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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Cálculo de transformadores de potência de baixa potência. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Fontes de alimentação Os transformadores de potência são geralmente divididos em duas classes:
Esses transformadores são calculados usando dois métodos diferentes. O problema surge quando é necessário calcular um transformador com potência de 500 a 5000 W, quando o método de cálculo para transformadores de engenharia de rádio não é mais aplicável e o método de cálculo para transformadores elétricos ainda não é aplicável. Neste caso, o transformador é calculado duas vezes, utilizando cada um dos métodos, e seus dados de enrolamento e seção transversal do núcleo são selecionados como a média daqueles obtidos nesses dois cálculos, e então refinados experimentalmente. A metodologia de cálculo fornecida é utilizada para calcular transformadores de potência para equipamentos de rádio de baixa potência, que são alimentados por uma rede de 110, 127, 220 V com frequência de 50 Hz. Existem duas abordagens principais para calcular transformadores de engenharia de rádio: otimização para cobre; otimização de hardware. Assim, no primeiro caso obtém-se um transformador de custo mínimo e, no segundo, um transformador de peso mínimo. O peso mínimo é muito importante para equipamentos de bordo ou vestíveis. Núcleo do transformador Para transformadores de custo mínimo, são utilizadas chapas de aço elétrico dos graus E31, E41 com espessuras de placa de 0,35 e 0,5 mm. Para transformadores de peso mínimo - classes de aço E310, E320, E330. Os projetos do núcleo (núcleo magnético) do transformador podem ser divididos em blindado, haste e toroidal. Núcleos magnéticos de haste são usados em transformadores potentes porque melhoram o resfriamento. Os núcleos magnéticos toroidais permitem aproveitar melhor as propriedades magnéticas do material e criar um campo magnético externo muito mais fraco do que outros núcleos. O núcleo magnético do transformador pode ser feito de placas estampadas ou enrolado em tiras. A vantagem dos núcleos magnéticos feitos de placas estampadas é que eles podem ser feitos até mesmo de materiais muito frágeis e com boas propriedades magnéticas. A vantagem dos núcleos magnéticos torcidos é o pleno aproveitamento das propriedades do aço elétrico, facilidade de fabricação e baixo desperdício de produção. Enrolamentos do transformador Via de regra, o enrolamento é enrolado em uma moldura de material dielétrico - plástico, papelão elétrico, etc. Às vezes, para reduzir as dimensões externas do transformador, é usado um enrolamento sem moldura em uma manga. De acordo com o desenho da moldura, o transformador pode ter enrolamentos cilíndricos (neste caso, os enrolamentos são enrolados uns sobre os outros) ou biscoitos (neste caso, cada enrolamento é enrolado em uma seção alocada para ele, a partir do transformador essencial). Via de regra, enrolamentos contendo muitas voltas de fio fino são colocados mais próximos do núcleo do transformador para reduzir sua resistência ativa e perdas neles. Portanto, o enrolamento da rede, via de regra, é enrolado primeiro no quadro. O enrolamento do fio na bobina do transformador pode ser feito em camadas regulares ou aleatoriamente "a granel". Em qualquer caso, é aconselhável colocar isolamento entre as camadas do enrolamento para evitar curtos-circuitos entre as camadas. O isolamento entre enrolamentos também é colocado na bobina para evitar quebras entre enrolamentos adjacentes. Para aumentar o isolamento e a proteção elétrica, os enrolamentos do transformador são impregnados com compostos especiais. Primeira frase Freqüentemente, os transformadores de potência são obrigados a operar em tensões de 110, 127 e 220 V. Neste caso, seu enrolamento primário pode ser projetado conforme mostrado na Fig.
A desvantagem deste esquema é o aumento do consumo de cobre e a complicação da fabricação do transformador devido à utilização de fios de diferentes seções para enrolamentos dos enrolamentos I, II e III. Portanto, o esquema mostrado na Fig. 2 é usado com mais frequência.
Quando conectado a uma rede de 127 V, os jumpers são colocados na posição “2” e os enrolamentos 2-3 e 4-5 são conectados em paralelo, e quando conectado a uma rede de 220 V, o jumper é colocado na posição “1” e todos os enrolamentos estão conectados em série. Para realizar o cálculo, o seguinte deve ser especificado:
Como resultado do cálculo, determine:
Um transformador é um dispositivo que opera em uma rede de corrente alternada, portanto, no seu cálculo são utilizados os valores efetivos de corrente alternada e tensão alternada. Sequência de cálculo 1. Encontre a potência total dos enrolamentos secundários na carga nominal: P2=I1U1+I2U2+...InUn. Onde In e Un são a corrente e a tensão no enésimo enrolamento, respectivamente. A potência total do transformador é determinada levando em consideração a eficiência (ηtr) (Tabela 1). Ptr=P2/ηtr, onde ηtr - eficiência. Tabela 1
2. Selecione os valores máximos permitidos de densidade de corrente ∆ e indução magnética B. O valor da indução magnética para transformadores com núcleo e núcleos magnéticos blindados é indicado na Tabela 1. Ao usar núcleos magnéticos torcidos feitos de aços elétricos laminados a frio, o valor máximo de indução pode ser aumentado em 1,31,6 vezes. 3. Determine a área de seção transversal mínima permitida do circuito magnético: Ssec=700[(aPtr)/(fB∆)]0,5 (cm2), onde a é um coeficiente de 4,5-5,5 para transformadores de menor custo e 2-3 para transformadores de menor peso; Rtr - potência do transformador, W; . - frequência da rede de alimentação, Hz; B - valor máximo de indução magnética, G; ∆ - densidade de corrente permitida, A/mm2. Para os transformadores de menor custo operando em uma rede de 50 Hz, geralmente são assumidas uma indução máxima de 10000 Gauss e uma densidade de corrente de 3 A/mm.2. Neste caso, a fórmula simplifica: Ssec=1,3(Ptr)0,5 (cm2). A seção transversal do circuito magnético é determinada levando em consideração o fator de preenchimento da seção com aço: S'sec=Ssec/kzap. Os valores de kzap dependendo da espessura das placas do circuito magnético são apresentados na Tabela 2. Tabela 2
4. Determine as dimensões do circuito magnético. Para um circuito magnético blindado, seu tipo e dimensões podem ser selecionados nas tabelas V.1 e V.2 [1]. Tendo escolhido o tipo de placas, a espessura do circuito magnético Y1 é determinada pela fórmula: Y1=S's/S, onde Y é a largura da parte central da placa para o núcleo magnético blindado. A relação Y1/Y não deve exceder 2-3. Caso contrário, há um aumento notável no campo de espalhamento da transformada. torus, e você precisará selecionar placas maiores. Para um núcleo magnético toroidal, os diâmetros interno (D1) e externo (D2) são determinados pelas fórmulas: D1=(1,75Ssec/σα)0,5, D2=2Ssec/bk, onde σ é o fator de preenchimento da janela com cobre (geralmente 0,23-0,25); b - altura do circuito magnético, cm. 5. Determine o número de voltas por volt no transformador: ω=2,2x107/fBSsec Quando o transformador opera em uma rede com frequência de 50 Hz e indução máxima de 10000 G, a fórmula assume a forma: ω=45/Ssec. O número de voltas em cada enrolamento é determinado multiplicando o valor resultante pela tensão em cada enrolamento específico. Neste caso, o número de voltas dos enrolamentos secundários deve ser aumentado em 3...5% (dependendo da corrente consumida do enrolamento) para levar em conta a queda de tensão na resistência do enrolamento. 6. Determine os diâmetros dos fios para cada um dos enrolamentos: d=1,13(I/∆)0,5, onde I é a corrente máxima no enrolamento; ∆ - densidade de corrente no transformador, A/mm2. Você também pode usar a fórmula aproximada: d=0,7(I)0,5. 7. Verificação da colocação dos enrolamentos na carcaça do transformador com núcleo blindado. Número de voltas em uma camada de enrolamento ω=(h−2(δ+2))/(αdout), onde h é a altura da janela da moldura do transformador; δ é a espessura do material da carcaça do transformador; diz - diâmetro do fio do enrolamento com isolamento; α é o coeficiente de vazamento (Tabela 3). Tabela 3
O número de camadas de cada um dos enrolamentos Nsl=ω/ωsl, onde ω é o número de voltas do enrolamento; ωsl é o número de espiras na camada deste enrolamento. Para que todos os enrolamentos caibam na janela do transformador, a seguinte condição deve ser atendida: B>δ+Σδtroca+Σδpr, onde Σδenrolamento é a espessura total de todos os enrolamentos; Σδpr - espessura total de todas as juntas entre os enrolamentos; B - largura da janela. Se os enrolamentos juntamente com o isolamento ocuparem mais espaço que a janela do núcleo selecionado, então o tamanho das placas do núcleo magnético deve ser aumentado e o transformador deve ser calculado novamente. Literatura:
Autor: A.Yu. Saulov
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