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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Calcul des transformateurs de puissance de faible puissance. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Alimentations Les transformateurs de puissance sont généralement divisés en deux classes :
Ces transformateurs sont calculés selon deux méthodes différentes. Le problème se pose lorsqu'il est nécessaire de calculer un transformateur d'une puissance de 500 à 5000 W, lorsque la méthode de calcul des transformateurs radiotechniques n'est plus applicable, et que la méthode de calcul des transformateurs électriques n'est pas encore applicable. Dans ce cas, le transformateur est calculé deux fois, selon chacune des méthodes, et ses données d'enroulement et sa section de noyau sont choisies comme moyenne de celles obtenues dans ces deux calculs, puis affinées expérimentalement. La méthodologie de calcul donnée est utilisée pour calculer les transformateurs de puissance pour les équipements radio de faible puissance, alimentés par un réseau de 110, 127, 220 V avec une fréquence de 50 Hz. Il existe deux approches principales pour calculer les transformateurs d'ingénierie radio : l'optimisation pour le cuivre ; optimisation matérielle. En conséquence, dans le premier cas, on obtient un transformateur de coût minimum et dans le second, de poids minimum. Le poids minimum est très important pour les équipements aéroportés ou portables. Noyau du transformateur Pour les transformateurs à coût minimum, des tôles d'acier électrique de qualité E31, E41 avec des épaisseurs de tôle de 0,35 et 0,5 mm sont utilisées. Pour transformateurs de poids minimal - nuances d'acier E310, E320, E330. Les conceptions du noyau (noyau magnétique) du transformateur peuvent être divisées en blindé, à tige et toroïdal. Les noyaux magnétiques à tige sont utilisés dans les transformateurs puissants car ils améliorent le refroidissement. Les noyaux magnétiques toroïdaux permettent d'exploiter pleinement les propriétés magnétiques du matériau et de créer un champ magnétique externe beaucoup plus faible que les autres noyaux. Le noyau magnétique du transformateur peut être constitué de plaques estampées ou enroulé à partir de bandes. L'avantage des noyaux magnétiques fabriqués à partir de plaques embouties est qu'ils peuvent être fabriqués même à partir de matériaux très fragiles possédant de bonnes propriétés magnétiques. L'avantage des noyaux magnétiques torsadés réside dans la pleine utilisation des propriétés de l'acier électrique, la facilité de fabrication et le faible gaspillage de production. Enroulements de transformateur En règle générale, le bobinage est enroulé sur un cadre en matériau diélectrique - plastique, carton électrique, etc. Parfois, pour réduire les dimensions extérieures du transformateur, un enroulement sans cadre sur le manchon est utilisé. Selon la conception du châssis, le transformateur peut avoir des enroulements cylindriques (dans ce cas, les enroulements sont enroulés les uns sur les autres) ou en biscuit (dans ce cas, chaque enroulement est enroulé sur une section qui lui est réservée, en partant de le noyau du transformateur). En règle générale, les enroulements contenant de nombreux tours de fil fin sont situés plus près du noyau du transformateur afin de réduire leur résistance active et leurs pertes. Par conséquent, l'enroulement du réseau est généralement enroulé en premier sur le cadre. L'enroulement du fil sur la bobine du transformateur peut être effectué en couches régulières, ou de manière aléatoire "en vrac". Dans tous les cas, il est conseillé de poser une isolation entre les couches du bobinage pour éviter les courts-circuits intercouches. Une isolation entre les enroulements est également posée dans la bobine pour éviter toute rupture entre les enroulements adjacents. Pour augmenter l'isolation et la protection électriques, les enroulements du transformateur sont imprégnés de composés spéciaux. Enroulement primaire Les transformateurs de puissance doivent souvent fonctionner sur des tensions de 110, 127 et 220 V. Dans ce cas, son enroulement primaire peut être réalisé comme indiqué sur la Fig. 1.
L'inconvénient de ce schéma est l'augmentation de la consommation de cuivre et la complication de la fabrication du transformateur en raison de l'utilisation de fils de sections différentes pour enrouler les enroulements I, II et III. Par conséquent, le schéma présenté sur la figure 2 est plus souvent utilisé.
Lorsqu'il est connecté à un réseau 127 V, les cavaliers sont mis en position "2" et les enroulements 2-3 et 4-5 sont connectés en parallèle, et lorsqu'ils sont connectés à un réseau 220 V, le cavalier est mis en position "1" et tous les enroulements sont connectés en série. Pour effectuer le calcul, il faut préciser :
À la suite du calcul, déterminez:
Un transformateur est un appareil fonctionnant dans un réseau à courant alternatif. Par conséquent, lors de son calcul, les valeurs efficaces du courant alternatif et de la tension alternative sont utilisées. Séquence de calcul 1. Trouvez la puissance totale des enroulements secondaires à charge nominale : P2=I1U1+I2U2+...InUn. Où In et Un sont respectivement le courant et la tension sur le nième enroulement. La puissance globale du transformateur est déterminée en tenant compte du rendement (ηtr) (tableau 1). Ptr=P2/ηtr, où ηtr - efficacité. Tableau 1
2. Sélectionnez les valeurs maximales admissibles de densité de courant ∆ et d'induction magnétique B. La valeur de l'induction magnétique pour les transformateurs à noyau et noyaux magnétiques blindés est indiquée dans le tableau 1. Lors de l'utilisation de noyaux magnétiques torsadés en aciers électriques laminés à froid, la valeur maximale d'induction peut être augmentée de 1,31,6 fois. 3. Déterminez la section minimale autorisée du circuit magnétique: Ssec=700[(aPtr)/(fB∆)]0,5 (cm2), où a est un coefficient de 4,5-5,5 pour les transformateurs du moindre coût et de 2-3 pour les transformateurs du moindre poids ; Rtr - puissance du transformateur, W ; . - fréquence du réseau d'alimentation, Hz ; B - valeur maximale de l'induction magnétique, G ; ∆ - densité de courant admissible, A/mm2. Pour les transformateurs les moins chers fonctionnant sur un réseau 50 Hz, on suppose généralement une inductance maximale de 10000 3 gauss et une densité de courant de XNUMX A/mm.2. Cela simplifie la formule : Ssec=1,3(Ptr)0,5 (cm2). La section du circuit magnétique est déterminée en tenant compte du facteur de remplissage de la section en acier : S'sec=Ssec/kzap. Les valeurs de kzap en fonction de l'épaisseur des plaques du noyau magnétique sont données dans le tableau 2. Tableau 2
4. Déterminez les dimensions du circuit magnétique. Pour un circuit magnétique blindé, son type et ses dimensions peuvent être choisis dans les tableaux V.1 et V.2 [1]. Après avoir choisi le type de plaques, l'épaisseur du circuit magnétique Y1 est déterminée par la formule : Y1=S'sec/Y, où Y est la largeur de la partie centrale de la plaque pour le noyau magnétique blindé. Le rapport Y1/Y ne doit pas dépasser 2-3. Sinon, il y a une augmentation notable du champ de diffusion de la transformation. torus, et vous devrez sélectionner des plaques plus grandes. Pour un noyau magnétique toroïdal, les diamètres interne (D1) et externe (D2) sont déterminés par les formules : D1=(1,75Ssec/σα)0,5, D2=2Ssec/noir, où σ est le facteur de remplissage de la fenêtre avec du cuivre (généralement 0,23-0,25) ; b - hauteur du circuit magnétique, cm. 5. Déterminez le nombre de tours par volt dans le transformateur : ω=2,2х107/fBSsec Lorsque le transformateur fonctionne à partir d'un réseau avec une fréquence de 50 Hz et une induction maximale de 10000 XNUMX G, la formule prend la forme : ω=45/sec. Le nombre de tours dans chaque enroulement est déterminé en multipliant la valeur obtenue par la tension sur chaque enroulement particulier. Dans ce cas, le nombre de tours des enroulements secondaires doit être augmenté de 3 ... 5 % (en fonction du courant consommé par l'enroulement) afin de prendre en compte la chute de tension aux bornes de la résistance de l'enroulement. 6. Déterminez les diamètres de fil pour chacun des enroulements : d=1,13(I/∆)0,5, où I est le courant maximum dans l'enroulement ; ∆ - densité de courant dans le transformateur, A/mm2. Vous pouvez également utiliser la formule approximative : d=0,7(I)0,5. 7. Vérification de l'emplacement des enroulements sur le châssis du transformateur avec un noyau blindé. Nombre de tours dans une couche d'enroulement ω=(h−2(δ+2))/(αdout), où h est la hauteur de la fenêtre du cadre du transformateur ; δ est l'épaisseur du matériau du cadre du transformateur ; diz - diamètre du fil de bobinage avec isolation ; α - coefficient de fuite (tableau 3). Tableau 3
Le nombre de couches de chacun des enroulements Nsl=ω/ωsl, où ω est le nombre de tours d'enroulement ; ωsl est le nombre de spires dans la couche de cet enroulement. Pour que tous les enroulements soient placés dans la fenêtre du transformateur, la condition suivante doit être remplie : B>δ+Σδéchange+Σδpr, où Σδobm est l'épaisseur totale de tous les enroulements ; Σδpr - l'épaisseur totale de tous les joints entre les enroulements ; B - largeur de la fenêtre. Si les enroulements et l'isolation occupent plus de place que la fenêtre du noyau sélectionné, la taille des plaques du noyau magnétique doit être augmentée et le transformateur doit être recalculé. Littérature
Auteur : A.Yu. Saulov
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