proiectarea transformatorului de retea monofazic rezolvare

Componente şi circuite pasive – Proiectarea transformatorului de reţea de mică putere – Iacob Daniela 412 C

Laborator C.C.P.20 mai 1999

Iacob Daniela412 C

Proiectarea transformatorului de reţea de mică putere

1. Prezentare generală

Transformatorul de reţea monofazic de mică putere este o componentă prezentă în aproape toate tipurile de scheme de alimentare ale aparatelor electronice staţionare. El este destinat să realizeze următoarele funcţiuni:

modifică valorile tensiunilor şi curenţilor, de la nivelul la care sunt preluate de către circuitul primar, de la reţea, la valorile cerute în circuitul sau circuitele secundarului;

izolează galvanic faţă de reţea şasiul aparatului electronic, în care este montat, asigurând astfel electrosecuritatea persoanelor care îl manipulează.

Un transformator de reţea are următoarele părţi componente:

carcasă electroizolantă; înfăşurări: primară şi secundară (sau secundare); miez magnetic; sistem de strângere a miezului şi de fixare a transformatorului.

Înfăşurările primară şi secundară (sau secundare) sunt confecţionate din conductoare de cupru sau aluminiu, izolate cu email şi aşezate pe o carcasă din material electroizolant (preşpan, textolit, steclotextolit, material plastic etc.)

În interiorul carcasei se găseşte introdus miezul magnetic, construi din tole de tablă de ferosiliciu, strânse cu o manta sau cu scoabe, prezoane şi piuliţe pentru a împiedica vibraţia tolelor în timpul funcţionării.

De obicei se folosesc tole STAS, de tip ( E + I ). Dimensiunea tolei se precizează prin litera E, urmată de dimensiunea de bază a tolei a, exprimată în milimetrii [mm]. Astfel, există următoarele tipuri de tolă: E5; E6,4; E8; E10; E12,5; E14; E16; E18; E20; E25; E32.

1


Întregul transformator este de obicei impregnat, prin imersie în parafină topită sau în lacuri ce polimerizează prin incălzire în cuptor, la 80 – 100 C.

2. Date iniţiale de proiectare

De obicei, din proiectarea schemei electrice a unui produs electronic dotat în partea de alimentare cu transformator de reţea, rezultă valorile eficace ele tensiunilor şi curenţilor necesare în secundar, U2k , respectiv I2k , precum şi numărul de înfăşurări secendare, K. Se cunoaşte, de asemenea, tensiunea eficace în primar, U1 = 220 V (tensiunea reţelei monofazice de curent alternativ) precum şi frecvenţa reţelei, care este de 50 Hz.În cazul de faţă avem de proiectat un transformator cu două înfăşurări secundare:U 21 = 80 (V) U22 = 8 (V) I21 = 0,5 (A) I22 = 5 (A)

Prin proiectarea transformatorului se urmăreşte găsirea prin calcul a datelor necesare realizării sale în practică, şi anume:

n1 – numărul de spire din primar; n2k – numărul de spire din secundarul k; d1 – diametrul sârmei de bobinaj din primar; d2k – diametrul sârmei de bobinaj din secundarul k; a – tipul de tolă STAS; N – numărul de tole necesar.

3. Metodica de proiectare

Se evaluează puterea totală absorbită din secundar, P2 [W]:

P2 [W] = P2k = U2kI2k .În cazul nostru:

P2 = 80 V 0,5 A + 8 V 5 A = 80 W

Se calculează puterea absorbită în primar, P1 [W], considerând randamentul transformatorului 0,85:

P1 [W] = P2 / = P2 / 0,85 = 1,176 P2

În cazul nostru:P1 = 1,176 80 = 94,08 W

Se dimensionează secţiunea în fier, SFe [cm2], a miezului magnetic, din relaţia]:

SFe [cm2] = 1,2 ( P1 [W])1/2 În cazul nostru:

SFe = 11,64 cm2

Se calculează numărul necesar de spire pe volt n0 [sp/V], cu relaţia dedusă din legea inducţiei electromagnetice, pentru f = 50 Hz şi pentru inductanţa maxim admisă de tole Bmax = 1,2 T:

n0 [sp/V] = 40 / (SFe [cm2])În cazul nostru:

n0 = 40 / 11,64 = 3,4 sp/V

2


Se calculează numărul de spire necesare în primar, n1 , cu relaţia:

n1 = n0 U1 .În cazul nostru:

n1 = 3,4 220 = 748 spire

Se calculează numărul de spire al secundarului k, n2k , cu relaţia:

n2k = 1,1 U2k n0

În cazul nostru:n21 = 1,1 80 3,4 = 300 spiren22 = 1,1 8 3,4 = 30 spire

Se evaluează curentul din primar, I1 [A] :

I1 [A] = ( P1 [W] ) / ( U1 [V] )În cazul nostru:

I1 = 94,08 / 220 = 0,43 A

Se dimensionează diametrul d1 [mm] al sârmei de bobinaj din primar şi d2k , din secundarul k, pentru o densitate de curent maxim admisă în cupru Jmax= 3 [A/mm2] cu relaţia:

d1 ; 2k [mm] = 0,65 ( I1 ; 2k [A] )1/2 . În cazul nostru:

d1 =0,65 (0,43)1/2 = 0,4 mmd21 = 0,65 ( 0,5 )1/2 = 0,46 mmd22 = 0,65 ( 5 )1/2 = 1,45 mm

Se aleg diametrele standardizate:d1 = 0,4 mm

d21 = 0,45 mmd22 = 1,5 mm

Se calculează aria totală ocupată de înfăşurări în fereastra tolei pentru primar A1 [cm2] şi pentru secundar A2 [cm2], utilizând coeficienţii de calcul C1 pentru cazul că bobinajul se va face cu izolaţie între straturi, sau C2 în cazul că bobinajul se va face fără izolaţie între straturi. Aceşti coeficienţi sunt funcţie de diametrul ales pentru conductoarele de bobinaj şi sunt daţi în tabele:

A1 [cm2] = n1 / C1 ; 2 ; A2 [cm2] = ( n2k / C1 ; 2 )

În cazul nostru:

a) cu izolaţie între straturi:

A1 = 748 / 350 = 2,14 cm2

A2 = 300 / 277 + 30 / 26,5 = 2,22 cm2

b) fără izolaţie între straturi:A1 = 748 / 470 = 1,6 cm2

3


A2 = 300 / 371 + 30 / 33,5 = 1,70 cm2

Se calculează aria totală ocupată de înfăşurări, Atot [cm2]:

Atot [cm2] = A1 [cm2] + A2 [cm2]În cazul nostru:

a) cu izolaţie între straturi:Atot = 2,14 + 2,22 = 4,36 cm2

b) fără izolaţie între straturi:Atot = 1,6 + 1,7 = 3,3 cm2

Se dimensionează tola necesară, respectiv parametrul a [mm], pentru un factor de umplere optim ( = 0,7) cu relaţia:

a [mm] = ( Atot [cm2] / (0,03 0,7) )1/2 = 6,9 ( Atot [cm2] )1/2

Dacă pentru parametrul a nu rezultă o valoare standardizată, atunci se alege valoarea standardizată imediat superioară sau inferioară şi se verifică dacă, cu valoarea aleasă astfel, se obţine:

STAS = Atot [cm2] / (0,03 aSTAS2 [mm]) = 0,65 0,75

În cazul nostru:

a) cu izolaţie între straturi:a = 6,9 (4,36)1/2 = 14,41 mm

Se alege standardizarea E14 şi se verifică:

STAS = 4,36 / ( 0,03 142 ) = 0,74 acceptabilă

b) fără izolaţie între straturi:a = 6,9 (3,3)1/2 = 12,53 mm

Se alege standardizarea E12,5 şi se verifică:

STAS = 3,3 / ( 0,03 12,52 ) = 0,70 acceptabilă

Se calculează grosimea pachetului de tole, b [mm], utilizând tola STAS:

b [mm] = SFe [cm2] / (0,02 aSTAS [mm])În cazul nostru:

a) cu izolaţie între straturi:b = 11,64 / (0,02 14) = 41,57

b) fără izolaţie între straturi:b = 11,64 / (0,02 12,5) = 46,56

Se calculează numărul de tole necesar pentru confecţionarea miezului magnetic, funcţie de grosimea acestora, g ( 0,35 mm sau 0,5 mm):

N = b[mm] / g[mm]În cazul nostru:

4


a) cu izolaţie între straturi:

*) pentru g = 0,35N = 41,57 / 0,35 = 119 tole.

*) pentru g = 0,5N = 41,57 / 0,5 = 83 tole.

b) fără izolaţie între straturi:

*) pentru g = 0,35N = 46,56 / 0,35 = 133 tole.

*) pentru g = 0,5N = 46,56 / 0,5 = 93 tole.

4. Concluzii

Există patru modalităţi de a construi acest transformator.

Pentru fiecare mod de a construi avem aceleaşi numere de spire şi aceleaşi grosimi ale sârmei de bobinaj:

n1 = 748n21 = 300n22 = 30d1 = 0,4

d21 = 0,45d22 = 1,5

Diferă doar realizarea bobinajului şi grosimea tolelor:

a) Bobinaj cu izolaţie între straturi:

Tole E14 ( a = 14 mm)Grosime 0,35

N = 119 tole

Grosime 0,5

N = 83 tole

b) Bobinaj fără izolaţie între straturi:

Tole E12,5 ( a = 12,5 mm)Grosime 0,35

N = 133 tole

Grosime 0,5

N = 93 tole

5

proiectarea transformatorului de retea monofazic rezolvare

Documents