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
Исполнение |
Категория размещения |
Воздействия температуры, °С | Воздействия относительной влажности, % | ||||
Рабочие | Предельные | Рабочие | |||||
Верхн. | Нижн. | Ср. | Верхн. | Нижн. | Верхнее | ||
УХЛ | 4.2 | +35 | +10 | +20 | +40 | +1 | 98% при 25°С |
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
Вид воздействия, характеристики | Нормы воздействий |
Прочность при транспортировании: ускорение,g длительность ударного импульса, мс число ударов, не менее |
15 11 1000 |
Теплоустойчивость: рабочая температура, °С предельная температура, °С |
40 55 |
Пониженное атмосферное давление, кПа | 70 |
Холодоустойчивость: предельная температура, °С |
-40 |
Влагоустойчивость: влажность, % температура, °С |
93 25 |
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