Броневой трансформатор
Броневой трансформатор
Министерство образования и науки Украины Харьковский национальный университет радиоэлектроник Кафедра ПЭЭА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ по предмету: Элементная база ЭА на тему: Броневой трансформатор 2009 ХАРЬКОВСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ Кафедра ПЭЭА Специальность ВЕЗ ЗАДАНИЕна курсовой проект студентаГоробцова Андрея Владимировича1.Тема проекта: Трансформатор2. Срок сдачи проекта: 2.12.20093. Исходные данные по курсовому:U=220В-напряжение цепи питания;f=50Гц-частота сети питания;U=5В-напяжение первой вторичной обмотки;I=1А-ток первой вторичной обмотки;U=8В-напряжение второй вторичной обмотки;I=0.5 А-ток второй вторичной обмотки;U=13В-напряжение третьей вторичной обмотки;I=0.1-третьей вторичной обмотки.Годовой выпуск n=250000шт./год.Руководитель: Коняева О. Л.СОДЕРЖАНИЕВведение 1. Анализ ТЗ 2. Выбор направления проектирования 3. Электрический и конструктивный расчет 3.1 Расчет броневого трансформатора 4. Эскизная проработка элемента и обоснование принятых решений 5. Уточнение и описание конструкции Паспорт Выводы Перечень ссылок ВВЕДЕНИЕ За, последние годы широкое применение получила радиоэлектронная техника, характер и функции которой требуют применения десятков и сотен тысяч различных комплектующих изделий. Среди которых трансформаторы составляют весомую и неотъемлемую часть. Они выполняют ответственную функцию - преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока -и занимают важное место среди элементов радиоэлектронной аппаратуры. U=220В-напряжение цепи питания ; f=50Гц-частота сети питания ; U=5В-напяжение первой вторичной обмотки ; I= 1А-ток первой вторичной обмотки ; U=8В-напряжение второй вторичной обмотки ; I=0.5 А-ток второй вторичной обмотки ; U=13В-напряжение третьей вторичной обмотки ; I=0.1-третьей вторичной обмотки . Годовой выпуск n=250000шт./год. К примеру, идеальный трансформатор осуществляет трансформацию напряжений или токов, что позволяет получить требуемое напряжение, согласовать напряжение и ток первичной цепи с сопротивлением нагрузки вторичной цепи или дать вторичное напряжение, требующееся для создания вторичного источника питания РЭА. Благодаря этим достоинствам трансформаторы успешно используются в таких радиоэлектронных устройствах, к которым предъявляются повышенные требования точности и стабильности электрических и эксплуатационных параметров. Трансформаторы используются в электронной аппаратуре, различных системах автоматического управления и регулирования, в электрооборудовании транспорта и измерительной технике. При помощи трансформаторов можно не только преобразовать электрическую величину, но и реализовать требуемую функциональную зависимость между этими величинами. В этом курсовом проекте решается задача конструирования маломощного броневого трансформатора, предназначенного для работы в вычислительной техники. Вся трудность заключается в том, что трансформаторы имеют большие габариты, массу что значительно ограничивает их применение. То есть данный курсовой проект является вкладом в процесс развития маломощных трансформаторов. 1. АНАЛИЗ ТЗ Согласно технического задания необходимо спроектировать трансформатор с такими характеристиками U=220В-напряжение цепи питания ; f=50Гц-частота сети питания ; U=5В-напяжение первой вторичной обмотки ; I=1А-ток первой вторичной обмотки ; U=8В-напряжение второй вторичной обмотки ; I=0.5 А-ток второй вторичной обмотки ; U=13В-напряжение третьей вторичной обмотки ; I=0.1-третьей вторичной обмотки Годовой выпуск n= 250000шт./год. По условиям ТЗ проектируемый трансформатор предназначен для вычислительной техники. По ГОСТ 15150-69 он относится к первой группе исполнения УХЛ, категория размещения КР-4.2 (аппаратура, предназначенная для эксплуатации в помещениях с искусственным климатом). Общие нормы климатических воздействий на РЭА для исполнения УХЛ приведены в таблице 1.1. Таблица 1.1 - Общие нормы климатических воздействий на РЭА |
Исполнение | Категория размещения | Воздействия температуры, °С | Воздействия относительной влажности, % | | | | Рабочие | Предельные | Рабочие | | | | Верхн. | Нижн. | Ср. | Верхн. | Нижн. | Верхнее | | УХЛ | 4.2 | +35 | +10 | +20 | +40 | +1 | 98% при 25°С | | |
В соответствии с ГОСТ 25467-82 РЭА должна выдерживать нормативные воздействия, приведенные в таблице 1.2. Таблица 1.2 - Вычислительная РЭА. Нормы климатических и механических воздействий для 1-й группы |
Вид воздействия, характеристики | Нормы воздействий | | Прочность при транспортировании: ускорение,g длительность ударного импульса, мс число ударов, не менее | 15 11 1000 | | Теплоустойчивость: рабочая температура, °С предельная температура, °С | 40 55 | | Пониженное атмосферное давление, кПа | 70 | | Холодоустойчивость: предельная температура, °С | -40 | | Влагоустойчивость: влажность, % температура, °С | 93 25 | | |
Будущий трансформатор должен быть согласно заданию по климатическому исполнению эксплуатирован в климатических районах с умеренным климатом в лабораторных, капитальных жилых и других подобных помещениях. В конструкции трансформатора имеется сердечник из материала с высокой магнитной проницаемостью и малым уровнем потерь и возможно большей индукцией насыщения Обычно для трансформаторов питания применяются разрезные сердечники, полученные из набора отдельных пластин. Разрезные сердечники требуют введения дополнительных элементов конструкции, обеспечивающих их сжатие и механическое соединение для уменьшения воздушного зазора. Сердечник обычно изготавливают из стальной ленты и пластин, а также из пермалоя и феррита. Для исключения контакта между слоями ленты и пластин, приводящего к увеличению потерь в сердечнике, который имеет конечную толщину. Поэтому высокой магнитной проницаемостью обладает только часть сечение сердечника, чем более тонкие ленты используется в сердечнике. Изготовить трансформатор, одновременно удовлетворяющий требованию минимальной массы, стоимости, перегрева, и падения напряжения, невозможно. Например, если предъявляется требование минимальной стоимости, то в связи с тем, что стоимость проводов (меди) значительно выше сердечника (стали), выгоднее увеличить размеры и массу сердечника и уменьшать окно. Если же важно, чтобы трансформатор имел минимальную массу, то следует уменьшить сечение сердечника и увеличивать окно, а необходимый режим работы сердечника обеспечивать, увеличивать число витков. Лучшие магнитные свойства имеют ленточные сердечники, у которых направление магнитных силовых линий совпадает с направлением проката. Кроме того, в них можно использовать очень тонкие ленты толщиной до 0,01 мм. Ленточные разрезные сердечники в настоящее время нормализованы. Основными требованиями к магнитному материалу, применяемому в трансформаторах питания , являются высокая индукция насыщения и малые потери . Для маломощных трансформаторов, питающихся напряжением частотой 50-400 Гц, основным требованием является высокая индукция насыщения. При увеличении размеров трансформаторов объём сердечника увеличивается быстрее, чем поверхность охлаждения . При использовании ленточных проводников увеличивается коэффициент заполнения , не возникает пустот между обмотками, значительно улучшается теплоотвод, увеличивается долговечность трансформатора и способность выдерживать перегрузки . 2. выбор направления проектированияКонструкция заданного маломощного трансформатора в большей мере зависит от заданных характеристик. Следовательно, после анализа технического задания стало известно, что конструируемый трансформатор должен иметь следующие исходные данные: U=220В-напряжение цепи питания;f=50Гц-частота сети питания;U=5В-напяжение первой вторичной обмотки;I=1А-ток первой вторичной обмотки;U=8В-напряжение второй вторичной обмотки;I=0.5 А-ток второй вторичной обмотки;U=13В-напряжение третьей вторичной обмотки;I=0.1А-ток третьей вторичной обмотки .Годовой выпуск n= 250000шт./год.Так как трансформатор имеет большие электромагнитные силовые потоки, а соответственно большие размеры обмоток элемента. Для уменьшения размеров и массы важную роль играет грамотный подбор материалов составных частей трансформатора . На основании практических данных наиболее приемлемым при данных условиях считается стержневой трансформатор. Но учитывая условия внешних механических и физических воздействий более целесообразно использовать броневой трансформатор . Учитывая недостатки в существующих трансформаторах, относительно проектирования выбираем следующие направления: Для стяжки трансформатора используем обойму специальной формы ; Фиксация всей конструкции к основанию происходит болтовыми соединениями ; Токосъем выполним в виде паянного соединения контактов трансформатора с отводящими элементами; Обмотка трансформатора - открытого типа , то есть крышки не имеет, так как условия работы - лаборатории, жилые дома и другие подобные помещения. 3. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ И КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ 3.1 Расчет броневого трансформатора 1 Определение суммарной мощности вторичных обмоток (габаритная мощность) трансформатора по формуле (5.1) P = , (5.1) Где n-число вторичных обмоток Подставляем значения на основе исходных данных и определяем суммарную мощность вторичных обмоток : P=5*1+8*0.5+13*0.1=5+4+1.3=10.3 ВА 2 Выбираем конфигурацию магнитопровода . В соответствии с рабочей частотой выбирается материал и толщина ленты на основании таблицы-3.1Виды магнитопроводов. В качестве материала для магнитопровода выбираем сталь Э310 с толщиной ленты 0.35мм 3Определение ориентировочных величин Находим индукцию по таблице 5-1 В=1.55тл- индукция; =3.5 а/мм- плотность тока , на основании таблицы5.2-Таблица плотности тока ; k=0.13-коеффициент заполнения окна , из таблицы 5.3- Таблица зависимости коэффициента конфигурации магнитопровода k=0.93- коэффициент заполнения сечения магнитопровода сталью, из таблицы5.4- Коэффициент заполнения окна от сечения магнитопровода сталью. 4 По формуле (5.2) определяем произведение сечения стали магнитопровода на площадь его окна . Однозначно определяет требуемый типоразмер магнитопровода : SS= , (5.2) Тогда , подставив значения , получим : SS=см4. 5 Из таблицыП2-2 (1) выбираем магнитопровод: ШЛМ16*20, у которого SS=7.5см4, S=3.20см2- активная площадь сечения магнитопровода ; G= 0.210кг- вес магнитопровода ; Габаритные размеры: h=26,0мм; a=16,0мм; c=9,0мм; C=50,8мм; H=42,4мм; B=20,0мм; 6 По формуле (5.6) и кривой , рисунок5.2определяем потери в стали для индукции В=1,55 (Тл). Р= р * G, (5.6) Где р- удельные потери ( на 1 кг стали ); G- масса магнитопровода. Тогда Р=4*0.21=0.84 Вт . 7 По формуле1.59 находим активную составляющую тока холостого хода при максимальном напряжении питающей сети В). (U=220). I = , (1.59) Где Р-полные потери в стали ; I =0.003А 8 Находим полную намагничивающую мощность в стали по формуле(1.62) и кривой рисунок 5.2 . Q = q * G, (1.62) где q -полная удельная намагничивающая мощность , (q = 20В*А/кг на основании рисунка5.2 ). Тогда: Q =20*0.210=4.2 В*А 9 По формуле1.61находим реактивную составляющую тока холостого хода (U=220 В). I =, (1.61) Где Q- намагничивающая мощность ,мощность которая необходима для создания в магнитопровода трансформатора заданного значения магнитной индукции . Значит I = А . 10 Находим абсолютное и относительное значение тока холостого хода. а) по формуле (1.60): I= , (1.60) Тогда I==0.019 А ; б) по формуле (5.7): I = = , (5.7) где -суммарная мощность вторичных обмоток =0.6 -из таблицы5.5; cos =0.9 -из таблицы 5.5. I = А. Ток холостого хода выразим в процентах по формуле (5.8). I %= , (5.8) тогда I %= %.что допустимо 11 По формулам (5.8)-(5.11) и таблице 5.6находим число витков обмоток : =, (5.8) E=U(1-?U%*0.01)Э.Д.С. первичной обмотки; (5.11) EnUn(1-?U%*0.01) Э.Д.С. вторичных обмоток ; (5.12) E=220(1-13*0.01)=191.4 E=5(1+25*0.01)=6.25 E=8(1+25*0.01)=10 E=13(1+25*0.01)=16.25 = = 1738 витков ; = =56 витков ; = =90 витков ; = = 147 витков . По формуле (2.3) и таблице 5.12 находим ориентировочные значения величины плотности тока и сечения проводов обмотки . S = , (2.3) Где -плотность тока (по таблице 5.2 = 1.9-1.3 А/мм ) : = 3.5 А/мм; =3.8 А/мм ; =3.7 А/мм ; =3.6 А/мм;
Страницы: 1, 2
|