Проектирование маломощного трансформатора с минимальными массогабаритными показателями - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника курсовая работа
Главная
Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Проектирование маломощного трансформатора с минимальными массогабаритными показателями
Определение электромагнитных параметров трансформатора. Выбор материала и типа магнитопровода. Определение значения магнитной индукции, потерь мощности и плотности токов. Расчёт ёмкости трансформатора. Проверка вместимости обмоток в окно магнитопровода.
посмотреть текст работы
скачать работу можно здесь
полная информация о работе
весь список подобных работ
Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
В расчетно-графической работе рассмотрены методы расчёта трансформаторов с минимальными массогабаритными показателями. Приведены основные формулы и соотношения, необходимые для расчёта трансформатора. Изложены методы выбора магнитного материала, типа магнитопровода, обмоточных проводов. Произведён расчёт параметров трансформатора, тепловой расчёт трансформатора, а также анализ искажений, передаваемого во вторичную обмотку напряжения.
Целью расчетно-графической работы является выработка навыков проектирования радиоэлектронной аппаратуры и её компонентов.
Проектирование трансформатора имеет ряд особенностей, обусловленных существенными различиями конструкций и многообразием режимов работы, предъявляемых требований и условий эксплуатации. Для трансформаторов малой мощности такими условиями являются ограничения по весу и габаритам, ограничение падения напряжения в трансформаторе.
Заданием на расчетно-графическую работу является проектирование маломощного трансформатора с минимальными массогабаритными показателями.
Трансформаторами называются статические электромагнитные устройства, используемые для преобразования электрической энергии и ее передачи из одних цепей в другие. С помощью трансформаторов можно преобразовывать основные параметры электрической энергии в цепях переменного тока: напряжение, силу тока и форму кривой. Каждое из этих преобразований обычно осуществляется одновременно с передачей энергии электромагнитным путем в другую электрическую цепь, не связанную непосредственно с той цепью, откуда эта энергия подводится.
Трансформаторы классифицируются: по схемно-электрическим параметрам (схемному назначению, схемному решению, рабочей частоте, числу фаз, электрическому напряжению, критерию проектирования, режиму работы), по конструктивным признакам (типу конструкции, виду магнитопровода, способу охлаждения, изоляции и защиты от окружающей среды), по тактико-техническим и технико-экономическим признакам, области применения, сроку службы, температурным условиям, степени жёсткости условий окружающей среды.
Трансформаторы питания малой мощности обычно делятся:
1 . Исходные данные расчетно-графической работы
2) Амплитуда напряжения на первичной обмотке U 1m = 115 В;
3) Амплитуда напряжения на вторичной обмотке U 2m = 230 В;
5) Допустимый перегрев ДT = 50 o C;
7) Форма первичного напряжения синусоидальная.
Магнитомягкие материалы, из которых изготавливаются трансформаторы, по электропроводности разделяются на три группы:
Существуют наиболее общие требования, предъявляемые к материалам, из которых изготавливаются трансформаторы:
1) материалы должны обладать большой индукцией насыщения, что обеспечивает возможность прохождения через данную площадь поперечного сечения наибольшего магнитного потока, а это в свою очередь, позволяет уменьшить габариты ЭМУ;
2) материалы должны иметь малую мощность потерь; учет всех потерь, которые в магнитных полях переменными значениями складываются из потерь на гистерезис, частотных и начальных (дополнительных) потерь, имеет большое значение в принятии оптимального решения по использованию магнитного материала;
3) материалы должны легко намагничиваться и размагничиваться, иметь узкую петлю гистерезиса и малое значение коэрцитивной силы;
4) желательно иметь стабильные магнитные характеристики при действии дестабилизирующих факторов (температуры, вибрации и т.п.);
5) материалы должны иметь высокую пластичность, гладкую поверхность и слабую зависимость магнитных свойств от механических воздействий.
Перед нами стоит цель создать трансформатор с минимальными массогабаритными показателями. Можно выбрать магнитный материал по вводимым оценочным критериям, например по показателю удельной передаваемой мощности - П р :
б, в, Р 0 - коэффициенты, полученные из обработки экспериментальных зависимостей;
f * = 1000 Гц - базовое значение частоты;
B m * = 10 -4 В·с/см 2 - базовое значение магнитной индукции;
В соответствии с заданной частотой выбираем несколько материалов из таблиц с их значениями, которые необходимы для расчёта коэффициентов и параметров и заносим их в таблицу 1.
Kp = 1 - коэффициент увеличения потерь
Kd = 2 - коэффициент добавочных потерь
Km = 0.25 - коэффициент заполнения окна магнитопровода медью
Kt = 1+0.004*(T-20+ДT) = 1.4 - коэффициент увеличения сопротивления медного провода вследствие нагрева
Для каждого материала из таблицы 1 определим с занесением в таблицу 2 следующие величины: Р 01 , П р , V м .
Определение значения для 79НМ 0.02мм:
Определение значения для 79НМА 0.02мм:
Определение значения для 80НХС 0.02мм:
Определение значения для 50Н 0.02мм:
Определение значения для 50НХС 0.02мм:
При выборе материала магнитопровода нужно учесть, чтобы показатель удельной передаваемой мощности был наибольшим при как можно меньшем объёме магнитопровода. С учётом этого из таблицы 2 выбираем материал 79НМА.
По найденному в предыдущем пункте объему магнитопровода выбираем магнитопровод ПЛ12.5x16х40
Выбираем магнитопровод типа ПЛ (стержневой-ленточный) исходя из его достоинств
1. Использование П-образного магнитопровода в стержневых электромагнитных элементах,
в которых обмотки разделены уменьшает индуктивность рассеяния трансформатора и поверхностный эффект в проводах обмотки.
2. Большая поверхность охлаждения обмоток, меньшая чувствительность к внешним магнитным полям.
3. ЭДС помех, наводимые на разных стержнях в обмотках, имеют разные знаки и взаимоуничтожаются.
4. Внешнее магнитное поле, создаваемое стержневым электромагнитным элементом, слабее, чем у броневого.
1) объём магнитопровода V м = 27 см 3 ;
2) средняя длина витка L ср м = 15 см;
5) площадь окна магнитопровода S ок = 6.4 см 2 ;
6) площадь сечения магнитопровода S м = 1.8см 2 ;
7) эквивалентная ширина стержня а м = S м 1/2 = 1.342 см;
8) толщина магнитопровода b = 1.6 см.
9) длина магнитопровода a = 1.25 см
где U 1 - действующее значение напряжения первичной обмотки;
где U 2 - действующее значение напряжения вторичной обмотки;
Коэффициент трансформации найдем по формуле:
5. Определение значения магнитной индукции
Оптимальное значение магнитной индукции в магнитопроводе находим по следующему выражению:
Определим число витков в первичной обмотке:
7. Определение потерь мощности в магнитопроводе
Потери мощности в магнитопроводе определяются по следующей формуле:
Плотность тока определяется из условия P м = Р об , где Р м - потери мощности в магнитопроводе; Р об - потери мощности в обмотках.
Где с = 1.7·10 -6 Ом·см - удельное сопротивление меди;
k m = 0.25 - коэффициент заполнения окна магнитопровода медью.
Определение площади сечения провода первичной обмотки
Определение диаметр сечения провода первичной обмотки
Определение площади сечения провода вторичной обмотки
Определение диаметр сечения провода вторичной обмотки
Определяем диаметры первичной и вторичной обмоток с изоляцией и без изоляции:
Для первичной обмотки выбираем марку ПЭВ-1:
Для вторичной обмотки выбираем марку ПЭВ-1:
10 . Определение коэффициента заполнения окна магнитопровода медью
Коэффициент заполнения окна магнитопровода медью определяется по следующей формуле:
S ок - площадь окна магнитопровода, мм 2 ;
S пр1 и S пр2 - площади поперечного сечения первичной и вторичной обмоток.
k y - коэффициент, учитывающий неплотность укладки провода (k у = 1.15);
d из - диаметр изолированного провода.
о - толщина щёчек каркаса (о = 0.5 мм).
w - число витков соответствующей обмотки;
w сл - число витков в каждом слое соответствующей обмотки.
m - число слоёв соответствующей обмотки;
d из - диаметр изолированного провода;
Др - толщина междурядной изоляции для рассчитываемой обмотки, будем использовать конденсаторную бумагу, толщиной 0.05мм.
Дз - зазор между каркасом и магнитопроводом (Дз = 1мм);
Дк - толщина стенки каркаса (Дк = 0.5мм);
УДм - сумма толщин межобмоточной изоляции, в нашем трансофрматоре её не будет;
Дн -толщина наружной изоляции (Дн = 0.2мм), используется 4 слоя конденсаторной бумаги
Расстояние от каркаса до середины соответствующей обмотки:
у 1 - радиальная толщина первичной обмотки.
у 2 - радиальная толщина вторичной обмотки.
Внешний периметр каркаса обмотки М:
Длина среднего витка первичной и вторичной обмоток:
д k - расстояние от каркаса до середины обмотки с номером k.
Длина проводов первичной и вторичной обмоток:
w k - количество витков соответствующей обмотки.
13 . Определение коэффициентов добавочных потерь для первичной и вторичной обмоток
R = 1 - сопротивление первичной обмотки на постоянном токе;
S из1 - площадь сечения изолированного провода первичной обмотки, см 2 .
R = 2 - сопротивление вторичной обмотки на постоянном токе;
S из2 - площадь сечения изолированного провода вторичной обмотки, см 2 .
индукция мощность ток емкость трансформатор
18. Определение тока холостого хода
U 1 - действующее значение приложенного напряжения.
19. Проверка соотношений, являющихся ограничениями
При расчёте трансформатора обязательным условием является выполнение следующих ограничений:
L s - индуктивность рассеяния обмоток трансформатора.
Существует много различных способов расчёта индуктивности рассеяния трансформаторов. В последнее время широко применяется метод среднегеометрических расстояний.
q 12 - среднегеометрическое расстояние между сечениями обмоток;
q 1 , q 2 - среднегеометрические расстояния сечений обмоток самих от себя;
l об - средняя длина витка обмоток;
м 0 = 4р·10 -9 Гн/см - магнитная постоянная.
l пр2 - длина провода вторичной обмотки;
w 2 - число витков вторичной обмотки.
у 1 , у 2 - радиальные толщины первичной и вторичной обмоток;
щ*Ls<(1/3)*Zn - условие выполняется
L 1n - индуктивность первичной обмотки, обусловленная основным магнитным потоком (намагничивание магнитопровода).
S м - сечение магнитопровода, см 2 ;
w 1 - число витков первичной обмотки;
- длина средней линии магнитопровода;
м эк - эквивалентная магнитная проницаемость магнитопровода с учётом технологического зазора;
д - длина зазора в каждом стержне (д = 1.5·10 -3 см);
- относительная магнитная проницаемость
20 . Тепловой расчёт трансформатора (проверка максимального перегрева)
Тепловые режимы современных устройств и приборов в значительной степени определяют надёжность работы, а также массогабаритные показатели аппаратуры. В данной работе для расчёта тепловых режимов электромагнитных элементов используется метод, базирующийся на электротепловой аналогии. Трудность непосредственного применения теории электрических цепей к тепловому расчёту ЭЭ состоит в том, что в теории электрических цепей нет аналога тепловому сопротивлению, имеющему распределённые источники тепла. Указанную трудность можно обойти, если ввести понятие обобщенного теплового сопротивления а, которое определяется как отношение максимального перепада температур Т mах , возникающего на данном сопротивлении, к полному тепловому потоку, проходящему через него, а именно:
Из самого определения теплового сопротивления следует, что любой элемент, имеющий внутренние источники тепла и не имеющий их, может быть представлен в виде эквивалентной схемы, состоящей из сосредоточенного источника тепла (аналог источнику тока в электротехнике) и сосредоточенного сопротивления. Причём, при отсутствии распределённых по объему элемента источников тепла его обобщенное сопротивление равно обычному тепловому сопротивлению этого элемента. Введём обозначение обмотки при наличии распределённых источников тепла - R об :
h экв - эквивалентная высота обмотки, учитывающая увеличение теплоотдачи обмотки за счёт наличия торцевых поверхностей, равная
л об = 2·10 -4 Вт/мм· 0 С - коэффициент теплопроводности обмотки;
Определим сопротивления R м.об для промежутка между магнитопроводом и обмоткой и для границ: окружающая среда - поверхность обмотки и окружающая среда - поверхность магнитопровода R о.об и R о.м .
l пс - периметр поперечного сечения магнитопровода, см;
Дi - толщина i-ой прослойки, имеющей коэффициент теплопроводности л i ;
n - число различных прослоек между обмоткой и магнитопроводом.
Между каркасом обмотки и магнитопроводом имеется воздушный зазор толщиной Д в = 1мм. Коэффициент теплопроводности воздуха л в = 2.57·10 -4 Вт/см· 0 С.
Обмотка будет размещена на каркасе из текстолита толщиной Д т = 0.5мм. Коэффициент теплопроводности текстолита л т = 0.17·10 -2 Вт/см· 0 С.
Тепловое сопротивление промежутка между магнитопроводом и обмоткой:
б - коэффициент теплоотдачи, Вт/см·С 0 ; б возд = 1.2·10 -4 Вт/мм· 0 С;
S о.об - поверхность охлаждения обмоток.
S о.м - поверхность охлаждения магнитопровода.
Рассматриваемый класс электромагнитных систем (трансформаторов и индуктивных элементов) имеет в общем случае два источника тепла: магнитопровод и обмотку. В зависимости от мощности источников тепла обмотки Р об и магнитопровода Р м а также от соотношения величин соответствующих тепловых сопротивлений возможны два варианта тепловых режимов ЭЭ. Критерием, определяющим режим, в котором работает рассматриваем ЭЭ, является величина V кр .
Из полученных значений видно, что V кр ?V, значит, имеет место режим Б.
V кр - величина критического соотношения потерь в магнитопроводе и обмотке, при которой доля теплового потока магнитопровода, ответвляющегося в обмотку, равна 0. Этот режим является критическим.
Для режима Б характерно то, что поток, создаваемый потерями в магнитопроводе, рассеивается в окружающую среду только через поверхность магнитопровода (через сопротивление R о.м. ). Поток обмотки проходит в окружающую среду двумя путями: одна часть (1-n)P об - через обмотку и магнитопровод, а другая nP об - только через обмотку и её внешнюю поверхность. При этом поток (1-n)P об на своём пути преодолевает часть сопротивления обмотки (1-n)R об , сопротивления R м.об. ; R о.м. и имеет эквивалентный источник, содержащий перепад температур , а поток nP об - сопротивления n•R об. и R о.об. Наиболее нагретая точка находится в этом случае внутри обмотки, и её перегрев находят из уравнения
Таким образом, максимальный перегрев магнитопровода не превышает допустимый максимальный перегрев ДT = 50 0 С.
Для определения собственной ёмкости трансформатора (при условии концентрического расположения обмоток без секционирования и специальных способов соединения обмоток) воспользуемся следующим оценочным выражением:
Значение у 0 должно быть меньше, чем ширина окна выбранного магнитопровода.
Ширина окна C ок = 1.6 см. Таким образом, обмотка вмещается в окно магнитопровода.
В результате выполнения курсового проекта был рассчитан трансформатор малой мощности на броневом ленточном магнитопроводе с концентрическим расположением обмоток.
В курсовом проекте стояла цель создать трансформатор с минимальными массогабаритными показателями, то при прочих равных условиях выбирался магнитный материал по вводимым оценочным критериям. Для трансформатора таким критерием является показатель удельной передаваемой мощности (П р ). При выборе материала магнитопровода нужно учесть, чтобы показатель удельной передаваемой мощности был наибольшим при как можно меньшем объёме магнитопровода. Таким образом, рассчитанный трансформатор удовлетворяет заданию, т.е. получен с минимальными массогабаритными показателями.
1. Преображенский А.А. Магнитные материалы и элементы. Изд. 2-е, перераб. и доп. Учебник для специальности "Полупроводники и диэлектрики" для вузов. - М.: Высш. школа, 1976. - 336 с.: ил.
2. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы: Изд. 4-е, перераб. и доп. Учебник для вузов. - М.: Радио и связь, 1986. - 512 с.: ил.
3. Расчет электромагнитных элементов источников вторичного электропитания / А.Н. Горский, Ю.С. Русин, Н.Р. Иванов, Л.А. Сергеева. -М.: Радио и связь, 1988. - 176 с.: ил.
4. Малогабаритные магнитопроводы и сердечники: Справочник / И.Н. Сидоров, А.А. Христинин, С.В. Скорняков. - М.: Радио и связь, 1989. - 384 с.: ил.
5. Электрические кабели, провода и шнуры: Справочник / Н.И. Белоруссов, А.Е. Саакян, А.И. Яковлева; Под ред. Н.И. Белоруссова. -5-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 536 с.: ил.
6. Электротехнический справочник: В 3т. Т.1 Общие вопросы. Электротехнические материалы / Под общ. ред. профессоров МЭИ В.Г. Герасимова и др. -7-е изд., испр. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1985, - 488 с.: ил.
Методика расчета маломощного трансформатора с воздушным охлаждением. Выбор магнитопровода, определение числа витков в обмотках, электрический и конструктивный расчет. Определение потерь, намагничивающего тока в стали; расчет падения напряжения и КПД. курсовая работа [122,1 K], добавлен 12.05.2011
Проект импульсного трансформатора стержневого типа с однослойной первичной и двухслойной вторичной обмотками, определение его мощности и токов. Приращение индукции, выбор толщины материала сердечника, расчет диаметра проводов обмоток; магнитные потери. курсовая работа [157,5 K], добавлен 24.02.2012
Трансформация напряжений или токов посредством электромагнитной индукции как основная функция трансформатора. Конструирование трансформатора, предназначенного для преобразования систем переменного электрического тока. Расчет тороидального трансформатора. контрольная работа [170,1 K], добавлен 14.03.2010
Анализ и выбор системы электропитания и определение числа элементов аккумуляторной батареи. Расчет и выбор емкости аккумуляторной батареи. Определение числа вольтдобавочных конвертеров в ЭПУ. Выбор типа и материала магнитопровода для трансформатора Т1. контрольная работа [116,1 K], добавлен 01.05.2019
Конструирование маломощного броневого трансформатора, предназначенного для преобразования систем переменного электрического тока. Электрический, конструктивный расчет тороидального трансформатора, эскизная проработка элемента, анализ принятых решений. курсовая работа [146,6 K], добавлен 10.03.2010
Выбор схемы выпрямления. Основные параметры схем при работе на индуктивную нагрузку. Расчет силового трансформатора: потери мощности на сопротивлениях обмоток, сопротивление провода первичной обмотки. Проверка теплового режима трансформатора выпрямителя. контрольная работа [372,7 K], добавлен 06.08.2013
Анализ условий эксплуатации трансформатора с заданными характеристиками. Обоснование дополнительных требований, параметров. Обзор аналогичных конструкций, выбор направления проектирования. Электрический, конструктивный расчет тороидального трансформатора. курсовая работа [144,1 K], добавлен 10.03.2010
Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Рекомендуем скачать работу .
© 2000 — 2021
Проектирование маломощного трансформатора с минимальными массогабаритными показателями курсовая работа. Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника.
Реферат: Основные субклеточные структуры растительной клетки
Сочинение: Фольклорные мотивы в поэме НАНекрасова Кому на Руси жить хорошо
Контрольная работа по теме Русская культура конца XIX - начала XX века
Сочинение Фанфиков Долина Бессмертников Образец
Реферат: Проблемы юридической ответственности родителей
Реферат: Грузия в XVI—XVII вв.
Контрольная Работа На Тему Конституционно-Правовой Статус Счётных Палат Зарубежных Стран
Project expert - разработка бизнес планов и оценка инвестиционных проектов.
Се Эсса Бунда Песня Ту Рап Рап
Сочинение Про Кабинет В Школе
Реферат по теме Россия как единое политическое сообщество народов
Контрольная Работа 3 Класс Май
Сочинение Почему Я Не Курю
Культура Это Память Человечества Сочинение
Дипломные Работы Срочно
Контрольная работа: Обращение взыскания на имущество должника
Контрольная работа по теме Организация производства на буровом предприятии
Контрольная работа по теме История Российского государства
Контрольная работа: Сегментирование рынка 10
Курсовое Проектирование Деталей Машин Егоров
Петровская Россия - История и исторические личности контрольная работа
Техногенные аварии - Безопасность жизнедеятельности и охрана труда реферат
Договор страхования - Государство и право реферат