющаяравна сумметоков нагрузки,пересчитанныхв первичнуюобмотку:

(2.6)

I₁^I= 3*24/220+0,1*9/220 = 0,331A

• Активнаясоставляющая,обусловленнаяпотерями вмагнитопроводе:

(2.7)

гдеG_ст–масса магнитопровода,известная изсправочника,G_ст =1080 гр,

_ст– удельныепотери в стали=1,55Вт/кг

I_ст= 1,08*1,55/220= 0,008А.

Активныйток:

I_акт= I^I₁+I_ст(2.8)

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

• Реактивнаясоставляющая:

(2.9)

гдеН_-напряженностьмагнитногополя магнитопровода,Н_=1000

l_с-средняя длинамагнитнойсиловой линии,l_с=0,197м

I_р= 1000*0,197/1038=0,190A.

• Полныйток первичнойобмотки:

(2.10)

• Токхолостогохода:

(2.11)

• Проверка

(2.12)

• Выборобмоточныхпроводов

(2.13)

• диаметрбез изоляции

• Выбормарки провода

Покритерию стоимотивыбираем проводмарки ПЭЛ, имеющегонаименьшуюстомость.

Покритерию наименьшейстоимостивыбираем проводмарки ПЭЛ, имеющегоследующиехарактеристики:

3. Конструктивныйрасчет

3.1.Расчетпараметровобмоток трансформатора.

Рассчитываемвысоту обмотокh_oбпо формуле:

,(3.1)где_щ -толщинащеки = 2,5 мм.

,(3.2)

Вычисляемчисло витковв слое N_слi по формуле:

,(3.3)где- коэффициентукладки,

[2,336],

[2, 336],

[2, 336].

=103,

=36,

=195.

Учитывая,что выбранмагнитопроводброневого типа,подсчитаемчисло слоевn_сл по формуле:

(3.4)=11,

=4,

=1.

3.2.Выбор межслоевойи межобмоточнойизоляций.

Дляисключениязамыканий, атакже для болееровной укладкиприменяетсямежслоеваяизоляция.

Вкачестве межслоевойизоляции дляобмоток используемкабельнуюбумагу, 1 слой,толщиной 0,12 мм,исходя из диаметрапровода.

Длямежобмоточнойизоляции используемкабельнуюбумагу в дваслоя, общейтолщиной 240мкм.

3.3.Расчетрадиальныхразмеров обмотоки катушки.

Вычислимрадиальныеразмеры каждойобмотки А_обiпо формуле:

,(3.5)где_ми– толщина межслоевойизоляции, мм.

.

Расcчитаемрадиальныйразмер всейкатушки поформуле:

,(3.6)

где k_в–коэффициентвспучивания,

k_в =1,1[2,336],

_МОБi– толщинамежобмоточнойизоляции, мм,

h_изН– толщина наружнойизоляции, мм,

h_изН= 240 мкм,

N- числообмоток.

.

3.4.Проверкаразмещениякатушек в сердечнике.

Условиемправильностирасчета является:зазор междукатушкамитрансформаторадолжен бытьне менее 1 мм ине более 5 мм.

Вычислимзазор междукатушками по формуле:

=с-A_k(3.7)

мм

Проверкаподтвердилаправильностьвыполненныхрасчетов.

3.5.Расчетмассы трансформатора.

Массутрансформаторарассчитываемпо формуле:

,(3.8)

где G_СТ– масса магнитопровода(см. выше);

G_М– масса медныхпроводов;

Коэффициентом1,1 учитываетсяналичие втрансформаторегильзы, изоляциии других конструкционныхэлементов.

,(3.9)

гдеm_мioб-масса медиобмоточногопровода, г,рассчитываетсяпо формуле:

,(3.10)

гдеl_0срi-средняядлина виткакаждой обмотки,мм, вычисляетсяпо формуле:

,(3.11)

где

дляпервичнойобмотки

для вторичныхобмоток(3.12)Производимрасчет по формулам:

,

m_м=0,207+0,239+0,333=0,450кг,

m=1,15(1,08+0,45)= 1,683г.

3.6.Коррекциячисла витковв обмотках.

Рассчитаемсопротивлениеобмоток постоянномутоку по формуле:

(3.13),

Вычислимпадение напряженияна каждой обмоткепо формуле:(3.14)

Рассчитаемновые значенияЭДС в каждойобмотке поформулам :

,

Рассчитаемновое числовитков в каждойобмотке поформуле :

,,.

Проверимпо формуле, неизменится личисло слоевкаждой обмотки:

Числослоев осталосьпрежним, коррекцияразмеровтрансформаторане требуется.

3.7.Расчеттемпературногорежима трансформатора

Длярасчета перегревакатушки трансформаторапри частотетока 50 Гц будемпользоватьсяэмпирическойформулой

,(3.15)гдеR_T–тепловоесопротивлениетрансформатора,⁰С/Вт,

R_T=12,500⁰С/Вт[4,107],

R_TMB–тепловоесопротивлениеграницымагнитопровод-воздух,⁰С/Вт,

R_TMB=3⁰С/Вт[4,стр.107],

P_C-потери в стали,Вт, рассчитываемпо формуле:

P_C=P_ст.удG_ст,(3.16)P_м-суммарныепотери в медиво всех обмотках,вычисляем поформуле

,(3.17)гдеP_мi-потери в медив обмотке,Вт, вычисляемпо формуле

Производимрасчет по формулам(3.15-3.17):

Вт,

P_M=6,76+4,97+0,66=11,796Вт,

,

Расчитаемтемпературутрансформатораt_т-ра притемпературеокружающейсреды t_ср=+40 ⁰Спо формуле:

t_т-ра=t_ср+

t_т-ра=40+39,42=79,42⁰С.

3.8.РасчетКПД трансформатора.

ВычислимКПД трансформаторапо формуле

Такимобразом КПДтрансформаторасоставляет84%.

Описаниеконструкциитрансформатора

Конструкциятрансформаторасостоит измагнитопровода,катушки с обмоткамии крышки, предназначенныедля сборки икреплениятрансформатора.

Назначениемагнитопроводазаключаетсяв том, чтобысоздать длямагнитногопотока замкнутыйпуть, обладающийвозможно меньшиммагнитнымсопротивлением.Поэтому магнитопроводытрансформаторовнеобходимоизготовлятьиз материалов,обладающихвысокой магнитнойпроницаемостьюв сильных переменныхмагнитныхполях.

Для изготовлениятрансформаторамы выбралигорячекатаннуюэлектротехническуюсталь 1511 толщиной0.5 мм. МагнитопроводШЛМ 32х25.

Изоляцияобмотки отмагнитопроводовосуществляетсяпри помощикаркасов,изготовляемыхиз негигроскопическогоматериала схорошей электрическойи механическойпрочностью.Также катушкатрансформаторасодержитмеждуслоевую,межобмоточнуюи внешнюю изоляцию.

Магнитопроводдолжен бытьхорошо скреплендля получениямеханическипрочной конструкции.После сборкистягиваетсяобоймой, котораяодновременноиспользуетсяи для креплениятрансформаторак шасси. Обоймадолжна бытьизолированаот магнитопроводабумагой илипрессшпаном.

Выводы проводниковобмоток припаиваютсяк лепесткам,расположеннымпо наружномупериметрукатушки в торцевыхеё частях.

В первуюочередь изготавливаетсякатушка. Склеиваетсякаркас. Наматываетсянеобходимоекол-во витковпровода первичнойобмотки. Дляисключениямежслоевогозамыкания, атакже для болееровной укладкипроводов используетсямежслоеваяизоляция (бумага).Концы бумагипроклеиваются.Затем проклеиваетсямежобмоточнаяизоляция, нужнаядля изоляцииобмоток.

Дальше операцияповторяется

В первуюочередь собираетсякаркас. Магнитопроводсобираетсяв стык из двухсердечниковподковообразнойформы (С-образные).Для получениявозможно меньшегомагнитногосопротивленияв местах стыкаС-образныхсердечникових торцевыеповерхностиподвергаютсяшлифовке. Затем,после того, какна магнитопроводнадета катушка,обе половинысклеиваютсяспециальнойферритовойпастой.

Обмоткитрансформаторадолжны бытьхорошо изолированныкак от магнитопровода,так и друг отдруга. Изоляцияобмотки отмагнитопроводаосуществленапри помощикаркаса, изготовленногоиз электротехническогокартона (прессшпана).

Кроме каркаса,предохраняющегообмотки отсоприкосновенияс магнитопроводом,катушка трансформаторасодержитмеждуслоевую,междуобмоточнуюи внешнюю изоляцию.Междуслоеваяизоляция служитдля изоляцииотдельных слоевкаждой обмоткидруг от друга.В качестветакой изоляциимы выбрали один слой кабельнойбумаги толщиной0,12 мм для всехобмоток. Междуобмоточнойизоляцией,которая служитдля созданияизоляции междуобмотками, ивнешней изоляцией,которая предохраняетобмотку отпробоя на корпуси на соседниедетали, а такжеот внешнихповреждений,избрали дваслоя той жебумаги: кабельной,с толщиной 0,12мм.

Выводы обмотокприпаиваютсяк лепесткам, которые размещаютсяна щечке каркаса.Вывод 1 припаиваетсяк лепестку 1 ит.д.

Для получениямеханическипрочной конструкциии для креплениятрансформаторак основаниюиспользуетсякожух.

Катушкатрансформаторапропитываетсялаком.

По окончаниисборки трансформатормаркируется.

Заключение

Врезультатевыполнениязадания былспроектировани рассчитан броневойтрансформаторпитания РЭА,с техническимихарактеристиками,приведеннымив табл.2.

Разработаннаяконструкциятрансформаторасоответствуетпредложенномутехническомузаданию напроектирование.

Таблица2

Провод маркиПЭЛ – проводс покрытиемлаком на масляннойоснове, служитдля работы притемпературе до 105С,имеет критерийнаименьшейстоимости.

Списокиспользованнойлитературы

1. ВересовГ. П. Электропитаниебытовой РЭА.М.,1983.

2. БелопольскийИ.И., ПикаловаЛ.Г.. Расчеттрансформаторов и дросселеймалой мощности.М.-Л.: Госэнергоиздат,1963. – 272с.

3. СидоровИ.Н., СкорняковС.В.. Трансформаторыбытовой РЭА.М.: Радио и связь,1994. – 367с.

4. КаретниковК.А.. Расчеттрансформаторов и дросселей.М..:, 1973. – 272с.