Universitatea Stefan Cel mare Facultatea de inginerie electrica Si stiinta calculatoarelor

Proiectarea transformatorului de mica putere

Indrumatori: Filote Constantin Simioniuc Gheorghe

Student: Strugari Bogdan George Specializare: Electronica aplicata 1311B

1

Proiectarea transformatorului de reea de mic putere1. Prezentare generalTransformatorul de reea monofazic de mic putere este o component prezent n aproape toate tipurile de scheme de alimentare ale aparatelor electronice staionare. El este destinat s realizeze urmtoarele funciuni: modific valorile tensiunilor i curenilor, de la nivelul la care sunt preluate de ctre circuitul primar, de la reea, la valorile cerute n circuitul sau circuitele secundarului; izoleaz galvanic fa de reea asiul aparatului electronic, n care este montat, asigurnd astfel electrosecuritatea persoanelor care l manipuleaz. Un transformator de reea are urmtoarele pri componente: carcas electroizolant; nfurri: primar i secundar (sau secundare); miez magnetic; sistem de strngere a miezului i de fixare a transformatorului.

nfurrile primar i secundar (sau secundare) sunt confecionate din conductoare de cupru sau aluminiu, izolate cu email i aezate pe o carcas din material electroizolant (prepan, textolit, steclotextolit, material plastic etc.) n interiorul carcasei se gsete introdus miezul magnetic, construi din tole de tabl de ferosiliciu, strnse cu o manta sau cu scoabe, prezoane i piulie pentru a mpiedica vibraia tolelor n timpul funcionrii. De obicei se folosesc tole STAS, de tip ( E + I ). Dimensiunea tolei se precizeaz prin litera E, urmat de dimensiunea de baz a tolei a, exprimat n milimetrii [mm]. Astfel, exist urmtoarele tipuri de tol: E5; E6,4; E8; E10; E12,5; E14; E16; E18; E20; E25; E32.

ntregul transformator este de obicei impregnat, prin imersie n parafin topit sau n lacuri ce polimerizeaz prin inclzire n cuptor, la 80 100 C.

2

2. Date iniiale de proiectareDe obicei, din proiectarea schemei electrice a unui produs electronic dotat n partea de alimentare cu transformator de reea, rezult valorile eficace ele tensiunilor i curenilor necesare n secundar, U2k , respectiv I2k , precum i numrul de nfurri secendare, K. Se cunoate, de asemenea, tensiunea eficace n primar, U1 = 220 V (tensiunea reelei monofazice de curent alternativ) precum i frecvena reelei, care este de 50 Hz. n cazul de fa avem de proiectat un transformator cu dou nfurri secundare: U 21 = 46 (V) U22 = 19 (V) I21 = 1,22 (A) I22 = 0,44 (A) Prin proiectarea transformatorului se urmrete gsirea prin calcul a datelor necesare realizrii sale n practic, i anume:

n1 numrul de spire din primar; n2k numrul de spire din secundarul k; d1 diametrul srmei de bobinaj din primar; d2k diametrul srmei de bobinaj din secundarul k; a tipul de tol STAS; N numrul de tole necesar.

3. Metodica de proiectare

Se evalueaz puterea total absorbit din secundar, P2 [W]:P2 [W] = P2k = U2kI2k . P2 = 46 V 1,22 A + 19 V 0,44 A = 64,48 W

n cazul nostru:

Se calculeaz puterea absorbit n primar, considernd randamentul transformatorului 0,85:n cazul nostru: P1 [W] = P2 / = P2 / 0,85 = 1,176 P2 P1 = 1,176 64,48 = 75,82 W

P1

[W],

Se dimensioneaz seciunea n fier, SFe [cm2], a miezului magnetic, din relaia]:n cazul nostru: SFe [cm2] = 1,2 ( P1 [W])1/2 SFe = 10,44 cm2

Se calculeaz numrul necesar de spire pe volt n0 [sp/V], cu relaia dedus din legea induciei electromagnetice, pentru f = 50 Hz i pentru inducia maxim admis de tole Bmax = 1,2 T:n0 [sp/V] = 40 / (SFe [cm2])

3

n cazul nostru: n0 = 40 / 10,44 = 3,83 sp/V

Se calculeaz numrul de spire necesare n primar, n1 , cu relaia:n cazul nostru: n1 = n0 U1 . n1 = 3,83 220 = 842 spire

Se calculeaz numrul de spire al secundarului k, n2k , cu relaia:n cazul nostru: n2k = 1,1 U2k n0 n21 = 1,1 46 3,83 = 193 spire n22 = 1,1 19 3,83 = 80 spire

Se evalueaz curentul din primar, I1 [A] :I1 [A] = ( P1 [W] ) / ( U1 [V] )

n cazul nostru: I1 = 75,82 / 220 = 0,34 A

Se dimensioneaz diametrul d1 [mm] al srmei de bobinaj din primar i d2k , din secundarul k, pentru o densitate de curent maxim admis n cupru Jmax= 3 [A/mm2] cu relaia:d1 ; 2k [mm] = 1,22 ( I1 ; 2k [A] )1/2 . n cazul nostru: d1 =1,22 (0,34)1/2 = 0,70 mm d21 = 1,22 ( 1,22 )1/2 = 1,34 mm d22 = 1,22 ( 0,44 )1/2 = 0,80 mm Se aleg diametrele standardizate: d1 = 0,7 mm d21 = 1,2 mm d22 = 0,8 mm

Se calculeaz aria total ocupat de nfurri n fereastra tolei pentru primar A1 [cm2] i pentru secundar A2 [cm2], utiliznd coeficienii de calcul C1 pentru cazul c bobinajul se va face cu izolaie ntre straturi, sau C2 n cazul c bobinajul se va face fr izolaie ntre straturi. Aceti coeficieni sunt funcie de diametrul ales pentru conductoarele de bobinaj i sunt dai n tabele:A1 [cm2] = n1 / C1 ; 2 ; A2 [cm2] = ( n2k / C1 ; 2 )

n cazul nostru:

4

a) cu izolaie ntre straturi: A1 = 842 / 125 = 6,73 cm2 A2 = 193 / 40,5 + 80 / 95,5 = 5,59 cm2 b) fr izolaie ntre straturi: A1 = 842 / 153 = 5,50 cm2 A2 = 193 / 52 + 80 / 127 = 4,33 cm2

Se calculeaz aria total ocupat de nfurri, Atot [cm2]:Atot [cm2] = A1 [cm2] + A2 [cm2]

n cazul nostru: a) cu izolaie ntre straturi: Atot = 6,73 + 5,59 = 12,32 cm2 b) fr izolaie ntre straturi: Atot = 5,50 + 4,33 = 9,83 cm2

Se dimensioneaz tola necesar, respectiv parametrul a [mm], pentru un factor de umplere optim ( = 0,7) cu relaia:a [mm] = ( Atot [cm2] / (0,03 0,7) )1/2 = 6,9 ( Atot [cm2] )1/2

Dac pentru parametrul a nu rezult o valoare standardizat, atunci se alege valoarea standardizat imediat superioar sau inferioar i se verific dac, cu valoarea aleas astfel, se obine: n cazul nostru: a) cu izolaie ntre straturi:STAS

= Atot [cm2] / (0,03 aSTAS2 [mm]) = 1,22 0,75

a = 6,9 (12,32)1/2 = 24,15 mmSe alege standardizarea STAS

E25

i se verific:

= 12,32 / ( 0,03 252 ) = 0,65 acceptabil

b) fr izolaie ntre straturi:

a = 6,9 (9,83)1/2 = 21,63 mmSe alege standardizarea STAS

E20

i se verific:

= 9,83 / ( 0,03 202 ) = 0,81 acceptabil

Se calculeaz grosimea pachetului de tole, b [mm], utiliznd tola STAS:b [mm] = SFe [cm2] / (0,02 aSTAS [mm]) n cazul nostru: a) cu izolaie ntre straturi:

5

b) fr izolaie ntre straturi:

b = 10,44 / (0,02 25) = 20,88 b = 10,44 / (0,02 20) = 26,1

Se calculeaz numrul de tole necesar pentru confecionarea miezului magnetic, funcie de grosimea acestora, g ( 0,35 mm sau 0,5 mm):N = b[mm] / g[mm] n cazul nostru: a) cu izolaie ntre straturi: *) pentru g = 0,35 N = 20,88 / 0,35 = 59 tole. *) pentru g = 0,5 N = 20,88 / 0,5 = 41 tole. b) fr izolaie ntre straturi: *) pentru g = 0,35 N = 26,1 / 0,35 = 74 tole. *) pentru g = 0,5 N = 26,1 / 0,5 = 52 tole.

4. Concluzii Exist patru modaliti de a construi acest transformator.

Pentru fiecare mod de a construi avem aceleai numere de spire i aceleai grosimi ale srmei de bobinaj: n1 = 842 n21 = 193 n22 = 80 d1 = 0,7 d21 = 1,2 d22 = 0,8 Difer doar realizarea bobinajului i grosimea tolelor:

a) Bobinaj cu izolaie ntre straturi: Tole E25 ( a = 25 mm) Grosime 0,35

N = 59 toleGrosime 0,5

N = 41 toleb) Bobinaj fr izolaie ntre straturi:

6

Tole E20 ( a = 20 mm) Grosime 0,35

N = 74 tole Grosime 0,5

N = 52 tole

7