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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Berechnung von Leistungstransformatoren mit geringer Leistung. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Netzteile Leistungstransformatoren werden normalerweise in zwei Klassen unterteilt:
Die Berechnung dieser Transformatoren erfolgt nach zwei unterschiedlichen Methoden. Das Problem entsteht, wenn ein Transformator mit einer Leistung von 500 bis 5000 W berechnet werden muss, wenn die Methode zur Berechnung funktechnischer Transformatoren nicht mehr anwendbar ist und die Methode zur Berechnung elektrischer Transformatoren noch nicht anwendbar ist. In diesem Fall wird der Transformator zweimal nach jeder der Methoden berechnet, und seine Wicklungsdaten und sein Kernquerschnitt werden als Durchschnitt der in diesen beiden Berechnungen erhaltenen Daten ausgewählt und dann experimentell verfeinert. Mit der angegebenen Berechnungsmethode werden Leistungstransformatoren für Funkgeräte mit geringer Leistung berechnet, die von einem 110, 127, 220 V-Netz mit einer Frequenz von 50 Hz gespeist werden. Es gibt zwei Hauptansätze zur Berechnung funktechnischer Transformatoren: Kupferoptimierung; Hardwareoptimierung. Dementsprechend wird im ersten Fall ein Transformator mit minimalen Kosten und im zweiten Fall mit minimalem Gewicht erhalten. Das Mindestgewicht ist bei luftgestützten oder tragbaren Geräten sehr wichtig. Transformatorkern Für Transformatoren mit minimalen Kosten werden Elektrobleche der Sorten E31, E41 mit einer Blechdicke von 0,35, 0,5 mm verwendet. Für Transformatoren mit minimalem Gewicht - Stahlsorten E310, E320, E330. Das Design des Kerns (Magnetkreis) des Transformators kann in gepanzerte Kerne, Stabkerne und Ringkerne unterteilt werden. Stabmagnetkreise werden in Hochleistungstransformatoren eingesetzt, da sie die Kühlung verbessern. Toroidale Magnetkreise ermöglichen eine bessere Nutzung der magnetischen Eigenschaften des Materials und erzeugen ein viel schwächeres externes Magnetfeld als andere Kerne. Der Magnetkern des Transformators kann aus gestanzten Platten bestehen oder aus Bändern gewickelt sein. Der Vorteil von Magnetkernen aus gestanzten Platten besteht darin, dass sie auch aus sehr zerbrechlichen Materialien mit guten magnetischen Eigenschaften hergestellt werden können. Der Vorteil verdrillter Magnetkreise liegt in der vollständigen Nutzung der Eigenschaften von Elektroband, der einfachen Herstellung und dem geringen Produktionsabfall. Transformatorwicklungen In der Regel wird die Wicklung auf einen Rahmen aus dielektrischem Material – Kunststoff, Elektrokarton usw. – gewickelt. Um die Außenabmessungen des Transformators zu reduzieren, wird manchmal eine rahmenlose Wicklung auf der Hülse verwendet. Je nach Rahmenkonstruktion kann der Transformator zylindrische Wicklungen (in diesem Fall sind die Wicklungen übereinander gewickelt) oder Kekswicklungen (in diesem Fall ist jede Wicklung auf einen dafür vorgesehenen Abschnitt gewickelt, beginnend mit dem Transformatorkern) haben. In der Regel werden Wicklungen mit vielen Windungen aus dünnem Draht näher am Kern des Transformators platziert, um ihren Wirkwiderstand und ihre Verluste zu verringern. Daher wird die Netzwicklung in der Regel zuerst auf den Rahmen gewickelt. Die Wicklung des Drahtes auf die Spule eines Transformators kann in regelmäßigen Schichten oder in zufälligen „Massen“ erfolgen. In jedem Fall ist es wünschenswert, eine Isolierung zwischen den Wicklungslagen anzubringen, um Kurzschlüsse zwischen den Lagen zu verhindern. In der Spule ist außerdem eine Isolierung zwischen den Wicklungen angebracht, um einen Durchschlag zwischen benachbarten Wicklungen zu verhindern. Um die elektrische Isolierung und den Schutz der Transformatorwicklungen zu erhöhen, werden diese mit speziellen Verbindungen imprägniert. Primärwicklung Leistungstransformatoren müssen häufig mit Spannungen von 110, 127 und 220 V betrieben werden. In diesem Fall kann die Primärwicklung wie in Abb. 1 dargestellt ausgeführt werden.
Der Nachteil dieses Schemas ist der erhöhte Kupferverbrauch und die Komplexität der Herstellung des Transformators aufgrund der Verwendung von Drähten unterschiedlicher Abschnitte zum Wickeln der Wicklungen I, II und III. Daher wird häufiger das in Abb. 2 dargestellte Schema verwendet.
Bei Anschluss an ein 127-V-Netz stehen die Jumper auf Position „2“ und die Wicklungen 2-3 und 4-5 sind parallel geschaltet, bei Anschluss an ein 220-V-Netz stehen die Jumper auf Position „1“ und alle Wicklungen sind in Reihe geschaltet. Zur Durchführung der Berechnung müssen folgende Angaben gemacht werden:
Bestimmen Sie als Ergebnis der Berechnung:
Der Transformator ist ein Gerät, das in einem Wechselstromnetz betrieben wird, daher werden bei seiner Berechnung die Effektivwerte von Wechselstrom und Wechselspannung verwendet. Berechnungsreihenfolge 1. Ermitteln Sie die Gesamtleistung der Sekundärwicklungen bei Nennlast: P2=I1U1+I2U2+...InUn. Wobei In und Un der Strom bzw. die Spannung an der n-ten Wicklung sind. Die Gesamtleistung des Transformators wird unter Berücksichtigung des Wirkungsgrades (ηtr) ermittelt (Tabelle 1). Ptr=P2/ηtr, wo ηtr - Effizienz. Tabelle 1
2. Wählen Sie die maximal zulässigen Werte der Stromdichte ∆ und der magnetischen Induktion B. Der Wert der magnetischen Induktion für Transformatoren mit Stab und gepanzertem Magnetkreis ist in Tabelle 1 angegeben. Bei Verwendung verdrillter Magnetkerne aus kaltgewalzten Elektrostählen kann der maximale Induktionswert um das 1,31,6- bis XNUMX-fache erhöht werden. 3. Bestimmen Sie die minimal zulässige Querschnittsfläche des Magnetkreises: Ssec=700[(aPtr)/(fB∆)]0,5 (cm2), wobei a ein Koeffizient von 4,5–5,5 für die kostengünstigsten Transformatoren und 2–3 für die Transformatoren mit dem niedrigsten Gewicht ist; Ptr - Transformatorleistung, W; . - Frequenz der Stromversorgung, Hz; B – der Maximalwert der magnetischen Induktion, Gs; ∆ – zulässige Stromdichte, A/mm2. Für die kostengünstigsten Transformatoren, die in einem 50-Hz-Netz betrieben werden, wird üblicherweise eine maximale Induktivität von 10000 Gauss und eine Stromdichte von 3 A/mm angenommen.2. Dies vereinfacht die Formel: Ssec=1,3(Ptr)0,5 (cm2). Der Querschnitt des Magnetkreises wird unter Berücksichtigung des Füllfaktors des Abschnitts mit Stahl bestimmt: S'sec=Ssec/kzap. Die Werte von kzap in Abhängigkeit von der Dicke der Platten des Magnetkerns sind in Tabelle 2 angegeben. Tabelle 2
4. Bestimmen Sie die Abmessungen des Magnetkreises. Für einen gepanzerten Magnetkreis können dessen Typ und Abmessungen aus den Tabellen V.1 und V.2 [1] ausgewählt werden. Nach Auswahl des Plattentyps wird die Dicke des Magnetkreises Y1 durch die Formel bestimmt: Y1=S'sec/Y, wobei Y die Breite des mittleren Teils der Platte für den gepanzerten Magnetkern ist. Das Y1/Y-Verhältnis sollte 2-3 nicht überschreiten. Ansonsten kommt es zu einer merklichen Erhöhung des Streufeldes des Transformators Torus, und Sie müssen größere Platten auswählen. Für einen toroidalen Magnetkreis werden der Innendurchmesser (D1) und der Außendurchmesser (D2) durch die Formeln bestimmt: D1=(1,75 sek/σα)0,5, D2=2Sek/bk, wobei σ der Koeffizient der Füllung des Fensters mit Kupfer ist (normalerweise 0,23–0,25); b ist die Höhe des Magnetkreises, cm. 5. Bestimmen Sie die Anzahl der Windungen pro Volt im Transformator: ω=2,2x107/fBSsec Wenn der Transformator an einem Netz mit einer Frequenz von 50 Hz und einer maximalen Induktion von 10000 Gauss betrieben wird, lautet die Formel: ω=45/sek. Die Anzahl der Windungen in jeder Wicklung wird bestimmt, indem der erhaltene Wert mit der Spannung an jeder einzelnen Wicklung multipliziert wird. In diesem Fall sollte die Windungszahl der Sekundärwicklungen um 3 ... 5 % (je nach Stromaufnahme aus der Wicklung) erhöht werden, um den Spannungsabfall am Wicklungswiderstand zu berücksichtigen. 6. Bestimmen Sie die Drahtdurchmesser für jede der Wicklungen: d=1,13(I/∆)0,5, wobei I der maximale Strom in der Wicklung ist; ∆ – Stromdichte im Transformator, A/mm2. Sie können auch die Näherungsformel verwenden: d=0,7(I)0,5. 7. Überprüfung der Anordnung der Wicklungen am Rahmen eines Transformators mit Panzerkern. Windungszahl in einer Wickellage ω=(h−2(δ+2))/(αdout), wobei h die Höhe des Transformatorrahmenfensters ist; δ ist die Dicke des Materials des Transformatorrahmens; diz - Durchmesser des Wickeldrahtes mit Isolierung; α – Leckkoeffizient (Tabelle 3). Tabelle 3
Die Anzahl der Schichten jeder der Wicklungen Nsl=ω/ωsl, wobei ω die Anzahl der Windungen ist; ωsl ist die Anzahl der Windungen in der Lage dieser Wicklung. Damit alle Wicklungen im Transformatorfenster platziert werden können, muss folgende Bedingung erfüllt sein: B>δ+ΣδAustausch+Σδpr, wobei Σδobm die Gesamtdicke aller Windungen ist; Σδpr – die Gesamtdicke aller Dichtungen zwischen den Wicklungen; B - Fensterbreite. Wenn die Wicklungen zusammen mit der Isolierung mehr Platz einnehmen als das Fenster des ausgewählten Kerns, sollten die Magnetkreisplatten vergrößert und der Transformator neu berechnet werden. Литература:
Autor: A. Yu. Saulow
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