Трансформатор питания

Министерство образования и науки Украины

Харьковский национальный университет радиоэлектроники

Кафедра ПЭЭА

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

по дисциплине: Элементная база ЭА

на тему: Трансформатор питания

Выполнил

Проверил

Харьков 2009

Содержание

Введение

1. Анализ технического задания

1.1 Анализ условий эксплуатации

1.2 Обоснование дополнительных требований и параметров

2. Обзор аналогичных конструкций и выбор направления проектирования

3. Расчет конструкции и необходимых деталей

3.1 Расчет стержневого трансформатора

4. Описание конструкции и технологии

Заключение

Список литературы

Введение

Трансформаторы являются наиболее широко используемыми элементами в различной аппаратуре.

Трансформаторы питания преобразуют переменное напряжение первичного источника в любые другие значения, необходимые для нормального функционирования аппаратуры. Кроме того, трансформатор питания позволяет получать ряд вторичных напряжений, электрически не зависимых друг от друга и от питающей сети.

Наиболее просто применять для электропитающего устройства специально спроектированные трансформаторы для обеспечения высокого качества работы и требуемой надежности, низкой стоимости, минимальной массы и объема.

В тех случаях, когда напряжение или ток на вторичной стороне унифицированного трансформатора не соответствует требуемым значениям, приходится рассчитывать и изготовлять трансформатор. Не применяют унифицированный трансформатор также, если остаются незадействованными некоторые секции вторичной обмотки, что приводит к нежелательному увеличению объема и массы устройства.

Более высокие показатели можно обеспечить на основании детальных расчетов, что и является целью курсового проекта - расчет трансформатора питания с заданными параметрами, обеспечив при этом минимальные габаритные размеры.

1. Анализ технического задания 1.1 Анализ условий эксплуатации

Исходные данные:

 - напряжение источника питания;

 - частота источника питания;

 - напряжение первой вторичной обмотки;

 - ток первой вторичной обмотки;

 - напряжение второй вторичной обмотки;

- ток второй вторичной обмотки.

Обеспечить минимальные габаритные размеры.

Программа выпуска 5000 шт. в год.

В условиях ТЗ не указан вид аппаратуры, в которой будет использоваться трансформатор. По ГОСТ 15150-69 он относится к первой группе исполнения УХЛ (аппаратура, работающая в жилых помещениях), категория размещения 4.2 (аппаратура, предназначенная для эксплуатации в отапливаемых помещениях). 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 16019-78 должна выдерживать нормативные воздействия, приведенные в таблице 1.2

Таблица 1.2 - Наземная профессиональная РЭА. Нормы климатических и механических воздействий для 1-й группы

Вид воздействия, характеристики	Нормы воздействий
Прочность при транспортировании (в упакованном виде):
ускорение, g	15
длительность ударного импульса, мс	11
число ударов, не менее	1000
Теплоустойчивость:
рабочая температура,	40
предельная температура,	55
Пониженное атмосферное давление:
атмосферное давление, кПа	70
Холодоустойчивость
предельная температура,	-40
Влагоустойчивость:
влажность,%	93
температура,	25

1.2 Обоснование дополнительных требований и параметров

Для каждой из конструкций трансформатора существует "оптимальная геометрия" (соотношение размеров магнитопровода), обеспечивающая получение минимальной массы, объема или стоимости. Пользуясь [1, табл.13], выбираем конструкцию трансформатора с учетом его мощности и частоты сети - стержневая с двумя катушками (по сравнению с броневой конструкцией при одинаковом объеме выигрыш по мощности 6 - 25%).

Стержневой двухкатушечный трансформатор обладает большей поверхностью охлаждения (за счет поверхностей катушки) и поэтому допускает большие плотности тока . По этой причине двухкатушечный ленточный трансформатор имеет удельные мощности по массе и объему больше, чем у ленточного броневого трансформатора: при 50 Гц - до 30% и при 400Гц - до 20%.

Стержневой двухкатушечный трансформатор имеет меньшую индуктивность рассеяния (на каждой катушке только половина витков и поэтому толщина катушки меньшая), меньшее внешнее электромагнитное поле и меньшую восприимчивость к постоянным электромагнитным полям (наведенные ЭДС в обеих катушках вычитаются).

К недостатку стержневого двухкатушечного трансформатора следует отнести уменьшенный примерно на 15% коэффициент заполнения окна медью, т.к у нее вдвое больше изоляционных материалов между отдельными обмотками и между магнитопроводом и обмоткой.

С учетом, что , выбираем электротехническую сталь марки Э310 с толщиной лент . Также для обеспечения минимальных габаритных размеров принимают максимальное значение магнитно возможную индукцию магнитопровода и плотности тока в обмотках, удовлетворяя требуемым параметрам.

2. Обзор аналогичных конструкций и выбор направления проектирования

В зависимости от технологии изготовления магнитопроводы трансформаторов небольшой мощности делятся на пластинчатые и ленточные. По конструктивному выполнению пластинчатые и ленточные магнитопроводы делятся на три основных типа: стержневые, броневые и кольцевые.

Все перечисленные ранее конструкции магнитопроводов применяются в качестве сердечников в однофазных трансформаторах. В трехфазных трансформаторах обычно используется стержневая конструкция, называемая также Е - образной.

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

В современных РЭА масса и габариты устройств питания составляют 0.5-0.1 общей массы и габаритов и на их долю приходится в некоторых случаях до 50% отказов. Что требует совершенствования трансформаторов питания. Основные трудности при этом определяются тем, что материалы сердечников имеют ограниченные магнитную проницаемость, индукцию насыщения и большие потери.

Согласно условиям внешних климатических, механических и физических воздействий использование броневого трансформатора оправдано

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

При стяжки трансформатора между стойкой и магнитопроводом подложить слой бумаги К-12 ГОСТ 1908-88 для того, чтобы предотвратить возможность образования короткозамкнутого витка вокруг всего сердечника или его части; образование такого витка приводит к сильному нагреву трансформатора и потере их мощности, что не допустимо для реализации минимальных габаритных размер;

Фиксация всей конструкции к основанию осуществляется клеем ВК ОСТ4ГО.029.204.

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

В качестве обмотки применяем провод марки ПЭВ-1 (ГОСТ 7262-78), допускающий перегрев до 105°С.

Торцы магнитопровода покрывают эмалью МЛ-152 синяя У1 ОСТ 4.070.015.

3. Расчет конструкции и необходимых деталей 3.1 Расчет стержневого трансформатора

Расчет ведем, исходя из допустимого перегрева .

1. Зная величину , выбираем сталь марки Э310 с толщиной лент .

2. Определяем мощность вторичной обмотки  (3.1)

; (3.1)

.

По известным величинам  и  для стержневого трансформатора с двумя катушками определим [1, П12] ориентировочное типоразмер магнитопровода, нужные параметры которого заносим в табл.1.3

Таблица 1.3 - Основные параметры магнитопровода ПЛ 12,5X25-32

Размеры, мм						Активна площадь сечения магнитопровода, см2	Средняя длина магнитной силовой линии, см	Масса магнитопровода, г	Ориентировочная мощность трансформатора, ВА, при частоте f=50Гц	Средняя длина витка, см
a	b	c	L	h	H
12.5	25	20	45	32	55	2.76	13.8	301	33.5	10.3