Расчет понижающего трансформатора.

5.1 Понижающий трансформатор преобразует напряжение электросети 220 В в напряжения, необходимые для питания модулятора. Он должен содержать первичную и две вторичные обмотки (рис.6). Трансформатор должен иметь следующие параметры: действующее напряжение первичной обмотки В, действующие напряжения вторичных обмоток: В, В, токи вторичных обмоток: А,частота сетевого напряжения - 50 Гц.

5.2 В качестве магнитопровода трансформатора выбираем ленточный стержневой магнитопровод, так как он имеет, перед броневым магнитопрводом,ряд существенных преимуществ: меньшая,приблизительно, на 25% масса трансформатора; меньшая примерно на 30% индуктивность рассеивания, более высокий КПД, меньшая чувствительность к внешним электромагнитным полям, поскольку ЭДС помех, наведенных в обмотках расположенных на разных стержнях, имеют противоположные знаки и взаимно компенсируются.

5.3 Определяем ток первичной обмотки трансформатора:

(5.1)

А (5.2)

5.4 Определяем габаритную мощность трансформатора:

(5.3)

Вт (5.4)

5.5 Далее необходимо рассчитать магнитопровод трансформатора. Сначала рассчитываем произведение площади поперечного сечения стержня на площадь окна магнитопровода. Стержнем называется участок магнитопровода, на котором размещена катушка.

, (5.5)

где,

В – магнитная индукция, ТЛ;

j – плотность тока в обмотках, А/мм ;

η – КПД;

n – число стержней магнитопровода;

- коэффициент заполнения сечения магнитопровода сталью;

- коэффициент заполнения окна магнитопровода медью.

Рекомендуемые значения магнитной индукции, среднего значения плотности тока, КПД и коэффициента заполнения окна для частоты f = 50 Гц приведены в таблице 3.1. Коэффициент заполнения сечения магнитопровода () для сталей 3411 – 3415 равен 0,95…0,97, а для сталей 1511 – 1514 равен 0,89…0,93.

Поскольку имеющийся магнитопровод изготовлен из стали марки 3415 из выше-сказанного принимаем: = 0,96; Таблица 2

Pгаб, Вт	В, Тл, при частоте 50Гц и толщине ленты	Плотность тока, j, А/мм	КПД η	k , для проводов ПЭЛ, ПЭВ - 1
0,05…0,1	0,35…0,5
	1,2 1,4 1,55 1,6 1,6 1,51 1,43 1,35 1,3	1,1 1,26 1,37 1,39 1,35 1,25 1,13 1,05	4,8 3,9 3,2 2,8 2,5 1,6 1,3 1,2	0,85 0,89 0,92 0,94 0,95 0,96 0,97 0,97 0,97	0,22 0,26 0,28 0,3 0,31 0,32 0,33 0,34 0,35

 

Из таблицы 2 для расчета принимаем: В = 1,26 Тл; j = 3,9 А/мм ; = 0,26;

η = 0,89; n = 2.

см (5.6)

5.6 Определяем толщину стержня магнитопровода:

(5.7)

см (5.8)

Параметры различных магнитопроводов приведены в таблице 3. При выборе магнитопровода необходимо стремится, чтобы сечение магнитопровода было близко к квадрату, поскольку в этом случае расход обмоточного провода минимален.

Из таблицы 3 выбираем магнитопровод ПЛР12,5Х20 со следующими параметрами: толщина стержня a = 12,5 мм; ширина ленты магнитопровода b = 20 мм; высота окна

h = 40 мм, ширина окна магнитопровода с = 10 мм; произведение Sст*Sок = 10 см ;

Sст = 2,5 см ; Sок = 4 см .

5.7 Определяем минимальную ширину ленты магнитопровода:

(5.9)

см (5.10)

Из формулы 3.10 следует, что магнитопровод выбран правильно.

5.8 Далее рассчитываем обмотки трансформатора. Определяем ЭДС одного витка:

(5.11)

В (5.12)

 

Таблица 3. Параметры магнитопроводов

Тип магнитопр.	а, мм	b, мм	с, мм	А, мм	H, мм	h, мм	h1, мм	Масса, г	Scт, см	Sок, см	Sст* Sок, см	Lср, см	Vст, см
ПЛР10Х12 ПЛР10Х16 ПЛР10Х20 ПЛР10Х25									1,25 1,6 2,5	2,56	3,2 4,1 5,12 6,4	11,1	13,9 17,8 22,3 27,8
ПЛР12,5Х12 ПЛР12,5Х16 ПЛР12,5Х20 ПЛР12,5Х25 ПЛР12,5Х32	12,5						12,5		1,56 2,5 3,13		6,25 12,5	13,9	21,8 27,8 34,8 43,5 55,7
ПЛР14Х12 ПЛР14Х16 ПЛР14Х20 ПЛР14Х25 ПЛР14Х32 ПЛР14Х36									1,75 2,24 2,8 3,5 4,48 5,04	5,18	9,06 11,5 14,4 18,1 23,1	15,7	27,4 35,1 43,9 54,9 70,3 79,1

 

 

5.9 Рассчитываем падение напряжения на обмотках трансформатора:

(5.13)

В. (5.14)

В (5.15)

В (5.16)

5.10 Рассчитываем число витков первичной обмотки:

(5.17)

витков (5.18)

5.11 Рассчитываем число витков во вторичной обмотке:

(5.19)

витков (5.20)

витков (5.21)

5.12 Рассчитываем диаметр обмоточного провода без изоляции:

(5.22)

мм (5.23)

Поскольку токи вторичных обмоток одинаковы, то и диаметр провода в них тоже будет одинаков.

мм (5.24)

5.13 Из таблицы 4 выбираем обмоточные провода: для первичной обмотки марки ПЭЛ -0,18 мм, для вторичных обмоток ПЭЛ 0,42 мм.

5.14 Рассчитываем среднюю длину витка обмотки:

(5.25)

м (5.26)

5.15 Определяем длину провода в обмотках:

(5.27)

м (5.28)

м (5.29)

м (5.30)

5.16 Уточняем величину падения напряжения на обмотках:

(5.31)

Таблица 4. Справочные данные некоторых обмоточных проводов марки ПЭЛ.

Диаметр медной жимы, мм	Сечение медной жилы, мм	Сопрот. 1 м провода, при 20ºС, Ом	Доп. ток, при плот. 2 А/мм , А	Диаметр провода, мм	Масса 100 м провода, г
0,16 0,17 0,18 0,19 0,2 0,21 0,35 0,38 0,41 0,44 0,47 0,49	0,02 0,0227 0,0255 0,0284 0,0314 0,0346 0,0962 0,1134 0,132 0,1521 0,1735 0,1855	0,873 0,773 0,688 0,618 0,558 0,507 0,182 0,155 0,133 0,115 0,101 0,093	0,0402 0,0454 0,051 0,0568 0,0682 0,0692 0,192 0,226 0,264 0,304 0,346 0,378	0,18 0,19 0,2 0,21 0,225 0,235 0,39 0,42 0,45 0,49 0,52 0,54	18,4 20,8 23,3 25,9 28,7 31,6 87,1

 

В (5.32)

В (5.33)

В (5.34)

5.17 С учетом полученных уточненных значений падения напряжения в обмотках вычисляем количество витков первичной обмотки по формуле 5.17:

витков (5.35)

5.18 С учетом полученных уточненных значений падения напряжения в обмотках вычисляем количество витков во вторичных обмотках по формуле 5.19:

витков (5.36)

витков (5.37)

5.19 Поскольку трансформатор содержит две катушки,то в каждой катушке будет содержатся 3040/2 = 1520 витков первичной обмотки, 552/2=276 и 164/2=82 витков вторичных обмоток.

5.20 Определяем массу проводов обмоток:

, (5.38)

где,

М – погонная масса обмоточных проводов из таблицы 4 деленная на 100.

г (5.39)

г (5.40)

г (5.41)

5.21 Из таблицы 3 определяем массу магнитопровода Мм = 235 г.

5.22 Определяем массу трансформатора без учета деталей крепления:

(5.42)

г (5.43)

5.23 Определяем максимальные размеры трансформатора:

(5.44)

5.24 Определяем коэффициент трансформации:

; (5.45)

(5.46)

5.25 Далее необходимо рассчитать мощность потерь. Сначала определяем потери в магнитопроводе:

, (5.47)

где,

- удельные потери в магнитопроводе, для данного магнитопровода равны 0,339.

Магнитопровод изготовлен из стальной ленты 3413 толщиной 0,35 мм, удельные потери для него равны 1,3 Вт/кг.

Вт (5.48)

 

5.26 Определяем активное сопротивление обмоток:

, (5.49)

где,

- погонное сопротивление проводов, определяемое из таблицы 4

Ом (5.50)

Ом (5.51)

Ом (5.52)

5.27 Пересчитываем ток вторичных обмоток в ток первичной обмотки:

(5.53)

А (5.54)

5.28 Определяем ток первичной обмотки с учетом потерь:

, (5.55)

где,

η – КПД трансформатора по таблице 3.1 для габаритной мощности 20 Вт.

А (5.56)

5.29 Определяем потери в обмотке на активном сопротивлении проводов:

(5.57)

Вт (5.58)

5.30 Полная мощность трансформатора с учетом потерь равна:

(5.59)

Вт (5.60)

5.31 Определяем КПД трансформатора:

(5.61)

(5.62)

5.32 Схема рассчитанного трансформатора (рис.7) и его моточные данные:

 

Додатки

Додаток 1

Номінальна напруга, В	Номінальна ємність, мкФ
К50-7	К 50-35	К 50-18	К10-17	К73-17
6,3		20; 30; 50; 100; 200; 500
		10; 20; 30; 50; 100; 200; 500; 1000; 2000; 5000
		5;10; 20; 30; 50; 100; 200; 300; 1000; 2000; 5000
		2; 5; 10; 20; 30; 50; 100; 200; 500; 1000; 2000; 5000	15000 ЗЗООО 100000
		2; 5; 10; 20; 30; 50; 100; 200; 500; 1000; 2000	4700 10000 15000 22000	0,001; 0,01; 0,022; 0,056
					0,22; 0,33; 0,47; 0,68; 1; 1,5; 2,2; 3,3; 4,7
		0,5; 1; 2,5; 10; 20; 30; 50	2200 4700 10000
	2; 50; 100; 200; 500	1,2; 5; 10; 20			1,5; 2,2
	10; 20; 50; 100;		1000 4700		0,047; 0,068; 0,1; 0,15; 0,22; 0,33; 0,47; 0,68; 1
	5; 10; 20; 50; 100;200
	10; 20; 50; 100
	10; 20; 50;100

 

Додаток 2

Тип резистора	Діапазон опорів	Номінальна потужність, Вт
	1 Ом-3,01 МОм	0,125
МЛТ	1 Ом-5,1 МОм	0,25; 0,5
	1 Ом-10 МОм	1;2
	1 Ом - 3 МОм	0,125
	10м-5,1 МОм	0,25
С2-33	0,1 Ом-5,1 МОм	0,5
	1 Ом-10 МОм
	1 Ом - 22 МОм

Литература

 

1. Бушуев В.М. Электропитание устройств связи. М., Радио и связь. 1982г.

2. Сизых Г.Н. Электропитание устройств связи. М., Радио и связь., 1982г.

3. Колотаєвський Ю.П., Сосков А.Г. Промислова електроніка та мікросхемо техніка. Теорія і практикум. Київ «Каравела»., 2003, 367 с.