proiectare transformator ccp

7/24/2019 Proiectare Transformator CCP

1/11

1

TEHNOLOGIA I PROIECTAREA TRANSFORMATORULUI DE

REEA MONOFAZIC DE MICPUTERE- Ghid pentru tema de casCCP-

1. Generaliti

Prezentarea de fa are ca scop cunoaterea structurii constructive, atehnologiei de fabricaie, precum i a metodologiei de proiectare a transformatoruluide reea de micputere (P


2/11

2

2. Tehnologia de realizare a transformatorului de reea monofazic,de micputere

Realizarea unui transformator de reea monofazic, de mic putere, nproducia de serie, implicurmtoarele etape tehnologice:

a) obinerea tolelor, din tablde ferosiliciu (STAS 673-60), prin tanare n matri;

b) tratamentul termic al tolelor tanate (recoacere la temperatura de cca. 8500C,urmat de rcire lent), pentru detensionare mecanic i refacerea proprietilormagnetice, afectate de procesul de prelucrare mecanic;

c) realizarea carcasei, prin injecie de material plastic n matrisau prin montaj dinelemente constituente specifice, obinute n prealabil prin tanare, din prepan,textolit, pertinax, steclostratitex, etc.;

d) bobinarea nfurrilor, pe carcasa obinutanterior, cu ajutorul unor maini debobinat semiautomate sau automate, utiliznd conductori din cupru izolai cu email(STAS 685-58);Observaie:

Bobinarea transformatoarelor de reea se poate realiza, n funcie de cerineletehnico-economice impuse, n doutehnici:- "frizolaie ntre straturi"- "cu izolaie ntre straturi"

n primul caz se bobineazn urmtoarea ordine:1) nfurarea primar;2) se introduc consecutiv dou straturi de folie de izolaie "trafo" (hrtie special

parafinatsau folie de poliester, cu grosimea de 3050m);3) prima nfurare secundar, urmatde introducerea unui strat de izolaie, etc;4) ntreaga bobinse mai izoleazn final i la exterior.

n al doilea caz, se introduce ctre un strat de izolaie dup fiecare strat despire bobinate.5) introducerea tolelor n carcas - operaie denumit "lamelareatransformatorului".

Observaie:n cazul transformatorului de reea, neexistnd component de curent

continuu, se realizeazo lamelare ntreesut, adicse introduc alternativ, pe o partei pe cealalta carcasei, mai nti tolele de tip E, apoi cele de tipI. Ultimele 2-3 tolese introduc forat, prin batere uoar cu un ciocan din cupru sau alam,transformatorul fiind aezat pe o plac din oel. Lamelarea nentreesut serealizeaz prin introducerea n carcas, pe aceeai parte, a tuturor tolelor E,respectiv Ii se utilizeazla transformatoare (sau bobine) care sunt strbtute i de ocomponentde curent continuu, cum ar fi transformatoarele de audiofrecven.

f)strngerea miezului magneticcu o manta sau cu scoabe, prezoane i piulie pentrua mpiedica vibraia tolelor n timpul funcionrii transformatorului.


3/11

3

Observaie:Mantaua se realizeaz prin tanare, din tabl TDA cu grosimea de

11,25mm, dup care se acoper galvanic prin zincare pasivizat. n anumiteaplicaii se practici ecranarea transformatorului, cu ajutorul unor capace laterale,executate prin ambutisare din TDA, sau prin aplicarea unei spire n scurtcircuit, din

folie de cupru care nconjoarbobinajul i miezul magnetic pe exterior.

g) impregnarea transformatorului prin imersie n parafin topit sau n lacpoliuretanic (de ex. 3503 Ez) care polimerizeaz prin nclzire n cuptor, la otemperaturde 801000C, timp de cca. 1 or.Observaie:

Impregnarea transformatoarelor de reea se realizeaz ntr-o incintcu capacetan, care mai nti se videazla 10-110-2 torr (pentru eliminarea urmelor de ap,de pe bobinaj i din hrtia de izolaie trafo), dup care se introduce impregnantul

respectiv.h) Controlul tehnic de calitate n cadrul cruia se verific parametrii electrici(tensiunea sau tensiunile din secundar, rezistena nfurrilor, raportul detransformare, rezistena de izolaie ntre nfurri, respectiv ntre primar i miezulmagnetic) i mecanici ai produsului

3. Proiectarea transformatorului de reea monofazic, de micputere

3.1. Noiuni introductive

Pentru a nelege mai uor metodica proiectrii unui transformator de reea se cerprecizate mai nti unele noiuni care vor interveni n calcule.Tipul de tol - De obicei se utilizeaz tole STAS de tip E+I "economice", fig. 2.adenumite astfel, ntruct dintr-o bandde tablsilicioasde lime adecvatse obin

prin tanare, concomitent, dou tole Ei doutole I, fra se pierde din suprafaautila materialului, fig. 2.b Dimensiunile tolei economice se precizeazprin litera E,urmat de a[mm], care reprezint dimensiunea da baz (parametrul) tolei. Astfel,exist urmtoarele tipuri de tol STAS economic: E5; E6,4; E8; E10; E12,5;E14; E16; E18; E20; E25; E32.Principalii parametri geometrici ai unei tole STASde tip E+I, economicsunt prezentai n figura 2.a.


4/11

4

(a) (b)Fig.2(a) Dimensiunile tolei STAS economice; Af- aria ferestrei tolei; (b) Obinerea tolelor

economice

Grosimea tolelor este i ea standardizat la valorile g1=0,35mm i respectiv,g2=0,5mm.

Aria ferestrei toleiAF[cm2] - reprezintsuprafaa destinatintroducerii nfurrilor

i este prezentathaurat n figura 2.a. Valoarea acesteia este:AF[cm

2]=0,03a2[mm]

Seciunea n fier SFe[cm2] - reprezint aria seciunii miezului magnetic situat n

interiorul carcasei bobinate, figura 3.a. Mrimea sa este:

SFe[cm2]=0,02a[mm]b[mm],

unde b[mm] - reprezintgrosimea pachetului de tole

SFe- seciunea n fier At=A1+A2; =At/Af(a) (b)

F ig. 3(a) Seciune transversalprintr-un transformator de reea;

(b) Repartizarea spaiului n fereastra tolei

Factorul de umplere a ferestrei tolei - definit ca raportul dintre aria total, ocupatde nfurri n fereastra tolei, At[cm2] i aria ferestrei, AF[cm

2], conform relaiei:


5/11

5

[ ][ ]

[ ] [ ][ ]

= =+

A cm

A cm

A cm A cm

a mm

t

F

2

2

12

22

20 03,,

unde A1[cm2] - reprezintaria ocupatde nfurarea primar;

A2[cm2] - reprezint aria ocupat de nfurarea sau nfurrile secundare;

(A2k- aria ocupatde nfurarea secundark);

At[cm2] = A1[cm

2] +A2[cm2] - aria totalocupatde nfurri.

Observaie:Pentru ca un transformator de reea s se poat realiza uor n producia de

serie, valoarea optimpentru factorul de umplere este o=0,7 dar, n general se poateaccepta o valoare [0,640,76]. Un factor de umplere prea mare duce la dificultin faza de lamelare, la introducerea tolelor iar un factor de umplere mic esteneeconomic, transformatorul fiind supradimensionat.

3.2. Date iniiale de proiectare

Proiectarea unui transformator de reea, de mic putere, se face pornindu-sede la urmtoarele mrimi cunoscute (date iniiale de proiectare):- U1[V] - valoarea eficace a tensiunii din primar, reprezentnd de regul, tensiuneareelei monofazice, de curent alternativ (110V, 220V);- f[Hz] - frecvena reelei monofazice, de curent alternativ;- k - numrul de nfurri secundare;

- U2k[V] - tensiunea eficace n sarcin, n nfurarea secundark;- I2k[A] - curentul eficace n sarcin, n nfurarea secundark;- BM[T] - inducia maximadmisn miezul magnetic;- Procedeul de bobinare implementat ("cu sau frizolaie ntre straturi"), impus decondiiile electrice i climatice, n care se va utiliza transformatorul de reearespectiv. n figura 4 este reprezentat schema electric a unui transformator dereea, cu mrimile specificate mai sus.

Prin proiectarea transformatorului de reea se urmrete determinarea princalcul a datelor necesare realizrii sale n practici anume:

n1- numrul de spire din nfurarea primar;n2k- numrul de spire din nfurarea secundark;d1[mm] - diametrul conductorului de bobinaj, din nfurarea primar;d2k[mm] - diametrul conductorului de bobinaj, din secundarul k;a[mm]- tipul de tolSTAS ce se utilizeazastfel nct, STAS[0,640,76];

b[cm] - grosimea pachetului de tole;N - numrul de tole necesar


6/11

6

n1 d1

U1 I22

I21I1 (1)

(2)

I23(k) U2k; n2k, d2k

U22; n22, d22

U21; n21, d21

F ig. 4 Schema electrica transformatorului de reea

3.3. Metodologia de proiectare a transformatorului de reea monofazic, de micputere

Proiectarea unui transformator de reea cuprinde urmtoarele etape de calcul:a) se evalueazputerea totalabsorbitdin secundar, P2[W], astfel:

[ ]P W P U Ikk

k

k

k2 2 2 2= =

b) se calculeazputerea absorbitn primar, P1[W], pentru un randament estimat altransformatorului, =0,85;

[ ] [ ] [ ]

[ ]P WP W P W

P W12 2

20 851176= = =

,,

Observaie:ntr-un transformator de reea real existpierderi prin magnetizare (histerezis)

i prin cureni turbionari (Foucault) n miezul magnetic, precum i pierderi prin efectJoule n conductorii de cupru ai nfurrilor. Aceste pierderi conduc la nclzireamiezului i a conductorului nfurrilor, n timpul funcionrii transformatorului.Pentru un transformnator de reea cu puterea P1100W, realizat cu tole E+Iromneti, pierderile prin magnetizare se pot aprecia la cca. 8%, pierderile princureni turbionari la cca. 2% i pierderile prin efect Joule la cca. 5%, deci un total

pierderi estimate la cca. 15%, ceea ce justificrandamentul de mai sus.

c) se dimensioneazseciunea n fier, SFe[cm2] a miezului magnetic, cu relaia:[ ] [ ]S cm P W Fe 2 11 2= ,

Observaie:Legtura dintre seciune i putere se explic prin aceea c, datorit formei

circuitului magnetic, spaiul disponibil pentru nfurri este limitat. Cnd putereacrete, aria ocupatde nfurri crete, iar aria ferestrei tolei este proporionalcuSFe. De asemenea, la putere mare crete i puterea pierdut, ceea ce impune cretereaSFe, pentru a se mri suprafaa de rcire (suprafaa de contact a miezului cu aerul,reprezentat de suprafaa lateral a pachetului de tole). Experimental, s-a ajuns la


7/11

7

valoarea optim a coeficientului de proporionalitate dintre seciune i putere ianume 1,2.

d) se calculeaznumrul de spire pe volt n0, cu relaia:

n

SFe

045 48

=

dedusdin legea induciei electromagnetice, pentru f=50Hz i BM=1,2T.Observaie:

Relaia de mai sus a fost dedusastfel:Tensiunea U, indus ntr-o nfurare cu n spire, conform legii inducieielectromagnetice, are expresia:

U nd

dtB S U UFe efmax

maxmax max max, ,= = =

dar iar 2

n regim permanent armonic (sinusoidal), derivarea unei mrimi este echivalentcunmulirea acesteia cu =2f, astfel cse obine:

2 2 = U f n B S ef Fe max , de unde nn

Uef0 = are expresia:

nf B S f B SFe Fe

02

2

1

4 44=

=

max max, (1)

Pentru f=50Hz, Bmax=BM=1,2T i SFeexprimat n cm2, relaia de mai sus devine:

[ ][ ] [ ]

n sp V S cm S cmFe Fe

04

2 210

4 44 50 1 238/

, ,=

= (2)

Cifra teoreticde mai sus, 38, se majoreazcu circa 20% la valoarea 4548, ntructmiezul magnetic nu trebuie s ajung la saturaie nici la tensiunea de 242V(220V+10%) n primar i nici n cazul conectrii unora dintre nfurrile secundaren scheme de redresare, caz n care aceste nfurri vor fi parcurse i de ocomponent de curent continuu, care va produce o magnetizare suplimentar amiezului. Se recomand utilizarea valorii 48, deoarece ea corespunde unui regimtermic optim (cca. 600C) al transformatorului, verificat experimental, conducnd la o

bun concordan a valorilor msurate cu cele calculate, evitdu-se intrarea nsaturaie a miezului, chiar n condiiile cele mai nefavorabile (cazul n careBM=0,81,2T).

OBSERVAIE:Relaia (2) este obinutpentru f=50Hz i Bmax=1,2T. Pentru valoridiferite se utilizeazrelaia (1), urmatde majorarea cu 20%

e) se calculeaznumrul de spire din nfurarea primarn1, cu relaia:n1=n0U1


8/11

8

Observaie:Valoarea rezultatn1se rotunjete, prin adaos, la urmtoarea valoare ntreag

f) se determinnumrul de spire din secundarul k, n2k, cu relaia:n2k=1,1n0U2k

Observaie:n relaia de mai sus, n0s-a majorat cu 10% pentru a se compensa cderea de

tensiune n sarcin, pe secundarul k. Valoarea rezultatpentru n2k, se rotunjete prinadaos, la urmtoarea valoare ntreag.

g) se determinmrimea curentului din primar, I1, cu relaia:

[ ] [ ]

[ ]I A

P W

U V11

1=

h) se dimensioneaz diametrele conductoarelor de bobinaj d1[mm], pentru primar,respectiv d2k[mm], pentru secundarul k, cu relaia:[ ] [ ]d mm I Ak k1 2 1 20 65; ;,=

Observaie:Relaia de mai sus s-a dedus pentru o densitate de curent

maxim admisibil [ ]JI

dA mmM = =

22

4

3 / . Valoarea rezultat prin calcul pentru

diametrul conductorului, d1;2k ,se rotunjete prin adaos la valoarea standardizat

imediat superioar, din Tabelul 1, dupcum urmeaz:- pentru d1;2k 0,7 mm; numai dacdepirea de ctre valoarea calculat a valoriistandardizate imediat inferioar, este >2,5%;- pentru 0,75%;- pentru d1;2k>1mm; numai dac depirea de ctre valoarea calculat a valoriistandardizate imediat inferioar, este >10%.i) se calculeaz ariile ocupate de nfurarea primar, A1[cm

2], respectiv denfurarea secundar, A2[cm

2], n fereastra tolei, utilizndu-se coeficienii de

umplere C1sau C2indicai n tabelul 1, n funcie de procedeul de bobinare adoptat,conform relaiilor:

[ ] [ ]A cmn

Ccm A

n

Ckk

k

k1

2 1

1 2

22

2

1 2= = =

; ; A2

Observaie:Coeficienii de umplere au fost stabilii experimental, n condiiile produciei

de serie, pentru fiecare diametru STAS.j) se calculeazaria totalocupatde nfurri At[cm

2] cu relaia:At[cm

2] =A1[cm2]+ A2[cm

2]

k) se dimensioneaz tola necesar, respectiv se determin mrimea parametruluia[mm], pentru un factor de umplere optim 0=0,7, cu relaia:


9/11

9

[ ] [ ]

[ ]a mmA cm

A cmt

t= =

22

0 03 0 76 9

, ,,

Observaie: Dac valoarea determinat prin calcul pentru a nu este standardizat,atunci se poate alege valoarea STAS cea mai apropiat, att prin lips ct i prinadaos, cu condiia ca valoarea factorului de umplere cu tola STAS aleas, sndeplineasccondiia:

STAS[0,640,76] , unde[ ]

[ ]STAS

t

STAS

A cm

a mm=

2

20 03,

Tabelul 1Diametre standardizatei coeficieni de umplere pentru conductoarede bobinaj

Diametrul STAS alconductorului [mm]

C1[sp/cm2]

(cu izolaie ntre

straturi)

C2[sp/cm2]

(frizolaie ntre

straturi)0,05 13250 161500,07 8330 97000,1 4460 61000,12 3190 41200,15 2260 28800,18 1730 20500,2 1465 17150,22 1210 1460

0,25 978 11400,28 813 9250,3 722 8070,35 530 5940,4 350 4700,45 277 3710,5 224 3000,55 190 2520,6 162 209

0,65 142 1800,7 125 1530,8 95,5 1270,9 78 931 65 75

1,2 40,5 521,5 26,5 33,52 15,5 19

l) se calculeaz grosimea pachetului de tole b[mm], cu tola STAS, utilizndu-serelaia:


10/11

10

[ ] [ ]

[ ]b mm

S cm

a mm

Fe

STAS=

2

0 02,

m) se evalueaznumrul de tole necesar, N n funcie de grosimea acestora g1,2(g1=0,35mm; g2= 0,5mm)

[ ]

[ ]

[ ]N tole

b mm

g mm= 1 2; Observaie:

Numrul de tole obinut N, se rotunjete la valoarea ntreagprin adaos.

3.4. Exemplu de proiectare a unui transformator reea monofazic, de micputereSe cere sse proiecteze un transformator de reea, avnd urmtoarele date iniiale:U1=220V; f=50Hz; U21=6,3V; I21=0,3A; U22=U23=15V; I22=I23=2,54A; B=1,2T;

OBSERVAIE:Atenie la alte valori ale frecvenei i induciei maxime, vezi 3.3

Se vor considera ambele procedee de bobinare, "cu izolaie ntre straturi" i "frizolaie ntre straturi". Calculele se desfoar conform metodologiei de proiectareindicate, dupcum urmeaz:a) se evalueazputerea totalabsorbitdin secundar, P2:

P2=6,30,3+2152,54=78,09Wb) se calculeazputerea absorbitn primar, P1pentru =0,85;

P1=78,09/0,85=91,87W

c) se determinseciunea miezului magnetic, SFe;S cmFe = =1 2 9187 115

2, , , d) se calculeaznumrul de spire/V, n0, necesar:

n0=48/11,5=4,173 sp/Ve) se determinnumrul de spire din nfurarea primar, n1:

n1=4,173220=918,06 sp.Observaie:

Valoarea obinutse poate rotunji la n1=920 spire, pentru a fi uor reinutiurmritde ctre operatorul mainii de bobinat, tolerana admis n acest caz fiind

sub 1%, ceea ce este acceptabil;t=

=

proiectare transformator ccp

Documents