Расчет потерь в высоко частотном трансформаторе, его перегрев и кпд 


Мы поможем в написании ваших работ!



ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Расчет потерь в высоко частотном трансформаторе, его перегрев и кпд



ПЕРВЫЙ ЭТАП РАСЧЕТА

1. Мощность нагрузки ИСН (в Вт):

Рн = Uн * Iн

Рн =127 10 = 1270 Вт

где Uн – напряжения на нагрузке, В; Iн – ток в нагрузке, А.

2. Минимальное амплитудное значение напряжения на первичной обмотке трансформатора

U1M min = Uвхmin – Uк.э.н.

где Uвхmin = Uвх.1 Uвх.ном = 96 0,95 = 91,2 В

Uк.э.н - напряжение коллектор – эмиттер силового транзистора в режиме насыщения, на этом этапе принимаем его равным 0,7.

U1M min = 91,2 – 0,7 = 90,5 В

3. Минимальное амплитудное значение напряжения на вторичное обмотке трансформатора где падение напряжения на дросселе; сопротивление обмотки дросселя.

где Uдр = Rдр Iн = 0,2 - падение напряжения на дросселе

Rдр - сопротивление обмотки дросселя

4. Коэффициент трансформации

Ктр = U2M min / U1M min =133,94 / 90,5 = 1,48

5. Максимальное амплитудное напряжение на вторичной обмотке трансформатора

U2M mах = U1M mах Ктр = 95,06 1,48 = 140,7 В

где U1M mах = Квх2 Uвхmin – Uк.э.н

U1M mах = 1,05 91,2 – 0,7 = 95,06 В

6. Минимальное значение коэффициента заполнения импульсов напряжения на трансформаторе

 

ɣmin = = = 0,36

7. Эффективные значения напряжений на первичной и вторичной обмотках трансформатора

U1эф = U1м min max = 90,5 0,6 = 57,03 В

U2эф = U2м min max = 133,94 0,6 = 84,42 В

8. Эффективные значения токов во вторичное и первичной обмотках трансформатора

I2эф = Iн max

I2эф = I2 max = 10 0,6 = 6 А

где I2 = Iн - амплитудное значение тока вторичной обмотки трансформатора

I1эф = I2эф Ктр = 6 1,48 = 8,88 А

9. Теперь можно найти габаритную мощность трансформатора (в ваттах)

Ргаб =

где Ку- коэффициент потерь на питание схемы (УУ) с учетом ее потребления

Примем К = 0,02, тогда можно определить добавочную мощность трансформатора

Р потр. у.у. = РнКу = 0,02 1270 = 25,4 Вт

 

 

10. Рассчитаем параметр характеризующий электромагнитную мощность

трансформатора – S (в см2). Это произведение активного поперечного сечения магнитопровода трансформатора S (в см2) на площадь окна сердечника S (в см2), заполняемого обмотками трансформатора:

Sст Sок4

где ΔВ – диапазон изменения магнитной индукции в сердечнике трансформатора за время рабочего импульса t и t1 [Тл]; f – частота работы ИСН [кГц]

 

11. Расчет электрических параметров высокочастотного трансформатора.

11.1. Максимальная длительность импульса напряжения (в мкс) на обмотках трансформатора

tu max = T ɣmax = 0,000154 0,38 = 0,00005544 сек

где Т = 1/ f = 1/6500 = 0,000154 сек

 

11.2. Число витков первичной W1 и вторичной W2 обмоток силового трансформатора:

 

W1 =

W2 = W1 Ктр = 31 1,48 = 46

11.3. Диаметры меди проводов (в мм);

Для первичной обмотки:

D =

Для вторичной обмотки

D = мм

 

11.4. Ближайший диаметр по меди D1ном = 1.2мм, D2ном= 1,45 мм

Диаметры с лаковой изоляцией D1из =1,131мм, D2из=1,65 мм

Площадь провода с изоляцией S1из= 1,65мм2, S2из=1,13 мм2

 

11.5. Суммарная площадь поперечного сечения (в см2), занимаемая в окне сердечника первичной и вторичной обмотками:

SΣ = (S1Σ + S2Σ)/100 = (153,45 + 156)/100 = 6,09 см2

S1Σ = S1изW1NN1 = 153,45 см2

S2Σ = S2изW2NN2 = 156 см2

 

11.6. На основе предыдущих данных определим коэффициент заполнения окна сердечника обмотками:

Ko =SΣ/So = 6.09/32,2 = 0,191

 

11.7. Длина провода (в мм), необходимого для намотки первичной и вторичной обмоток:

L = Lср.в1 W1 /100 = 19,68 31 /100 = 6,1 мм

L = Lср.в2 W2 /100 = 22,96 46 /100 = 10,56 мм

 

где Lср.в – средняя длина витка при намотке (в см), определяется по выражениям:

Lср.в1 = 0,12(Dвн - D + 2H) = 0,12(100 – 64 + 128) = 19,68 мм

Lср.в2 = 0,14(Dвн - D + 2H) = 0,14(100 – 64 + 128) = 22,96 мм

 

11.8. Активное сопротивление постоянному току (Ом) первичной и вторичной обмоток

R1 =

R2 =

11.9. Рассчитаем полное сопротивление обмоток с учетом коэффициента данного сечения

Rn1 = Kf R1 = 1.014 0.0016 = 0.001622 Ом

Rn2 = Kf R2 = 1.014 0.0028 = 0.002839 Ом

 

где Rn – полное сопротивление проводника с учетом поверхностного эффекта

Kf - коэффициент поправки на влияние высокой частоты

 

11.10. Найдем среднюю длину намоточного слоя (в мм)

 

где D – внутренний диаметр сердечника

Δh – толщина изоляционного каркаса сердечника, 0,1 мм

11.11. Число витков в одном слое первичной обмотки

 

где Кукл – коэффициент укладки обмотки; 0,62

D1из и D2из – диаметр провода с изоляцией

 

11.12. Число слоев первичной обмотки N1 с округлением до целого числа в большую сторону:

N1 = W1 / W1сл

N1 = 31 / 12,46 = 3 слоя

 

11.13. Толщина первичной обмотки трансформатора (в мм)

Н1 = N1 (D1из + Δ1) = 3 (1,53 + 0,03) = 5 мм

где Δ1 – толщина межслойной изоляции, ее значение примем 0,03

11.14. Число витков в одном слое вторичной обмотки трансформаторa

N2 = W2 / W2сл = 46 / 15 = 3

11.15. Толщина вторичной обмотки (в мм)

Н2 = N2 (D2из + Δ2) = 3 (1,28 + 0,03) = 4 мм

Δ2 = 0,03 мм

 

 

11.16. Рассчитаем внутреннюю толщину (в мм) всех обмоток:

Нобм = Н1 + Н2 + Δс.в. = 5 + 4 + 0,156 = 9,156 мм

Δс.в. = (Dвн /D) h = (100/64)0,1 = 0,156 мм – толщина изоляции сердечника по внутренней стороне трансформатора, мм

11.17. Внешний диаметр трансформатора (в мм)

+ 2Δиз

+ 2 0,05 = 114,3 мм

 

11.18. Действительный диаметр окна катушки трансформатора (проверочный параметр)

 

ВТОРОЙ ЭТАП РАСЧЕТА

ТРЕТИЙ ЭТАП РАСЧЕТА

ЧЕТВЕРТЫЙ ЭТАП РАСЧЕТА

ПЯТЫЙ ЭТАП РАСЧЕТА

ШЕСТОЙ ЭТАП РАСЧЕТА

СЕДЬМОЙ ЭТАП РАСЧЕТА

ВОСЬМОЙ ЭТАП РАСЧЕТА

ДЕВЯТЫЙ ЭТАП РАСЧЕТА

ПЕРВЫЙ ЭТАП РАСЧЕТА

1. Мощность нагрузки ИСН (в Вт):

Рн = Uн * Iн

Рн =127 10 = 1270 Вт

где Uн – напряжения на нагрузке, В; Iн – ток в нагрузке, А.

2. Минимальное амплитудное значение напряжения на первичной обмотке трансформатора

U1M min = Uвхmin – Uк.э.н.

где Uвхmin = Uвх.1 Uвх.ном = 96 0,95 = 91,2 В

Uк.э.н - напряжение коллектор – эмиттер силового транзистора в режиме насыщения, на этом этапе принимаем его равным 0,7.

U1M min = 91,2 – 0,7 = 90,5 В

3. Минимальное амплитудное значение напряжения на вторичное обмотке трансформатора где падение напряжения на дросселе; сопротивление обмотки дросселя.

где Uдр = Rдр Iн = 0,2 - падение напряжения на дросселе

Rдр - сопротивление обмотки дросселя

4. Коэффициент трансформации

Ктр = U2M min / U1M min =133,94 / 90,5 = 1,48

5. Максимальное амплитудное напряжение на вторичной обмотке трансформатора

U2M mах = U1M mах Ктр = 95,06 1,48 = 140,7 В

где U1M mах = Квх2 Uвхmin – Uк.э.н

U1M mах = 1,05 91,2 – 0,7 = 95,06 В

6. Минимальное значение коэффициента заполнения импульсов напряжения на трансформаторе

 

ɣmin = = = 0,36

7. Эффективные значения напряжений на первичной и вторичной обмотках трансформатора

U1эф = U1м min max = 90,5 0,6 = 57,03 В

U2эф = U2м min max = 133,94 0,6 = 84,42 В

8. Эффективные значения токов во вторичное и первичной обмотках трансформатора

I2эф = Iн max

I2эф = I2 max = 10 0,6 = 6 А

где I2 = Iн - амплитудное значение тока вторичной обмотки трансформатора

I1эф = I2эф Ктр = 6 1,48 = 8,88 А

9. Теперь можно найти габаритную мощность трансформатора (в ваттах)

Ргаб =

где Ку- коэффициент потерь на питание схемы (УУ) с учетом ее потребления

Примем К = 0,02, тогда можно определить добавочную мощность трансформатора

Р потр. у.у. = РнКу = 0,02 1270 = 25,4 Вт

 

 

10. Рассчитаем параметр характеризующий электромагнитную мощность

трансформатора – S (в см2). Это произведение активного поперечного сечения магнитопровода трансформатора S (в см2) на площадь окна сердечника S (в см2), заполняемого обмотками трансформатора:

Sст Sок4

где ΔВ – диапазон изменения магнитной индукции в сердечнике трансформатора за время рабочего импульса t и t1 [Тл]; f – частота работы ИСН [кГц]

 

11. Расчет электрических параметров высокочастотного трансформатора.

11.1. Максимальная длительность импульса напряжения (в мкс) на обмотках трансформатора

tu max = T ɣmax = 0,000154 0,38 = 0,00005544 сек

где Т = 1/ f = 1/6500 = 0,000154 сек

 

11.2. Число витков первичной W1 и вторичной W2 обмоток силового трансформатора:

 

W1 =

W2 = W1 Ктр = 31 1,48 = 46

11.3. Диаметры меди проводов (в мм);

Для первичной обмотки:

D =

Для вторичной обмотки

D = мм

 

11.4. Ближайший диаметр по меди D1ном = 1.2мм, D2ном= 1,45 мм

Диаметры с лаковой изоляцией D1из =1,131мм, D2из=1,65 мм

Площадь провода с изоляцией S1из= 1,65мм2, S2из=1,13 мм2

 

11.5. Суммарная площадь поперечного сечения (в см2), занимаемая в окне сердечника первичной и вторичной обмотками:

SΣ = (S1Σ + S2Σ)/100 = (153,45 + 156)/100 = 6,09 см2

S1Σ = S1изW1NN1 = 153,45 см2

S2Σ = S2изW2NN2 = 156 см2

 

11.6. На основе предыдущих данных определим коэффициент заполнения окна сердечника обмотками:

Ko =SΣ/So = 6.09/32,2 = 0,191

 

11.7. Длина провода (в мм), необходимого для намотки первичной и вторичной обмоток:

L = Lср.в1 W1 /100 = 19,68 31 /100 = 6,1 мм

L = Lср.в2 W2 /100 = 22,96 46 /100 = 10,56 мм

 

где Lср.в – средняя длина витка при намотке (в см), определяется по выражениям:

Lср.в1 = 0,12(Dвн - D + 2H) = 0,12(100 – 64 + 128) = 19,68 мм

Lср.в2 = 0,14(Dвн - D + 2H) = 0,14(100 – 64 + 128) = 22,96 мм

 

11.8. Активное сопротивление постоянному току (Ом) первичной и вторичной обмоток

R1 =

R2 =

11.9. Рассчитаем полное сопротивление обмоток с учетом коэффициента данного сечения

Rn1 = Kf R1 = 1.014 0.0016 = 0.001622 Ом

Rn2 = Kf R2 = 1.014 0.0028 = 0.002839 Ом

 

где Rn – полное сопротивление проводника с учетом поверхностного эффекта

Kf - коэффициент поправки на влияние высокой частоты

 

11.10. Найдем среднюю длину намоточного слоя (в мм)

 

где D – внутренний диаметр сердечника

Δh – толщина изоляционного каркаса сердечника, 0,1 мм

11.11. Число витков в одном слое первичной обмотки

 

где Кукл – коэффициент укладки обмотки; 0,62

D1из и D2из – диаметр провода с изоляцией

 

11.12. Число слоев первичной обмотки N1 с округлением до целого числа в большую сторону:

N1 = W1 / W1сл

N1 = 31 / 12,46 = 3 слоя

 

11.13. Толщина первичной обмотки трансформатора (в мм)

Н1 = N1 (D1из + Δ1) = 3 (1,53 + 0,03) = 5 мм

где Δ1 – толщина межслойной изоляции, ее значение примем 0,03

11.14. Число витков в одном слое вторичной обмотки трансформаторa

N2 = W2 / W2сл = 46 / 15 = 3

11.15. Толщина вторичной обмотки (в мм)

Н2 = N2 (D2из + Δ2) = 3 (1,28 + 0,03) = 4 мм

Δ2 = 0,03 мм

 

 

11.16. Рассчитаем внутреннюю толщину (в мм) всех обмоток:

Нобм = Н1 + Н2 + Δс.в. = 5 + 4 + 0,156 = 9,156 мм

Δс.в. = (Dвн /D) h = (100/64)0,1 = 0,156 мм – толщина изоляции сердечника по внутренней стороне трансформатора, мм

11.17. Внешний диаметр трансформатора (в мм)

+ 2Δиз

+ 2 0,05 = 114,3 мм

 

11.18. Действительный диаметр окна катушки трансформатора (проверочный параметр)

 

ВТОРОЙ ЭТАП РАСЧЕТА

Расчет потерь в высоко частотном трансформаторе, его перегрев и КПД

1. Потри мощности (в ваттах) в меда первичный и вторичной обмотках трансформатора:

2. Суммарные потери в меди в обеих обмотках трансформатора с учетом изменения сопротивления при увеличении температуры будут

 

3. Рассчитываем по выражению, приведенному далее удельные потери в магнитопроводе в зависимости от частоты и индукции:

 

Руд = Р1fαΔBβ (1 + кТ) = 50 6,51,2 0,142,76 (1+100 0,008) = 3,74 Вт

 

где Р1 = 50 Вт

к = 0,008

Т = 1000С

β = 2,76

α = 1,2

Найдем потери в сердечнике трансформатора (в ваттах) на его перемагничивание, пренебрегая потерями на вихревые токи:

 

4. Теперь можно определить суммарные потери мощности (в ваттах)в трансформаторе:

 

РΣ = Рм + Рст = 0,322 + 7,55 = 7,87 Вт

 

5. Соответственно найденным суммарным потерям РΣ, КПД трансформатора (в процентах) получим из выражения:

 

ɳтр =

6. Для расчета перегрева трансформатора в условиях естественной конвекции вычислим его площадь поверхности охлаждения (в квадратных сантиметрах):

 

 

7. Предлагаемая температура перегрева (в градусах Цельсия) трансформатора:

при αМ= 10-3 Вт/см2 оС

 



Поделиться:


Последнее изменение этой страницы: 2017-02-17; просмотров: 153; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.227.251.194 (0.112 с.)