Броневой трансформатор

Министерство образования и науки Украины

Харьковский национальный университет радиоэлектроник

Кафедра ПЭЭА

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по предмету: Элементная база ЭА

на тему: Броневой трансформатор

2009

ХАРЬКОВСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Кафедра ПЭЭА

Специальность ВЕЗ

ЗАДАНИЕ

на курсовой проект студента

Горобцова Андрея Владимировича

1.Тема проекта: Трансформатор

2. Срок сдачи проекта: 2.12.2009

3. Исходные данные по курсовому:

U=220В-напряжение цепи питания;

f=50Гц-частота сети питания;

U=5В-напяжение первой вторичной обмотки;

I=1А-ток первой вторичной обмотки;

U=8В-напряжение второй вторичной обмотки;

I=0.5 А-ток второй вторичной обмотки;

U=13В-напряжение третьей вторичной обмотки;

I=0.1-третьей вторичной обмотки.

Годовой выпуск n=250000шт./год.

Руководитель: Коняева О. Л.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Анализ ТЗ

2. Выбор направления проектирования

3. Электрический и конструктивный расчет

3.1 Расчет броневого трансформатора

4. Эскизная проработка элемента и обоснование принятых решений

5. Уточнение и описание конструкции

Паспорт

Выводы

Перечень ссылок

ВВЕДЕНИЕ

За, последние годы широкое применение получила радиоэлектронная техника, характер и функции которой требуют применения десятков и сотен тысяч различных комплектующих изделий. Среди которых трансформаторы составляют весомую и неотъемлемую часть.

Они выполняют ответственную функцию – преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока –и занимают важное место среди элементов радиоэлектронной аппаратуры.

U=220В-напряжение цепи питания ;

f=50Гц-частота сети питания ;

U=5В-напяжение первой вторичной обмотки ;

I= 1А-ток первой вторичной обмотки ;

U=8В-напряжение второй вторичной обмотки ;

I=0.5 А-ток второй вторичной обмотки ;

U=13В-напряжение третьей вторичной обмотки ;

I=0.1-третьей вторичной обмотки .

Годовой выпуск n=250000шт./год.

К примеру, идеальный трансформатор осуществляет трансформацию напряжений или токов, что позволяет получить требуемое напряжение, согласовать напряжение и ток первичной цепи с сопротивлением нагрузки вторичной цепи или дать вторичное напряжение, требующееся для создания вторичного источника питания РЭА.

Благодаря этим достоинствам трансформаторы успешно используются в таких радиоэлектронных устройствах, к которым предъявляются повышенные требования точности и стабильности электрических и эксплуатационных параметров.

Трансформаторы используются в электронной аппаратуре, различных системах автоматического управления и регулирования, в электрооборудовании транспорта и измерительной технике. При помощи трансформаторов можно не только преобразовать электрическую величину, но и реализовать требуемую функциональную зависимость между этими величинами.

В этом курсовом проекте решается задача конструирования маломощного броневого трансформатора, предназначенного для работы в вычислительной техники. Вся трудность заключается в том, что трансформаторы имеют большие габариты, массу что значительно ограничивает их применение. То есть данный курсовой проект является вкладом в процесс развития маломощных трансформаторов.

1. АНАЛИЗ ТЗ

Согласно технического задания необходимо спроектировать трансформатор с такими характеристиками

U=220В-напряжение цепи питания ;

f=50Гц-частота сети питания ;

U=5В-напяжение первой вторичной обмотки ;

I=1А-ток первой вторичной обмотки ;

U=8В-напряжение второй вторичной обмотки ;

I=0.5 А-ток второй вторичной обмотки ;

U=13В-напряжение третьей вторичной обмотки ;

I=0.1-третьей вторичной обмотки

Годовой выпуск n= 250000шт./год.

По условиям ТЗ проектируемый трансформатор предназначен для вычислительной техники. По ГОСТ 15150-69 он относится к первой группе исполнения УХЛ, категория размещения КР-4.2 (аппаратура, предназначенная для эксплуатации в помещениях с искусственным климатом). Общие нормы климатических воздействий на РЭА для исполнения УХЛ приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 – Общие нормы климатических воздействий на РЭА

В соответствии с ГОСТ 25467-82 РЭА должна выдерживать нормативные воздействия, приведенные в таблице 1.2.

Таблица 1.2 – Вычислительная РЭА. Нормы климатических и механических воздействий для 1-й группы

Будущий трансформатор должен быть согласно заданию по климатическому исполнению эксплуатирован в климатических районах с умеренным климатом в лабораторных, капитальных жилых и других подобных помещениях.

В конструкции трансформатора имеется сердечник из материала с высокой магнитной проницаемостью и малым уровнем потерь и возможно большей индукцией насыщения Обычно для трансформаторов питания применяются разрезные сердечники, полученные из набора отдельных пластин. Разрезные сердечники требуют введения дополнительных элементов конструкции, обеспечивающих их сжатие и механическое соединение для уменьшения воздушного зазора. Сердечник обычно изготавливают из стальной ленты и пластин, а также из пермалоя и феррита. Для исключения контакта между слоями ленты и пластин, приводящего к увеличению потерь в сердечнике, который имеет конечную толщину. Поэтому высокой магнитной проницаемостью обладает только часть сечение сердечника, чем более тонкие ленты используется в сердечнике.

Изготовить трансформатор, одновременно удовлетворяющий требованию минимальной массы, стоимости, перегрева, и падения напряжения, невозможно. Например, если предъявляется требование минимальной стоимости, то в связи с тем, что стоимость проводов (меди) значительно выше сердечника (стали), выгоднее увеличить размеры и массу сердечника и уменьшать окно.

Если же важно, чтобы трансформатор имел минимальную массу, то следует уменьшить сечение сердечника и увеличивать окно, а необходимый режим работы сердечника обеспечивать, увеличивать число витков.

Лучшие магнитные свойства имеют ленточные сердечники, у которых направление магнитных силовых линий совпадает с направлением проката. Кроме того, в них можно использовать очень тонкие ленты толщиной до 0,01 мм. Ленточные разрезные сердечники в настоящее время нормализованы.

Основными требованиями к магнитному материалу, применяемому в трансформаторах питания , являются высокая индукция насыщения и малые потери . Для маломощных трансформаторов, питающихся напряжением частотой 50-400 Гц, основным требованием является высокая индукция насыщения. При увеличении размеров трансформаторов объём сердечника увеличивается быстрее, чем поверхность охлаждения .

При использовании ленточных проводников увеличивается коэффициент заполнения , не возникает пустот между обмотками, значительно улучшается теплоотвод, увеличивается долговечность трансформатора и способность выдерживать перегрузки .

2. выбор направления проектирования

Конструкция заданного маломощного трансформатора в большей мере зависит от заданных характеристик. Следовательно, после анализа технического задания стало известно, что конструируемый трансформатор должен иметь следующие исходные данные: U=220В-напряжение цепи питания;

f=50Гц-частота сети питания;

U=5В-напяжение первой вторичной обмотки;

I=1А-ток первой вторичной обмотки;

U=8В-напряжение второй вторичной обмотки;

I=0.5 А-ток второй вторичной обмотки;

U=13В-напряжение третьей вторичной обмотки;

I=0.1А-ток третьей вторичной обмотки .

Годовой выпуск n= 250000шт./год.

Так как трансформатор имеет большие электромагнитные силовые потоки, а соответственно большие размеры обмоток элемента. Для уменьшения размеров и массы важную роль играет грамотный подбор материалов составных частей трансформатора .

На основании практических данных наиболее приемлемым при данных условиях считается стержневой трансформатор.

Но учитывая условия внешних механических и физических воздействий более целесообразно использовать броневой трансформатор .

Учитывая недостатки в существующих трансформаторах, относительно проектирования выбираем следующие направления:

Для стяжки трансформатора используем обойму специальной формы ;

Фиксация всей конструкции к основанию происходит болтовыми соединениями ;

Токосъем выполним в виде паянного соединения контактов трансформатора с отводящими элементами;

Обмотка трансформатора – открытого типа , то есть крышки не имеет, так как условия работы – лаборатории, жилые дома и другие подобные помещения.

3. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ И КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ

3.1 Расчет броневого трансформатора

1 Определение суммарной мощности вторичных обмоток (габаритная мощность) трансформатора по формуле (5.1)

P = , (5.1)

Где n-число вторичных обмоток

Подставляем значения на основе исходных данных и определяем суммарную мощность вторичных обмоток :

P=5*1+8*0.5+13*0.1=5+4+1.3=10.3 ВА

2 Выбираем конфигурацию магнитопровода .

В соответствии с рабочей частотой выбирается материал и толщина ленты на основании таблицы-3.1Виды магнитопроводов.

В качестве материала для магнитопровода выбираем сталь Э310 с толщиной ленты 0.35мм

3Определение ориентировочных величин

Находим индукцию по таблице 5-1

В=1.55тл– индукция;

d=3.5 а/мм- плотность тока , на основании таблицы5.2–Таблица плотности тока ;

k=0.13-коеффициент заполнения окна , из таблицы 5.3- Таблица зависимости коэффициента конфигурации магнитопровода

k=0.93– коэффициент заполнения сечения магнитопровода сталью, из таблицы5.4- Коэффициент заполнения окна от сечения магнитопровода сталью.

По формуле (5.2) определяем произведение сечения стали магнитопровода на площадь его окна . Однозначно определяет требуемый типоразмер магнитопровода :

SS= , (5.2)

Тогда , подставив значения , получим :

SS=см4.

5 Из таблицыП2-2 (1) выбираем магнитопровод: ШЛМ16*20, у которого SS=7.5см4, S=3.20см2– активная площадь сечения магнитопровода ; G= 0.210кг- вес магнитопровода ;

Габаритные размеры:

h=26,0мм;

a=16,0мм;

c=9,0мм;

C=50,8мм;

H=42,4мм;

B=20,0мм;

6 По формуле (5.6) и кривой , рисунок5.2определяем потери в стали для индукции В=1,55 (Тл).

Р= р * G, (5.6)

Где р- удельные потери ( на 1 кг стали );

G- масса магнитопровода.

Тогда

Р=4*0.21=0.84 Вт .

7 По формуле1.59 находим активную составляющую тока холостого хода при максимальном напряжении питающей сети В).

(U=220).

I = , (1.59)

Где Р-полные потери в стали ;

I =0.003А

8 Находим полную намагничивающую мощность в стали по формуле(1.62) и кривой рисунок 5.2 .

Q = q * G, (1.62)

где q -полная удельная намагничивающая мощность , (q = 20В*А/кг на основании рисунка5.2 ).

Тогда:

Q =20*0.210=4.2 В*А

9 По формуле1.61находим реактивную составляющую тока холостого хода (U=220 В).

I =, (1.61)

Где Q- намагничивающая мощность ,мощность которая необходима для создания в магнитопровода трансформатора заданного значения магнитной индукции .

Значит

I = А .

10 Находим абсолютное и относительное значение тока холостого хода.

а) по формуле (1.60):

I= , (1.60)

Тогда

I==0.019 А ;

б) по формуле (5.7):

I = = , (5.7)

где -суммарная мощность вторичных обмоток

=0.6 –из таблицы5.5;

cos =0.9 -из таблицы 5.5.

I = А.

Ток холостого хода выразим в процентах по формуле (5.8).

I %= , (5.8)

тогда

I %= %.что допустимо

11 По формулам (5.8)-(5.11) и таблице 5.6находим число витков обмоток :

=, (5.8)

E=U(1-∆U%*0.01)Э.Д.С. первичной обмотки; (5.11)

EnUn(1-∆U%*0.01) Э.Д.С. вторичных обмоток ; (5.12)

E=220(1-13*0.01)=191.4

E=5(1+25*0.01)=6.25

E=8(1+25*0.01)=10

E=13(1+25*0.01)=16.25

= = 1738 витков ; = =56 витков ;

= =90 витков ;

= = 147 витков .

По формуле (2.3) и таблице 5.12 находим ориентировочные значения величины плотности тока и сечения проводов обмотки .

S = , (2.3)

Где -плотность тока (по таблице 5.2 = 1.9-1.3 А/мм ) :

= 3.5 А/мм; =3.8 А/мм ; =3.7 А/мм ; =3.6 А/мм;

S = мм;

S = мм;

S = мм;

S= мм.

13 Выбираем стандартные сечения и диаметры проводов ПЭВ-2 из таблицы П1-1 Номинальные данные обмоточных проводов круглого сечения .

Расчётное сечение , мм:

S= 0.022мм ;

S= 0.27 мм;

S= 0.13 мм;

S=0.028 мм.

Номинальный диаметр проволоки по меди , мм :

d= 0.17мм ;

d= 0.59 мм ;

d