Расчёт трансформатора однотактного прямоходового преобразователя
Принципиальная схема однотактного прямоходового преобразователя с размагничивающей обмоткой. Электрический расчёт трансформатора. Определение мощности потерь и перегрева. Расчёт размещения обмоток в окне магнитопровода и наружного диаметра катушки.
Рубрика | Физика и энергетика |
Вид | курсовая работа |
Язык | русский |
Дата добавления | 23.05.2016 |
Размер файла | 270,0 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru
17
Размещено на http://www.allbest.ru
Федеральное агентство по образованию
Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра автоматизированного электропривода
и промышленной электроники
Курсовая работа
по дисциплине «Силовая электроника»
Вариант №10
Тема курсовой работы:
«Расчёт трансформатора однотактного прямоходового преобразователя»
Выполнил: студент группы
Ильичева Ю. В.
Проверил: с.п. каф. АЭПиПЭ
Борщинский М.Ю.
Новокузнецк 2015г
Содержание
Исходные данные для расчёта
1. Электрический расчёт трансформатора
2. Расчёт размещения обмоток в окне магнитопровода
3. Расчёт мощности потерь и перегрева
Список литературы
Исходные данные для расчёта
Принципиальная схема однотактного прямоходового преобразователя с размагничивающей обмоткой показана на рисунке П1, диаграммы его работы - на рисунке П2.
Питание преобразователя осуществляется от источника с напряжением В;
напряжение на нагрузке В;
ток нагрузкиА;
частота преобразования кГц (период мкс);
трансформатор работает при температуре окружающей среды .
1. Электрический расчёт трансформатора
1) Вычисляем амплитуду напряжения на вторичной обмотке на основании регулировочной характеристики по формуле:
. (1)
При длительности импульса
.
При этом относительная длительность импульса равна:
. (2)
2) Рассчитываем действующее значение тока вторичной обмотки. При действующее значение тока вторичной обмотки равно:
. (3)
3) Вычисляем расчётную мощность вторичной обмотки по формуле:
Вт. (4)
4) Определяем габаритную мощность. Ток первичной обмотки значительно превышает ток намагничивания , а ток намагничивания по величине примерно равен току размагничивающей обмотки , следовательно, ток размагничивающей обмотки значительно меньше тока первичной обмотки и при выборе сердечника трансформатора мощность размагничивающей обмотки можно не учитывать.
Следовательно, габаритная мощность трансформатора примерно равна расчётной мощности вторичной обмотки:
Вт. (5)
5) Из справочной литературы выбираем материал сердечника, толщину пластин и коэффициент заполнения сердечника , удовлетворяющие заданной частоте импульсов .
Для выбранного материала сердечника по таблицам или графикам определяем максимальное значение индукции и соответствующие её максимальную напряжённость магнитного поля , а также остаточную индукцию . В качестве материала сердечника используем феррит марки 1500НМ3, у которого Тл при А/м, Тл. Для любого феррита . Исходя из габаритной мощности Вт по графикам в приложении принимаем плотность тока в обмотках А/мм2 и коэффициент заполнения окна магнитопровода .
6) Вычисляем произведение площади сечения сердечника на площадь окна по формуле:
(6)
Выбираем стандартный типоразмер мгнитопровода, удовлетворяющий произведению , и определяем его массу .
Полученному значению удовлетворяет сердечник, составленный из двух колец К32Ч16Ч8, у которого
мм2, (7)
мм2, (8)
м4,
мм. (9)
7) Рассчитываем число витков обмоток. Число витков первичной обмотки вычисляем по формуле:
. (10)
Число витков размагничивающей обмотки принимаем равным числу витков первичной обмотки:
. (11)
Число витков вторичной обмотки вычисляем по формуле:
. (12)
8) Рассчитываем действующие значения токов первичной и размагничивающей обмоток по формулам:
; (13)
(14)
где - максимальное значение тока намагничивания, которое в соответствии с законом полного тока определяется по формуле:
. (15)
При действующие значения тока размагничивающей обмотки равно:
.
9) Рассчитываем площади поперечного сечения и диаметры проводов k-х обмоток по формулам:
; .
; (16)
; (17)
; (18)
; (19)
; (20)
. (21)
2. Расчёт размещения обмоток в окне магнитопровода
1) По рассчитанному значению диаметра провода выбираем ближайшее стандартное значение диаметра и марку провода из справочника. При этом стандартный диаметр провода выбирается в сторону увеличения. В справочнике указывается также диаметр провода с изоляцией . Марку провода выбираем в соответствии с классом по нагревостойкости, который в свою очередь определяется заданным перегревом трансформатора. Задаём максимальную рабочую температуру трансформатора , которая соответствует классу нагревостойкости .
Для повышения надёжности используем провод марки ПЭТВ с диаметром по меди: мм; мм; мм (диаметры по изоляции соответственно: мм; мм; мм). Выбранный провод допускает работу при температуре .
2) Производим расчёт размещения обмоток в окне магнитопровода.
В качестве изоляции сердечника используем стеклолакоткань марки ЛСЭ-105/130 (допустимая температура нагрева ) толщиной мм, уложенную с 50%-ным перекрытием так, что общая толщина слоя изоляции получается равной . Предварительно у сердечника должны быть сняты острые кромки.
Первой на изоляцию сердечника наматываем первичную обмотку. Внутренний диаметр первого слоя равен:
мм, (22)
где мм - внутренний диаметр кольцевого сердечника.
Длина первого слоя равна:
мм. (23)
Определяем максимальное число витков в первом слое без учёта не плотности намотки:
. (24)
Из последнего выражения следует, что первичная обмотка не укладывается в один слой, поэтому рассчитываем размещение второго слоя. Так как напряжение питания невелико (В), то межслоевую изоляцию укладывать не будем.
Внутренний диаметр второго слоя равен:
мм. (25)
Длина второго слоя равна:
мм. (26)
Максимальное число витков во втором слое без учёта не плотности намотки:
. (27)
Из последнего выражения следует, что первичная обмотка не укладывается в два слоя, поэтому рассчитываем размещение третьего слоя.
Внутренний диаметр третьего слоя равен:
мм. (28)
Длина третьего слоя равна:
мм. (29)
Максимальное число витков в третьем слое без учёта не плотности намотки:
. (30)
Таким образом, первичная обмотка укладывается в три слоя. В первом слое можно разместить 70 витков, во втором - 56, в третьем - 43.
Поверх первичной обмотки накладываем межобмоточную изоляцию из стклолакоткани ЛСЭ-105/130 толщиной 0,10 мм с 50%-ным перекрытием. Следующей на межобмоточную изоляцию наматываем размагничивающую обмотку.
Внутренний диаметр четвертого слоя равен:
мм. (31)
Длина четвертого слоя равна:
мм. (32)
Максимальное число витков в четвертом слое без учёта не плотности намотки равно:
. (33)
Из последнего выражения следует, что размагничивающая обмотка вполне разместится в четвертом слое.
Рассчитываем размещаемость вторичной обмотки. Поверх размагничивающей обмотки накладываем межобмоточную изоляцию из стеклолакоткани ЛСЭ-105/130 толщиной 0,12 мм с 50%-ным перекрытием. Следующей на межобмоточную изоляцию наматываем вторичную обмотку.
Внутренний диаметр пятого слоя равен:
мм. (34)
Длина пятого слоя равна:
мм. (35)
Максимальное число витков пятого слоя без учёта не плотности намотки равно:
. (36)
Из последнего выражения следует, что вторичная обмотка не укладывается в один слой, поэтому переходим к расчёту следующего шестого слоя. Межслоевую изоляцию накладывать не будем, так как напряжение на вторичной обмотке невелико (20 В).
Внутренний диаметр шестого слоя равен:
мм. (37)
Длина шестого слоя равна:
мм. (38)
Максимальное число витков в шестом слое без учёта не плотности намотки равно:
. (39)
Из последнего выражения следует, что вторичная обмотка не укладывается в два слоя, поэтому переходим к расчёту следующего седьмого слоя.
Внутренний диаметр седьмого слоя равен:
мм. (40)
Длина седьмого слоя равна:
мм. (41)
Максимальное число витков в седьмом слое без учёта не плотности намотки равно:
. (42)
Очевидно, вторичная обмотка уложится в три слоя с числом витков в пятом - 30, шестом - 20, седьмом - 12 витков соответственно.
Поверх вторичной обмотки накладываем внешнюю изоляцию из стеклолакоткани ЛСЭ-105/130 толщиной 0,12 мм с 50%-ным перекрытием.
Диаметр отверстия в окне сердечника с обмоткой равен:
мм. (43)
При расчёте диаметров слоёв не учитывалась радиальная не плотность укладки слоёв. Однако, учитывая достаточно значительный диаметр отверстия в окне обмотки (равный 3,24 мм), можно утверждать, что все обмотки разместятся в окне магнитопровода.
3) Производим тепловой расчёт трансформатора на заданный перегрев. Для этого вычисляем суммарные потери в сердечнике и в катушке .
Мощность потерь в сердечнике на перемагничивание и вихревые токи рассчитываем по формуле:
(44)
где Вт/кг - удельная мощность потерь в сердечнике из феррита марки 1500НМ3 при частоте кГц и амплитуде магнитной индукции Тл;
кг - масса магнитопровода, состоящего из двух колец К20Ч12Ч6;
- коэффициент влияния частоты на потери;
- коэффициент влияния индукции на потери;
кГц - рабочая частота;
- амплитуда переменной составляющей магнитной индукции, определяемая по формуле:
Тл. (45)
Рассчитываем среднюю длину витка обмотки по формуле:
(46)
где мм - внешний диаметр кольцевого сердечника;
мм - внутренний диаметр кольцевого сердечника;
мм - высота одного кольца сердечника;
мм - внутренний диаметр седьмого слоя обмотки.
3. Расчёт мощности потерь и перегрева
Рассчитываем длину провода каждой k-й обмотки по формуле:
,
где - число витков k-й обмотки.
Длина провода первичной обмотки равна:
. (47)
Длина провода вторичной обмотки равна:
. (48)
Ток в размагничивающей обмотки незначителен, поэтому потери мощности в размагничивающей обмотке не учитываем.
Рассчитываем активные сопротивления провода k-х обмоток при температуре + 20°С:
,
где Ом·мм2/м - удельное сопротивление меди;
- диаметр провода k-й обмотки без изоляции.
- площадь сечения провода k-й обмотки без изоляции.
Активное сопротивление провода первичной обмотки при температуре + 20°С равно:
Ом. (49)
Активное сопротивление провода вторичной обмотки при температуре + 20°С равно:
Ом. (50)
Исходя из класса нагревостойкости используемых материалов, задаёмся максимальной температурой катушки , и рассчитываем сопротивления обмоток для этой температуры. Для катушек из медного провода активное сопротивление k-й обмотки равно:
,
где - температурный коэффициент удельного сопротивления для меди;
- превышение температуры катушки над нормальной температурой.
Активное сопротивление провода первичной обмотки при максимальной температуре равно:
Ом. (51)
Активное сопротивление провода вторичной обмотки при максимальной температуре равно:
Ом. (52)
Вычисляем суммарные потери в катушке по формуле:
Вт, (53)
где и - действующие значения токов соответственно в первичной и вторичной обмотках.
Рассчитываем тепловой режим трансформатора исходя из мощностей, теряемых в обмотках и в сердечнике , которые выделяется в виде тепла внутри трансформатора. Полагаем, что трансформатор работает в стационарном режиме, при котором существует баланс мощностей и выделяемая и излучаемая мощности равны. Температурный режим трансформатора оцениваем некоторой средней величиной , которая называется температурным перегревом:
, (54)
где - температура нагрева обмоток трансформатора;
- температура окружающей среды.
Приближённо температурный перегрев тороидального трансформатора может быть вычислен по следующей формуле:
, (55)
трансформатор преобразователь обмотка магнитопровод
где - площадь поверхности охлаждения катушки, м2;
- коэффициент теплоотдачи катушка-окружающая среда, Вт/(м2·град).
Для естественного охлаждения (без обдува воздухом) принимаем Вт/(м2·град).
Определяем наружный диаметр катушки:
(56)
Определяем высоту обмотки:
(57)
Определяем площадь поверхности охлаждения катушки:
мм2, (58)
Определяем температурный перегрев тороидального трансформатора:
град,
В заключении определяем температуру нагрева обмоток трансформатора . Температура нагрева обмоток трансформатора выше температуры окружающей среды на величину перегрева:
.
Рассчитанная температура не превышает максимальную температуру обмоток , поэтому расчёт трансформатора считается законченным.
На рисунке П3 приводится эскизный чертёж рассчитанного трансформатора однотактного прямо ходового преобразователя.
Список литературы
1. Хныков А.В. Теория и расчёт трансформаторов источников вторичного электропитания. - М.: СОЛОН-Пресс, 2004. - 128 с.
2. Сидоров И.Н., Скорняков С.В. Трансформаторы бытовой радиоэлектронной аппаратуры: Справочник - М.: Радио и связь, 1994, - 320с.
3. Александров К.К., Кузьмина Е.Г. Электротехнические чертежи и схемы. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 288 с.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Расчет трансформатора, входного фильтра и параметров сглаживающего фильтра. Выбор транзистора по максимальному (амплитудному) значению тока. Определение площади радиатора транзистора. Проверка преобразователя на устойчивость к возмущающим воздействиям.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 09.06.2015Проект масляного трансформатора с обмотками из алюминиевого провода и плоской трёхстержневой магнитной системой. Расчёт основных размеров, выбор изоляционных промежутков, диаметра стержня и высоты обмоток. Определение параметров КЗ; тепловой расчёт.
курсовая работа [490,6 K], добавлен 16.06.2014Расчёт основных электрических величин и изоляционных расстояний трансформатора. Определение параметров короткого замыкания. Окончательный расчёт магнитной системы. Определение параметров холостого хода. Тепловой расчёт трансформатора, обмоток и бака.
курсовая работа [2,8 M], добавлен 08.06.2014Расчёт основных электрических величин трансформатора. Определение диаметра окружности в которую вписана ступенчатая фигура стержня. Выбор конструкции обмоток трансформатора. Расчет обмотки низкого напряжения. Определение потерь короткого замыкания.
курсовая работа [2,7 M], добавлен 22.05.2012Расчёт выпрямителя, трансформатора и элементов фильтра. Проверка условия размещения обмоток в окне магнитопроводе и реальных величин потерь напряжения во всех обмотках. Выбор типа магнитопровода и проверка его на соответствии величин холостого тока.
курсовая работа [330,6 K], добавлен 15.12.2014Технико-экономическое обоснование оптимального варианта масляного трансформатора. Построение и расчёт сечения стержня магнитопровода, напряжения витков. Выбор типа и параметров обмоток. Тепловой и динамический расчёт. Выбор вспомогательного оборудования.
курсовая работа [478,8 K], добавлен 08.09.2014Габаритная мощность трансформатора. Плотность тока в обмотках трансформатора преобразователя. Броневые ленточные магнитопроводы. Число витков вторичных обмоток. Перегрев сердечника по отношению к окружающей среде. Толщина катушки трансформатора.
контрольная работа [263,4 K], добавлен 26.11.2009Определение максимального и минимального значений выпрямленного сетевого напряжения, диаграммы работы преобразователя. Выбор выпрямительных диодов, трансформатора, транзистора, выпрямителя и элементов узла управления. Расчет демпфирующей цепи и КПД.
курсовая работа [392,9 K], добавлен 18.02.2010Выбор тиристорного преобразователя, трансформатора. Расчёт силового модуля, индуктивности, выбор сглаживающего дросселя. Защита тиристорного преобразователя. Сравнительная характеристика разработанного тиристорного преобразователя и промышленного аналога.
курсовая работа [454,6 K], добавлен 04.03.2012Расчет главных размеров трансформатора. Выбор конструкции обмоток из прямоугольного и круглого проводов. Определение потерь короткого замыкания. Проведение расчета механических сил и напряжений между обмотками, а также тока холостого хода трансформатора.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 02.06.2014