Transformatorontwerp

Een transformator brengt elektrisch vermogen over van het ene circuit naar het andere zonder een verandering in frequentie. Het bevat primaire en secundaire wikkeling. De primaire wikkeling is aangesloten op de hoofdvoeding en secundair op het vereiste circuit. In onze project circuit , hebben we het ontwerp van een laagvermogen (10 KVA) enkelfasige 50 hertz-voedingstransformator genomen volgens onze vereisten in het project.

De transformator bestaat in principe uit drie typen:

1. Kerntype
2. Shell-type
3. Ringkern

In kern omringen type wikkelingen een deel van de kern, terwijl in schaaltype kern wikkelingen omgeeft. In het Core-type zijn er twee hoofdtypen, namelijk E-I-type en U-T-type. In deze transformator ontwerp , we gebruikten het E-I-kerntype. We kozen voor E-I-kern omdat het opwinden veel gemakkelijker is in vergelijking met ringkern, maar de efficiëntie is erg hoog (95% -96%). Het is zo omdat het fluxverlies relatief veel minder is in ringkernkernen.

De transformatoren die in het project worden gebruikt, zijn

1. Serie transformator: Om de vereiste boost- of buck-spanning te leveren en
2. Stuurtransformator: Voor het meten van de uitgangsspanning en voor stroomtoevoer.

Ontwerpformules:

Hier nemen we de referentie van de wikkelgegevens op de geëmailleerde koperdraadtabel en de afmetingen van de transformatorstamptabel om de ingangs- en uitgangswikkelingen SWG en de kern van de transformator te selecteren voor bepaalde specificaties.

De ontwerpprocedure wordt gevolgd in de veronderstelling dat de volgende specificatie van een transformator wordt gegeven: -

• Secundaire spanning (Vs)
• Secundaire stroom (Is)
• Schakelt ratio (n2 / n1)

Uit deze gegeven gegevens berekenen we de tongbreedte, stapelhoogte, kerntype, raamoppervlak als volgt: -

• Secundaire volt-ampère (SVA) = secundaire spanning (Vs) * secundaire stroom (Is)
• Primaire volt-ampère (PVA) = secundaire volt-ampère (SVA) / 0,9 (aangenomen dat de efficiëntie van de transformator 90% is)
• Primaire spanning (Vp) = Secundaire spanning (Vs) / windingsverhouding (n2 / n1)
• Primaire stroom (Ip) = Primaire Volt-Ampère (PVA) / Primaire spanning (Vp)
• Het vereiste dwarsdoorsnedegebied van de kern wordt gegeven door: - Kernoppervlak (CA) = 1,15 * sqrt (primaire volt-ampère (PVA))
• Bruto kerngebied (GCA) = kerngebied (CA) * 1.1
• Het aantal windingen op de wikkeling wordt bepaald door de verhouding die wordt gegeven als: - omwentelingen per volt (Tpv) = 1 / (4,44 * 10-4 * kernoppervlak * frequentie * fluxdichtheid)

Wikkelgegevens op geëmailleerde koperdraad

(Bij 200A / cm²)

Afmeting van transformatorstempels (kerntabel):

Voor werking op netvoeding is de frequentie 50HZ, terwijl de fluxdichtheid kan worden genomen als 1Wb / cm2. voor gewone stalen stampen en 1,3 Wb / sq cm voor CRGO-stampen, afhankelijk van het type dat moet worden gebruikt.

Vandaar

• Primaire windingen (n1) = omwentelingen per volt (Tpv) * Primaire spanning (V1)
• Secundaire windingen (n2) = omwentelingen per volt (Tpv) * secundaire spanning (V2) * 1,03 (neem aan dat er 3% afname is in transformatorwikkelingen)
• De breedte van de tong van lamellen wordt ongeveer gegeven door: -

Tongbreedte (Tw) = Sqrt * (GCA)

Huidige dichtheid

Het is het huidige draagvermogen van een draad per oppervlakte-eenheid. Het wordt uitgedrukt in Amp / cm². De bovengenoemde draadtafel is voor een continu vermogen bij een stroomdichtheid van 200A / cm². Voor niet-continue of intermitterende werking van de transformator kan een hogere dichtheid tot 400A / cm² worden gekozen, d.w.z. tweemaal de normale dichtheid om de eenheidskosten te besparen. Er wordt voor gekozen omdat de temperatuurstijging voor de intermitterende operationele gevallen minder is voor de continue operationele gevallen.

Dus afhankelijk van de gekozen stroomdichtheden berekenen we nu de waarden van de primaire en secundaire stromen die moeten worden gezocht in de draadtabel om SWG te selecteren: -

n1a = Primaire stroom (Ip) berekend / (stroomdichtheid / 200)

n2a = secundaire stroom (Is) berekend / (stroomdichtheid / 200)

Voor deze waarden van primaire en secundaire stromen kiezen we de overeenkomstige SWG en omwentelingen per vierkante cm uit de draadtabel. Vervolgens gaan we als volgt te berekenen: -

• Primair gebied (pa) = Primaire windingen (n1) / (Primaire windingen per vierkante cm)
• Secundair gebied (sa) = Secundaire windingen (n2) / (Secundaire windingen per vierkante cm)
• Het totale vensteroppervlak dat nodig is voor de kern wordt gegeven door: -

Totale oppervlakte (TA) = Primaire oppervlakte (pa) + Secundaire oppervlakte (sa)

• Extra ruimte die nodig is voor de eerste en isolatie kan worden genomen als 30% extra ruimte van wat nodig is voor het eigenlijke wikkelgebied. Deze waarde is bij benadering en moet mogelijk worden gewijzigd, afhankelijk van de feitelijke wikkelmethode.

Vensteroppervlak (Wacal) = Totale oppervlakte (TA) * 1.3

Voor de hierboven berekende waarde van de tongbreedte kiezen we het kernnummer en het raamoppervlak uit de kerntabel om ervoor te zorgen dat het gekozen raamoppervlak groter is dan of gelijk is aan het Bruto kernoppervlak. Als niet aan deze voorwaarde wordt voldaan, gaan we voor een grotere tongbreedte en zorgen we voor dezelfde voorwaarde met een overeenkomstige afname van de stapelhoogte om een ​​ongeveer constant bruto kernoppervlak te behouden.

Zo krijgen we beschikbare tongbreedte (Twavail) en raamoppervlak ((beschikbaar) (aWa)) uit de kerntabel

• Stapelhoogte = Bruto kernoppervlak / Tongbreedte ((beschikbaar) (atw)).

Voor commercieel verkrijgbare doeleinden van de vroegere afmetingen, benaderen we de stapelhoogte tot tongbreedteverhouding tot de volgende cijfers van 1,25, 1,5, 1,75. In het ergste geval nemen we de verhouding gelijk aan 2. Er kan echter elke verhouding tot 2 worden genomen, waarvoor het maken van een eigen eerste vereist is.

Als de verhouding groter is dan 2, selecteren we een grotere tongbreedte (aTw), waarbij we aan alle voorwaarden voldoen zoals hierboven.

• Stapelhoogte (ht) / tongbreedte (aTw) = (enige verhouding)
• Gewijzigde stapelhoogte = Tongbreedte (aTw) * Dichtstbijzijnde waarde van standaardverhouding
• Gewijzigd bruto kernoppervlak = Tongbreedte (aTw) * Gewijzigde stapelhoogte.

Dezelfde ontwerpprocedure is van toepassing op de besturingstransformator, waarbij we ervoor moeten zorgen dat de stapelhoogte gelijk is aan de tongbreedte.

Zo vinden we het kernnummer en de stapelhoogte voor de gegeven specificaties.

Een transformator ontwerpen aan de hand van een voorbeeld:

• De gegeven details zijn als volgt: -
• Sec. spanning (Vs) = 60V

Sec stroom (Is) = 4.44A

• Omwentelingen per verhouding (n2 / n1) = 0,5

Nu moeten we als volgt berekeningen maken: -

• Sec. Volt-ampère (SVA) = Vs * Is = 60 * 4,44 = 266,4 VA
• Prim. Volt-ampère (PVA) = SVA / 0,9 = 296,00 VA
• Prim. Spanning (Vp) = V2 / (n2 / n1) = 60 / 0,5 = 120V
• Prim. Stroom (Ip) = PVA / Vp = 296,0 / 120 = 2,467A
• Kerngebied (CA) = 1,15 * sqrt (PVA) = 1,15 * sqrt (296) = 19,785 cm²
• Bruto kernoppervlak (GCA) = CA * 1,1 = 19,785 * 1,1 = 21,76 cm²
• Omwentelingen per volt (Tpv) = 1 / (4,44 * 10-4 * CA * frequentie * Fluxdichtheid) = 1 / (4,44 * 10-4 * 19,785 * 50 * 1) = 2,272 omwentelingen per volt
• Prim.Turns (N1) = Tpv * Vp = 2.276 * 120 = 272.73 slagen
• Sec. Beurten (N2) = Tpv * Vs * 1,03 = 2,276 * 60 * 1,03 = 140,46 beurten
• Tongbreedte (TW) = Sqrt * (GCA) = 4.690 cm
• We kiezen de stroomdichtheid als 300A / cm², maar de stroomdichtheid in de draadtabel is gegeven voor 200A / cm², dan
• Primaire huidige zoekwaarde = Ip / (stroomdichtheid / 200) = 2,467 / (300/200) = 1,644A
• Secundaire huidige zoekwaarde = Is / (stroomdichtheid / 200) = 4,44 / (300/200) = 2,96 A.

Voor deze waarden van primaire en secundaire stromen kiezen we de overeenkomstige SWG en omwentelingen per vierkante cm uit de draadtabel.

SWG1 = 19 SWG2 = 18

Omwenteling per vierkante cm primair = 87,4 cm² omwentelingen per vierkante cm secundair = 60,8 cm²

• Primair gebied (pa) = n1 / omwentelingen per vierkante cm (primair) = 272,73 / 87,4 = 3,120 cm²
• Secundair gebied (sa) = n2 / omwentelingen per vierkante cm (secundair) = 140,46 / 60,8 = 2,310 cm²
• Totale oppervlakte (at) = pa + sa = 3.120 + 2.310 = 5.430 cm²
• Raamoppervlak (Wa) = totale oppervlakte * 1,3 = 5,430 * 1,3 = 7,059 cm²

Voor de hierboven berekende waarde van de tongbreedte kiezen we het kernnummer en het raamoppervlak uit de kerntabel om ervoor te zorgen dat het gekozen raamoppervlak groter is dan of gelijk is aan het Bruto kernoppervlak. Als niet aan deze voorwaarde wordt voldaan, gaan we voor een grotere tongbreedte en zorgen we voor dezelfde voorwaarde met een overeenkomstige afname van de stapelhoogte om een ​​ongeveer constant bruto kernoppervlak te behouden.

Zo krijgen we de beschikbare tongbreedte (Twavail) en raamoppervlak ((beschikbaar) (aWa)) uit de kerntabel:

• Dus tongbreedte beschikbaar (atw) = 3,81 cm
• Beschikbaar raamoppervlak (awa) = 10.891 cm²
• Kernnummer = 16
• Stapelhoogte = gca / atw = 21,99 / 3,810 = 5,774 cm

Om prestatieredenen schatten we de verhouding tussen stapelhoogte en tongbreedte (aTw) bij de volgende cijfers van 1,25, 1,5 en 1,75. In het ergste geval nemen we de verhouding gelijk aan 2.

Als de verhouding groter is dan 2, selecteren we een grotere tongbreedte om aan alle bovenstaande voorwaarden te voldoen.

• Stapelhoogte (ht) / tongbreedte (aTw) = 5.774 / 3.81 = 1.516
• Gewijzigde stapelhoogte = Tongbreedte (aTw) * Dichtstbijzijnde waarde van standaardverhouding = 3,810 * 1,516 = 5,715 cm
• Gewijzigd bruto kernoppervlak = Tongbreedte (aTw) * Gewijzigde stapelhoogte = 3.810 * 5.715 = 21.774 cm²

Zo vinden we het kernnummer en de stapelhoogte voor de gegeven specificaties.

Ontwerp van een kleine stuurtransformator met voorbeeld:

De gegeven details zijn als volgt: -

• Sec. spanning (Vs) = 18V
• Seconde stroom (Is) = 0.3A
• Omwentelingen per verhouding (n2 / n1) = 1

Nu moeten we als volgt berekeningen maken: -

• Sec. Volt-ampère (SVA) = Vs * Is = 18 * 0,3 = 5,4 VA
• Prim. Volt-ampère (PVA) = SVA / 0,9 = 5,4 / 0,9 = 6 VA
• Prim. Spanning (Vp) = V2 / (n2 / n1) = 18/1 = 18V
• Prim. stroom (Ip) = PVA / Vp = 6/18 = 0.333A
• Kerngebied (CA) = 1,15 * sqrt (PVA) = 1,15 * sqrt (6) = 2,822 cm²
• Cross core area (GCA) = CA * 1,1 = 2,822 * 1,1 = 3,132 cm²
• Omwentelingen per volt (Tpv) = 1 / (4,44 * 10-4 * CA * frequentie * Fluxdichtheid) = 1 / (4,44 * 10-4 * 2,822 * 50 * 1) = 15,963 omwentelingen per volt
• Prim. Beurten (N1) = Tpv * Vp = 15.963 * 18 = 287.337 beurten
• Sec. Beurten (N2) = Tpv * Vs * 1,03 = 15,963 * 60 * 1,03 = 295,957 beurten
• Tongbreedte (TW) = Sqrt * (GCA) = sqrt * (3.132) = 1.770 cm

We kiezen de stroomdichtheid als 200A / cm², maar de stroomdichtheid in de draadtabel is gegeven voor 200A / cm², dan

• Primaire huidige zoekwaarde = Ip / (stroomdichtheid / 200) = 0,333 / (200/200) = 0,333A
• Secundaire huidige zoekwaarde = Is / (stroomdichtheid / 200) = 0,3 / (200/200) = 0,3 A.

Voor deze waarden van primaire en secundaire stromen kiezen we de overeenkomstige SWG en Turns per Sq. cm van de draadtafel.

SWG1 = 26 SWG2 = 27

Omslaan per Sq. cm primair = 415 omwentelingen Omwentelingen per Sq. cm secundaire = 504 windingen

• Primair gebied (pa) = n1 / omwentelingen per vierkante cm (primair) = 287,337 / 415 = 0,692 cm²
• Secundair gebied (sa) = n2 / omwentelingen per vierkante cm (secundair) = 295,957 / 504 = 0,587 cm²
• Totale oppervlakte (at) = pa + sa = 0,692 + 0,587 = 1,280 cm²
• Vensteroppervlak (Wa) = totale oppervlakte * 1,3 = 1,280 * 1,3 = 1,663 cm²

Voor de hierboven berekende waarde van de tongbreedte kiezen we het kernnummer en het raamoppervlak uit de kerntabel om ervoor te zorgen dat het gekozen raamoppervlak groter is dan of gelijk is aan het Bruto kernoppervlak. Als niet aan deze voorwaarde wordt voldaan, gaan we voor een grotere tongbreedte en zorgen we voor dezelfde voorwaarde met een overeenkomstige afname van de stapelhoogte om een ​​ongeveer constant bruto kernoppervlak te behouden.

Zo krijgen we beschikbare tongbreedte (Twavail) en raamoppervlak ((beschikbaar) (aWa)) uit de kerntabel

• Dus tongbreedte beschikbaar (atw) = 1.905cm
• Beschikbaar raamoppervlak (awa) = 18.969 cm²
• Kernnummer = 23
• Stapelhoogte = gca / atw = 3.132 / 1.905 = 1.905 cm

Vandaar de controle transformator is ontworpen.