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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Transformadores de potencia para una frecuencia de 50 Hz. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Fuentes de alimentación Los transformadores de potencia forman parte de una gran cantidad de circuitos para fuentes de alimentación estabilizadoras y no estabilizadoras para el suministro de energía secundaria de equipos electrónicos domésticos y de aficionados que funcionan desde una red de corriente alterna. Un transformador es un dispositivo electromagnético estático. Mediante un transformador, la energía eléctrica de corriente alterna con un parámetro se convierte en energía eléctrica con otros parámetros. Por lo tanto, con la ayuda de un transformador, es posible reducir y aumentar el voltaje y la corriente, así como aislar eléctricamente los canales de suministro de energía de salida de la red y entre sí. El funcionamiento de un transformador se basa en la interacción del campo electromagnético del devanado primario del transformador sobre los devanados secundarios. El devanado primario (red) está conectado a la red de corriente alterna U1 con una frecuencia de corriente de 50 Hz o de 400 a 5000 Hz, y los consumidores de energía eléctrica (carga) están conectados a los devanados secundarios. La Figura 1,a muestra un diagrama simplificado del transformador, y la Figura 1,b muestra su diagrama de conexión. Los devanados del transformador se colocan sobre un núcleo magnético común hecho (para un mejor acoplamiento magnético) de material ferromagnético.
El flujo magnético Fo está cerrado a lo largo del circuito magnético e induce EMF E1 y E2 en los devanados primario y secundario, respectivamente. Teniendo en cuenta la caída de tensión en la resistencia activa r1 del devanado primario y r2 del secundario E1=U1 - r1I1, y E2=U2+r2I2. Pero parte del flujo magnético se cierra y se disipa en el aire, el llamado Fras, que actúa únicamente sobre las espiras del devanado primario. Intentan reducir este Fras, aumentando así la eficiencia del transformador. Este es el modo de funcionamiento del transformador con carga nominal. También hay modos de inactivo y de cortocircuito. Por tanto, el elemento principal del transformador es el circuito magnético (núcleo). Para el núcleo de los transformadores que funcionan a una frecuencia de 50 Hz, se utiliza principalmente acero eléctrico especial laminado en caliente de los grados 1511, 3412. El acero de estos grados se produce en forma de láminas con un espesor de 0,35 y 0,5 mm. También se utilizan acero laminado en frío de los grados 3411 y 3412. Se produce en forma de láminas con un espesor de 0,35; 0,5 mm y en forma de cintas de 0,28 de espesor; 0,3; 0,35; 0,5 mm. Los aceros laminados en frío tienen una mayor inducción magnética que los aceros laminados en caliente, por lo que los transformadores fabricados con acero laminado en frío Los lei se obtienen con menores dimensiones y peso con la misma potencia. Para transformadores que funcionan a una frecuencia de 50 Hz, se utiliza acero eléctrico con un espesor de 0,15 a 0,5 mm, a frecuencias de 400 a 5000 Hz, acero con un espesor de 0,05 a 0,08 mm. Dependiendo de los requisitos del transformador (potencia, costo, características específicas), se utiliza un circuito magnético de placa o tira. Los principales tipos y tamaños de placas de transformadores se muestran en la Fig. 2, donde: a - en forma de E; b - placas en forma de W de varios tipos: W - con h>2,5...3l1; Shu - con una base moderada y h>3l1; Sha - con h>l1; Шб - с h l1; e - Placas en forma de U: Pn - con h>l1 y Pu - con h>1l1.
Así, dependiendo del diseño del circuito magnético, los transformadores se dividen en armadura de placas (en forma de W) y tipo placa (en forma de U). Se muestran en la Fig. 3.
Los núcleos magnéticos para transformadores de potencia se ensamblan solo superpuestos (superpuestos). Los núcleos de cinta también se utilizan para transformadores. Estos transformadores tienen un campo de dispersión significativamente menor, es decir crear menos interferencias con los elementos del circuito circundante y las partes del dispositivo que se está creando. Esto les permite ubicarse junto a las unidades funcionales de equipos de radio altamente sensibles. El núcleo de un transformador en forma de W se designa con el nombre del tipo y los números que determinan el ancho de la varilla central l (Fig.3, a) o las varillas laterales (Fig.3, b) y el grosor B de el núcleo magnético. Parámetros estructurales del núcleo magnético. Área mínima de la sección transversal de la barra Sc=B(l-∆l), donde B es el espesor del conjunto; l - ancho establecido; ∆l - desviación límite. Área de ventana mínima establecida Sok \u1d lXNUMX (h-∆h), donde l1 es el ancho de la ventana de marcación; altura de la ventana h; Desviación del límite de ∆h. Para núcleos magnéticos ØI, ØØ, ØП (Fig. 4, a-g)
La longitud promedio de la línea magnética del campo de fuerza del núcleo. Iср=h-1[h+2l1+1,18(H-h) + 0,4I/H-I Para el circuito magnético SHU (Fig. 4, e) lav=2(h+l1)+1,57l. Para el circuito magnético PN, PU (Fig. 4, e) lcp=2(h+l1)+1,57(Hh); lо=2l+2В+2,5l1+8δк, donde lо es la longitud promedio del conductor de corriente eléctrica del núcleo; δk es el valor total del espacio y el espesor del marco del transformador (dentro de 0,55-1,5 mm). Para facilitar la fabricación, los núcleos magnéticos de las cintas se hacen divididos. La junta se pule bien y se aprieta bien durante el montaje para que no haya pérdida de flujo magnético y para que el transformador no zumbe. Los núcleos magnéticos de cinta continua tienen una inducción magnética más alta (20-30%), es decir. tener pérdidas magnéticas. Pero enrollar tales transformadores es mucho más complicado. El bobinado de transformadores continuos se realiza en máquinas especiales o en casa mediante una lanzadera. Los núcleos de cinta de los transformadores se dividen en varilla (Fig.5, a), armadura (Fig.5, b) y anillo (Fig.5, c), donde a es el espesor del devanado; b - ancho de la cinta; c - ancho de la ventana; h - altura de la ventana; R - radio interno (de 5 a 2 mm según el espesor de la cinta). Las estructuras de varillas se dividen en PL: cinta en forma de U; PLM: cinta en forma de U con una relación reducida entre el ancho de la ventana y el espesor del devanado (c/a <1); PLR: cinta en forma de U con dimensiones geométricas con el menor costo de transformador.
Las estructuras de armadura se dividen en ShL - cinta en forma de Sh; ShLM: cinta en forma de W con una relación reducida entre el ancho de la ventana y el espesor del devanado; ShLO: cinta en forma de Sh con una relación aumentada entre el ancho de la cinta y el grosor del devanado (b/a>3); ShLR: transformadores de cinta en forma de Sh con la geometría del transformador de menor coste. Seleccionamos un núcleo para un transformador para obtener el menor costo, volumen y peso: tipo PL - para transformadores de bajo voltaje con una potencia de más de 500 VA; Tipo PLM: para transformadores de bajo voltaje con una potencia superior a 100 VA y cuando se requiere el campo de disipación más pequeño; Tipo ShLM: para una potencia de 100 VA y con una caída de tensión limitada en los devanados. Lo ideal, por supuesto, es un transformador con núcleo de anillo plano. Tiene un flujo de fuga muy bajo, baja resistencia magnética y poca sensibilidad a los campos magnéticos externos. El transformador tiene tres modos de funcionamiento: sin carga, con carga nominal y cortocircuito. En modo H.H. Ix fluye a través del devanado primario w1 (Fig. 1) y crea el flujo magnético principal Fx en el núcleo. La potencia útil suministrada por el transformador es cero. La potencia activa se consume de la red, que está determinada únicamente por las pérdidas (dependiendo del material del núcleo) en el propio núcleo del transformador. Ix también tiene un componente reactivo, lo que conduce a un deterioro del factor de potencia cosϕ de la red de suministro. Este modo no es peligroso para el transformador. El modo cortocircuito (cortocircuito o baja carga en el circuito secundario) es peligroso y puede provocar daños (calentamiento e incluso ignición) del transformador. En el modo de carga nominal, el voltaje en el devanado secundario es un valor complejo y depende del valor y la naturaleza de la resistencia de la carga. Los devanados de los transformadores de construcción blindada y de varilla generalmente se fabrican sobre marcos, pero también se utilizan devanados sin marco (manguito). Los devanados de los núcleos anulares se realizan sobre estructuras anulares o sobre un circuito magnético envuelto con algún tipo de aislamiento. Los marcos están hechos de cartón eléctrico, plástico o simplemente cartón. Es aconsejable impregnar los marcos con barnices especiales o compuestos resistentes a la humedad. Los devanados se colocan uno encima del otro o uno al lado del otro. Los transformadores de baja potencia generalmente se fabrican sobre núcleos de placas o tiras de construcción blindada. Los devanados en este caso se colocan en la varilla del medio. Al fabricar transformadores de potencia media y alta, es mejor utilizar núcleos magnéticos con estructura de varilla. Los devanados se colocan en los marcos de dos varillas laterales. El devanado principal (primario) generalmente se enrolla primero en el marco. A continuación, se enrollan los devanados secundarios. Es recomendable colocar una pantalla electrostática entre los devanados primario y secundario. Está hecho con alambre aislado en una capa o con una vuelta abierta de papel de aluminio. Un extremo de dicha pantalla electrostática está conectado al chasis o al cable común del dispositivo, lo que permite reducir las interferencias y las interferencias que penetran a través de las capacitancias entre espiras y entre devanados de la red y viceversa. Esto es muy relevante en la actualidad, ya que en nuestra realidad suele haber muchos dispositivos eléctricos y de radio diferentes en funcionamiento que interfieren con la red eléctrica. Las fuentes de alimentación conmutadas de los equipos de radio de consumo modernos producen especialmente muchas interferencias. Al enrollar transformadores en un “anillo”, los devanados deben colocarse uniformemente alrededor de la circunferencia del núcleo. Los devanados con un punto medio se enrollan mejor con dos cables a la vez. Luego, conecta el comienzo de un devanado con el final del otro para obtener el punto medio. Esto da como resultado una buena simetría del devanado. Los devanados deben estar aislados entre sí. Esto se hace con papel para cables, tela barnizada, cinta fluoroplástica, simplemente papel, etc. Al realizar devanados de alto voltaje, se deben aislar cada 2-3 capas. Para estos fines, una película de tereftalato de polietileno con un espesor de hasta 59 micrones es muy adecuada. Los devanados de los transformadores domésticos están enrollados con cables redondos (raramente rectangulares) aislados de cobre (rara vez de aluminio). Para este fin son muy adecuados los cables redondos con aislamiento de alta resistencia (viniflex) como PEV-1, PEV-2. Actualmente, el alambre tipo PEL (aislamiento con barniz de aceite-resina) se usa con menos frecuencia. Los grados de alambre PEV-1, PEV-2 están disponibles en diámetros de 0,03 a 2,5 mm. El voltaje de ruptura de estos cables, dependiendo del diámetro, es de 600 a 2500 V. También se utilizan cables de mayor resistencia al calor como PET y PETV. El grado de llenado de la ventana central con cobre está determinado por el coeficiente de llenado de la ventana Kok = Sm/Sok. Esta es la proporción del área total. Sombree la sección transversal de los devanados del cable de cobre hasta el área de la ventana central. Para electrodomésticos, el valor de Coca-Cola en los cálculos se toma de la siguiente manera: Esto es para alambres de bobinado PEL, PEV, PET, PETV de sección transversal redonda. Al determinar la temperatura de calentamiento de un transformador, es necesario tener en cuenta la densidad de corriente en los devanados J y la superficie radiante de calor de los devanados del transformador. Diámetro de cable requerido para devanados de bobinado (sin aislamiento): dm = 1,13 (I/J)1/2, donde I es la corriente efectiva en el devanado; J es la densidad de corriente dada. Al enrollar los devanados vuelta a vuelta, nunca será posible ajustar bien las vueltas entre sí, por lo que es necesario tener en cuenta el coeficiente de colocación Cook. Para alambres con un diámetro de 0,05 a 0,1 mm es igual a 0,83-0,85, para un diámetro de 0,1 a 0,56 mm es igual a 0,92-0,93 y por encima es igual a 0,95. También es necesario tener en cuenta el coeficiente de hinchamiento de Kraz debido a una tensión insuficiente del alambre. Entonces, para un alambre con un diámetro de hasta 0,5 mm Kraz = 1,05...1,07, y más de 0,5 mm Kraz = 1,1...1,12. Cálculo del transformador Determine la potencia total del transformador para devanados con un punto medio
donde Kvi es un coeficiente que tiene en cuenta el tipo de rectificador (0,71 para rectificación de onda completa, 1 para circuitos de rectificación en puente y con duplicación de tensión); n es el número de devanados secundarios del transformador; Rn.tr - potencia total de los devanados secundarios; htr depende de Rn.tr. (Fig.6, donde 1 - anillo; 2 - varilla y circuito magnético blindado)
donde Ui, Ii son la tensión y la corriente de los devanados secundarios.
Si devanados sin punto medio Рg=0,5 Рn.tr(1+1/htr) Para un circuito rectificador de media onda Рg=0,5 Рn.tr(1+Q.i); Sq.i=(1-I2d)1/2, donde Id es la relación entre la corriente promedio en la carga y la corriente efectiva del devanado. Después de encontrar Pr, determine el producto de la ventana central, que está ocupada por los devanados, y el área de la sección transversal del acero: ScSok=[Rg(1+htr)102/4KfsBJKsKokhtr] donde Kf es el coeficiente de forma de la curva de tensión (1,11 para la forma sinusoidal); El coeficiente Kc de llenado del núcleo con acero es de 0,8 a 95 (un valor más bajo corresponde a una lámina o tira más delgada de acero eléctrico). Autor: O.G. Rashitov
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