Transformator Design

Ein Transformator überträgt elektrische Energie ohne Änderung der Frequenz von einem Stromkreis zu einem anderen Stromkreis. Es enthält Primär- und Sekundärwicklung. Die Primärwicklung ist an die Hauptversorgung und die Sekundärwicklung an den erforderlichen Stromkreis angeschlossen. In unserer Projektschaltung Wir haben den Entwurf eines einphasigen 50-Hertz-Leistungstransformators mit geringer Leistung (10 KVA) gemäß unserer Anforderung im Projekt übernommen.

Der Transformator besteht grundsätzlich aus drei Typen:

1. Kerntyp
2. Shell-Typ
3. Toroidal

Im Kern umgeben Wicklungen vom Typ einen Teil des Kerns, während im Kern vom Typ Mantel Wicklungen umgibt. Beim Kerntyp gibt es zwei Haupttypen, nämlich den E-I-Typ und den U-T-Typ. In diesem Transformator Design Wir haben den E-I-Kerntyp verwendet. Wir haben uns für den E-I-Kern entschieden, da die Wicklung im Vergleich zum Toroid viel einfacher ist, der Wirkungsgrad jedoch sehr hoch ist (95% -96%). Dies liegt daran, dass der Flussverlust in Ringkernen vergleichsweise sehr gering ist.

Die im Projekt verwendeten Transformatoren sind

1. Serientransformator: Zur Bereitstellung der erforderlichen Boost- oder Buck-Spannung und
2. Steuertransformator: Zur Erfassung der Ausgangsspannung und zur Stromversorgung.

Designformeln:

Hier beziehen wir uns auf die Wicklungsdaten des emaillierten Kupferdrahttisches und die Abmessungen des Transformatorstempeltisches, um die Eingangs- und Ausgangswicklungen SWG und den Kern des Transformators für die angegebenen Spezifikationen auszuwählen.

Das Entwurfsverfahren wird unter der Annahme befolgt, dass die folgenden Spezifikationen eines Transformators angegeben sind: -

• Sekundärspannung (Vs)
• Sekundärstrom (Is)
• Drehverhältnis (n2 / n1)

Aus diesen Angaben berechnen wir Zungenbreite, Stapelhöhe, Kerntyp und Fensterfläche wie folgt: -

• Sekundärvoltampere (SVA) = Sekundärspannung (Vs) * Sekundärstrom (Is)
• Primärvoltampere (PVA) = Sekundärvoltampere (SVA) / 0,9 (unter der Annahme eines Wirkungsgrads des Transformators von 90%)
• Primärspannung (Vp) = Verhältnis Sekundärspannung (Vs) / Windungen (n2 / n1)
• Primärstrom (Ip) = Primärvoltampere (PVA) / Primärspannung (Vp)
• Die erforderliche Querschnittsfläche des Kerns ist gegeben durch: - Kernfläche (CA) = 1,15 * sqrt (Primärvoltampere (PVA))
• Bruttokernfläche (GCA) = Kernfläche (CA) * 1.1
• Die Anzahl der Windungen an der Wicklung wird durch das folgende Verhältnis bestimmt: - Windungen pro Volt (Tpv) = 1 / (4,44 * 10-4 * Kernfläche * Frequenz * Flussdichte)

Wicklungsdaten auf Kupferlackdraht

(@ 200A / cm²)

Abmessung der Transformatorprägungen (Kerntabelle):

Für den Betrieb an der Netzversorgung beträgt die Frequenz 50 Hz, während die Flussdichte als 1 Wb / cm² angenommen werden kann. für gewöhnliche Stahlstanzteile und 1,3 Wb / cm² für CRGO-Stanzteile, je nach zu verwendendem Typ.

Daher

• Primärwindungen (n1) = Windungen pro Volt (Tpv) * Primärspannung (V1)
• Sekundärwindungen (n2) = Windungen pro Volt (Tpv) * Sekundärspannung (V2) * 1,03 (Angenommen, die Transformatorwicklungen fallen um 3% ab)
• Die Breite der Laminierzunge ist ungefähr gegeben durch:

Zungenbreite (Tw) = Sqrt * (GCA)

Stromdichte

Dies ist die Strombelastbarkeit eines Drahtes pro Querschnittseinheit. Sie wird in Einheiten von Ampere / cm² ausgedrückt. Die oben erwähnte Drahttabelle ist für eine kontinuierliche Nennleistung bei einer Stromdichte von 200 A / cm². Für einen nicht kontinuierlichen oder intermittierenden Betriebsmodus des Transformators kann man eine höhere Dichte bis zu 400 A / cm² wählen, d. H. Die doppelte normale Dichte, um die Stückkosten zu sparen. Es wird gewählt, da der Temperaturanstieg für die intermittierenden Betriebsfälle für die kontinuierlichen Betriebsfälle geringer ist.

Abhängig von den gewählten Stromdichten berechnen wir nun die Werte der Primär- und Sekundärströme, die in der Drahttabelle für die Auswahl von SWG gesucht werden sollen: -

n1a = berechneter Primärstrom (Ip) / (Stromdichte / 200)

n2a = Sekundärstrom (Is) berechnet / (Stromdichte / 200)

Für diese Werte der Primär- und Sekundärströme wählen wir die entsprechende SWG und Windungen pro cm² aus der Drahttabelle. Dann berechnen wir wie folgt: -

• Primärfläche (pa) = Primärwindungen (n1) / (Primärwindungen pro cm²)
• Sekundärfläche (sa) = Sekundärwindungen (n2) / (Sekundärwindungen pro cm²)
• Die für den Kern erforderliche Gesamtfensterfläche ergibt sich aus:

Gesamtfläche (TA) = Primärfläche (pa) + Sekundärfläche (sa)

• Zusätzlicher Platzbedarf für Ersteres und Isolierung kann als 30% zusätzlicher Platzbedarf für den tatsächlichen Wicklungsbereich angesehen werden. Dieser Wert ist ungefähr und muss je nach tatsächlicher Wicklungsmethode möglicherweise geändert werden.

Fensterfläche (Wacal) = Gesamtfläche (TA) * 1.3

Für den oben berechneten Wert der Zungenbreite wählen wir die Kernnummer und die Fensterfläche aus der Kerntabelle aus, um sicherzustellen, dass die ausgewählte Fensterfläche größer oder gleich der Bruttokernfläche ist. Wenn diese Bedingung nicht erfüllt ist, streben wir eine höhere Zungenbreite an, wobei dieselbe Bedingung mit einer entsprechenden Verringerung der Stapelhöhe sichergestellt wird, um eine annähernd konstante Bruttokernfläche aufrechtzuerhalten.

Somit erhalten wir die verfügbare Zungenbreite (Twavail) und Fensterfläche ((verfügbar) (aWa)) aus der Kerntabelle

• Stapelhöhe = Bruttokernfläche / Zungenbreite ((verfügbar) (atw)).

Für im Handel erhältliche Zwecke früherer Größen schätzen wir das Verhältnis von Stapelhöhe zu Zungenbreite auf die nächsten folgenden Zahlen von 1,25, 1,5, 1,75. Im schlimmsten Fall nehmen wir das Verhältnis gleich 2. Es kann jedoch jedes Verhältnis bis 2 genommen werden, das die Herstellung eines eigenen ersteren erfordern würde.

Wenn das Verhältnis größer als 2 ist, wählen wir eine höhere Zungenbreite (aTw), um alle oben genannten Bedingungen zu gewährleisten.

• Stapelhöhe (ht) / Zungenbreite (aTw) = (ein gewisses Verhältnis)
• Geänderte Stapelhöhe = Zungenbreite (aTw) * Nächster Wert des Standardverhältnisses
• Modifizierte Bruttokernfläche = Zungenbreite (aTw) * Modifizierte Stapelhöhe.

Das gleiche Entwurfsverfahren gilt für den Steuertransformator, bei dem sichergestellt werden muss, dass die Stapelhöhe der Zungenbreite entspricht.

Somit finden wir die Kernnummer und die Stapelhöhe für die angegebenen Spezifikationen.

Entwerfen eines Transformators anhand eines Beispiels:

• Die angegebenen Details sind wie folgt: -
• Sec. Spannung (Vs) = 60V

Sek. Strom (Is) = 4,44 A.

• Umdrehungen pro Verhältnis (n2 / n1) = 0,5

Jetzt müssen wir wie folgt rechnen: -

• Sek.Volt-Ampere (SVA) = Vs * Is = 60 * 4,44 = 266,4 VA
• Prim.Volt-Ampere (PVA) = SVA / 0,9 = 296,00 VA
• Prim.Voltage (Vp) = V2 / (n2 / n1) = 60 / 0,5 = 120V
• Primstrom (Ip) = PVA / Vp = 296,0 / 120 = 2,467A
• Kernfläche (CA) = 1,15 · Quadratmeter (PVA) = 1,15 · Quadratmeter (296) = 19,785 cm²
• Bruttokernfläche (GCA) = CA * 1,1 = 19,785 * 1,1 = 21,76 cm²
• Windungen pro Volt (Tpv) = 1 / (4,44 * 10-4 * CA * Frequenz * Flussdichte) = 1 / (4,44 * 10-4 * 19,785 * 50 * 1) = 2,272 Windungen pro Volt
• Prim.Turns (N1) = Tpv * Vp = 2,276 * 120 = 272,73 Umdrehungen
• Sec.Turns (N2) = Tpv * Vs * 1,03 = 2,276 * 60 * 1,03 = 140,46 Umdrehungen
• Zungenbreite (TW) = Sqrt * (GCA) = 4,690 cm
• Wir wählen die Stromdichte als 300A / cm², aber die Stromdichte in der Drahttabelle ist dann für 200A / cm² angegeben
• Primärstrom-Suchwert = Ip / (Stromdichte / 200) = 2,467 / (300/200) = 1,644A
• Sekundärstrom-Suchwert = Is / (Stromdichte / 200) = 4,44 / (300/200) = 2,96A

Für diese Werte der Primär- und Sekundärströme wählen wir die entsprechende SWG und Windungen pro cm² aus der Drahttabelle.

SWG1 = 19 SWG2 = 18

Umdrehung pro Quadratzentimeter Primär = 87,4 cm² Umdrehungen pro Quadratzentimeter Sekundär = 60,8 cm²

• Primärfläche (pa) = n1 / Windungen pro cm² (Primärfläche) = 272,73 / 87,4 = 3,120 cm²
• Sekundärfläche (sa) = n2 / Windungen pro cm² (Sekundärfläche) = 140,46 / 60,8 = 2,310 cm²
• Gesamtfläche (at) = pa + sa = 3,120 + 2,310 = 5,430 cm²
• Fensterfläche (Wa) = Gesamtfläche * 1,3 = 5,430 * 1,3 = 7,059 cm²

Für den oben berechneten Wert der Zungenbreite wählen wir die Kernnummer und die Fensterfläche aus der Kerntabelle aus, um sicherzustellen, dass die ausgewählte Fensterfläche größer oder gleich der Bruttokernfläche ist. Wenn diese Bedingung nicht erfüllt ist, streben wir eine höhere Zungenbreite an, wobei dieselbe Bedingung mit einer entsprechenden Verringerung der Stapelhöhe sichergestellt wird, um eine annähernd konstante Bruttokernfläche aufrechtzuerhalten.

Somit erhalten wir die verfügbare Zungenbreite (Twavail) und Fensterfläche ((verfügbar) (aWa)) aus der Kerntabelle:

• Also verfügbare Zungenbreite (atw) = 3,81cm
• Fensterfläche verfügbar (abwarten) = 10.891 cm²
• Kernnummer = 16
• Stapelhöhe = gca / atw = 21,99 / 3,810 = 5,774 cm

Aus Leistungsgründen schätzen wir das Verhältnis von Stapelhöhe zu Zungenbreite (aTw) auf die nächsten folgenden Werte von 1,25, 1,5 und 1,75 ein. Im schlimmsten Fall nehmen wir das Verhältnis gleich 2.

Wenn das Verhältnis größer als 2 ist, wählen wir eine höhere Zungenbreite, um alle oben genannten Bedingungen zu gewährleisten.

• Stapelhöhe (ht) / Zungenbreite (aTw) = 5,774 / 3,81 = 1,516
• Geänderte Stapelhöhe = Zungenbreite (aTw) * Nächster Wert des Standardverhältnisses = 3,810 * 1,516 = 5,715 cm
• Modifizierte Bruttokernfläche = Zungenbreite (aTw) * Modifizierte Stapelhöhe = 3,810 * 5,715 = 21,774 cm²

Somit finden wir die Kernnummer und die Stapelhöhe für die angegebenen Spezifikationen.

Aufbau eines kleinen Steuertransformators mit Beispiel:

Die angegebenen Details sind wie folgt: -

• Sec. Spannung (Vs) = 18V
• Sek. Strom (Is) = 0,3A
• Umdrehungen pro Verhältnis (n2 / n1) = 1

Jetzt müssen wir wie folgt rechnen: -

• Sek.-Volt-Ampere (SVA) = Vs * Is = 18 * 0,3 = 5,4 VA
• Prim.Volt-Ampere (PVA) = SVA / 0,9 = 5,4 / 0,9 = 6VA
• Prim. Spannung (Vp) = V2 / (n2 / n1) = 18/1 = 18V
• Prim. Strom (Ip) = PVA / Vp = 6/18 = 0,333A
• Kernfläche (CA) = 1,15 · Quadratmeter (PVA) = 1,15 · Quadratmeter (6) = 2,822 cm²
• Kreuzkernfläche (GCA) = CA * 1,1 = 2,822 * 1,1 = 3,132 cm²
• Windungen pro Volt (Tpv) = 1 / (4,44 * 10-4 * CA * Frequenz * Flussdichte) = 1 / (4,44 * 10-4 * 2,822 * 50 * 1) = 15,963 Windungen pro Volt
• Prim. Umdrehungen (N1) = Tpv * Vp = 15,963 * 18 = 287,337 Umdrehungen
• Sec.Turns (N2) = Tpv * Vs * 1,03 = 15,963 * 60 * 1,03 = 295,957 Umdrehungen
• Zungenbreite (TW) = Sqrt * (GCA) = sqrt * (3,132) = 1,770 cm

Wir wählen die Stromdichte als 200A / cm², aber die Stromdichte in der Drahttabelle ist dann für 200A / cm² angegeben

• Primärstromsuchwert = Ip / (Stromdichte / 200) = 0,333 / (200/200) = 0,333A
• Sekundärstromsuchwert = Is / (Stromdichte / 200) = 0,3 / (200/200) = 0,3A

Für diese Werte der Primär- und Sekundärströme wählen wir die entsprechende SWG und Turns per Sq. cm vom Drahttisch entfernt.

SWG1 = 26 SWG2 = 27

Turn per Sq. cm Primär = 415 Umdrehungen Umdrehungen pro Quadratmeter. cm Sekundär = 504 Umdrehungen

• Primärfläche (pa) = n1 / Windungen pro cm² (Primärfläche) = 287,337 / 415 = 0,692 cm²
• Sekundärfläche (sa) = n2 / Windungen pro cm² (Sekundärfläche) = 295,957 / 504 = 0,587 cm²
• Gesamtfläche (at) = pa + sa = 0,692 + 0,587 = 1,280 cm²
• Fensterfläche (Wa) = Gesamtfläche * 1,3 = 1,280 * 1,3 = 1,663 cm²

Für den oben berechneten Wert der Zungenbreite wählen wir die Kernnummer und die Fensterfläche aus der Kerntabelle aus, um sicherzustellen, dass die ausgewählte Fensterfläche größer oder gleich der Bruttokernfläche ist. Wenn diese Bedingung nicht erfüllt ist, streben wir eine höhere Zungenbreite an, wobei dieselbe Bedingung mit einer entsprechenden Verringerung der Stapelhöhe sichergestellt wird, um eine annähernd konstante Bruttokernfläche aufrechtzuerhalten.

Somit erhalten wir die verfügbare Zungenbreite (Twavail) und Fensterfläche ((verfügbar) (aWa)) aus der Kerntabelle

• Also verfügbare Zungenbreite (atw) = 1,905cm
• Fensterfläche verfügbar (abwarten) = 18.969 cm²
• Kernnummer = 23
• Stapelhöhe = gca / atw = 3,132 / 1,905 = 1,905 cm

Daher die Steuertransformator ist entworfen.