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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Cálculo de transformadores de potencia de baja potencia. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Fuentes de alimentación Los transformadores de potencia generalmente se dividen en dos clases:
Estos transformadores se calculan utilizando dos métodos diferentes. El problema surge cuando es necesario calcular un transformador con una potencia de 500 a 5000 W, cuando ya no es aplicable el método de cálculo de transformadores de radioingeniería, y aún no es aplicable el método de cálculo de transformadores eléctricos. En este caso, el transformador se calcula dos veces, según cada uno de los métodos, y sus datos de devanado y sección transversal del núcleo se eligen como el promedio de los obtenidos en estos dos cálculos, y luego se refinan experimentalmente. El método de cálculo dado se utiliza para calcular transformadores de potencia para equipos de radio de baja potencia, que son alimentados por una red de 110, 127, 220 V con una frecuencia de 50 Hz. Hay dos enfoques principales para el cálculo de transformadores de ingeniería de radio: optimización de cobre; optimización de hardware. En consecuencia, en el primer caso, se obtiene un transformador de costo mínimo, y en el segundo, de peso mínimo. El peso mínimo es muy importante para equipos aéreos o portátiles. Circuito magnético del transformador Para transformadores de costo mínimo, se utilizan láminas de acero eléctrico de los grados E31, E41 con un espesor de placa de 0,35, 0,5 mm. Para transformadores de peso mínimo - grados de acero E310, E320, E330. El diseño del núcleo (circuito magnético) del transformador se puede dividir en blindado, varilla, toroidal. Los circuitos magnéticos de varilla se utilizan en transformadores de alta potencia, ya que mejoran la refrigeración. Los circuitos magnéticos toroidales permiten un mejor uso de las propiedades magnéticas del material y crean un campo magnético externo mucho más débil que otros núcleos. El núcleo magnético del transformador puede estar hecho de placas estampadas o enrollado en tiras. La ventaja de los núcleos magnéticos de placas estampadas es que pueden fabricarse incluso con materiales muy frágiles, pero con buenas propiedades magnéticas. La ventaja de los circuitos magnéticos retorcidos es el pleno aprovechamiento de las propiedades del acero eléctrico, la facilidad de fabricación y el reducido desperdicio de producción. Devanados de transformador Como regla general, el devanado se enrolla en un marco hecho de material dieléctrico: plástico, cartón eléctrico, etc. A veces, para reducir las dimensiones externas del transformador, se utiliza un devanado sin marco en el manguito. De acuerdo con el diseño del marco, el transformador puede tener bobinados cilíndricos (en este caso, los bobinados se enrollan uno encima del otro) o galleta (en este caso, cada bobina se enrolla en una sección reservada para él, a partir de el núcleo del transformador). Como regla general, los devanados que contienen muchas vueltas de alambre delgado se colocan más cerca del núcleo del transformador para reducir su resistencia activa y sus pérdidas. Por lo tanto, el devanado de la red, por regla general, se enrolla primero en el marco. El bobinado de alambre en la bobina de un transformador se puede hacer en capas regulares o "a granel" al azar. En cualquier caso, es deseable colocar aislamiento entre las capas del devanado para evitar cortocircuitos entre capas. El aislamiento entre devanados también se coloca en la bobina para evitar rupturas entre devanados adyacentes. Para aumentar el aislamiento eléctrico y la protección de los devanados del transformador, se impregnan con compuestos especiales. Devanado primario A menudo se requiere que los transformadores de potencia funcionen con voltajes de 110, 127 y 220 V. En este caso, su devanado primario se puede hacer como se muestra en la Fig. 1.
La desventaja de este esquema es el aumento en el consumo de cobre y la complejidad de la fabricación del transformador debido al uso de cables de diferentes secciones para devanar los devanados I, II y III. Por lo tanto, el esquema que se muestra en la Fig. 2 se usa con más frecuencia.
Cuando se conecta a una red de 127 V, los puentes se colocan en la posición "2" y los devanados 2-3 y 4-5 se conectan en paralelo, y cuando se conecta a una red de 220 V, el puente se coloca en la posición "1" y todos los devanados están conectados en serie. Para realizar el cálculo se debe especificar lo siguiente:
Como resultado del cálculo, determine:
El transformador es un dispositivo que opera en una red de corriente alterna, por lo tanto, al calcularlo, se utilizan los valores efectivos de corriente alterna y tensión alterna. Secuencia de cálculo 1. Encuentre la potencia total de los devanados secundarios a carga nominal: P2=I1U1+I2U2+...InUn. Donde In y Un son la corriente y el voltaje en el devanado n, respectivamente. La potencia total del transformador se determina teniendo en cuenta la eficiencia (ηtr) (Tabla 1). Ptr=P2/ηtr, donde ηtr - eficiencia. Tabla 1
2. Seleccione los valores máximos permitidos de densidad de corriente ∆ e inducción magnética B. El valor de la inducción magnética para transformadores con varilla y circuito magnético blindado se indica en la Tabla 1. Cuando se utilizan núcleos magnéticos retorcidos de aceros eléctricos laminados en frío, el valor máximo de inducción se puede aumentar entre 1,31,6 y XNUMX veces. 3. Determine el área de sección transversal mínima permitida del circuito magnético: Ssec=700[(aPtr)/(fB∆)]0,5 (cm2), donde a es un coeficiente de 4,5-5,5 para los transformadores de menor costo y 2-3 para los transformadores de menor peso; Ptr - potencia del transformador, W; . - frecuencia de la fuente de alimentación, Hz; B - el valor máximo de la inducción magnética, Gs; ∆ - densidad de corriente permitida, A/mm2. Para los transformadores de menor costo que operan en una red de 50 Hz, generalmente se supone una inductancia máxima de 10000 3 gauss y una densidad de corriente de XNUMX A/mm.2. Esto simplifica la fórmula: Ssec=1,3(Ptr)0,5 (cm2). La sección transversal del circuito magnético se determina teniendo en cuenta el factor de llenado de la sección con acero: S'seg=Sseg/kzap. Los valores de kzap en función del espesor de las placas del circuito magnético se dan en la Tabla 2. Tabla 2
4. Determinar las dimensiones del circuito magnético. Para un circuito magnético blindado, su tipo y dimensiones se pueden seleccionar de las tablas V.1 y V.2 [1]. Habiendo elegido el tipo de placas, el espesor del circuito magnético Y1 está determinado por la fórmula: Y1=S'seg/Y, donde Y es el ancho de la parte central de la placa para el núcleo magnético blindado. La relación Y1/Y no debe exceder de 2-3. De lo contrario, hay un aumento notable en el campo de dispersión del transformador. toro, y tendrá que seleccionar placas más grandes. Para un circuito magnético toroidal, los diámetros interior (D1) y exterior (D2) están determinados por las fórmulas: D1=(1,75Sseg/σα)0,5, D2=2Ss/segundo, donde σ es el coeficiente de llenado de la ventana con cobre (generalmente 0,23-0,25); b es la altura del circuito magnético, cm. 5. Determine el número de vueltas por voltio en el transformador: ω=2,2x107/fBSsec Cuando el transformador es operado desde una red con una frecuencia de 50 Hz y una inducción máxima de 10000 gauss, la fórmula toma la forma: ω=45/Seg. El número de vueltas en cada devanado se determina multiplicando el valor obtenido por el voltaje en cada devanado en particular. En este caso, el número de vueltas de los devanados secundarios debe aumentarse entre un 3 y un 5 % (dependiendo de la corriente consumida del devanado) para tener en cuenta la caída de tensión en la resistencia del devanado. 6. Determine los diámetros de alambre para cada uno de los devanados: d=1,13(I/∆)0,5, donde I es la corriente máxima en el devanado; ∆ - densidad de corriente en el transformador, A/mm2. También puedes usar la fórmula aproximada: d=0,7(yo)0,5. 7. Comprobación de la ubicación de los devanados en la estructura de un transformador con núcleo blindado. Número de vueltas en una capa de bobinado ω=(h−2(δ+2))/(αdout), donde h es la altura de la ventana del marco del transformador; δ es el espesor del material del marco del transformador; diz - diámetro del cable de bobinado con aislamiento; α - coeficiente de fuga (Tabla 3). Tabla 3
El número de capas de cada uno de los devanados. Nsl=ω/ωsl, donde ω es el número de vueltas de bobinado; ωsl es el número de vueltas en la capa de este devanado. Para que todos los devanados se coloquen en la ventana del transformador, se debe cumplir la siguiente condición: B>δ+Σδintercambio+Σδpr, donde Σδobm es el espesor total de todos los devanados; Σδpr - el espesor total de todas las juntas entre los devanados; B - ancho de la ventana. Si los devanados, junto con el aislamiento, ocupan más espacio que la ventana del núcleo seleccionado, entonces se debe aumentar el tamaño de las placas del circuito magnético y recalcular el transformador. Literatura:
Autor: A.Yu. Saulov
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