Transformator prenosi električnu snagu iz jednog u drugi krug bez promjene frekvencije. Sadrži primarni i sekundarni namot. Primarni namot spojen je na glavno napajanje, a sekundarni na potreban krug. U našem projektni krug , uzeli smo dizajn jednofaznog transformatora snage 50 herca male snage (10 KVA) prema našim zahtjevima u projektu.
Transformator je u osnovi tri vrste:
- Vrsta jezgre
- Tip školjke
- Toroidni
U jezgri tipski namoti okružuju dio jezgre, dok jezgra tipa jezgre okružuje namote. U tipu jezgre postoje dva glavna tipa i to E-I i U-T tip. U ovome dizajn transformatora , koristili smo tip jezgre E-I. Odabrali smo jezgru E-I jer je namotavanje puno lakše u usporedbi s toroidnim, ali učinkovitost je vrlo visoka (95% -96%). To je tako jer je gubitak protoka u toroidnim jezgrama usporedno manji.
Transformatori zaposleni u projektu su
- Serijski transformator: Da bi se osigurao potreban potisni ili naponski napon i
- Upravljački transformator: Za otkrivanje izlaznog napona i za napajanje.
Formule dizajna:
Ovdje uzimamo referencu podataka o namotajima na stolu od emajlirane bakrene žice i dimenzija tablice za utiskivanje transformatora za odabir ulaznih i izlaznih namota SWG i jezgre transformatora za zadane specifikacije.
Postupak projektiranja slijedi pod pretpostavkom da su date sljedeće specifikacije transformatora: -
- Sekundarni napon (Vs)
- Sekundarna struja (Is)
- Omjer okretaja (n2 / n1)
Iz ovih danih detalja izračunavamo širinu jezika, visinu hrpe, vrstu jezgre, površinu prozora kako slijedi: -
- Sekundarni Volt-pojačala (SVA) = sekundarni napon (Vs) * sekundarna struja (Is)
- Primarna volt-pojačala (PVA) = Sekundarna volt-pojačala (SVA) / 0,9 (pod pretpostavkom da je učinkovitost transformatora 90%)
- Primarni napon (Vp) = Sekundarni napon (Vs) / omjer okretaja (n2 / n1)
- Primarna struja (Ip) = Primarni volt-amperi (PVA) / Primarni napon (Vp)
- Potrebna površina presjeka jezgre daje se: - Površina jezgre (CA) = 1,15 * sqrt (primarna volt-pojačala (PVA))
- Bruto površina jezgre (GCA) = Površina jezgre (CA) * 1.1
- Broj okretaja namota određuje se omjerom navedenim kao: - okreta po voltu (Tpv) = 1 / (4,44 * 10-4 * površina jezgre * frekvencija * gustoća protoka)
Podaci o namatanju na emajliranu bakrenu žicu
(@ 200A / cm²)
Maks. Trenutni kapacitet (amp) | Okretnice / Kv. cm | SWG | Maks. Trenutni kapacitet (amp) | Okretnice / Kv. cm | SWG | |
0,001 | 81248 | pedeset | 0,1874 | 711 | 29 | |
0,0015 | 62134 | 49 | 0,2219 | 609 | 28 | |
0,0026 | 39706 | 48 | 0,2726 | 504 | 27 | |
0,0041 | 27546 | 47 | 0,3284 | 415 | 26 | |
0,0059 | 20223 | 46 | 0,4054 | 341 | 25 | |
0,0079 | 14392 | Četiri pet | 0,4906 | 286 | 24 | |
0,0104 | 11457 | 44 | 0,5838 | 242 | 2. 3 | |
0,0131 | 9337 | 43 | 0,7945 | 176 | 22 | |
0,0162 | 7755 | 42 | 1,0377 | 137 | dvadeset i jedan | |
0,0197 | 6543 | 41 | 1.313 | 106 | dvadeset | |
0,0233 | 5595 | 40 | 1.622 | 87.4 | 19 | |
0,0274 | 4838 | 39 | 2.335 | 60,8 | 18 | |
0,0365 | 3507 | 38 | 3,178 | 45.4 | 17 | |
0,0469 | 2800 | 37 | 4,151 | 35.2 | 16 | |
0,0586 | 2286 | 36 | 5.254 | 26.8 | petnaest | |
0,0715 | 1902 | 35 | 6.487 | 21.5 | 14 | |
0,0858 | 1608 | 3. 4 | 8,579 | 16.1 | 13 | |
0,1013 | 1308 | 33 | 10.961 | 12.8 | 12 | |
0,1182 | 1137 | 32 | 13.638 | 10.4 | jedanaest | |
0,1364 | 997 | 31 | 16.6 | 8.7 | 10 | |
0,1588 | 881 | 30 |
Dimenzija žigova transformatora (temeljna tablica):
Tip broja | Širina jezika (cm) | Površina prozora (m2) | Tip broja | Širina jezika (cm) | Površina prozora (m2) | |
17 | 1.27 | 1.213 | 9 | 2.223 | 7.865 | |
12A | 1.588 | 1,897 | 9A | 2.223 | 7.865 | |
74 | 1.748 | 2.284 | 11A | 1.905 | 9.072 | |
2. 3 | 1.905 | 2.723 | 4A | 3.335 | 10.284 | |
30 | dva | 3 | dva | 1.905 | 10.891 | |
| 1.588 | 3,329 | 16 | 3.81 | 10.891 | |
31 | 2.223 | 3.703 | 3 | 3.81 | 12.704 | |
10 | 1.588 | 4.439 | 4AX | 2,383 | 13.039 | |
petnaest | 2.54 | 4.839 | 13 | 3.175 | 14.117 | |
33 | 2.8 | 5.88 | 75 | 2.54 | 15.324 | |
1 | 1,667 | 6.555 | 4 | 2.54 | 15.865 | |
14 | 2.54 | 6.555 | 7 | 5.08 | 18.969 | |
jedanaest | 1.905 | 7.259 | 6 | 3.81 | 19,356 | |
3. 4 | 1.588 | 7.529 | 35A | 3.81 | 39,316 | |
3 | 3.175 | 7.562 | 8 | 5.08 | 49.803 |
Za rad na mrežnom napajanju, frekvencija je 50Hz, dok se gustoća protoka može uzeti kao 1Wb / kvadratni cm. za obične čelične žigove i 1,3 Wb / m2 za CRGO žigove, ovisno o vrsti koja se koristi.
Stoga
- Primarni zavoji (n1) = okreti po voltu (Tpv) * Primarni napon (V1)
- Sekundarni zavoji (n2) = okreti po voltu (Tpv) * sekundarni napon (V2) * 1,03 (pretpostavimo da je pad namota transformatora 3%)
- Širina jezika laminiranja približno je dana sa: -
Širina jezika (Tw) = Sqrt * (GCA)
Gustoća struje
To je trenutna nosivost žice po jedinici površine presjeka. Izražava se u jedinicama Amp / cm². Gore spomenuti žičani stol namijenjen je kontinuiranom nazivu pri gustoći struje od 200A / cm². Za neprekinuti ili isprekidani način rada transformatora može se odabrati veća gustoća do 400A / cm², tj. Dvostruko veća od normalne gustoće kako bi se uštedio jedinični trošak. Odlučeno je da je porast temperature za slučajeve povremenog rada manji za slučajeve neprekidnog rada.
Dakle, ovisno o odabranoj gustoći struje, sada izračunavamo vrijednosti primarne i sekundarne struje koje se traže u tablici žica za odabir SWG: -
n1a = Izračunata primarna struja (Ip) / (gustoća struje / 200)
n2a = Izračunata sekundarna struja (Is) / (gustoća struje / 200)
Za ove vrijednosti primarne i sekundarne struje odabiremo odgovarajući SWG i okrete po kvadratnom metru sa žičanog stola. Zatim izračunavamo kako slijedi: -
- Primarno područje (pa) = Primarni zavoji (n1) / (Primarni zavoji po kvadratnom metru)
- Sekundarno područje (sa) = Sekundarni zavoji (n2) / (Sekundarni zavoji po kvadratnom metru)
- Ukupna površina prozora potrebna za jezgru dana je: -
Ukupna površina (TA) = Primarno područje (pa) + Sekundarno područje (sa)
- Dodatni prostor potreban za prvu i izolaciju može se uzeti kao 30% dodatnog prostora onoga što je potrebno stvarnom površinom namota. Ova je vrijednost približna i možda će je trebati izmijeniti, ovisno o stvarnoj metodi namotavanja.
Područje prozora (Wacal) = Ukupna površina (TA) * 1.3
Za gore izračunatu vrijednost širine jezika odabiremo broj jezgre i površinu prozora iz tablice jezgri osiguravajući da je odabrana površina prozora veća ili jednaka bruto površini jezgre. Ako ovaj uvjet nije zadovoljen, idemo na veću širinu jezika, osiguravajući isti uvjet s odgovarajućim smanjenjem visine sloga kako bi se održala približno konstantna bruto površina jezgre.
Tako iz jezgrene tablice dobivamo dostupnu širinu jezika (Twavail) i područje prozora ((dostupno) (aWa))
- Visina sloga = Bruto površina jezgre / Širina jezika ((dostupno) (atw)).
Za komercijalno dostupne ranije veličine, približni omjer visine sloga i širine jezika približavamo najbližim sljedećim slikama od 1,25, 1,5, 1,75. U najgorem slučaju uzimamo omjer jednak 2. Međutim, može se uzeti bilo koji omjer do 2 koji bi zahtijevao stvaranje vlastitih bivših.
Ako je omjer veći od 2, odabiremo veću širinu jezika (aTw) osiguravajući sve gornje uvjete.
- Visina sloga (ht) / širina jezika (aTw) = (neki omjer)
- Izmijenjena visina sloga = širina jezika (aTw) * Najbliža vrijednost standardnog omjera
- Izmijenjena bruto površina jezgre = širina jezika (aTw) * Izmijenjena visina sloga.
Isti postupak projektiranja primjenjuje se i na upravljački transformator, gdje moramo osigurati da visina sloga bude jednaka širini jezika.
Tako pronalazimo broj jezgre i visinu sloga za zadane specifikacije.
Projektiranje transformatora na primjeru:
- Podaci su sljedeći:
- Sec. napon (Vs) = 60V
Sek struja (Is) = 4.44A
- Okretanje po omjeru (n2 / n1) = 0,5
Sada moramo izračunati kako slijedi: -
- Sek.Volt-pojačala (SVA) = Vs * Is = 60 * 4,44 = 266,4VA
- Prim.Volt-pojačala (PVA) = SVA / 0,9 = 296,00VA
- Prim.napon (Vp) = V2 / (n2 / n1) = 60 / 0,5 = 120V
- Prim.struja (Ip) = PVA / Vp = 296,0 / 120 = 2,467A
- Jezgra površine (CA) = 1,15 * sqrt (PVA) = 1,15 * sqrt (296) = 19,785 cm²
- Bruto površina jezgre (GCA) = CA * 1,1 = 19,785 * 1,1 = 21,76 cm²
- Okretaja po voltu (Tpv) = 1 / (4,44 * 10-4 * CA * frekvencija * gustoća protoka) = 1 / (4,44 * 10-4 * 19,785 * 50 * 1) = 2,227 zavoja po voltu
- Prim.preokreta (N1) = Tpv * Vp = 2.276 * 120 = 272.73 zavoja
- Sek. Okreta (N2) = Tpv * Vs * 1,03 = 2,276 * 60 * 1,03 = 140,46 zavoja
- Širina jezika (TW) = Sqrt * (GCA) = 4,690 cm
- Odabiremo gustoću struje kao 300A / cm², ali gustoća struje u žičanom stolu je dana za 200A / cm², a zatim
- Primarna vrijednost trenutnog pretraživanja = Ip / (trenutna gustoća / 200) = 2,467 / (300/200) = 1,664A
- Vrijednost sekundarnog trenutnog pretraživanja = Je / (gustoća struje / 200) = 4,44 / (300/200) = 2,96A
Za ove vrijednosti primarne i sekundarne struje odabiremo odgovarajući SWG i okrete po kvadratnom metru sa žičanog stola.
SWG1 = 19 SWG2 = 18
Zavoj po kvadratnom metru primarnog = 87,4 cm² zavoj po kvadratnom cm sekundarnog = 60,8 cm²
- Primarno područje (pa) = n1 / zavoja po kvadratnom metru (primarno) = 272,73 / 87,4 = 3,120 cm²
- Sekundarna površina (sa) = n2 / okretaja po kvadratnom metru (sekundarna) = 140,46 / 60,8 = 2,310 cm²
- Ukupna površina (at) = pa + sa = 3.120 + 2.310 = 5.430 cm²
- Površina prozora (Wa) = ukupna površina * 1,3 = 5,430 * 1,3 = 7,059 cm²
Za gore izračunatu vrijednost širine jezika odabiremo broj jezgre i površinu prozora iz tablice jezgri osiguravajući da je odabrana površina prozora veća ili jednaka bruto površini jezgre. Ako ovaj uvjet nije zadovoljen, idemo na veću širinu jezika, osiguravajući isti uvjet s odgovarajućim smanjenjem visine sloga kako bi se održala približno konstantna bruto površina jezgre.
Tako iz jezgrene tablice dobivamo dostupnu širinu jezika (Twavail) i područje prozora ((dostupno) (aWa)):
- Dakle, dostupna širina jezika (atw) = 3,81 cm
- Dostupna površina prozora (awa) = 10,891 cm²
- Broj jezgre = 16
- Visina naslaga = gca / atw = 21,99 / 3,810 = 5,774 cm
Iz razloga performansi odnos visine sloga prema širini jezika (aTw) približavamo najbližim sljedećim slikama od 1,25, 1,5 i 1,75. U najgorem slučaju uzmemo omjer jednak 2.
Ako je omjer veći od 2, odabiremo veću širinu jezika osiguravajući sve gore navedene uvjete.
- Visina sloga (ht) / širina jezika (aTw) = 5,774 / 3,81 = 1,516
- Izmijenjena visina sloga = širina jezika (aTw) * Najbliža vrijednost standardnog omjera = 3,810 * 1,516 = 5,715cm
- Modificirana bruto površina jezgre = širina jezika (aTw) * Modificirana visina sloga = 3.810 * 5.715 = 21.774 cm²
Tako pronalazimo broj jezgre i visinu sloga za zadane specifikacije.
Dizajn malog upravljačkog transformatora s primjerom:
Podaci su sljedeći:
- Sec. napon (Vs) = 18V
- Sek struja (Is) = 0,3A
- Okretanje po omjeru (n2 / n1) = 1
Sada moramo izračunati kako slijedi: -
- Sekulska volt-pojačala (SVA) = Vs * Is = 18 * 0,3 = 5,4VA
- Prim.Volt-pojačala (PVA) = SVA / 0,9 = 5,4 / 0,9 = 6VA
- Prim. Napon (Vp) = V2 / (n2 / n1) = 18/1 = 18V
- Prim. struja (Ip) = PVA / Vp = 6/18 = 0,333A
- Jezgro područja (CA) = 1,15 * sqrt (PVA) = 1,15 * sqrt (6) = 2,822 cm²
- Površina poprečne jezgre (GCA) = CA * 1,1 = 2,822 * 1,1 = 3,132 cm²
- Zavoja po voltu (Tpv) = 1 / (4,44 * 10-4 * CA * frekvencija * gustoća protoka) = 1 / ((4,44 * 10-4 * 2,822 * 50 * 1) = 15,963 zavoja po voltu
- Prim. Zavoja (N1) = Tpv * Vp = 15.963 * 18 = 287.337 zavoja
- Sek. Okreta (N2) = Tpv * Vs * 1,03 = 15,963 * 60 * 1,03 = 295,957 zavoja
- Širina jezika (TW) = Sqrt * (GCA) = sqrt * (3.132) = 1.770 cm
Odabiremo gustoću struje kao 200A / cm², ali gustoća struje u žičanom stolu je dana za 200A / cm², a zatim
- Primarna vrijednost trenutnog pretraživanja = Ip / (gustoća struje / 200) = 0,333 / (200/200) = 0,333A
- Vrijednost sekundarnog trenutnog pretraživanja = Je / (gustoća struje / 200) = 0,3 / (200/200) = 0,3A
Za ove vrijednosti primarne i sekundarne struje odabiremo odgovarajući SWG i okreta po kvadratnom metru. cm od žičanog stola.
SWG1 = 26 SWG2 = 27
Okret po kvadratu cm primarne = 415 zavoja Okretaja po kvadratnom metru cm sekundarne = 504 zavoja
- Primarna površina (pa) = n1 / zavoja po kvadratnom metru (primarna) = 287.337 / 415 = 0.692 cm²
- Sekundarna površina (sa) = n2 / okretaja po kvadratnom metru (sekundarna) = 295.957 / 504 = 0.587 cm²
- Ukupna površina (at) = pa + sa = 0,692 + 0,587 = 1280 cm²
- Površina prozora (Wa) = ukupna površina * 1,3 = 1,280 * 1,3 = 1,663 cm²
Za gore izračunatu vrijednost širine jezika odabiremo broj jezgre i površinu prozora iz tablice jezgri osiguravajući da je odabrana površina prozora veća ili jednaka bruto površini jezgre. Ako ovaj uvjet nije zadovoljen, idemo na veću širinu jezika, osiguravajući isti uvjet s odgovarajućim smanjenjem visine sloga kako bi se održala približno konstantna bruto površina jezgre.
Tako iz jezgrene tablice dobivamo dostupnu širinu jezika (Twavail) i područje prozora ((dostupno) (aWa))
- Dakle, dostupna širina jezika (atw) = 1,905 cm
- Dostupna površina prozora (awa) = 18,969 cm²
- Broj jezgre = 23
- Visina sloga = gca / atw = 3.132 / 1.905 = 1.905cm
Stoga upravljački transformator je dizajniran.